矿井通风9矿井通风的基本理论

1、,三.矿井通风基本理论,9.1 矿井空气,矿井空气：由多种气体组成的干空气和水蒸汽组合而成的混合气体。 主要组成：氧气、氮气、二氧化碳、水蒸汽、有害气体（瓦斯、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮、氨气、氢气、矿尘等。 氧气：维持人体生命和劳动必不可少。矿井空气中氧气浓度降低的主要原因有：氧化；火灾、爆炸；煤炭自燃；人员呼吸；爆破及生产产生的有害气体的混入。 氮气：井下氮气的主要来源是：地面大气、有机物的腐烂、爆破、煤岩中涌出等。 二氧化碳：能维持正常呼吸。矿井空气中二氧化碳的主要来源有：有机物的氧化、人员的呼吸、煤和岩石的缓慢氧化，以及矿井水与碳酸性岩石的分解作用，爆破工作等。,三.矿井通风

2、基本理论,一氧化碳：易燃，易爆。与空气的混合爆炸极限是12.5%74%。来源有：井下爆破作业、煤炭自燃、火灾、煤尘与瓦斯爆炸等。 硫化氢：能燃烧，空气中硫化氢浓度4.345.5时有爆炸危险。来源有：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老采空区和废旧巷道积水中释放；部分矿区煤层中也有硫化氢涌出。 二氧化氮：中毒有潜伏期。主要来源是井下爆破工作。 二氧化硫：毒性气体，来源有：含硫矿物的氧化、燃烧；含硫矿物爆破，含硫矿层也会涌出二氧化硫。 氨气：易溶于水。来源是：井下火灾或爆炸。 甲烷：瓦斯。达到一定浓度时遇到高温会爆炸。 氢气：火灾或爆炸事故中和井下充电硐室均会产生。 矿尘：危害不能忽视

3、。 化验室分析和现场测试能快速检测以上有害气体。,三.矿井通风基本理论,矿井空气的主要物理参数,参数,密度：干空气密度 湿空气密度,比容： m3/kg,粘度：,比热：,三.矿井通风基本理论,矿井气候条件：指空气温度、湿度和风速三个参数的综合作用状态。,影响矿井空气温度的主要因素,地面空气温度,围岩温度,机电设备散热,地下热水,空气的压缩与膨胀,水分蒸发吸热,其他热源,三.矿井通风基本理论,矿井空气温度的变化规律,矿井空气温度变化规律,矿井空气湿度及其变化规律 A 常用湿度表示方式 矿井空气湿度是指空气中所合的水蒸汽量的多少，空气中含的水蒸汽量越多则湿度越大。 表示方法：绝对湿度、相对湿度、含湿

4、量、露点温度。,三.矿井通风基本理论,绝对湿度,相对湿度：反映了空气接近饱和的程度。,B 影响矿井空气湿度的主要因素 （1）地面湿度随季节变化较大，还与地理位置有关。 （2）当矿井涌水量较大或滴水较多，由于水珠易于蒸发，则井下比较潮湿。,三.矿井通风基本理论,C 矿井空气湿度的变化规律,矿井空气湿度变化规律,三.矿井通风基本理论,B 湿度测定 方法：先用仪表测出相对湿度，再算出绝对湿度。 C 风速的测定 设备：风速仪（又名风表）。只要测出巷道断面上各点风速的平均值，就可算得风量。,矿井气候条件的评价 A 温度测定 指标：干球温度（国现行的评价矿井气候条件的主要指标）、湿球温度、同感温度（可以反

5、映出温度、湿度和风速这三者对人体热平衡的综合作用）、卡他度等。,三.矿井通风基本理论,9.2 矿井通风动力,自然风压的形成和计算,简化的矿井通风系统,在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。自然风压为：,HN=Zg(m1-m2),三.矿井通风基本理论,自然风压的变化规律及其影响因素 A 自然风压变化规律,浅井自然风压随季节变化图,深井自然风压随季节变化图,三.矿井通风基本理论,B 自然风压的影响因素 （1）两侧空气柱的温度差。 （2）矿井深度。 （3）主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。 （4）地面大气压、空气成分和湿度影响空

6、气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。 C 自然风压的控制和利用 （1）应充分考虑利用地形和当地气候特点； （2）应适时调整主要通风机的工况； （3）要掌握自然风压的变化规律； （4）在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风； （5）利用自然风压做好非常时期通风。,三.矿井通风基本理论,矿用通风机的类型及构造 矿井必须使用机械通风，严禁使用自然通风。 类型 按服务范围：主要通风机、辅助通风机、局部通风机。 按其构造和工作原理：离心式通风机和轴流式通风机（包括普通式和对旋式）。,离心式通风机的构造 1-工作轮；2-蜗壳体；3-扩散器；4-主轴；5-止推轴承；6-径向轴承；

7、7-前导器；8-机架； 9-联轴节；10-制动器；11-机座；12-吸风口；13-通风机房；14-电动机；15-风硐,三.矿井通风基本理论,轴流式通风机的构造 1集风器；2前流线体；3前导器；4第一级工作轮；5中间整流器；6第二级工作轮；7后整流器；8环行或水泥扩散器；9机架；10电动机；11通风机房；12风硐；13导流板；14基础；15径向轴承；16止推轴承；17制动器；18齿轮联轴节；19扩散器,轴流式通风机的叶片安装角 叶片安装角；t叶片间距,三.矿井通风基本理论,对旋压抽式轴流通风机结构示意图 1-集流器 2-前消声器 3-前机壳 4-进气翼 5-点击 6-级叶轮 7-级叶轮 8-出气

8、翼 9-后机壳 10-后消声器 对旋式通风机的特点是采用双级双电机驱动结构，两机叶轮相对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴流风机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风机。这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点。,三.矿井通风基本理论,通风机的个体特性曲线,通风机性能的主要参数,风机(实际)流量Q：指实际时间内通过风机入口空气的体积。 风机(实际)全压Ht和Hs: Ht=hR+hV； Hs=h0=R0。 通风机功率：全压功率Nt（ Nt=HtQ10-3 ）；静压功率Ns（ Ns=HsQ10-3）；输入功率N,三.矿井通风基本理

9、论,通风机的实际特性可用实际风量分别与装置风压（个体风压特性曲线）、输入功率（个体功率特性曲线）、效率（个体效率特性曲线）相关系的三种曲线来表示。,轴流式通风机个体特性曲线,离心式通风机个体特性曲线,三.矿井通风基本理论,主要通风机合理工作范围,以同样的比例把矿井总风阻R曲线绘制于通风机个体特性曲线图中，则风阻R曲线与风压曲线交于一点A点，此点就是通风机的工况点或工作点。 选择合理的要求是预计的工况点在H-Qf曲线的位置应满足以下两个条件： 一是从经济方面考虑，所选择的工况点对应主要通风机的静压效率不应低于70 %。 二是从安全的角度，要求风机工况点不能处于不稳定区。,三.矿井通风基本理论,矿

10、井主要通风机联合工作 两台或两台以上的通风机同时对风网进行工作，称为通风机的联合工作。分为串联工作和并联工作两种。 串联工作 特点：通过管网的总风量等于每台风机的风量，两台风机的工作风压之和等于所克服管网的阻力。 h=Hs1Hs2 Q=Q1=Q2,风机串联工作时等效合成特性曲线,三.矿井通风基本理论,并联工作：集中并联和对角并联。 集中并联：两台通风机在同一个井口并联工作的方式。 特点：两台通风机装置的静压相等，等于风网阻力，两台通风机的风量之和等于工作风网的风量。 对角并联：两台通风机在不同井口的并联工作方式。,风机并联工作时等效合成特性曲线,三.矿井通风基本理论,通风机性能的测定,参数,静

11、压,风速,电动机功率,通风机转速,大气参数：大气压力、温度和湿度,测定步骤 1.测定前的准备； 2.组织分工； 3.测定工作； 4.资料整理。,三.矿井通风基本理论,9.3 矿井通风阻力,同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动状态。风流的流动状态有层流与紊流两种。 层流是指当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向做层状运动。 紊流是指当流速较太时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡。 影响因素：流体的速度、粘性和管道尺寸。雷诺数表示： 对于非圆形断面的井巷： 周长U与断面积S的关系：,

12、三.矿井通风基本理论,摩擦阻力：风流在井巷中作均匀流动时，沿层受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力。 前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式： 流态不同时，式中的实验表达式不同。,完全紊流状态下的摩擦阻力定律 在完全紊流状态下，井巷的值只受、或的影响。对于尺寸和支护已定型的井巷，值只与或成正比。 若通过井巷的风量为Q，则V= Q/S，代入上式，得 风流在完全紊流状态下的摩擦阻力定律：,三.矿井通风基本理论,层流状态下的摩擦阻力定律,层流状态下的摩擦风阻：,层流状态下的摩擦阻力定律：,降低摩擦阻力的措施 1.降低摩擦阻力系数。 2.扩大巷道断面。 3选用巷道周长与断面积较小的巷道形状

13、。 4缩短风路的长度。 5避免巷道内风量过大。,三.矿井通风基本理论,局部阻力：矿井内风流在流动过程中，由于边壁条件的变化，使均匀流动在局部地区受到阻碍物的影响而破坏，从而引起风流的速度大小、方向、分布的变化或产生涡流等，造成风流的能量损失，称为局部阻力。 局部阻力定律,突然扩大巷道风流变化示意图,该局部地点的局部阻力为：,（完全紊流状态下的局部阻力定律）,三.矿井通风基本理论,降低局部阻力的措施： 1.对于风速高、风量大的井巷，尽可能壁面断面的突然增大或突然减小； 2.尽可能壁面巷道拐急弯，在拐弯处壁面要成圆弧过渡，拐弯的曲率半径要尽量大，还可设置导风板； 3.风筒要悬挂平直； 4.在巷道的

14、分叉处或汇合处要做成斜面或圆弧形，不要随意在主要巷道内堆放木料、器材等杂物，把正对风流的固定物体做成流线形。,三.矿井通风基本理论,通风阻力定律：摩擦阻力定律和局部阻力定律的结合，也就是通风阻力、风阻和风量三个参数相互依存的规律。 1.在完全紊流状态下，通风阻力定律是：hRQ2，Pa 2.在层流状态下，通风阻力定律是：h=RQ 3.在中间过渡状态下，通风阻力定律是：h=RQx 井巷的通风特性（风阻特性）：该矿井或井巷所特有的反映通风难易程度或通风能力大小的性能。 A1.1917Q/ A1.1917/,三.矿井通风基本理论,矿井通风阻力测量 内容： 1.测算风阻。 2.测算摩擦阻力系数。 3.测

15、量通风阻力的分配情况。 测定方法 压差计法：两端面间的通风阻力 气压计法：气压计法是用精密气压计测出两侧点间的绝对静压差，再加上动压差和位压差，以计算通风阻力的方法。 （1）基点测定法 （2）同步测定法,三.矿井通风基本理论,矿井通风总阻力和总风阻的测算 A抽出式通风的矿井,抽出式通风矿井示意图,据能量方程可知：,2断面的相对静压是:,该矿井的自然风压是：,则：,又：,得出：,矿井通风动力的工作风阻：,三.矿井通风基本理论,B压入式通风的矿井,压入式通风矿井示意图,抽风段通风总阻力为：,该矿井的通风总阻力：,然后用hr和流向井下的总进风流Qm计算该矿井不包括外部漏风途径的总风阻，用hr和通过主

16、要通风机的风量Qf计算该矿通风动力的工作风阻。,三.矿井通风基本理论,9.4局部通风,方法：,局部通风机通风：利用局部通风机做动力，通过风筒导风的通风方法。,压入式通风,抽出式,混合式,矿井全风压通风,风障导风,风筒导风,平行巷道导风,钻孔导风,引射器通风：利用引射器产生的通风负压，通过风筒导风的通风方法。,三.矿井通风基本理论,局部通风系统设计,原则 (1)应为局部通风创造条件； (2)安全可靠、经济合理和技术先进； (3)采用技术先进的低噪、高效型局部通风机； (4)压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。 (5)当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。 设计步骤 （1）确定局部通风系统，绘制掘进巷道局部通风系统布置图； （2）按通风方法和最大通风距离，选择风筒类型与直径； （3）计算风机风量和风筒出口风量； （4）按掘进巷道通风长度变化，分阶段计算局部通风系统总阻力； （5）按计算所得局部通风