矿井通风主要知识归纳(期末复习)

PAGE4/NUMPAGES202015－2016（2）《矿井通风》（Part）一、前言1、什么是“矿井通风”？矿井通风的任务？（看第一节课笔记）归纳人：龙中明，仅提供参考二、煤矿井下空气1、矿井空气中两种对通风有重要影响的气体。CH4和CO22、新风、污风（1）新风：亦称新鲜风流或新鲜空气。指井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气。（2）污风：亦称乏风，或污浊空气。指经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。矿井空气中O2、CH4、CO2、CO气体安全浓度要求。《规程》规定：矿井空气中O2浓度不能低于20％。《规程》规定：采掘工作面进风流中CO2浓度不得超过0.5％，采掘工作面回风流中CO2浓度不得超过1.5％，矿井总回风巷或一翼回风巷中CO2浓度不得超过0.75％。《规程》规定：采掘工作面进风流中甲烷浓度不得超过0.5％，回风流中瓦斯浓度不得超过1.0％；矿井总回风巷或一翼回风巷中瓦斯浓度不得超过0.75％。《规程》规定：井下空气中CO浓度不得高于0.0024％。如何划分矿井瓦斯等级？出于安全和经济的考虑，煤矿常依据：井下瓦斯涌出量的大小和涌出形式，对矿井划分瓦斯等级，以实现分级。决定矿井气候条件的三个因素。温度、湿度、风速矿井空气温度变化规律。进风路线：自进风井井口至采掘工作面进风侧路线。回风路线：自采掘工作面回风侧至回风井风硐间路线。在进风路线上：一般，地温对风流温度影响最大，存在冬暖夏凉的现象，好比气温调节器。在采掘工作面：放热因素众多，好比加温器。在回风路线上：地温降低、风流汇合上行，气温降低。浅井，尤其平硐，通风路线短、井深小，常年风流温度随地面气温变化。井下温度要求。进风井井口以下气温≥2℃。井下采掘工作面的温度≤26℃，机电硐室内气温≤30℃。采掘工作面气温超过30℃、机电硐室内气温超过34℃，必须停止作业熟悉绝对湿度和相对湿度概念、关系。湿度常见3种示：绝对湿度、相对湿度和含湿量。（1）（1）绝对湿度（，g/m3）1m3湿空气中所含的水蒸气的质量。（2）相对湿度（，％）湿空气中所含水蒸气质量与同温度下饱和水蒸气量比值的百分数。关系：贵阳地区地面空气平均相对湿度78％。9、巷道风速V指：该巷道断面上的平均风流速度。10、机械式风表按风速高低分类。（1）低速风表，叶式，0.3～0.5m/s（2）中速风表，叶式，0.5～10m/s（3）高速风表，杯式，≥10m/s熟悉测巷道风速方法（测定要求，数据处理Va→Vt→V）。（1）背向巷道壁，伸直持风表手臂，移动身体，在1min内将风表均匀移过巷道断面；（2）记录表上风速，并在同一断面处连续测定2～3次，每次误差不超过5％。（3）取测定风速平均值，为表速Va。（4）用风表校正曲线，校正Va，获得真风速Vt。（5）利用公式求出巷道风速V。注意：在第（4）步中，当测点处空气密度ρ与风表校正时空气密度ρ′差别大时，需利用下式进一步更正风速。了解“空气的粘性”现象。气体分子间存在相互作用力，当一部分气体开始运动时，其相邻的气体会因这种相互作用力而对其产生阻滞力，这种现象称为：空气的粘性。大气压力的概念。1个标准大气压力：气温0℃时，南北纬45゜海平面上的大气绝对静压。1标准大气压力P0＝101325Pa＝0.1MPa传统上，矿井测量大气压力的常用仪器。水银气压计、空盒气压计了解空气的四种热力变化过程。一、等容过程在v=const情况下，进行热力变化：上式表明：气体不对外做功，热交换仅用于内能变化。此时，可得到通风中常用的压能变化积分表达式：二、等压过程在P=const情况下，进行热力变化。对外界做功：热量变化：上式表明：热交换的热量等于空气焓的变化。因dP=0，压能未变化：三、等温过程在T=const情况下，进行热力变化。对外界做功：内能不变，热量变化为：上式表明：热交换的热量只用于空气对外做功。压能变化：四、绝热过程和外界没有热交换，而进行膨胀或压缩时，P、T、v都会发生变化，此时内部变化规律复杂：k—绝热指数，。对于空气k=1.41对外界做功等于内能的变化：压能变化：三、矿井风流的能量方程1、掌握并能熟练应用·不可压缩气体能量方程：同时，还应熟悉其常见变形形式（如：两段面间有其它动力源时）。（1）不可压缩流体：（1）不可压缩流体：2、风流任一断面上的机械能量构成。风流任一断面上都有：压能、动能和位能，合称机械能。相对静压，绝对全压与相对全压。相对静压（hs）：指管道内测点的绝对静压与管道外与该测点同标高的大气压力之差。公式：全压能，即单位体积空气的全压。绝对全压（Pt）：管道内单位体积的风流，在流动方向上任一点处所产生的绝对静压和速压之和。公式：即：Pti是自0压力开始起算的i点全压绝对值，作用方向同风流流向。相对全压（ht）：管道内某点的绝对全压与管外同标高大气压力之差。公式：亦可按：4、熟悉如何测定管道中的相对静压、动压、相对全压。相对静压的测定：用压差计直接测量。U形压差计是最常见的一种，分垂直式和倾斜式。两侧液面读数差为hre，则相对静压为：垂直式：倾斜式：四、矿井通风阻力1、矿井通风阻力构成。矿井通风阻力由摩擦阻力和局部阻力构成，阻力大小与流态有关。了解风流两种流态。风流流态：层流、紊流。摩擦阻力概念。风流在井巷中均匀流动时，沿程受到巷道固定壁面的限制，引起内外摩擦，因而产生的阻力。熟记完全紊流状态下的摩擦阻力。注：公式中多采用Q，而较少用V。降低摩擦阻力的主要措施。五、降低摩擦阻力的措施主要围绕中各项制定相应降阻措施。（1）降低摩擦阻力系数α值：注意巷道施工、维修质量，断面刷浆，选择α较小的支护方式等，保证巷壁平整、光滑。（2）减小巷道长度L：曲折巷道取直，立井代替斜井进、回风，改中央并列式通风为对角式通风等。（3）选用周界长U较小的断面形状：梯形U＜矩形＜拱形＜圆形。（4）选用合适的断面或扩大巷道断面尺寸S：设计阶段需确定出满足使用和通风的断面，若S偏小，则可将断面刷大，或开掘并联巷道。（5）避免巷道内风量过大：进风早分开，回风晚闭合。了解局部阻力概念，熟悉井下局部阻力产生的地点。局部阻力：风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地点产生一种附加的阻力。局部阻力造成的风压损失又称：冲击损失。井下产生局部阻力的地点：巷道拐弯、分叉和汇合处、巷道断面变化处、进风井口和回风井口等。了解降低局部阻力的措施。1、对于风速高、风量大井巷：（1）避免断面S突然扩大或缩小；（2）尽可能避免转90゜及以上的弯，在拐弯处应做成斜面或圆弧形，转弯半径应尽量加大，必要时设置导风板；（3）避免突然分叉和汇合，在分叉和汇合处应做成斜面或圆弧形，并应平缓过渡。2、避免巷道堵塞：主要巷道内不停放车辆、堆积木材或器材；当有正对风流的固定遮挡物时，可考虑将迎风面做成流线形。3、对于风筒：要吊挂平直，拐弯的弯曲半径要尽可能加大。掌握完全紊流状态下的通风阻力定律。什么是井巷通风特性，描述井巷通风特性的三种方式。井巷通风特性：指井巷特有的反映井巷通风能力大小，或通风难易程度的性能。这种特性可以用该井巷或矿井的风阻值（R）大小来表示：（1）当Q一定时，按hr=RQ2，则有：R↑，hr↑，通风困难；反之，R↓，hr↓，通风容易。（2）当hr一定时，则有：R↑，Q↓，通风能力小；反之，R↓，Q↑，通风能力大。因此，井巷通风特性又称：风阻特性。熟悉利用矿井通风等积孔A划分矿井通风难易程度的分级标准。熟悉风流功率计算公式。风流功率（N）：风流的风压h与风量Q之积。矿井一天的通风电费：η—风机的效率和输电、变电、传动等总效率。一般，风机与电机直接传动时，取0.6；间接传动时，取0.5。矿井通风阻力测定常用哪两种方法？压差计法、气压计法。五、矿井通风动力1、矿井通风动力构成。机械风压和自然风压共同构成矿井通风的动力。自然通风概念。在各种自然因素（温差、高差等）作用下，使风流获得能量并沿井巷流动的现象。熟悉自然风压的计算原理。自然风压为：在现场常用的自然风压测算方法：井下各段巷道空气密度均值不会在瞬间发生太大变化，故可利用两组测量人员，分别沿进风、回风侧巷道进行逐段测量。（1）仪器：干湿温度计、压力计、皮尺、测绳、罗盘（2）测量数据：温度、湿度、绝对静压、巷道高差每组3－4人，尽快（1－2h）测完，测量过程中，在地面设置一台压力计，每隔5min读一次数，以供校验。矿井的hn一般不大于200－300Pa，是矿井次要动力（亦可能为阻力）。矿井应在投产后某年内每个季节hn最大和最小时各测一次，以后每延伸一次水平补测一次。熟悉浅井、深井自然风压变化规律，知道自然风压特性。1.对于浅井：地面气温较低时，进风温度低于回风温度，进风密度大于回风密度，故hn方向与hf方向相同，hn帮助hf；地面气温较高时，则有可能出现hn与hf反向，hn阻碍hf。2.对于深井：受地温与井下机械设备运行、物质氧化、人员等影响，回风测气温低于进风测气温，进风密度大于回风密度，hn方向与hf方向相同，hn常年帮助hf。矿井通风机的分类。通风机通常可按两种方法划分类型：1.按服务范围：主要通风机（主扇）、局部通风机（局扇）、辅助通风机（辅扇）2.按构造分：离心式风机、轴流式风机6、主要通风机附属装置（风硐、防爆门、反风装置、扩散器）及各装置作用。包括：风硐（引风道）、防爆门（防爆井盖）、扩散器、反风装置等。1.风硐又称为引风道，是连接回风井与主要通风机的一段联络巷道。2.防爆门作用：封闭井口，防止风流短路；防止井下爆炸压力直接冲击风机；当风机停转时，自动或通过人工可打开风门。3.扩散器作用：将速压转变为静压，降低压力损失，提高风机有效静压。4.反风装置作用：井下爆炸、火灾时救灾（使得处于正常风流流向下方人员逃生）。利用主要通风机进行矿井反风时对反风时间、风量的要求。要求：10min内反转风流方向，反风风量不小于正常风量40％。通风机的实际参数：Qf、hf、Nf、ηf。自然风压的测算公式hn=Pi-Po通风机的实际参数包括：实际风压hf、实际风量Qf、实际功率Nf和实际效率ηf等。抽出式通风风机实际风压hft组成及作用。公式中：hfs称静风压，hfv称速压。通风机实际特性可用哪三条曲线来表示。个体风压特性曲线、个体功率特性曲线、个体效率特性曲线。熟悉并能辨识风机特性曲线图中的4类曲线。工况点。（）风机特性曲线的合理工作范围。综合上述要求后的风机特性曲线合理工作范围如图中阴影线所示范围：14、风机联合运转类型：串联、并联。15、风机串联工作的2种方式，风机并联工作的3种方式。通风机串联工作方式：集中串联和间隔串联。主要通风机并联工作有：集中并联工作、对角并联工作、多井口与多风机并联工作。16、熟悉风机联合运转时，工况点的找法。(自己归纳)六、局部通风（掘进通风）1、局部通风有哪2种方法。掘进通风方法分为矿井总风压通风方法和局部动力设备通风方法。局部通风机的3种工作方式。压入式通风、抽出式通风和混合式通风。熟悉掘进通风风筒类型。分类：刚性风筒（金属板或玻璃钢或其它硬质材料构成）和柔性风筒（胶布、橡胶、塑料制成）。刚性风筒多用于抽出式通风；柔性风筒用于压入式通风。矿井常用风筒直径：300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm、1200mm。局部通风过程中，风筒出口风量Q0、局扇风量Qf的关系。5、三专两闭锁。三专（专用变压器、专用开关、专用线路）两闭锁（瓦斯电闭锁、风电闭锁）6、开启局扇前，对局扇附近及掘进巷道中的瓦斯浓度要求。局扇运转前，应检查瓦斯，要求局扇附近20m范围内瓦斯浓度≯0.5％，掘进巷道内瓦斯浓度≯1％。7、风筒出口距离掘进巷道迎头的要求。风筒出口距离掘进巷道迎头煤层中≤5m，岩层中≤7m七、风网中风流基本规律和风量分配1、通风网络的概念。2、风网的4类基本形式。1.串联风路2.并联风网3.角联风网4.复杂联风网3、矿井通风需绘制的2类图的名称：矿井通风系统立体示意图、矿井通风网络图。4、熟知风量平衡定律和风压平衡定律。上式表明：流入节点，回路或网孔的风量与流出节点，回路或网孔的风量的代数和等于零，一般取流进的为正，流出的为负。上式表明：回路或网孔中，不同方向的风流，它们的风压或阻力的代数和等于零，一般取顺时针方向的风压为正，逆时针方向风压为负。串联风路与并联风网中：各分支风量、风压、风阻关系。一、串联风路1.风量关系2.风压关系即3.风阻关系二、并联风网1.风量关系或熟用单角联风网对角分支风流流向判定关系式。不稳定风流风流方向的判别式风流风向判别判定的方向Q5       K＝K＞1Q5向上K＝1Q5停滞K＜1Q5向下7、矿井反风的3种类型。8、了解风网解算的基本原理。9、矿井风量分配的2种方式。按需分配、自然分配（自然分风）。八、采区通风系统1、采区通风系统组成。采区通风系统是采区生产系统的主要组成部分，它包含：（1）采区进、回风和工作面进、回风巷道的布置；（2）采区通风路线的连接形式；（3）采区内的通风设备和通风设施等。2、知道：生产水平和采区要实现分区通风（并联通风），采掘工作面等主要用风地点要实现独立通风。3、独立通风概念。了解回采工作面通风方式中：U、U＋L、Z、Y型特点。了解上行通风、下行通风、同向通风、逆向通风。上行通风：采煤工作面风流沿由下向上流动。下行通风：采煤工作面风流沿由上向下流动。同向通风：风流方向与煤流方向相同。逆向通风：风流方向与煤流方向相反。6、矿井或采区风量计算方法有哪两种？按采区最多工作人数计算、按采区内各用风点需风量之和计算7、采区中有哪4类主要用风地点？8、常见哪3类采区通风构筑物。风桥、密闭、风门。9、什么是采区专用回风巷？除低瓦斯矿井，开采单一煤层采区外，均须设置至少一条专用回风巷。10、什么是矿井漏风？矿井在通过过程中，会因各种原因导致进入井下的风流未流经用风地点即排出地面，这个现象称为矿井漏风。11、矿井漏风分类。1.按漏风地点分：外部漏风，内部漏风2.按漏风形式分：局部漏风，连续分布漏风12、矿井漏风量QL（外部漏风量、内部漏风量）、有效风量（QE）、矿井总风量Qm、主要通风机风量Qf之间的关系。矿井漏风量（QL）由2部分构成，一为外部漏风量（QLe），一为内部漏风量（QLi）。矿井漏风率、有效风量率如何计算？矿井外部漏风率（PLe）：矿井内部漏风率（PLi）：矿井总漏风率（PL）：矿井有效风量率（PE）：九、矿井风量按需调节1、矿井风量按需调节包含哪两类？局部风量调节，矿井总风量调节2、知道：局部风量调节的3种方法。增加风阻的调节方法、降低风阻的调节方法、增加风压的调节方法。3、知道：矿井总风量调节的手段及方法。矿井总风量的调节手段主要是调整主要通风机大的工作点。方法是：（1）改变主扇的特性曲线；（2）改变主扇的工作风阻曲线。十、矿井通风系统设计1、什么是矿井通风系统？矿井通风系统组成。风流由进风井口进入矿井后，经过井下各用风场所后进入回风井，由回风井排出矿井，风流流经的整个路线称为矿井通风系统。矿井通风系统包括：1.通风方式，即进风井与回风井的布置方式分为：中央式、对角式和混合式3类。2.通风方法，即矿井主扇的工作方式分为：抽出式、压入式、压抽联合式。3.通风网络指风流流经巷道所构成的网络，与通风设施、设备和风阻分布以及风量分配情况。2、知道：每个矿井水平或阶段至少须有2个或以上通达地面的安全出口。3、下述巷道中的风速要求：采区进、回风巷，输送机巷，采面及采面进、回风巷，掘进煤或岩巷。4、知道：抽出式通风主要通风机允许漏风率。5、什么是矿井通风总阻力？从进风井口至回风井口，沿某条通风路线计算出该路线上各巷道的摩擦阻力与局部阻力之和，视为矿井通风总阻力。6、知道：新建矿井通风总阻力不应超过2940Pa。计算摩擦阻力公式：7、矿井通风容易时期、矿井通风困难时期。矿井通风系统总阻力最小的时期称为通风容易时期；矿井通风系统总阻力最大的时期称为通风困难时期。8、熟悉确定矿井最大阻力计算路线的方法。考虑局部阻力后，矿井通风容易、困难时期通风总阻力：课后练习题Q：假定井下工人劳动时耗氧量3L/min，约占环境耗氧量的8.3％，问工人所需单位供风量？假设该矿井下总回风巷中干温度td=25℃、湿温度tw=25℃，巷道风量93m3/s，问：1d中通风排出矿井的水量？EX3：在某巷道断面处测量风速，现场3次测速结果为：（1）3.49m/s、（2）3.51m/s、（3）3.81m/s巷道净断面S=16m2。问：该巷道断面处平均风速？1，矿井常用能量方程形式（按α1＝α2＝1）：完全紊流状态下的摩擦阻力计算公式：完全紊流状态下的摩擦阻力定律可描述为：2：某进风井V=8m/s，井口空气ρ=1.2kg/m3，S=12.6m2，计算井口局部风阻和局部阻力？如果是回风井口呢？EX3：如图，矿井左右两翼的通风阻力分别为hr1=1274Pa、hr2=1960Pa；通过两翼主要通风机（俗称主扇）的风量分别为Qf1=60m3/s、Qf2=70m3/s，两翼的外部漏风率分别是Le1=4%、Le2=5%；试计算：以任意6个Q1值带入，得对应hr1值，绘制左翼风阻曲线1：同理，可带入6个Q2值，绘出矿井右翼风阻曲线2：对于多台主扇通风的矿井，都要用这种方式来计算全矿的R、A。注意：A≠A1＋A2计算通风电费时，一般按365d/a计算；而采矿中其它涉及1年工作天数时，多取330d。