《矿井与通风》复习资料.docx

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《矿井与通风》复习资料

1、什么是矿井通风？

矿井通风有何重要性？

依靠通风动力，将定量的新鲜空气，沿着既定的通风路线不断地输入井下，以满足回采工作面、掘进工作面、机电硐室、火药库、以及其他用风地点的需要，同时将用过的污浊空气不断地排出地面。

这种对矿井不断输入新鲜空气和排出污浊空气的作业过程叫矿井通风。

矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段之一。

在矿井生产过程中，必须源源不断地将地面空气输送到井下各个作业地点，以供给人员呼吸，并稀释和排除井下各种有毒、有害气体和矿尘，保证井下风流的质量（成分、温度和速度）和数量符合国家安全卫生标准，创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全，保护国家资源和财产。

2、矿井空气中的有害气体

就煤矿而言，井下空气种类更多，有O2、Ch4、CO2、CO、NO2（或N2O5）、H2S、N2、SO2、NH3、H2、水蒸气、浮尘共12种。

广义的矿井瓦斯（九种有毒有害气体）：

CO、NO2、H2S、N2、SO2、NH3、H2、浮尘。

侠义的矿井瓦斯：

Ch4。

有臭味的气体有：

NH3（剧臭）、SO2（强烈硫磺臭）、H2S（坏鸡蛋味）、CO2（微酸臭）。

有爆炸性的气体有：

Ch4（爆炸极限：

5％～16％）

H2S（爆炸极限：

4％～46％）

CO（爆炸极限：

13％～75％）

H2（爆炸极限：

4％～74％）

煤尘（或粉尘），当浓度达到30～200g/m3时，有爆炸性。

3、矿井气候：

矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用称为矿井气候条件的三要素。

4、衡量矿井气候条件的常见指标：

干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、卡他度。

5、例题：

取一卡他计，其卡他计常数F为12，卡他计从38℃降到35℃的时间t为69秒，问此种矿井气候适合何种程度工作？

Kd=41.868F/t＝7.3，

适合于轻微工作和中等劳动之间的工作，接近于中等体力劳动。

干卡他度

劳动强度

湿卡他度

6

坐或轻劳动

18

8

中等劳动

25

10

重劳动

30

6、描述矿井空气的主要物理参数有哪些？

（1）温度：

《煤矿安全规程》规定：

井下采掘工作面的气温须≤26℃，机电硐室内的气温≤30℃；冬季总进风的气温≥2℃。

井下气温小于2℃或大于26℃时，就得采取加热或降温的措施。

（2）压力：

空气分子永不停息、无规则的热运动对容器壁面产生的压强。

压强在矿井通风中习惯称为压力。

它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。

习惯叫做空气的绝对静压。

（3）湿度：

表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。

绝对湿度、饱和湿度、相对湿度、含湿量。

测算空气湿度的方法：

先用仪表测出相对湿度，再算出绝对湿度。

构造比较简单的常用仪表是手摇湿度计、风扇湿度计，二者都是由干球温度计和湿球温度计组成。

（4）焓：

气体内能和压力功之和。

（5）粘性：

流体抵抗剪切力的性质。

温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低。

（6）密度、比容、重率。

湿空气密度计算公式。

7、能量方程

（1）静压能与静压：

绝对静压的本质是：

单位体积内空气分子不规则热运动产生的总动能的三分之二转化为能对外做功的机械能。

在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。

静压Pa=N/m2也可称为是静压能，值相等。

绝对静压以真空为测算基准，而相对静压是以当地同标高的大气压力为测算点。

（2）重力位能：

物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一种能量叫重力位能。

（3）动能与动压：

当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，其动能所转化显现的压力叫动压或称速压。

（4）全压：

风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称之为该点风流的全压，即：

全压＝静压＋动压。

8、皮托管、压差计测量相对全压、相对静压、动压的原理。

9、在井巷通风中，风流的能量由机械能（静压能、动压能、位能）和内能组成，常用1kg空气或1m3空气所具有的能量表示。

机械能：

静压能、动压能和位能之和。

内能：

风流内部所具有的分子内动能与分子位能之和。

10、单位质量（1kg）流量的能量方程

11、单位体积（1m3）流量的能量方程

12、关于能量方程使用的几点说明

（1）能量方程的意义是，表示1kg（或1m3）空气由1断面流向2断面的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经1、2断面间空气总机械能（静压能、动压能和位能）的变化量。

（2）风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。

（3）风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地方。

在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一项。

如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的能量损失（通风阻力）为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流方与假设相反。

（4）正确选择求位能时的基准面。

（5）在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，压源为负，则压源成为通风阻力。

（6）应用能量方程时要注意各项单位的一致性。

1、矿井通风阻力是如何产生的？

分为哪些类型？

当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。

井巷通风阻力可分为两类：

摩擦阻力和局部阻力。

2、何谓层流和紊流？

如何判别流体的流动状态？

风流的流动状态有层流和紊流两种。

层流是指在管道流中，流体流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向做层状运动，其轨迹为直线或有规则的平滑曲线。

紊流是指在管道流中，流体速度较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，质点的流动轨迹极不规则，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的漩涡。

流体的流动状态受流体的速度、粘性和管道的尺寸等影响。

可用无因次准数雷诺数来判别流体的流动状态。

大量实验表明，管道流中，流体的雷诺数小于等于2300时，流体的流动状态为层流，大于2300时，流体为紊流。

3、由流体力学知识，得到的摩擦阻力计算公式：

由尼古拉兹实验可知，矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，λ值只与相对糙度有关。

定义摩擦阻力系数

标准摩擦阻力系数

摩擦风阻Rf（对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数）

紊流状态下的摩擦阻力计算公式：

4、由流体力学知识，得到的局部阻力计算公式：

局部阻力系数

一般主要取决于局部阻力物的形状，边壁的粗糙程度为次要因数。

各种形式的局部阻力系数的计算方法：

突然扩大、突然缩小、逐渐扩大、转弯、风流分岔与汇合。

局部风阻Rl（对于已给定的局部阻力物，

、S都为已知数）

局部阻力计算公式：

1、已知某矿总风阻R=0.5Ns2/m8，试绘制风阻特性曲线。

h＝RQ2（分别代入Q＝10、20、30，在坐标纸上作图）

2、矿井等积孔的含义是什么？

如何计算?

为了形象化的体现某矿井通风难以程度，假想无限空间中存在一薄壁，在薄壁上开一面积为A的孔口，当孔口通过风量等于矿井风量，且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，这个假想的孔口就叫矿井等积孔。

取标准状况下，ρ=1.2kg/m3时，

3、某矿为中央并列式通风系统，总进风量Q=9000m3/min，总风压h=2394Ｐa，试求矿井总风阻Rm，等积孔A，并判断该矿通风难易程度。

（Rm=0.106Ns2/m8，A=3.65m2，通风容易）

4、某巷道摩擦阻力系数α=0.004Ns2/m4，通过风量Q=40m3/s，空气密度ρ=1.25kg/m3。

在突然扩大段，巷道断面由S1=6m2变为S2＝12m2。

求：

（1）突然扩大的局部阻力hl1-2；

（2）若风流由2流向1，则局部阻力hl2-1为多少?

（hl1-2=9.7Pa,hl2-1=9.1Pa）

突然扩大时:

对于粗糙度较大的井巷，可进行修正:

突然缩小：

对于粗糙度较大的井巷，可进行修正:

局部摩擦阻力为小断面动压的ξ倍。

5、降低摩擦阻力和局部阻力采用的措施有哪些?

降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意义。

一、降低井巷摩擦阻力措施

1．减小摩擦阻力系数α。

设计时选用摩擦阻力系数较小的支护方式，尽量使井巷壁面平整光滑。

2．保证有足够大的井巷断面。

在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。

3．选用周长较小的井巷。

在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。

4．减少巷道长度。

在满足开采需要的前提下，尽可能缩短风路长度。

5．避免巷道内风量过于集中。

二、降低局部阻力措施

局部阻力与ξ值成正比，与断面的平方成反比。

因此，为降低局部阻力，应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。

尽可能避免井巷直角转弯或大于90°的转弯，主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。

要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。

6、自然风压是怎样产生的?

进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压？

井巷最低水平两侧空气拄的重力差是产生自然风压的直接原因。

7、影响自然风压大小和方向的主要因素是什么?

能否用人为的方法产生或增加自然风压?

研究自然风压的重要意义有哪些？

影响自然风压大小和方向的主要因素：

（1）矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。

（2）空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。

（3）井深。

与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。

（4）主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。

（1）新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点。

（2）根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。

（3）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，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。

（4）利用自然风压做好非常时期通风。

一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。

（5）在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。

1、矿井风量调节的措施可分为哪几类？

试比较局部风量调节的优缺点。

矿井总风量调节：

改变主要通风机工作特性；改变矿井总风阻。

矿井局部风量调节：

增阻调节法、减阻调节法、增压调节法

（1）增阻调节法的实质是在并联风网阻力较小的分支中安装调节风门等设施，增加该分支的风阻，以达到保证风量按需分配。

增阻调节法具有简便、易行等优点，它是采区巷道间的主要调节措施。

此种调节法的缺点在于它使矿井总风阻增加较大，特别是在矿井主要风流经过巷道安设调节风门时，矿井总风阻增加较大。

如果要保证矿井总风量不减少，就得改变主扇风压曲线，提高风压，增加通风电耗。

（2）降阻调节法的实质是为保证风量按需分配，当两并联巷道阻力不等时，以小阻力为依据，设法降低大阻力巷道的风阻，使并联风网达到阻力平衡。

降阻调节法的优点是可以使矿井总风阻减小，若主扇风压曲线不变时，采用降阻调节后的巷道，矿井总风量增加。

此种调节法的缺点在于工程量较大，投资较多，施工时间较长。

这种调节法多适用于矿井产量增大后或原设计不合理时，或者某些主要巷道在年久失修情况下采用。

（3）增压调节法的实质是在阻力较大的风路中安设辅扇，增加局部地点的风量。

此种调节法与降阻法比较，具有施工快，施工方便，经济性较好。

主要缺点在于增加了辅扇的购置费、安装费、管理较复杂、安全性较差。

2、如图所示并联风网，已知各分支风阻：

R1=1.274，R2=1.47，R3=1.078，R4=1.568，单位为N·s2/m8；总风量Q=36m3/s。

求：

（1）并联风网的总风阻；

（2）各分支风量。

3、如图所示并联风网，已知各分支风阻：

R1=1.186，R2=0.794，单位为N·s2/m8；总风量Q=40m3/s，巷道断面积为4m3。

求：

（1）分支1和2中的自然分风量Q1和Q2；

（2）若分支1需风10m3/s，分支2需风30m3/s；采用风窗调节，风窗应设在哪个分支？

风窗风阻和开口面积各为多少？

4、如图所示角联风网，已知各分支风阻：

R1=3.92，R2=0.0752，R3=0.98，R4=0.4998，单位为N·s2/m8。

试判断角联分支5的风流方向。

1、解释局部通风！

按照通风动力不同，局部通风如何分类？

在开掘井巷时，利用局部通风机或者主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称作局部通风（又称掘进通风）。

其主要任务是将新鲜风流引至工作面，排出工作面的炮烟、矿尘等污浊空气，以保证工人在良好环境下工作。

按照通风动力不同，局部通风分为矿井全风压通风（通过设置风筒导风、平行巷道导风、钻孔导风、风障导风实现）、局部通风机通风（通过连接风筒，按照风机工作方式不同，分为压入式、抽出式、混合式）、引射器通风（通过高压水、气产生的负压控制风流）。

2、试比较压入式通风和抽出式通风的优缺点？

（1）压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机不具备防爆性能，则是非常危险的。

（2）压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。

然而，抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。

与压入式通风相比，抽出式风量小,工作面排污风所需时间长、速度慢。

（3）抽出式通风时,新鲜风流沿巷道进向工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越久。

（4）压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。

基于以上分析，当以排除瓦斯为主的煤巷掘进时应采用压入式通风，而当以排出粉尘为主的井筒掘进时，宜采用抽出式通风。

3、掘进工作面需风量如何计算？

掘进工作面需风量，应满足《安全规程》对作业地点空气成分、含尘量、气温、风速等规定要求，原则上应按排除炮烟、瓦斯、矿尘诸因素分别计算，取其中最大值，然后按风速进行验算，而在实际工作中，一般按通风的主要任务计算风量。

如有大量瓦斯涌出的矿井则按瓦斯因素计算；无瓦斯涌出的岩巷，则按炮烟和矿尘因素计算。

4、风筒的基本要求是：

漏风小、风阻小、质量轻、拆装方便。

按照材料不同，可分为刚性风筒和柔性风筒。

5、简述局部通风系统设计的主要内容？

设计原则？

设计步骤？

局部通风系统设计的主要内容包括：

根据开拓、开采、掘进工艺，确定合理的通风方法及其布置方式；选择合适的风筒类型及风筒直径；计算风筒出入口风量；计算风筒通风阻力；选择局部通风机。

局部通风系统的新鲜风流取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流，局部通风系统设计原则可归纳如下：

（1）矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；

（2）局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进。

（3）尽量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。

风筒材质应选择阻燃、抗静电型。

（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。

局部通风设计步骤归纳如下：

（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机设计风量和风压，选择局部通风机；

（6）按矿井灾害特点，选择配套安全技术装备。

1、矿井通风设计的主要任务是什么？

矿井通风设计主要包括矿井通风系统设计、采区通风系统设计、工作面通风系统设计，是矿床开采总体设计的一个不可缺少的组成部分。

它的基本任务在于：

（1）建立一个能与矿床开拓、矿体采矿方法相结合，安全可靠并经济合理的矿井通风系统；

（2）计算矿山各时期各工作面所需风量及矿井总风量；

（3）计算通风系统的总风压；

（4）以上述工作为基础，选择通风设备。

2、矿井通风系统设计包括哪些内容？

矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气。

在这个过程中，矿井通风系统主要包括四方面的内容：

（1）矿井通风方式：

进、回风井的布置方式《中央式（中央并列式、中央边界式）、对角式（两翼对角式、分区对角式）、区域式、混合式》；

（2）矿井通风方法：

按照通风机的工作方式不一样，分为抽出式、压入式、压抽混合式；

（3）设计矿井通风网络；

（4）设计并选择风流控制设施，即选择通风构筑物。

（风门、风桥、密闭、导风板）

3、比较并分析各种矿井通风系统的差异、优缺点？

（1）中央并列式：

进风井和回风井大致并列在井田走向的中央。

适用于矿体倾角较大，埋藏深，井田走向长度小于4km，瓦斯与自然发火都不严重的矿井。

冶金矿山矿脉由于走向都不太长，或受条件限制，两翼不适合开掘风井时，可考虑布置中央并列式的矿井通风系统。

优点：

进、回风井均布置在工业场地以内，地面建筑和供电集中，建井期限较短，便于贯通，初期投资少，出煤快，护井煤柱较小，矿井反风容易，便于管理。

缺点：

风流在井下的流动路线为折返式，风流线路长，阻力大，井底车场附近漏风大。

工业广场受风机噪声、污浊空气影响较大。

（2）中央边界式：

进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，两井在倾斜方向上相隔一段距离。

通常，回风井的井底高于进风井的井底标高。

一般适用于矿体倾角较小，埋藏较浅，井田走向不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井。

优点：

一般在井田走向的中央设两个并列井筒，矿井的通风阻力较小，漏风较小，工业广场不受噪声和污风影响。

缺点：

风流在井下的流动也存在折返式，风流线路长，阻力相对也较大。

（3）两翼对角式：

进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼浅部。

当只有一个回风井时，且回风井位于井田的某翼时，称单翼对角式。

一般适用于矿脉走向大于4km，瓦斯与自然发火较严重，产量较大的矿井。

优点：

风流在井下的流动是直向式，风流线路短，阻力小，内部漏风少，安全出口多，风量容易调节，矿井风压稳定，工业广场不受噪声和污风影响。

缺点：

井筒安全矿柱压矿较多，初期投资大，投产较晚。

（4）分区对角式：

进风井大致位于井田走向的中央，在每个采区各掘一个回风井，一般可不考虑设置总回风巷。

一般适用于矿体埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷的矿井（容易掘至地表）。

（5）区域式：

在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。

使用于井田面积大，矿体储量丰富且瓦斯含量大的大型矿井。

优点：

可改善通风条件，能利用每一个生产区域的风井准备采区，缩短建井工期，风流线路短，阻力小，漏风少，网络简单，风流容易控制。

缺点：

通风设备多，管理分散。

（6）混合式：

进风井与出风井由三个以上井筒按上述各种方式混合组成。

适用于井田范围大，地质和地形复杂，瓦斯涌出量大的矿井。

优点：

回风井数量较多，通风能力大，布置灵活，适用性强。

缺点：

通风设备多，管理分散。

4、选择矿井通风系统的基本要求

总体原则：

投产快、产量大、安全、可行、经济。

其基本要求为：

（1）地震、多雷区矿井，至少应有两个通到地面的安全出口，各出口之间的距离不能小于30m；

（2）进风井口要避免污风、粉尘、燃烧气体等的侵入；

（3）矿井的总回风道不得作为主要人行道；

（4）进风井、回风井的设置地点必须地层稳定、占地少、压煤少、井口标高应在历年洪水最高标高以上；

（5）箕斗井不得兼作进风井或出风井；

（6）不宜把两个独立的通风系统合成一个通风系统，要尽量使总进风尽早分开，总回风晚汇合；

（7）要充分注意降低矿井通风费用。

5、采区通风系统设计的基本要求

（1）采区应有足够的风量，并能够按需分配到各采掘工作面；

（2）每一个采区，都必须布置回风巷，实行分区通风；

（3）采掘的独头工作面应该采用独立通风；

（4）煤层倾角大于12°的采煤工作面采用下行通风时，必须报矿总工程师批准。

而对于有煤与瓦斯突出的采煤工作面严禁采用下行通风；

（5）采掘工作面的进风与回风，都不得经过采空区和冒落区。

6、采区进风上山与回风上山的选择

轨道上山进风，运输机上山回风；新鲜风流不受污风影响。

运输机上山进风，轨道上山回风。

风流与运煤方向相反，容易引起煤层飞扬。

7、采煤工作面上行通风与下行通风

当采煤工作面进风巷道低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜方向向上流动，称上行通风。

否则称下行通风。

比较分析：

（1）采煤工作面涌出的瓦斯比空气轻，其自然流动的方向和上行风的方向一致，在正常分速下，上行风使瓦斯分层流动和局部积存的可能性较小，而下行风则容易出现瓦斯局部积存。

（2）采用上行风时，风流由下部进风巷流进工作面，流经的路线较长，风流由于压缩及地温加热而升温，故上行风要比下行风的工作面气温高；

（3）采用上行风时，采区进风流与回风流之间产生的自然风压和机械风压作用方向相同；而下行风则相反，故下行风比上行风所需机械风压要大。

一旦主要通风机停止运转，工作面的下行风流就有停风或者反风的可能。

（4）工作面一旦起火，所产生的火风压和下行风工作面的机械风压作用方向相反，会使工作面的风量减小，瓦斯浓度增加，爆炸可能性增加。