礦井通風(fēng)與安全

礦井通風(fēng)與安全礦井空氣成分 礦井通風(fēng)阻力 第三章礦井通風(fēng)動力 第四章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò) 第五章采區(qū)通風(fēng) 第六章掘進(jìn)通風(fēng) 第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第八章礦井通風(fēng)相關(guān)計(jì)算 第一章礦井空氣成分1煤礦中空氣的主要成分有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、NO2、H2、NH3、水蒸氣和浮塵12種。物理變化：固體混入；氣體混入；氣象變化化學(xué)變化：井下物質(zhì)的緩慢氧化、爆破工作、火區(qū)氧化和人員呼吸等氣體基本性質(zhì)：NH3（劇臭），SO2（強(qiáng)烈硫磺臭），H2S（臭雞蛋味濃度為0.0001%，便可嗅出來），CO2（微酸臭）；有色氣體只有一種，即NO2（淺紅褐色）。流動狀態(tài)與風(fēng)速有關(guān)，流體質(zhì)點(diǎn)是否有規(guī)律分為層流和紊流。由于礦井必須要有固定通風(fēng)，所以礦井屬于紊流。因而礦井屬于流動狀態(tài)和流動特征。*3、礦井通風(fēng)阻力計(jì)算、礦井通風(fēng)阻力測量方法（基本內(nèi)容包括測算風(fēng)阻、測算摩擦阻力系數(shù)、測算通風(fēng)阻力的分配情況）礦井通風(fēng)動力欲使空氣在礦井中源源不斷的流動，就必須克服空氣沿井巷流動時所受阻力。這種克服通風(fēng)阻力的能量或壓力叫通風(fēng)動力。在冬季平均氣溫較低，平均空氣密度較大；在夏季則相反，這種由于自然因素而形成的通風(fēng)叫自然通風(fēng)。影響自然通風(fēng)的主要因素有礦井進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)口的高差、空氣成分密度、井深主要通風(fēng)機(jī)。主要通風(fēng)機(jī)：按服務(wù)范圍可分為主要通風(fēng)機(jī)（主扇）、輔助扇風(fēng)機(jī)（輔扇）、局部扇風(fēng)機(jī)。主要通風(fēng)機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為離心式扇風(fēng)機(jī)和軸流式扇風(fēng)機(jī)主要通風(fēng)機(jī)附屬裝置：反風(fēng)裝置（我國規(guī)程中規(guī)定必須在10MIN內(nèi)把礦井風(fēng)流反轉(zhuǎn)過來）、防爆門、風(fēng)硐（連接風(fēng)機(jī)和井筒的一段巷道）、擴(kuò)散器、消音裝置。通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)：通風(fēng)機(jī)在某一點(diǎn)特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)阻條件下的工作參數(shù)，如Q（風(fēng)量）、H（風(fēng)壓）、N（軸功率）η（效率）等，一般指H和Q兩個參數(shù)，稱為工況點(diǎn)（也成為風(fēng)機(jī)個體特性曲線）。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)：由若干風(fēng)道和交匯點(diǎn)構(gòu)成的通風(fēng)系統(tǒng)，是由線、點(diǎn)及其屬性組成的，稱為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)基本屬語：①節(jié)點(diǎn)（是由兩條或兩條以上分支的交點(diǎn)）②分支（兩個節(jié)點(diǎn)的連線，在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖上，每條分支有一個編號，稱為分支號，用單線表示分支）。③路或通路（是由若干方向相同的分支首尾相接而成的線路，即某一個的末節(jié)點(diǎn)是下一個分子的始節(jié)點(diǎn)）。④回路和網(wǎng)孔（是由若干個方向并不都相同的分支所構(gòu)成的閉合路線，其中有分支者叫基本回路，簡稱回路，無分支者叫網(wǎng)孔）。⑤生成樹（它包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中全部節(jié)點(diǎn)和不構(gòu)成回路或網(wǎng)孔的一部分分支）。繪制網(wǎng)絡(luò)原則：①用風(fēng)地點(diǎn)并排布置在網(wǎng)絡(luò)圖中部，進(jìn)風(fēng)節(jié)點(diǎn)布置在下邊（進(jìn)風(fēng)井口布置在最下部），回風(fēng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)圖上邊，風(fēng)機(jī)出口節(jié)點(diǎn)在最上部。②分支方向（除地面?zhèn)畏种猓┗径加上轮辽?。③分支間的交叉盡可能減少④網(wǎng)絡(luò)圖總的形狀基本為“橢圓”形。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)：主要有串聯(lián)風(fēng)路、并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)、串并聯(lián)網(wǎng)路、角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)。4、風(fēng)量調(diào)節(jié)：局部風(fēng)量調(diào)節(jié)其中有增阻調(diào)節(jié)法、降阻調(diào)節(jié)閥、增壓調(diào)節(jié)法（包括輔助通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)法、利用自然風(fēng)壓調(diào)節(jié)法）；礦井總風(fēng)量的調(diào)節(jié)主要有改變主要通風(fēng)機(jī)工作特性、改變礦井總風(fēng)阻值。第五章采區(qū)通風(fēng)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)和工作面進(jìn)、回風(fēng)道的布置方式；采區(qū)通風(fēng)路線的連接形式，以及采區(qū)內(nèi)的通風(fēng)設(shè)備和設(shè)施等基本內(nèi)容。采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求：①采區(qū)必須有單獨(dú)的回風(fēng)道，實(shí)行分區(qū)通風(fēng)，采區(qū)工作面和掘進(jìn)工作面都要采用獨(dú)立通風(fēng)。②對于必須設(shè)置的通風(fēng)設(shè)施（風(fēng)門、楓橋、擋風(fēng)墻、風(fēng)筒）和通風(fēng)設(shè)備（局扇、輔扇等）要選擇適當(dāng)位置。③保證通風(fēng)阻力大小，通過能力大小，風(fēng)流順暢，風(fēng)量按需分配。④設(shè)置防塵管路，避災(zāi)路線，避難硐室和災(zāi)變時的風(fēng)流控制設(shè)施。⑤煤層傾角大于12°的采煤工作面必須遵循規(guī)定⑥采煤工作面和掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)都不得經(jīng)過采空區(qū)和冒落區(qū)采煤工作面上行通風(fēng)和下行通風(fēng)：上行通風(fēng)與下行通風(fēng)是指進(jìn)風(fēng)流方向與采煤工作面的關(guān)系?；夭晒ぷ髅嫠栾L(fēng)量計(jì)算：①按瓦斯涌出量計(jì)算②按工作面進(jìn)風(fēng)流溫度計(jì)算③按使用炸藥量計(jì)算④按工作人員數(shù)量計(jì)算⑤按風(fēng)速計(jì)算。用以上五種方法對采區(qū)每個獨(dú)立通風(fēng)和回采工作面計(jì)算，選取最大值作為每個回采工作面所需風(fēng)量，把這些風(fēng)量和采區(qū)獨(dú)立通風(fēng)的備用工作面所需風(fēng)量累加起來，就是采區(qū)回采工作面和備用工作面所需總風(fēng)量。掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量計(jì)算：①按瓦斯涌出量②炸藥計(jì)算③局扇吸風(fēng)量④按人數(shù)⑤按風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算。與回采工作面所需風(fēng)量計(jì)算基本相同。硐室所需風(fēng)量計(jì)算：①機(jī)電硐室②爆破材料庫③其他巷道所需風(fēng)量計(jì)算：按瓦斯涌出量計(jì)算;按最低風(fēng)速進(jìn)行演算。通風(fēng)構(gòu)筑物分類：根據(jù)通風(fēng)構(gòu)筑物的用途不同，可分為引導(dǎo)風(fēng)流構(gòu)筑物（如風(fēng)筒、楓橋等）、隔斷風(fēng)流構(gòu)筑物（如防爆門、防突門、風(fēng)門、擋風(fēng)墻等）和控制風(fēng)流構(gòu)筑物（風(fēng)窗。）根據(jù)通風(fēng)構(gòu)筑物的服務(wù)期不同分為永久通風(fēng)構(gòu)筑物和臨時通風(fēng)構(gòu)筑物兩大類。通風(fēng)構(gòu)筑物規(guī)定：①進(jìn)、回風(fēng)井之間和主要進(jìn)、回風(fēng)巷之間的每個聯(lián)絡(luò)巷中應(yīng)建筑永久密閉。②在需要使用的聯(lián)絡(luò)巷，應(yīng)設(shè)不少于兩道正向和反向永久封門，防止行人及反風(fēng)時風(fēng)流路③與采空區(qū)連通的所有巷道（包括風(fēng)眼、溜煤眼），必須建筑永久性密閉④行人、行車巷道，采區(qū)之間聯(lián)絡(luò)巷，采區(qū)進(jìn)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷道，應(yīng)根據(jù)通風(fēng)構(gòu)筑物服務(wù)時間及作用，建永久性或臨時性密閉等。（詳細(xì)在通風(fēng)構(gòu)筑物有關(guān)規(guī)定）漏風(fēng)及有效風(fēng)量（計(jì)算）：《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定外部漏風(fēng)率在無提升設(shè)備時不得超過5%，有提升設(shè)備時不得超過15%。11、控制漏風(fēng)提高有效風(fēng)量：①保障氣密性②進(jìn)回風(fēng)井之間壓差很大，盡可能拉開距離③正確選擇安置通風(fēng)構(gòu)筑物④降低風(fēng)阻等等。第六章掘進(jìn)通風(fēng)掘進(jìn)通風(fēng)：利用局扇進(jìn)行通風(fēng)的方法稱為掘進(jìn)通風(fēng)（部通風(fēng)）。掘進(jìn)通風(fēng)分為兩大類：礦井總風(fēng)壓通風(fēng)和使用局部通風(fēng)設(shè)備通風(fēng)。礦井總風(fēng)壓通風(fēng)縱向風(fēng)墻（或風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)）：這種方法是利用風(fēng)墻或風(fēng)障將巷道一分為二，構(gòu)成進(jìn)、回風(fēng)路。風(fēng)筒道風(fēng)：風(fēng)筒的通風(fēng)阻力較大，所以利用總風(fēng)壓有限，此種方法一般適用輔助工程量小，風(fēng)筒安裝、拆卸比較方便，風(fēng)量不大、通風(fēng)距離不長的工作面。平行巷道通風(fēng)：當(dāng)兩條平行巷道同時掘進(jìn)時，可每隔一定距離開一條聯(lián)絡(luò)巷，前一聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)通后，后一聯(lián)絡(luò)巷即封閉。使用局部通風(fēng)設(shè)備通風(fēng)引射器：引射器是將高壓水或壓縮空氣的部分能量傳遞給風(fēng)流，克服風(fēng)流在風(fēng)筒和獨(dú)頭巷道中流動阻力，達(dá)到給掘進(jìn)工作面通風(fēng)的目的。局部通風(fēng)通風(fēng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件壓入式局部通風(fēng)機(jī)布置在新鮮風(fēng)流中，污風(fēng)不經(jīng)過通風(fēng)機(jī)，安全性好、有效射程遠(yuǎn)，工作面效果好，可防止瓦斯積聚且因風(fēng)速較大，散熱效果好正壓通風(fēng)可用柔性風(fēng)筒污風(fēng)經(jīng)巷道排出，作業(yè)環(huán)境不良，巷道長時，污風(fēng)排出時間長，需要風(fēng)量大有瓦斯涌出巷道、距離不長的巖巷。，主要用于排出瓦斯為主的煤巷、半煤巷掘進(jìn)。抽出式新鮮風(fēng)流沿巷道進(jìn)入工作面，污風(fēng)經(jīng)風(fēng)筒排出，整個井巷空氣清新，勞動環(huán)境好；當(dāng)風(fēng)筒吸入口距工作面小于有效射程時，通風(fēng)效果好，需風(fēng)量少。有效射程短，風(fēng)筒吸入口距工作面遠(yuǎn)時，通風(fēng)效果差；污風(fēng)通過局部風(fēng)機(jī)，有瓦斯爆炸危險(xiǎn)，負(fù)壓通風(fēng)，不能使用柔性風(fēng)筒。用于無瓦斯巷道；確保通風(fēng)機(jī)防爆性能時可用于瓦斯巷道，主要用于排出粉塵為主的井筒掘進(jìn)時?；旌鲜骄哂袎喝胧?、抽出式的優(yōu)點(diǎn)，通風(fēng)效果最佳。通風(fēng)設(shè)備多，管理較復(fù)雜。通常用于大斷面，長距離巷道、總掘巷道掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量計(jì)算、風(fēng)筒漏風(fēng)率（計(jì)算）、掘進(jìn)通風(fēng)的技術(shù)管理和安全措施。第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)基本任務(wù)：建立一個安全可靠、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。生產(chǎn)礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和步驟：①擬訂礦井通風(fēng)系統(tǒng)②計(jì)算和分配礦井總風(fēng)量③計(jì)算礦井通風(fēng)阻力④局部風(fēng)量調(diào)節(jié)⑤主扇的調(diào)節(jié)和選擇⑥概算礦井通風(fēng)費(fèi)用礦井通風(fēng)系統(tǒng)類型：按進(jìn)、回風(fēng)井在井田內(nèi)位置不同，通風(fēng)系統(tǒng)可分為中央式（中央并列式、中央邊界式也稱中央分列式）、對角式（兩翼對角式、分區(qū)對角式、區(qū)域式、混合式）、區(qū)域式和混合式。通風(fēng)方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件中央并列式進(jìn)回風(fēng)都布置在中央工業(yè)廣場內(nèi)，地面建筑和供電集中，建井期限短，便于貫通，初期投資少，出煤快，，反風(fēng)容易，便于管理。風(fēng)流在井下的流動路線為折返式，風(fēng)流路線長，阻力大漏風(fēng)大。工業(yè)受主要通風(fēng)機(jī)噪聲的影響和回風(fēng)流的污染。適應(yīng)煤層較大、埋藏深井田走向長度小于4km、瓦斯與自然發(fā)火都不嚴(yán)重飛礦井。中央邊界式通風(fēng)阻力較小，內(nèi)部漏風(fēng)較少。工業(yè)廣場不受主要通風(fēng)機(jī)噪聲影響和回風(fēng)流污染。風(fēng)流在井下流動路線為折返式，風(fēng)流路線長阻力大適用煤層傾角小埋藏淺、井田走向長度不大，瓦斯與自然發(fā)火比較嚴(yán)重的礦井兩翼對角式風(fēng)流在井下流動為直向式，風(fēng)流路線短阻力小漏風(fēng)少。安全出口多，抗災(zāi)能力強(qiáng)，便于風(fēng)量調(diào)節(jié)，礦井風(fēng)壓比較穩(wěn)定。工業(yè)廣場不受主要通風(fēng)機(jī)噪聲影響和回風(fēng)流污染。井筒安全煤柱壓煤較多。初期投資大，投產(chǎn)較晚。適用于煤層走向大于4km，瓦斯與自然發(fā)火嚴(yán)重的礦井，或低瓦斯但煤層走向較長、產(chǎn)量較大的礦井。分區(qū)對角式每個采區(qū)都有獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，便于風(fēng)量調(diào)節(jié)，安全出口多，抗災(zāi)能力強(qiáng)，初期投資少，出煤快。占用設(shè)備多，管理分散，礦井反風(fēng)困難。煤層埋藏淺，或因地表高低起伏較大，無法開掘總回風(fēng)巷。礦井總風(fēng)量計(jì)算和分配、礦井通風(fēng)阻力計(jì)算、概算礦井通風(fēng)費(fèi)用礦井降溫措施：通風(fēng)降溫、選擇合理的開采系統(tǒng)、隔熱疏導(dǎo)（采取各種方法將礦井熱源與風(fēng)流隔離開來，或?qū)嵩粗苯右氲V井回風(fēng)流中，避免礦井熱源對風(fēng)流的直接加熱，從而達(dá)到礦井降溫的目的）、個體防護(hù)。影響井下氣溫因素：礦井進(jìn)風(fēng)溫度、井下風(fēng)流壓縮和膨脹、機(jī)電設(shè)備散熱、氧化放熱個體散熱、地下熱水散熱、圍巖與井下空氣的熱交換等。第八章礦井通風(fēng)相關(guān)運(yùn)算礦井風(fēng)流的能量方程根據(jù)質(zhì)量守恒定律：對于穩(wěn)定流，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其空間的流體質(zhì)量（風(fēng)流在礦井中可以看作是穩(wěn)定流）。質(zhì)量流量和體積流量公式：M=ρ1ν1S1=ρ2ν2S2(kg/s);Q=νs(m3/s)或Q2=M2/ρ2(不可壓縮流體)——例風(fēng)流在井巷中由斷面1流至斷面2時，已知S1=10㎡，S2=8㎡，V1=3m/s,1,2斷面的空氣密度為：ρ1=1.18kg/m3，ρ2=1.20kg/m3,求①1,2斷面上通過的斷面流量M1，M2；②1、2斷面上通過的體積流量Q1,Q2；③2斷面上的平均流速。解①根據(jù)質(zhì)量守恒定律在穩(wěn)定流中（礦井看作近似穩(wěn)定流）M1=M2=ρ1ν1S1=ρ2ν2S2=3×10×1.18=35.4kg/s②Q1=v1s1=3×10=30m3/sQ2=M2/ρ2=35.4/1.20=29.5M3/S③v2=Q2/S2=29.5/8=3.69m/s或v2=M2/V2ρ2=35.4/8×1.20=3.69m/s在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，嚴(yán)格的說是變化的，即礦井風(fēng)流史可壓縮風(fēng)流?！蓧嚎s流體能量方程（相關(guān)運(yùn)算不理解）※風(fēng)流在任意斷面上的機(jī)械能量：能量壓力是礦井通風(fēng)中兩個重要的基本概念，它們既緊密聯(lián)系又有區(qū)別。風(fēng)流女任意5一斷面上都有壓能（P）、位能(Z)、動能(hv)，這三種機(jī)械能量又可分別用靜壓、位壓和動壓（速壓）來體現(xiàn)?！芰糠匠痰膽?yīng)用※通風(fēng)壓力坡度線是對能量方程的圖形描述：從圖形上比較直觀的反映空氣在流通過程中壓力沿程的變化規(guī)律、通風(fēng)壓力與通風(fēng)阻力之間的相互關(guān)系以及相互轉(zhuǎn)換。（理解運(yùn)算不夠熟練P15~P24）礦井通風(fēng)阻力風(fēng)流的流動狀態(tài)：流體的流動狀態(tài)受著流動的速度、粘性和管道尺寸等影響。風(fēng)流的流動狀態(tài)依靠雷諾數(shù)來判斷，雷諾數(shù)小于2300時水流呈層流狀態(tài)，約大于4000時水流開始向紊流過度。摩擦阻力定律：，Pa（1）式中:L—圓管的長度，m;d—圓管的直徑，或非圓形管道的當(dāng)量直徑，m；ρ—水流的密度，kg/m3 ; ν—斷面平均流速，m/s;?—無因次系數(shù)（沿程阻力系數(shù)），其值通過實(shí)驗(yàn)求得?！V井風(fēng)流基本上都屬于紊流狀態(tài)，故我們主要研究紊流狀態(tài)下的摩擦阻力。對于紊流運(yùn)動，在上式中，用當(dāng)量直徑de=4S/U代替d，得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式：（2）因礦井空氣密度ρ變化不大，因而對于尺寸和支護(hù)已經(jīng)定型的井巷，其壁面的相對光滑是定數(shù)，則?是常數(shù)。故把上式中的?ρ/8用一個系數(shù)α來表示，即：（3）此系數(shù)叫做摩擦阻力系數(shù)。在紊流狀態(tài)下，井巷只受?，ρ的影響，吧（3）代入（2）中得到(4)對于已定型的礦井，L,U,S都為已知，故可把式中的α，L,U,S歸結(jié)為一個參數(shù)Rf:(5)Rf稱為巷道的摩擦風(fēng)阻，它反映了井巷的特征，其單位為kg/m7或Ns/m8把（5）代入（4）則有hf=RfQ2(6)此式就是在完全紊流下的摩擦阻力定律。摩擦阻力的計(jì)算方法：在進(jìn)行新礦井（或新采區(qū)）的通風(fēng)設(shè)計(jì)時，需要計(jì)算完全紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力即按照所設(shè)計(jì)的井巷長度、長度、凈斷面積、支護(hù)方式和要求的通風(fēng)風(fēng)量，以及其中有五提升設(shè)備等，用查表法選定井巷的摩擦阻力系數(shù)α值，然后用摩擦阻力定律計(jì)算。確定α查表是前人通過大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)測所得的，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）下的各類井巷的摩擦阻力系數(shù)α0。當(dāng)井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時，其α值應(yīng)按下修正：（7）詳細(xì)例題在《礦井通風(fēng)與安全》P28局部通風(fēng)：和摩擦阻力類似，局部阻力一般引入用動壓的倍數(shù)來表示式中ζ——局部阻力系數(shù)，無因次。因?yàn)関=Q/S,當(dāng)ζ確定后，使用下式計(jì)算局部阻力：令則h1=R1Q2其中R1為局部風(fēng)阻其單位Ns2/m8或kg/m7上式表示完全紊流狀態(tài)下的局部阻力定律。計(jì)算局部阻力時，先根據(jù)井巷局部地點(diǎn)的特征，對前人實(shí)驗(yàn)所得的表，查出局部阻力系數(shù)的近似值。礦井通風(fēng)特性：某礦井的通風(fēng)特性就是該礦井的反映通風(fēng)難易程度或通風(fēng)能力大小的性能。這種特性可用礦井的風(fēng)阻值的大小來表示。礦井通風(fēng)特性曲線:對于特定井巷，當(dāng)空氣密度ρ和摩擦阻