矿井通风复习计算题以及课后习题考试答案

矿井通风与安全》试卷（B）卷

参考答案及评分标准

一、名词解释（20分；每个2分）

1专用回风巷：专门用于回风，不得用于运料与安设电气设备的巷道，在有煤与瓦斯突出区的专用回风巷还不得行人。

2瓦斯积聚：瓦斯浓度超过2%，体积超过0.5m3。

3被保护层：在突出矿井中，预先开采的、并能使他相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层。

4煤的自然发火期：从煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升到自燃点为止，所经历的时间叫煤层自然发火期，以月或天为单位。 5外因火灾：可燃物在外界环境的作用下，引起燃烧而形成的火灾。

6瓦斯涌出不均衡系数：在正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响，其数值在一段时间内围绕平均值上下波动，我们把其峰值与平均值的比值。

7相对瓦斯涌出量：矿井日产一吨煤同斯所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。 8瓦斯爆炸感应期：瓦斯与高温热源接触后，需要经过一个很短的时间才燃烧或爆炸，这种现象叫引入延迟性，间隔的时间称为感应期。

9等积孔：假定在无限空间有一开口为A的薄壁，当通过孔口的风量为等于矿井风量，孔口两侧风压等于矿井通风阻力时的阻力时，测孔口A的面积称为矿井的等积孔。

10自然风压：在一通风回路中，由于相对于最低点两侧空气柱的密度不同，导致重力不等，重力之差就是自然风压。 二、简答题（35分；每个7分，任选5题） 1降低通风阻力的措施有哪些？ 答：（1）降低摩擦阻力：减小摩擦阻力系数；保证有足够大的井巷断面；选用周长小的断面形状；减少巷道长度；避免巷道内风量过于集中。（4分）（2）降低局部阻力：避免井巷突然扩大或缩小；尽可能避免井巷直角转弯；主要巷道内不要停放车辆、堆积木料；加强总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水要及时处理。（3分）

2简述中央式通风系统及其适用性

答：井回风井位于井田走向中央，根据井回风井的相对位置，又分为中央并列式、中央分列式。（3分）中央并列式适用于倾角大，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。（2分）中央分列式适宜和于煤层倾角小，埋藏浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火都不严重的矿井（2分）。 3防止煤炭自燃的开采技术措施有哪些？ 答：（1）合理的布置巷道；（1分）（2）选择合理的采煤方法和选进的回采工艺，提高回采率，加快回采进度；（2分）（3）选择合理的通风系统，如尽量选择对角式或分区式系统（2分）。（4）坚持自上而下的开采顺序（1分）。（5）合理确定近距离相邻煤层和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距，防止上下之间采空区连通（1分）。

4影响瓦斯涌出量的因素有哪些?

答：自然因素：煤层和围岩的瓦斯含量；地面大气压变化；（2分）开采技术

1

因素：开采规模；开采顺序与回采方法；生产工艺；风量变化；采区通风系统；采空区的密闭质量；（5分） 5地面防水措施主要有哪些? 答：合理选择井筒位置；（1分）河流改道；（1分）铺整河底；（1分）填堵通道；（1分）挖沟排(截)洪；（1分）排除积水（1分）加强雨季前的防讯工作。（1分）

6影响煤尘爆炸的因素? 答：煤的挥发分；（2分）煤的灰分和水分；（1分）煤尘粒度；（1分）空气中的瓦斯浓度；（1分）空气中氧的含量；（1分）引爆热源。（1分） 三、计算题 1解： 瓦斯梯度

gm=(H2-H1)/(q2-q1)=(300-240)/(11.6-7.2)=13.6t/m3（2分） 采深360m时的瓦斯涌出量为：

qm=qm1+(H-H1)/gm=11.6+(360-300)/13.6=16.0m3/t（3分） 2 解

取2点位能的参考位置，根据能量方程有, hR1-2=P1+hv1+ρgh-P2-hv2（1分） 对于入口处有： P01=P1+hv1（1分） 因此，

hR1-2=P01+ρgh-P2-hv2（1分） P2=P01+ρgh-hv2+ hR1-2

=101324+1.25×9.8×400-5+45 =106264Pa（2分） 3解：

（1）从图中可知新风阻R’曲线与n1=630r/min曲线的交点为M1，其风量 Q1=51.5m3/s（2分）

在此风阻下风量降低到58m3/s的转速n2，由比例定律得： n2=n1Q2/Q1=630×58/51.5=710r/min（3分）

（2）已知Q1=51.5，因此h1=R×Q1×Q1=0.7932×51.5×51.5=2103.8Pa（2分）

22

h1’=h1×(n2/n1)=2103.8×(710/630)=2672Pa,（3分） 4解：（1）自然分配风量为：

Q1?1?QR1R2?48?19.78m3/s（2分） 1.181?0.58 Q2?Q?Q1?48-19.78=28.22 m3/s（2分） （2）h1?R1Q1?1.18?15?265.5 Pa（1分） h2?R2Q2?0.58?33?631.62Pa（1分）

因为h2?h1，所以调节风门加在1支路上。面积为：（2分）

2

2222Sw?S?1?0.759?S?RwS1?0.759?S?h2?h1Q12（1分）

5m2（1??0.8560631.62?265.51?0.759?5?152分）

5解

一、采区通风系统的总要求：

1．能有效地控制采区内的风流方向，风量大小和同质。 2．漏风小

3．风流稳定性高。

4．有利于排放沼气，防止自燃和防尘。 5．有效好的气候条件 6．安全经济和技术合理

1．每个采区必须有单独的回风道，实行分区通风，回采面掘进面都应采用独立通风，不能串联通风。

2．工作面尽量避免位于角联分支上，要保证工作面风向稳定。 3．煤层倾角大，不得采用下行风。 4．回采工作面风速不得低于1m/s

5．工作面回风流中沼气浓度不得超过1%

6．必须保证通风设施规格质量（风向、风桥、风筒） 7．要保证风量按需分配，保证通风阻力小，风流畅通 8．机电峒室必须在进风流中。 9．采空区必须及时封闭。

10．要设置防尘管路避究路线，避难峒室和局部反风系统。

①轨道上山进风，不必在下部车场设风门，避免物料频繁过风门，造成风门损坏，易漏风，甚至风流短路。

②轨道上山进风，可使新鲜风流免受沼气煤尘污染，有利于保证较优的风质。 ③必须在轨道上山上部和中部甩车场设置风门、风门数量多、不易管理、漏风大。 ④运输上山中、多台运输机串联运输的上部机头不能确保在新鲜风流中。 。① 风流与煤流方向相反，容易引起煤尘飞扬，使进风流污染。 ②煤流中释放瓦斯，使进风流瓦斯浓度增大。 ③运输设备散发的热量，使进风流温度升高。

④须在轨道上山下部车场内安设风门，由于运输频繁，风门常损坏漏风，甚至引起短路，影响工作面生产。

1——轨道上山 2——运输上山

在选择采区通风系统时要根据采区巷道布置，瓦期、煤尘及温度等具体条件而确定。 从安全观点出发，一般认为

3

瓦斯煤尘危险性大的采区一般宜采用轨进运回系统。 瓦斯煤尘危险性小的采区一般采用运进轨回系统。

急倾斜煤层，采区溜煤眼不允许做采区进风巷，应采用轨进运回

高瓦斯、综采、往往采用三条上山（通风上山，轨道上山，运输上山）。 回采工作面上行风与下行风的分析

1．上行风风速小时，可能出现瓦斯分层流动和局部积存。

下行风时，沼气与空气混合能力大，不易出现分层和局部瓦斯积存。 2．上行风 运输途中瓦斯被带入工作面，工作面瓦斯浓度大。 下行风 运输途中瓦斯被带入回风巷，工作面瓦斯浓度小。

3．上行风 和运输煤流方向相反，容易引起煤尘飞扬，工作面粉尘浓度大。 下行风 和运输煤流方向相同，工作面粉尘与沉降一致，利于沉降。

4．上行风，须把风流引导最低水平然后上行，经过路线长。风流被地温加热的程度大，且运煤设备发热量也加入，故工作面气温高。 5．上行风上偶角瓦斯常超限。

6．下行风 运输设备在回风巷运转安全性差。

7．下行风比上行风所需的机械风压要大，因为要克服自然风压。且一旦停风，工作面风向逆转。

8．下行风一旦工作有火源，产生火风压与机械风压相反，会使工作面风量减少，沼气浓度增加，故下行风，在起火地点沼气爆炸的可能性比上行风大。 五、回采工作面进风巷与回风巷的布置形式 1．U形（后退式） ①简单可靠 ②采空区漏风小

③但工作面上隔面易积存瓦斯

④工作面进风巷要提前掘出，维护工作量大。

U形（后退式） ①采空区漏风大

②工作面风量容易不足

③超前巷掘进时，独立通风长度短。

④采空区沼气不涌向工作面，而涌向回风巷。

2．Z形（后退式）

①回风巷为沿空留巷，可提高回采率。 ②巷道采准工程量较少

4

③采区内进回风巷总长度近似不变，有利于稳定风阻，改善通风。 ④无上隅角瓦斯超限，但回风巷常出现沼气超限。

Z形（Z形的前进式）

①回风巷为沿空留巷，或预掘。 ②巷道采准工作量较少。

③采区内进风量总长度近似不变，有利用稳定风阻，改善通风。 ④上隅角瓦斯浓度大，有积聚。

3．Y型（后退式）

①解决了U型上隅角瓦斯常超限问题。

②工作面上下顺槽都是进风流，改善作业环境。 ③实行沿空留巷，可提高采区回采率。 ④适用于瓦斯涌出量特大的煤层中。

⑤还需边界准备专用回风上山，增加了采区巷道的掘进和维护费。 4．双Z型（后退式）

①工作面分割成上下行风二段，通风能力大。 ②工作面中间，瓦斯浓度大（前进式），沼气进入工作面。 ③工作面中间，瓦斯浓度小（后退式），沼气不进入工作面较安全。 ④后退式在采空区，维护一条回风巷，工程量大，作业困难，不安全。 ⑤采空区漏风大，易引起遗煤自然发火。 5．W型（称双工作面）

①后退式比前进式优越，是解决综采高沼气工作的重要形式。

②前进式巷道维护在采空区，漏风大，有效风量率低，且易十自然发火。 ③供风量增加，通风能力大，适用综采。

④高瓦斯矿，中间巷可不直钻孔，抽瓦斯抽放率高。 ⑤扩散漏风距离范围小，有利于防止采空区自燃。

第三节 采区所需风量的计算

按需供给风量是采区通风的核心。

一、采区所需总风量是采区风备用风地点所需风量之和。

Q采总=式中

(?Qai??Qbi??Qci??Qdi)?Kwz——工作面和备用面风量之和m3/min

QaiQbi——各掘进工作面所需风量之和m3/min ——各峒室所需风量之和m3/min

——风量备用系数（包括漏风）一般取1.2～

QciQdi其它巷道需风量计算依据

5

①采掘工作面回风道CH4浓度<1% CO2<1.5%

②进风流氧气浓度>20% CH4浓度<0.5% t<28℃ ③机电峒室<30℃

二、回采工作面需风量 1．按沼气涌出量计算

kg?QgQw?Cg?Cin(m3/min)

kg——涌出不均衡系数（kg=最大涌出量/平均涌出量）和采1.3～1.45 炮采1.35～1.5

Qg——沼气绝对涌出量m3/min

1Cg?100 Cg——工作面回风流量高允许浓度

Cin——工作面进风流<0.5%

2．按工作面气温与风速的关系计算

Qai?60?vai?SaiSaim/min3

2(m)?采高?平均控制距

——工作面平均断面

使用支撑式支架时掩护式支架时

Sa?3.75(M?0.3)

Sa?3(M?0.3)

3．按炸药量计算

Qw?500A/C(m3/min)?25A(m3/min)3m/kg

500——稀释每公斤炸药产生的炮烟风量

?——故放炮后通风时间一般20min

A——一次爆破所用的最大炸药量kg 4．按人数计算

4——每人每分钟供给4m3的规定风量（实际每人每分钟呼吸风量0.3m3/分）

Qai?4NaiNai——工作面同时工作的最多人数。

5．按风速进行验算

根据《规程》规定定，回采工作面最低风速为0.25m/s，最高风速为4m/s的要求验算。

6

Qai?0.25?60?Sai （

Sai——工作面断面积）

Qai?4?60?Sai

Qai6．备用采面需风量：一般取生产采面的一半，即2下风量，选择最大值作为回采工作面所需风量。 低沼气矿井综采工作面所需风量

，风速

?15m/s，五种方法算得

Q?200k1k2k3k4m/min3

200——综采面基本风量（采高h?1m时，控顶距4m，风速1.5m）

k1——半径系数 当

h?2mk1?2h?1

k1?h?2m 当

k2k3h?0.3

Lk2?10——工作面长度系数

L——工作面长度

——温度系数 <15℃ k3=0.7

16～17℃ k3=0.8

18～22℃ k3=1.0 23～24 k3=1.2 25～26 k4=1.4

k4——支架后方空顶系数，易于冒落

k4?1

强制放顶 三、掘进工作面所需风量 1．按沼气涌出量计算

k4?1.1

Q?100qk

q——掘进头绝对沼气涌出量 m3/min

K——瓦斯不均衡系数一取可取1.5～2.0

7

2．按炸药量计算

Q?25A(m/min)

3A——一次爆破最大炸药量（kg） 3．按高扇吸风量计算

Q?Qf?IQf

——局扇吸风量 5.5kw ————100m3/min

11kw—————200m3/min 28kw---------------- 350m3/min I——局扇台数 4．按人数计算

Q?4N

N——工作面最多人数 5．按风速验算

岩巷掘进面

Q?0.15?60?S断面

m/min

m/min

33煤巷或半煤巷

Q?0.25?60?S断面3

岩巷掘进面

Q?4?60?S断面m/min

以上五种方法中选择最大值作为掘进所需风量。

三、峒室所需风量的计算

1．大型火药库 Q=100～150m/min 2．中型火药库 Q=60～100m/min 3．采区绞车房 Q=60～80m/min

3m/min 4．采区变电所 Q=60～80

3335．充电峒室 Q=100～200m/min

第三节 通风构筑物

三类：

1．隔断风流的构筑物、密闭、风门。

8

32．用于通过风流的构筑物，风峒、风桥、测风站 3．调节和控制风量、调节风窗。 风门：

普通风门（单扇人行门、单扇过车门，双扇木门过架线风门） 自动风门

①撞杆式自动风门（图6-14） ②配重倾斜自关式（图6-14） ③气动式自动风门 ④水压自动风门 ⑤电动式自动风门 控制触发方式：

①辅助架线集电弓触发式

②轨道开关接点触发器（按钮式开关） ③轨道荷重传感器 ④光控触发器 ⑤超声波触发器 ⑥红外线传感器 ⑦微波传感器 ⑧电磁滤应器触发

第四节 减少漏风 保证采区供风

一、漏风的分类

1．外部漏风，地面主扇附近的井口防爆盖，调节闸门等处的漏风。 2．内部漏风，井下各种通风构筑物的漏风，采空压及碎裂煤柱。 按漏风分布的性质可以分为

①连续分布的漏风（巷道壁漏风，沿空巷道的漏风，掘进风筒漏风） ②局部漏风（通风构筑物的漏风） 二、漏风阻力定律

漏风有属紊流态，服从紊流阻力定律。

hL?RLQ2

漏风有属过渡流态，服务紊流阻力定律。

nhL?RLQLn?1?2

漏风有沿程连续分布漏风，服从 三、衡量矿井漏风程度的参数 1．矿井内部有效风量率

——各用风地点总风量之和与矿井总风量之比%

hL?RLQ2?Q2P有效风量率?Q有效Q扇风机?100%（一般不能≮80%）

9

2．矿井内部漏风率

P内部Q内部漏风量Q扇风机Qf?Q漏Q扇风机?100%（一般不能≯20%）

3．矿井外部漏风率

PL0??100%（一般不能≯15%）

四、控制漏风，提高有效风量

1．矿井主要进回风进，压差大，布置上尽量拉开距离。 对角式联络巷中尽可能要设置高质量的正、反风门。 2．矿井、采区、工作面进回风平巷间距不直过小。 3．服务年限长的进、回风巷道应布置在岩石中。 4．要正确选择通风构筑扬的安设位置。

5．采空区注浆，洒水、可提高压实程度，减少漏风量。 6．尽可能降低并联的漏风通道两端压差，降低漏风量。

7．压入式通风的箕斗井回风时，井底煤仓必须留足够的煤量，防止漏风。 8．风门、风桥规格化，保证构筑质量。

9．地表小煤窑必须查明，漏风通道，严防漏风漏水。

第七章 掘进通风

无论在新建矿、扩建矿还是生产矿井都要经常进行大量的井巷工程，为生产作准备，掘进时必须要对独头掘进面进行通风，这种通风称为掘进通风或局部通风。

第一节 掘进通风方法

一、总风压通风

矿井主扇造成的风压称为总风压 总风压通风

①利用纵向风墙导风（图7-1） ②利用风筒导风 ③利用平行巷道导风 ④利用钻孔通风

二、使用局部动力设施的通风法

按动力源分为引射器通风和局扇通风。

1．引射器：其通风原理是利用压力水或压缩空气经喷咀高速射出产生射流，卷吸周围空气一起前进。

优点：引射器通风安全，在煤与瓦斯突出严重的煤巷掘进时用它替代局扇，安全性能高。 缺点：风压低，风量小，效率低，需有高压水源或压气时，才能使用。 2．局扇通风

局扇通风是矿井广泛使用的掘进通风方法：压入式、抽出式、混合式

10

1）压入式通风 图7-10

风筒出口到工作面距离

lp?有效射程

lj?(4?5S)

风筒出口到风流转向点的距离叫有效射程

压入式通风优缺点：

①局扇及电气设备布置在新鲜风流内，污风不通过局扇安全。

②有效射程远，工作面风速较大，工作面排炮烟通风时间短，迎头区排烟效果好。 ③可使用柔性风筒，使用方便。 ④风筒漏出新风对排烟有一定作用

⑤缺点是一污风沿巷道排出污染范围广，劳动环境差，巷道长排烟时间长。 2）抽出式通风图7-11

风筒口离工作面的距离应小于有效吸程

lels

le?ls?1.5Sl

抽出式通风的优缺点

①新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气新鲜，劳动环境好。 ②只要保证在e内，抽出式风量比压入式风量小得多，功率小。

③污风通过风机，若风机不具备防爆性能则不安全，高沼气矿不使用。 ④吸风口离工作面近，容易被放炮岩石崩坏。

⑤不能使用柔性风筒，使用铁风筒，安装麻烦、费工时。 3）混合式通风

用两套风机和风筒装置，一套向工作面供新风，一套为工作面抽污风称为混合式。 压入式和抽出式联合工作，所以兼有二者的优点。 布置方式 1．长压短轴

2．前压后轴（长抽短压方式） 3．前抽后压（长轴短压方式）

第二节 掘进工作面所需风量的计算

1．压入式通风

Q压?7.8A(ld?S)2A——一次爆炸破药量 kg S——掘进巷道的净断面积

3 （m3/min）

ld——从工作面至炮烟被稀释到安全浓度距离。

11

400Ald?S（当掘进巷道的长度小于l2．抽出式通风

d时，用巷道长代替

ld）。

Q抽?18A?Slt(m3/min)

Alt?15?l5 ——炮烟抛掷长度，电雷管起爆时

tl爆雷管起爆时 t?15?A

3．混合式通风

（长抽短压） Q抽=Q压+60Vs （长压短轴） Q压=Q抽+60Vs

V——排尘最低风速0.15～0.25m/s 或稀释沼气的最低风速0.5m/s。 S——风筒重叠段的巷道面积 验算 按最低排尘风速0.15m/s

3Q?9?S(m/min)

按最低风量

按最高风速（岩巷、半煤岩和煤巷）4m/s 验算

最高风量

Q?240S(m/min)

3 12

第三节 掘进通风设备的选择

一、风筒的选择

1．对风筒的基本要求是： ①漏风小 ②风阻小 ③使用方便 ④成本低廉

⑤安全耐用（阻燃、抗静电） 2．风筒种类

刚性 铁质风筒、玻璃钢（摩擦阻力系数又小，但成本高、轻、抗酸碱腐蚀）。 柔性：（帆布、胶布、人造革塑料风筒） 刚性：适用于压入式和抽出式 柔性：仅适用于压入式

3．风筒的直径 400、500、600、800 4．风筒的风阻 摩擦风阻Rfr

局部风阻（接头风阻Rjo、弯头风阻Rb和出口风阻Rou（压入式） 入口风阻Rin（抽出式））

压入式

R?Rfr?Rjo?Rb?RouR?Rfr?Rjo?Rb?Rin

抽出式

LRfr?6.5?5d其中，摩擦风阻

h摩∴

2?L?v2D???LQ2?()???22D2?D2?2?D4?LeQ416

64L2L2??2?5Q?6.48?5Q?Dd

?系数，可按表（7-2）选取

h??局部风压损失

?v22???Q22S213

???2S2Q2

R局???2S2

?接头——可按图7-14选取

?弯头——可按图7-15选取

?出口——取为1

? 入口——取0.1，入口处完全修圆的

取0.5～0.6当入口处直角入口。

三、风筒漏风

金属风筒漏风主要是接头漏风

胶布风筒漏风不仅接头，而且全长（壁面和斜眼）漏风。所以风筒漏风属连续均匀漏风。

通过风筒的平均风量

Qa

Qa?Qf?QQf （

n何平均值）

——局扇工作风量

Q——风筒出口风量（工作面风量）

反映风筒漏风程度的指标有三 1．风筒漏风率

Qf?QQeLe??100%??100%QfQf

百米漏风率

Qf?QLe100??100%LQf?100

2．风筒和有效风量率

Ef

风筒出口风量占局扇工作风量的百分数

14

Qf?QeQEf??100%??100%?(1?Le)?100%QfQf?3．风筒漏风备用系数

??QfQ?

1001?Ef1?Le(?1)

四、风筒直径、局扇的选择

1．局扇工作风量

Qf

Qf???Q2．局扇工作风压

m3/s

hf压入式

hft?R?Q?Rp?Qf?Q2——压入式风筒的总风阻

2aPa8

RpN?S/m

抽出式

2hfs?Rs?Qa?Re?Qf?QPa

3．选择局扇

Rp——压入式风筒的总风阻

N?S2/m8

一般都使用JBT系列，根据

Qfhf在图7-16中选择再参照表7-5、表7-6选择配套的风筒。

4．局扇串联

如果选用的局扇工作风压不能满足要求，可选用二台进行串联作业。 5．局扇并联（一般多为集中并联）

当风筒风阻不大，而单台局扇不能给出所需风量时，说明局扇本身供风量不足，而非风压过小，这时可采用两台并联。

局扇无论是并联还是串联，均应选用同型号风机，以防止出现不正常工况。

第八章 矿井风量按需调节

随着矿井生产的发展，矿井风网的风阻不断变化

15

为了保证井下用风地点的风量和风质，就必须不断对矿井风网的风量进行调节，以保证安全生产，矿井风量调节是通风管理的重要内容。 一、矿井总风量调节

当矿井总风量不足或过剩时，需调节总风量，也就是调整主扇的工况点： 采取的措施是：

①改变主扇转速（电机的变频调速，可控硅串级调速，液力电阻器调速） ②改变时按安装角的办法 ③改变前导器叶片角度 ④更换电机 ○5改变矿井网络总风阻值： ○6利用风峒中的闸门，使总风阻增减。 二、局部风量调节 增阻法 减阻法 辅扇调节法 1．增阻调节法 如图并联风网，其中

R1?0.8R2?1.2NS2/m8 Q?30m3该并联风网中自然分配的风量分别为

Q?Q?301?16.5(1?Rm3/s)1R1?0.821.2

Q32?Q3?Q1?30?16.5?13.5(m/s)

按生产需要

Q131?5m/s

13

Q2?25m/s

显然自然分配风量不符合要求 若按生产要求：两分支的阻力

h1?R1(Q1?)2?0.8?52?20(Pa) h2?R2(Q2?)2?1.2?252?750(Pa)

为保证按需供用，必须使两分支的风压平衡

为此，需在1分支的回风段设置一调节风窗，使它产生局部阻力，

hr?h2?h1?750?20?730(Pa)

16

/s

根据调节风窗计算公式

QsSSW??Q?0.759Shw1?0.7595Rw

QsSSW??Q?0.238Shw1?2.38Rw若

S?4m2hw?730Q1??5m3/s

5?4Sw??0.23(m2)5?0.759?4730

第九章 矿井风量按需调节

增阻调节法的优缺点与适用条件

1．这种调节法具有简便易行的优点，它是采区内主要调节措施。 2．这种调节法使矿井的总风阻增加，势必造成矿井总风量下降。 要想保持总风量减少就得改变主扇风压曲线，增加通风电力费 3．适当条件下可用以下几种增阻调节法 ①百叶窗形调节装置（如图8-8） a. 调节范围较宽 b. 调节比较均匀 c. 有利于降尘

d. 易于实现自动化控制

②气室型调节装置（图8-9）

通过改变门扇的敞角来实现风量调节 可以设在运输强度不太大的巷道中 ③风幕调节装置（图8-10）

通过高速风流形成风幕来遮断风流通过的能力。 达到调节风量的目的

a. 可连续平滑地实现调节，但调节量有一定限度。 b. 不堵塞巷道

c. 不影响运输和行人 d. 风幕中加水，可降尘 e. 易于实现自动化管理 二、降低风阻调节法

并联风网，两巷道的风阻分别为则两巷道的阻力分别为

R1,R2所需风量为

Q1Q2，（不是自然分配风量）

17

h1?R1Q21

2h2?R2Q2如果

h1?h2；则以

h2

为依据，把

h1减到

h1?，为此须把

R1降到

R1?即

h1??R1?Q12?h2

以上表明：降阻调节与增阻调节相反，为保证风量按需分配，当两并联巷道的阻力不等时，以小阻力为依据，设法降低为阻力巷道的风阻，使网孔达到阻力平衡，由

h2R1??2Q1R??LuS3可知

扩大S????S?

降低风阻的主要办法是扩大巷道断面

1R1?111?1Lu1?1LCS??LcS则

原来巷道改造，即旧巷长度不变，L是常数

131?S13?S52

11??1Lu1?1S1???1?R1?2513 若

??CS11u1

1???11LcS1??1??R1?m2

如果客观上又无法采用扩大巷道断面的措施时，可改变巷道壁面的平滑程度或支架型式，以减少摩擦阻力系数来调节风量。

改变后的摩擦阻力系数，可用下式计算

18

R1?S1????L1u1113

降阻调节的优点

使矿井总风阻减小，总风量增加。

但这种调节法工程量大，投资较多，施工时间也较长。

一般宁愿在巷道旁开掘并联巷道，或利用废旧巷道供通风用。 三、增加风压调节法

增压调节的实质是在并联风网中的大阻力分支中安装辅助扇风机，用其克服该分支的部分阻力，达到按需供风的目的。 （如图表8-12）

一采区所需风量

Q1 风阻

R1R2 产生的阻力

h1

二采区所需风量

Q2 风阻

h 产生的阻力2

自地表到采区总进风段1-2的风阻为总进风段3-4的风阻为

R3

R4

Q两采区所需总风量为

h1?h2h2?h1若且，为了保证按需供风，则主扇应提供的风压h为

h?(R3?R4)Q?R1Q为使二采区供风量为

221

Q2，则要安设辅扇，压力

??h2?h1h2，则

辅扇风压

1h2?h2?h1

辅扇风力

Qf?Q2

用这组数据选择辅扇

增压调节法的优缺点

19

1．较降阻调节法比较，施工方便，但管理工作较复杂，安全性较差。 2．经济费用高。（辅扇的购置费、安装费、电力费、运行费、绕道开掘费） 3．增加通车过人的麻烦。 适用条件

在并联风网中各分支的阻力相差比较悬殊，主扇的风压满足不了阻力较大分支的需要时，不能采用增阻调节法，当采用降阻调节法在时间上来不及时，可采用安装辅扇的增压调节法。 另一种增压调节法（引射器相法）

靠射流产生的动能，推动风流，从而使该风路的风量有所提高。

这种调节方法虽然安装方便，但增加的能量有限，提高风路上的风是不多，特别是容易产生循环风。

四、风量调节与瓦斯浓度的关系

在瓦斯矿井进行风量调节，通常是以巷道中的瓦斯浓度作为调节依据。

第三节 多台主扇联合运转的相互调节

采用多台主扇联合运转的矿井、各台主扇之间、相互影响如不注意在必要时进行各台主扇的相互调节，就可能使矿井通风的正常状况受到破坏，甚至严重影响安全生产。 一、多台主扇联台运转的相互影响

由于东翼需风量的改变，使西翼也必须做相应调整，如不调整西翼主扇工况点将为e，从而使西翼风量减少，有时甚至处于不稳定状态，新的生产计划要求，东翼主扇风量增至则会导致矿井总进风量增加。

公共风路与东翼风路的通风阻力增加。

QI?时，

公共风路的通风阻力增至

??R3(QI??QII?)2h3??R2QII?2h2

东翼风路的通风阻力增至

则东翼主扇的静风压

22??????hII?h3?h2?R3(QI?QII)?R2QII

??2东翼主扇的动轮叶片安装角调整为时，才能满足供风需要，即新工况点为C，其工作

hII??2RII?QII风阻力hI?

当东翼主扇经调整满足按需供风时，则西翼主扇因矿井总进风量增加，必须提供的静风压为

??R3(QI?QII?)2?R1QI2h2

20

各种散热方式占人体总散热量的百分比 辐射 44% 对流 31% 蒸发 21% 热环境与事故率

热环境中，中枢神经系统受到抑制，使注意力分散、降低动作的准确性及协调性，容易发生事故。

衡量环境气候的指标：干球温度、等效温度、卡它度

干球温度——不能真实反应气候对人的适宜程度，环境中的舒适感是根据工人在空气温度、湿度、风速三种数据不相同，各种环境中的舒适感觉进行统计和比较，并以湿度已饱和风速为零，舒适感觉相同的环境空气温度作为指标用来评价温度、湿度和风速不相同的各种环境，对人的舒适感觉，这种指标叫做等效温度。它能反映空气温度、湿度和风速三种因素对人舒适感觉的综合作用。

卡它度——表示具有与人的体温接近的卡它温度计向外界散热的速度。 干卡它度近似地取决于气温t和风速v。

温卡它度可以反映温度、湿度、风速三者的综合影响。

Fkl?t静止空气中

用湿纱布包裹液球。

v?0，kd?0.27(36.5?t)

卡它度相当于成年男人身体的散热速率。

第二节 影响井下气温的因素

影响井下气温变化的主要因素有： 1．矿井进风温度

2．井下风流的压缩和膨胀 3．机电设备散热。 4．氧化放热

5．人体散热、散湿 6．地下热水散热。

7．围岩与井下空气的热交换。 适应于不同作业的卡它度 作业静止程度 坐着工作 中等劳动 重劳动 舒适的干卡它度 6 8 10 舒适的温卡它度 18 25 30 （二）风流位能变化的影响

风流下行增焓（放热）风流绝热压缩引起风流温度的变化

26

(k?1)9.8(z1?z2)T2?T2?kR

k?1.4 R?287

当

z1?z2?100，

T1?T2?100，

(1.4?1)?9.8?100T1?T2??0.98(k)1.4287

风流上行减焓（吸热）

位能转化成热量使空气的比焓i增大，可用下式计算

2.34?i?9.8(z1?z2)(j/kg)?H(kcal/kg)1000

M(kg/s)当风流的质量流量为

2.34MHQ?M?oi?9.8M(z1?z2)(kJ/s)?(kcal/kg)1000

例如：已知某井筒垂深为650m，试求风流下行时位能变化引起的压缩增焓，井筒入风量

M?60kg/s，求位能转化成的总热量。

解：压缩增焓为位

能

?i?9.8?650?6.37kj/kg转

化

成

的

总

热

量

为

9?Mh.Q??10?8?0?309kj8s

.218三、围岩与风流间的热交换 1．地温在垂深方向的分布规律

（1）变温带，在离地表20～40m范围内，岩温受地表气温变化的影响，称为变温带，变温带中的岩温随季节变化。

（2）恒温带，恒温带岩温常年不变（表10-1）

27

（3）增温带，岩温随深度增加而增加，地温每增1℃增加的垂深m/℃称。

（4）地温率

z?zcgr?tr?tc

tczc、——恒温带的温度（℃）及深度（m）

gr——地温率m/℃

z例 已加 某矿井恒温带深度c地温率

?35mt，恒温度c?18℃。

gr?32.5m/℃。试求矿井垂深650m处的初始岩温r

t解 由

z?zcgr?tr?tc

z?zc650?35tr?tc??18??36.9gr32.5℃

2．围岩传递给风流的热量已知巷道壁温

Qh

tB和平均气温t，用牛顿公式求算

Qh

Qh??uL(tB?tf)?tB

w （10-12）

2(W/m?k)

——对流换热系数

u?L——巷道周界及长度m

——巷壁平均温度

——平均气温℃

t例：水平巷道100m，周长12.2m，原始岩温35℃，空气温度25°，总传热系数

??0.52w/m?c，求巷道围岩的散热量。

28

2解：

Q?2Lu(tB?tf)

?0.52?100?12.2(35~25)

?6344w?6.344kwQe?N(1??e)N——供电设备实耗功率 kw

一个大型矿井，围岩的散热量可达数百万千瓦。 四、机电设备散热。

1．动力设备散热（电动机、变压器）

kw

?eNm——设备效率

2．蓄电池机车发热

QM?Nm?1.5kw——机车功率

kw

1.5——蓄电池化学反应发热的系数。 五、其它热源

1．煤壁氧化发热量

Q?q0vuLq0——折算到巷道风速近似可取3～4.6w/m2 2．人员发热量

0.8

v?1m/sw时单位面积氧化发热量。

Q?n?qn——人数

q

——每人发热量 推车 170～215w

搬运坑木 300～390w

29

3．地下热水散热 明 度— aet rvyo

Q??F(tw?t) 沟散热量

?W??6.16?5.V3W——热交换系数

——分别是水与空气的温度

F——空气与水的接触面积

wW:t4．局扇对风流的加热。 风流流过局扇的焓值的增量

??i

kj/kg

N——轴流式局局电机输入功率 kw M——风机风量 kg/s Hs——风机静压 pc

NHs?i??M1000????s?——空气密度 kg/m3

?s——风机静效率 ??0.6

风流通过局局的温升

?iN?t??cpM

cp——空气定压比热1.01

例 某掘进巷道局扇实测输入功率N=21.2kw，流量M=6.1kg/s 计算风筒内局扇前后风流的温差?t

解：

N21.2?t???3.44M?Cp6.1?1.01℃

30

第三节 矿井降温措施

一、通风降温

1．选择合的理风通系统，缩短进络网线 2．加大风速和风量

3．在条件适宜的工作面采用下行风

4．改U型为y型工作面通风或采用W型通风。 二、减少热源

1．入风巷尽可能布置在无氧化发热的围岩内。

2．在地温高时，新掘出的巷道，放热量大，可用隔热材料。 3．温度高的压气管或排水管应设在回风流中。

4．采区氧化发热严重的矿井，用全部充填法管理顶板，可减少采空区涌出的热量。 5．采用排水暗沟。

三、选择适宜的开采顺序

1．采区前进式，初期入风路线短，工作面后退式，可使巷道有较长的通风冷却时间。 2．综采面提高循环次数，增加产量，比提高工作面长度要好。 3．采用双巷掘进有利于降低井下气温（表10-12）。

第四节 矿井空气调节系统

上述各种降温技术都是有一定限度的，对热害严重的矿井应考虑采用机械制冷设备通来改善井下热环境。

矿井空调应看作是生产性空调

一、矿井空调系统基本类型（按制冷站的位置） 1．地面集中式（冷却矿井入风）图10-6

2．井下集中式和分散式（冷却 水平入风，或服务采区）图10-7、图10-8 3．井下移动式（主要用于高温严重的局部采掘地点）图10-9 二、矿井空调系统的组成

由制冷、传冷和排热三个基本部分组成 矿井空调系统一般存在三个循环回路 ①制冷剂循环回路 ②载冷剂循环回路 ③冷却水循环回路

矿井空调系统的六种基本类型

1．全部放在地面、冷却矿井入风称为地面集中式。 2．制冷机及排热系统在地面、空冷器在井下。 3．制冷机及空冷器在井下，只重地面排放冷凝热。 4．在井下排除冷凝热的系统。 5．混合式制冷空调系统。 6．矿用移动式空调机组。

三、机械制冷设备的工作原理。 主要采用液体气比制冷法： ①蒸汽压缩式制冷

31

②吸收式制冷 ③蒸汽喷射式制冷

矿井空调主要采用蒸汽压缩式制冷

一、理想制冷循环即逆卡诺循环，由二个定温和二个绝热过程组成。 四、制冷循环的热力计算 在下列给定条件下进行：制冷量计算步骤简列如下：

（1）每千克制冷剂的制冷量

（2）每千克制冷剂所担当的冷凝器热负荷

Q0、制冷剂的蒸发温度

t0、冷凝温度、过冷温度t?。

q0?i1?i4J/kgq?i2?i3W?i2?i1J/kgJ/kg

（3）压缩1Kg制冷剂蒸汽的功耗

（4）制冷循环的制冷系数

q0i1?i4???wi2?i1

Gkg/h如果制冷剂的循环量为，则压缩机所消耗的理论功率。

G(i2?i1)N?(kw)63.6?10

常用实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环的制冷系数比值来表示实际制冷循环与理想循

环的接近程度，这个比值被称作为热力学完善度

????1?0

制取的冷量与所耗功率之比，称为制冷系数或能效比

矿井通风复习题及解答 一.名词解释

1.绝对湿度:单位体积空气中所含有的水蒸汽的质量(kg/m3)(g/m3) 2.相对湿度:空气的绝对湿度fa与饱和湿度fs的百分比(fa/fs *100%) 3.空气的比容:单位质量空气所占有的容积(?=V/M )

32

4.空气的密度:单位容积空气的质量(?=M/V)

5.粘性:当流体层间发生相对运动时产生的内摩擦力的特性称为粘性

6.绝对全压:以真空为基准测的压力称为绝对静压加上速压.称为绝对全压 7.绝对静压: 以真空为基准测的压力称为绝对静压.

8.相对全压:以大气压为基准测的压力称为相对静压加上速压称为相对全压 9.位压:单位质量空气相对于某个基准面而具有的势能称为位压.

10.速压(动压):单位质量空气以某一速度运动所具有的动能称为速压(动压) 11.工况点:扇风机的风压特性曲线与矿井井巷风阻特性曲线的交点称为工况点.

12.等积孔:以一个假想孔口的面积大小来度量矿井通风的难易程度称该孔口为等积孔. 13.饱和湿度.空气中的水蒸汽量达到极限值时的湿度称为饱和湿度. 14.矿井漏风率:矿井内外漏风量与扇风机风量之百分比.

15.风量平衡定律:在矿井风网中流入节点的风量等于流出节点的风量.

16.风压平衡定律: 在矿井风网中任一回路或网孔中顺时针的风压等于逆时针的风压. 17.通风阻力定律:风流在巷道中流动其风量风阻及风压遵循H=R*Q2的规律 18.负压通风:风流在抽风侧管道内任一点的相对静压为负值的通风称为负压通风 19.正压通风:风流在压风侧管道内任一点的相对静压为正值的通风称为正压通风 20.紊流:风道内流体质点不仅有轴向而且有径向的无规律杂乱运动的流动称为紊流. 21.层流: 风道内流体质点只有轴向直线运动没有径向运动的流动称为层流.

22.摩擦阻力H:是指单位立方米的空气在流动过程中损失的能量(H=R*Q2)(类似于电压降) 23.摩擦风阻R:风流在巷道内流动过程中巷壁对风流的摩擦阻抗,它取于风道的几何参数和壁面光滑程度.(类似于电阻)

24.扩散器:扇风机出风口外连接一段断面逐渐扩大的风道称为扩散器. 25.局部阻力:风流在流动过程中遇到局部障碍而产生的阻力称为局部阻力. 26.自然风压:这种由自然因素作用下而形成的风压称为自然风压.

27.下行风:由上顺槽进风,下顺槽回风的工作面通风即工作面风流沿倾向向下流动的工作面通风称下行风

28.矿井有效风量率:是矿井有效风量与风机风量之百分比 29.通风机效率:是通风机的输出功率与输入功率之比. 30.相对瓦斯涌出量:每采一吨煤平均涌出的瓦斯量 二.问答题

1．何谓饱和空气？

这种含有最大限度水蒸汽量的湿空气叫饱和空气（??100%） 2．试述??0和??100%的物理意义？

??0为干空气

??100%为饱和空气

3．何谓露点温度？

??100%时的温度称为露点温度。

4．规程对采掘工作面的通风质量有什么规定？

（1）采掘工作面回风道CH4浓度<1% CO2<1.5%

33

（2）进风流氧气浓度>20% CH4<0.5% （3）进风流温度 t<26℃

（4）进风流矿尘浓度不超过0.5mg/m3 （5）工作面进回风巷风速5．何谓当量直径

Vmox?m/s

Vmi?m/sn0.15

4Sde?u非圆型管当量直径

半圆拱

6．写出半圆拱、梯形、三心拱、断面积与周界的关系。

u?3.84Su?4.16S

梯 形

三收拱

u?4.1S

皮托管的用途：

用皮托管可以测出风流的静压、速压和重压 （压入）h全=h行+h速 （抽入）h全=h静－h速

7．写出测风时巷道断面的校正公式，何为速度分布系数

S?0.4V?VtS

V——实际风速， Vt——真实风速

k?平均风速与最大风速之比称为速度分布系数

VVmax

8．何谓正压通风？何谓负压通风？

压入式通风叫做正压通风，即风流在压风侧任一测点的相对静压为正值。 抽出式通风叫做负压通风，即风流在抽风侧任一测点的相对静压为负值。 9．写出空气在巷道中流动的连续性方程

10．何谓贝努利方程？试述方程的物理意义？

?1v1s1??2v2s2h?阻1?21122?(P??gz??v)?(P??gz?pv1111122222)22

34

1122?(p1?p2)?(?01z1g??02z2g)?(?1v1??2v2)22

静压差 位压差 故动压差

（1）该方程表示了实际流体在流动过程中，能量损失和能量变化的基本规律，它对于有粘性，不可压缩的和连续流动的一切实际流体，都具有普遍适用的意义。

（2）通风压和通风阻力同时产生，相互依存，大小相等，方向相反为克服通风阻力，必须满足相应的通风压力，而且风流总是从总流向总能量小的断面。

11．层流和紊流两种流态的判别依据是什么？矿井通风巷道为什么多属紊流？

判别依据为雷诺数

VeDVDRe??uv(????Q)

实际井巷中最低风速都在0.15以上，均属紊流。

12．写出摩擦风阻公式，并试述降低摩擦阻力的措施。

R摩??LuS3

（1）降低?，尽量使巷道壁面光滑，采用光爆锚喷。 （2）扩大巷道断S，条件许可，采用双巷进回风。

（3）减小巷道周界长u（断面相同条件下，圆型周长最小、拱型周长次之、梯型周长最大） （4）减少巷道长L

（5）避免巷道内风量过大，尽量使矿井的总进风早分开，总回风晚汇合。 13．写出通风阻力定律？

h?RQ2 紊流

h?RQx 介于层流与紊流

h?RQ 层流

14．绝对压力和相对压力区别何在？

为什么正压通风段中断面上某点的相对全压大于相对静压。而在负压、通风段中相对全压都小于相对静压？

——绝对压力的值以真空为基准计算的称为绝对压力

——相对压力以测点同标高的大气压力为基准计算的，称为相对压力。

——正压通风

h全?h静?h速h全?h静?h速

——负压通风

15．抽出式通风矿井主扇为什么要安设外接扩散器？

35

其作用是为了减少扇风机出风口的速压、损失、提高扇风机静压，用以克服矿井阻力。因

h?h?hrfs目 为

16．在尼古拦挂实验中，入随Re变化，可分为几个区，各区有何特征？

（1）层流区 Re?200 0说明入仅随Re变化，而与相对粗糙度

lgRe?3.3 无关且

??64Re

?Re?2000~10000?（2）中间过渡区?3.3?lgRe?5.0入既和Re有关，又和管壁相对

粗糙有关

??f(Re?)r

Re?10000e（3）完全紊流区 lgR?5.入和0Re无关，只和管壁的相对粗

糙度有关，即

??f()?r

17．摩擦阻力系数?与哪些因素有关？ （1）巷道的支护方式 （2）空气的密度

18．矿井等积的含义是什么？

???e8???e8

通过一个假想的孔上面积大小来形象地反映矿井通风的难易程度。

A?1.19?h?1.191R h?Pa36

R?(Ns2/m8)

A?0.38Q1?0.38hR h(mmH2O)R(ku)

19．写出风流在网络中流动遵循的三条定律？ 风量平衡定律 量。

风压平衡定律

?Qi?1ni?0 流入节点的风量等于流出节点风

?h?0ii?1n 顺时针风压，等于逆时针风压。

2i 通风阻力定律 h?RQ20．单角联风路中不稳定风路K系数的意义？

K?R1R4?1R2R3 无风流 Q5?0 R1R4?1R2R3 有风流 a?b R1R4?1R2R3 有风流 b?a

K?K?21．平坦的风阻特性曲线和陡峭风阻特性曲线各反映什么问题。 平坦的风阻特性曲线反映井巷风阻小 陡峭风阻特性曲线反映井巷风阻大

22．简述并比较各种风量调节方法

（1）增阻法：这种调节法具有简便，易行的优点。

这种调节法使矿井总风阻增加，势必造成矿井总风量下降，要保证总风量不减，就得增加通风电力费。

（2）降阻法：这种方法，使矿井总风阻减少，总风量增加，但

37

这种方法，工程量大，投资较多，施工时间长。

（3）增压法：这种方法、施工方便理工作较复杂、安全性较差、经济费用高。

23．何谓自然风压，自然风压是怎、管样产生的，影响自然风压的因素有哪些？

（1）自然通风：在各种自然因素的作用下，使风流获得能量并沿井巷流动，这种现象，称为自然通风，其动力称为自然风压。

（2）自然风压是非曲直由进回风两侧空气柱的重量之差而产生。 （3）影响因素：

a．进回风两侧空气柱的高度。 b．进回风两侧空气柱的平均重率。 c．空气成份和湿度影响空气的密度。= d．空气密度随井深增加而增加。 24．什么叫扇风机的工况点？

工况点就是风阻特性曲线和扇风机性能特性曲线的交点。 25.空气的物理参量有哪些?

密度, 比容,重率,压强,温度,湿度,粘性,比热,焓 26.焓湿图上可以查到哪些物理参量?

干温度,湿温度,露点温度,相对湿度,含湿量,水蒸汽分压力,饱和水蒸汽分压力,饱和含湿量,焓

27.多台扇风机不稳定运转的预防措施?

1.当一台扇风机的工况被调整,其它扇风机也应做相应调整

38

2要尽可能降低公共风路的风阻(早分开,晚汇合,长度尽可能短,断面尽可能大,进风道尽可能多)

3.对角式系统两翼尽可能选用相同能力的风机 4.尽可能均衡两翼的风量和风压,生产布局要合理.

5.尽可能少用或不用扇风机的最大或最小叶片角度,防止自然风压的作用使扇风机工况点超出合理工作范围.引起扇风机运转不安全.

28.微气候对人体热调节的四个影响因素? 1温度. 2湿度 3.风速 4,辐射

29.衡量环境气候的指标有哪些 1.干球温度 2.等效温度 3.卡它度

30.地温在垂直方向上分布的三带? 1变温带 2.恒温带 3.增温带

31.矿井降温措施有哪些?

32.矿井空调系统分哪三类基本类型?

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1.地面集中式 2.井下集中式和分散式 3.井下移动式.

33.矿井空调系统一般有哪三个循环回路? 1.制冷剂循环回路 2.载冷剂循环回路 3.冷却水循环回路

34.理想制冷循环有那几个过程组成? 两个定温过程和两个绝热过程 35.矿井通风系统有哪几类? 1中央并列式和中央分列式 2.两翼对角式和分区对角式 3.中央并列与中央分列混合式 4.区域式

36.井下主要用风点有哪些 1采煤工作面 2掘进工作面 3机电硐室 4.绞车房 5.变电所 6.火药库

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