通风安全学复习资料以及考题

通风安全学期末考试复习资料

第一章 矿井空气

矿井通风：利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风。

矿井通风目的（作用）：（1）以供给人员的呼吸，（2）稀释和排除井下有毒有害气体和粉尘，（3）创造适宜的井下气候条件。

地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。

新鲜空气：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气。

污浊空气：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。

矿井空气中常见有害气体：一氧化碳、硫化氢、二氧化氮、二氧化硫、氨气、氢气。 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。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。

人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。

对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。

干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。

矿井空气最高容许干球温度为28℃。

矿井下氧气的浓度必须在20%以上。

第二章 矿井空气流动基本理论

空气比容：是指单位质量空气所占有的体积，是密度的倒数。

当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的黏性。其大小主要取决于温度。 表示空气湿度的方法：绝对湿度、相对温度和含湿量三种。

每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。

含有极限值水蒸汽的湿空气中所含的水蒸汽量叫饱和湿度。

单位体积空气中实际含有的水蒸汽量与其同温度下的饱和水蒸汽含量之比称为空气的相对湿度。

不饱和空气随温度的下降其相对湿度逐渐增大，冷却到φ=1时的温度称为露点。 干、湿温度差愈大，空气的相对湿度愈小。

含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量称为空气的含湿量。

风流能量的三种形式：（1）静压能，（2）位能，（3）动能。

静压特点：

a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；

b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；

c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。

绝对压力：以真空为测算零点，而测得的压力称之为绝对压力，用 P 表示。

相对压力：以当时当地同标高的大气压力为测算基准而测得的压力称之为相对压力。 风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）三者之间的关系如下式所示：h = P － P0

P 与 h 比较：

Ⅰ、绝对静压总是为正，而相对静压有正负之分；

Ⅱ、同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化，而相对静压与高度无关。 Ⅲ、P可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压。

P0

P0

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， 注意：Ｉ、位能与静压能之间可以互相转化。

Ⅱ、在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势能。

位能的特点：

a.位能是相对某一基准面而具有的能量，它随所选基准面的变化而变化。但位能差为定值。 b.位能是一种潜在的能量。

c.位能和静压可以相互转化。

动压的特点：

a.只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。

b.动压总是大于零。

c.在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相等，所以其动压值不等。 d.某断面动压即为该断面平均风速计算值。

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。

由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对之分。

A、绝对全压（Pti） Pti＝ Pi＋hvi

B、相对全压（hti） hti＝ hi＋hvi＝ Pti－ Poi

说明：A、相对全压有正负之分；

B、无论正压通风还是负压通风，Pti ＞ Pi hti＞ hi。

抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于hti 和 hi为负，实际计算时取其绝对值进行计算。

∵ Pti and Pi ＜ Poi hti ＜ 0 且 hti ＞ hi ，但| hti | ＜ | hi | 实际应用中，因为负压通风风流的相对全压和相对静压均为负值，故在计算过程中取其绝对值进行计算。 即：| hti | = | hi | － hvi

抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风机进口的压力。

压入式通风 P0 抽出式通风

坡度线的意义：掌握压力沿程变化情况；有利于通风管理。

风流入口断面处的绝对全压等于大气压。

风流出口断面处的绝对静压等于大气压。

绝对全压（相对全压）沿程是逐渐减小的；

绝对静压（相对静压）沿程分布是随动压的大小变化而变化。

通风机的全压Ht等于通风机出口全压与入口全压之差。

无论通风机作何种工作方式，通风机的全压都是用于克服风道的通风阻力和出口动能损失；其中通风机静压用于克服风道的通风阻力。

通风机用于克服风道阻力的那一部分能量叫通风机的静压。

相对静压的负值越大，其扩散器回收动能的效果越好。

第三章 井巷通风阻力

对于管道流：Re≤2300 层流， Re＞2300 紊流

Re Vd

de 4SURe 4VS

U

vK对于孔隙介质流：层流，Re≤0.25； 紊流，Re＞2.5； 过渡流 0.25＜Re R＜ el 风速分布系数：断面上平均风速V与最大风速Vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数)，

用Kv表示： VKVVmax

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。

0 ，修正后 81.2 反映巷道的粗糙程度，kg/m3 或 N·s2/m4。

2LULUh RQ2 所以： ffhf 3QRf 3SS会产生局部阻力的地方主要有：井巷断面发生变化、方向变化、分岔及汇合的地方。 22 S1 v1 2 2 巷道断面突然扩大的局部阻力： h 2Q 1 v l111 2S222S22 1 S2 v2 2 2或 h l 1 2 v 2 2 Q 2 2S22S 2 1 1 对于粗糙度较大的井巷，可进行修正，修正后： 0.01

巷道断面突然缩小：

2 v2 S2 0.5 ，ξ值可按下式计算： 1 ，考虑粗糙程度的影 2S1 响时： 1 0.013 突然缩小的局部阻力系数ξ取决于巷道收缩面积比Ｓ2／Ｓ1 。

风阻 R 越大，阻力特性曲线越陡。

R是反映矿井通风难易程度的一个指标，R越大，矿井通风越困难，反之，则较容易。 矿井等积孔：作为衡量矿井通风难易程度的指标。 Q1.19A 1.19A h 或 R 当 A＞２，容易；A ＝１~ 2，中等；A＜１困难。

Rmm

降低井巷摩擦阻力措施有：

1．减小摩擦阻力系数α。

2．保证有足够大的井巷断面。

3．选用周长较小的井巷。

4．减少巷道长度。

5．避免巷道内风量过于集中。

降低局部阻力措施有：

1、应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小。

2、尽可能避免井巷直角转弯或大于90°的转弯。

3、主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。

4、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。

第四章 矿井通风动力

自然通风：由自然因素作用而形成的通风。

自然风压：作用在最低水平两侧空气柱重力位能之差。

1n1n m m Zi ii ，自然风压平均密度测定：若高差相等： ni 1Zi 1

N所以自然风压为H： Zg( m1 m2)

自然风压的产生：在一个有高差的闭合回路中，作用作用在最低水平两侧空气柱重力位能之差，就产生了自然风压。

自然风压影响因素：

1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差。2、空气成分和湿度。3、井深。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。

矿用通风机按其服务范围可分为三种：

1、主要通风机。2、辅助通风机。3、局部通风机。

在轴流式风机中：叶片安装角越大，风流和风压越大。

通风机附属装置有哪些，各自有什么作用？

1、风硐。作用：连接风机和井筒。

2、扩散器。作用：是降低出口速压以提高风机静压。

3、防爆门(防爆井盖)。作用：保护通风机。

4、反风装置。作用：在必要是使井下风流反向流动。

反风方法主要有：

1）设专用反风道反风。

2）利用备用风机作反风道反风。

3）轴流式风机反转反风。

4）调节动叶安装角反风。

对反风装置的要求：

定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在10min内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的40%；每年至少进行一次反风演习。

风机房水柱计示值含义：其值得变化反映风道线路中阻力的变化和矿井通风静压的变化。 个体特性曲线：不断改变R，得到许多组Q、H、N、η参数。以Q为横坐标，分别以H、N、η为纵坐标，将同名的点用光滑的曲线相连，即得到通风机在该转速条件下的个体特性曲线。

通风机装置：把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。

轴流式通风机个体特性曲线的特点：

（1）轴流式风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。驼峰区随叶片安装角的增大而增大。

（2）驼峰点Ｄ以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段；

（3）点Ｄ以左是不稳定工作段，产生所谓喘振（或飞动）现象；

（4）轴流式风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率随Ｑ增加而减小。 风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门全开）时启动，以减少启动负荷。 说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线

离心式通风机个体特性曲线的特点：

（1）离心式风机风压曲线驼峰不明显，且随叶片后倾角度增大逐渐减小，其风压曲线工 作段较轴流式风机平缓；

（2）当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比轴流式风机要大。

（3）离心式风机的轴功率Ｎ随Ｑ增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。 风机开启方式：离心式风机在启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。

说明：（1）离心式风机大多是全压特性曲线。（2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。

工况点：风机在某一特定转速和工作风阻条件下运行的工作参数。

通风机工况点的合理工作范围：

1、从经济角度，通风机的运转效率不低于60％ 。

2、从安全角度，工况点必须位于驼峰点右侧，单调下降的直线段。

3、实际工作风压不得超过最高风压的90％。

4、风机的动轮转速不得超过额定转速。

工点调节方法主要有：

1、改变风阻特性曲线。主要包括：１）增风调节。２）减风调节。

2、改变风机特性曲线。主要包括：１）轴流风机可采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的。２）装有前导器的离心式风机，可以改变前导器叶片转角进行风量调节。３）改变风机转速。

绘制串、并联风压特性曲线？课本上P75中介绍。

第五章 矿井通风网络中风量分配与调节

矿井通风系统图：是映矿井通风系统中各要素间的相互关系及通风参数的图纸。

用图论的方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。

通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。

图论术语有：1. 分支（边、弧）。2. 节点（结点、顶点）。3. 路（通路、道路）。4. 回路。

5、树。6. 割集。

手工绘制网络图的步骤：(1) 节点编号。(2) 绘制草图。(3) 图形整理。

通风网络图的绘制原则：

(1) 用风地点并排布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回风节点在网络图的上部，风机出口节点在最上部；

(2) 分支方向基本都应由下至上；

(3) 分支间的交叉尽可能少；

(4) 网络图总的形状基本为“椭圆”形。

(5) 节点与节点之间具有一定的距离。

风量平衡定律：指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质量等于流出该节点的

空气质量。即：

能量平衡定律：指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。即：当风路中无压源或自然风压时： hRi 0 ，风路中有压源或

Hf HN hR1 hR2 hR3 hR4 hR5自然风压时：

串联风路特性：

1、总风量等于各分支的风量。

2、压（阻力）等于各分支风压（阻力）之和。

3、总风阻等于各分支风阻之和。 1A s4111 A1A2An并联风路特性：

1、总风量等于各分支的风量之和。

2、总风压等于各分支风压。

2R hQ sss3、并联风网总风阻与各分支风阻的关系： 1

111 RR2Rn 1 24、并联风网等积孔等于各分支等积孔之和。

5、并联风网的风量分配 Q：i Rs

iQS

串联风路与并联风网的比较：

1、并联的优点：１）从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并联风网具有明显的优点。２）在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。 在相同风量情况下，串联的能耗为并联的 8 倍。

风网内某分支增阻时，增阻分支风量减小值比其并联分支风量增加值大；某分支减阻时，减阻分支风量增加值比其并联分支风量减小值大。

对风网络动态特性曲线：

当某分支风阻增大时，该分支的风量减小、风压增大；当风阻减小时，该分支的风量增大、风压降低。

当某分支风阻增大时，包含该分支的所有通路上的其它分支的风量减小，风压亦减小；与该分支并联的通路上的分支的风量增大，风压亦增大；当风阻减小时与此相反

对于一进一出的子网络，若外部分支调阻引起其流入（流出）风量变化，其内部各分支的风量变化趋势相同。

矿井总风量的调节方法有：1）改变主要通风机工作特性。2）改变矿井总风阻。 局部风量调节方法：增阻法、减阻法及辅助通风机调节法。

增阻调节法的主要措施：(1)调节风窗 (2)临时风帘 (3)空气幕调节装置等。

增阻调节法是一种耗能调节法，会使整个矿井的总风量减少，是由于其风量增加的巷道的增量没有风量减小的巷道的减小量还小。为了使风量不变，则调节风阻特性曲线。 增阻调节的分析：

1) 增阻调节使风网总风阻增加，在一定条件下可能达不到风量调节的预期效果。

2) 总风量的减少值与主要通风机性能曲线的陡缓有关。

3) 增阻调节有一定的范围，超出这范围可能达不到调节的目的。

增阻调节的使用条件：增阻分支风量有富裕。

增阻调节法的优缺点与适用条件：

优点：简便、易行、见效快。

缺点：使矿井的总风阻增加，总风量减少。

第六章 局部通风

利用局部通风机做动力，通过风筒导风的通风方法称为局部通风机通风。

利用局部通风机或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为局部通风 向井下局部地点进行通风的方法，按通风动力形式不同，可分为局部通风机通风、矿井全风压通风和引射器通风。

局部通风机通风其工作方式分为压入式、抽出式和混合式三种。

压入式通风的技术要求：

（１）Ｑ局＜Ｑ巷，避免产生循环风；

（２）局扇入口与掘进巷道距离大于10m；

（３）风筒出口至工作面距离小于Ls。

压入式通风的技术特点：

（１）局扇及电器设备布置在新鲜风流中；

（２）有效射程远，工作面风速大，排烟效果好；

（３）可使用柔性风筒，使用方便；

（４）由于Ｐ内＞Ｐ外，风筒漏风对巷道排污有一定作用。

从风筒出口至射流反向的最远距离称有效射程。

有效吸程：风筒吸口吸入空气的作用范围。

抽出式通风的特点：

（１）新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动条件好；

（２）污风通过风机；

（３）有效吸程小，延长通风时间，排烟效果不好；

（４）不能使用柔性风筒。

压入式通风的优点：

1）安全性好；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，提高散热效果；3）掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走；4）风筒成本低、重量轻，便于运输。

压入式通风的缺点：

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。

抽出式通风的优点：

新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好。

抽出式通风的缺点：

1）安全性较差；2）抽出式风量小，工作面排污风所需时间长、速度慢；3）风筒成本高，重量大，运输不便。

适用条件：压入式通风：以排瓦斯为主的煤巷或半煤岩巷。抽出式通风：以排尘为主的井筒或岩巷掘进。

炮烟抛掷长度：是指掘进工作面爆破后，炮烟充满巷道的最远距离。

稀释安全长度：当炮烟排到一定距离后，其平均浓度已降到安全浓度一下的长度。 混合式通风的主要特点：

a、混合式通风是大断面长距离岩巷掘进通风的较好方式。

b、主要缺点是降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量。

当局部通风机的吸入风量大于全风压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风。

矿井全风压通风的措施：1）风筒导风；2）平行巷道导风；3）钻孔导风；4）风幛导风。 风筒的基本要求是：漏风小、风阻小、重量轻、拆装简便。

风筒按其材料力学性质可分为刚性和柔性两种。

风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数称为风筒漏风率。

掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数称为有效风量率。

风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数。

掘进通风安全技术装备系列化包括哪些内容？有何安全作用？

内容：1、保证局部通风机稳定可靠运转。其主要包括：（1）双风机、双电源、自动换机

和风筒自动倒风装置；（2）“三专二闭锁”装置；（3）局部通风机遥讯装置；（4）积

极推行使用局部通风机消声装置；2、加强瓦斯检查和监测；3、综合防尘措施；4、防火防爆安全措施；5、隔爆与自救措施。

作用：1、降低噪音；2、使通风机更加安全可靠；3、提供矿井防灾和抗灾能力；4、降低

矿尘瓦斯；5、改善工作面的工作环境；6、提供安全性。

第七章 矿井通风设计与能力核定

矿井通风系统：是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网路和通风控制设施的总称。

按进、回风井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。 主要通风机的工作方式有三种：抽出式、压入式、压抽混合式

抽出式：整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。

压入式：在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。压入式通风时通风构筑物多，通风管理困难，漏风较大。

压抽混合式：通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。

采区通风系统：是矿井通风系统的主要组成单元，包括：采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。

上行风的主要优点是：

1、利于带走瓦斯，在正常风速下，瓦斯分层流动和局部积聚的可能性较小。

2、采用上行风时，工作面运输平巷中的运输设备位于新鲜风流中，安全性较好。

3、工作面发生火灾时，采用上行风在起火地点发生瓦斯爆炸的可能性比下行风要小些。

4、除浅矿井的夏季之外，采用上行风时，采区进风流和回风流之间产生的自然风压和机械风压的作用方向相同，对通风有利。

上行风的主要缺点是：

1、上行风流方向与运煤方向相反，易引起煤尘飞扬，使采煤工作面进风流及工作面风流中的煤尘浓度增大。

2、煤炭运输过程中放出的瓦斯进入工作面，使进风流和工作面风流瓦斯浓度升高，影响了工作面卫生条件。

3、采用上行风时，进风风流流经的路线较长，且上行风比下行风工作面的气温要高些。 下行风的主要优点是：

1、采煤工作面及其进风流中的煤尘、瓦斯浓度相对较小些。

2、采煤工作面及其进风流中的空气被加热的程度较小。

3、下行风流方向与瓦斯自然流向相反，不易出现瓦斯分层流动和局部积聚的现象。 下行风的主要缺点是：

1、运输设备在回风巷道中运转，安全性较差。

2、下行风在起火地点引起瓦斯爆炸的可能性比上行风要大些。

3、除浅矿井的夏季之外，采区进风流和回风流之间产生的自然风压和机械风压的作用方向相反，降低了矿井通风能力，而且一旦主要通风机停止运转，工作面的下行风流就有停风或反风(或逆转)的可能。

通风构筑物分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗；另一类是隔断风流的通风构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等。

有效风量：矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量。

漏风：未经用风地点而经过采空区、地表塌陷区、通风构筑物和煤柱裂隙等通道直接流（渗）入回风道或排出地表的风量。

外部漏风：泛指地表附近如箕斗井井口，地面主通风机附近的漏风。

矿井有效风量率：是指矿井有效风量与各台主要通风机风量总和之比。

矿井有效风量率不低于85%.。矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5％，有提升设备时不得超过15％。

减少漏风、提高有效风量的措施：应增加地面主要通风机的风硐、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。

通风困难时期：是指通风线路阻力相对较大的时期。

《矿井通风安全学》考试试卷(A卷)

参考答案和评分标准

一、简述题(每题3分，共18分)

1、CO有哪些性质？矿井空气中CO的主要来源？

答：CO是一种无色、无味的、无臭的气体，相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。CO能燃烧，当空气中CO浓度在13%~75%有爆炸的危险。CO进入人体后，

首先与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。

矿井空气中CO的主要来源：井下爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘、瓦斯爆炸事故等。

评分标准： 各1.5分

2、简要说明决定矿井通风阻力大小的因素有哪些？

答：摩擦阻力系数α；井巷断面；井巷周长；巷道长度；巷道内风量是否过于集中、避免巷道突然扩大或缩小、直角拐弯等因素。评分标准： 3分，1个0.5分。

3、矿井局部风量调节的方法有哪些？

答：(1) 增阻调节法

(2) 减阻调节法

(3) 增能调节法 评分标准： 3分，1个1分。

4、简述矿井通风系统的类型及其适用条件？

答：通风系统可以分为中央式、对角式、区域式及混合式。

中央式分为中央并列式和中央边界式。

中央并列式适用条件：适用于煤层倾角大，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。

中央边界式适用条件：适用于煤层倾角较小，埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井。

对角式分为两翼对角式和分区对角式。

两翼对角式适用条件：煤层走向大于4KM，井型较大，瓦斯与自然发火严重的矿井；或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井。

分区对角式适用条件：煤层埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷。 区域式适用条件：井田面积大、储量丰富或瓦斯含量大的大型矿井。

混合式适用条件：井田范围大，地质和地面地形复杂；或产量大，瓦斯涌出量大的矿井。

评分标准： 前两种方式及其适用条件每个1分，后边两种方式及其条件每个0.5分

5、影响矿井瓦斯涌出的因素有哪些？

答： 影响矿井瓦斯涌出的因素如下：

(1) 自然因素：①煤层和围岩的瓦斯含量；②地面大气压变化

(2) 开采技术因素：①开采规模；②开采顺序与回采方法；③生产工艺；④风量变化；

⑤采区通风系统；⑥采空区的密闭质量

评分标准： 两种因素每个1.5分

6、煤炭自燃要具备哪些条件？

答：煤炭自燃的必要充分条件是：

(1)有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态。

(2)有较好的蓄热条件。

(3)有适量的通风供氧，通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应自动加速的前提；实验表明，氧浓度〉15％时，煤炭氧化方可较快进行。

(4)上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。

上述四个条件缺一不可，前三个条件是煤炭自燃的必要条件，最后一个条件是充分条件。

评分标准：1、2、3、4指标各0.5分，最后一句话1分。

二、计算题(1题15分、2题20分，3题15分、共50分)

1、(15分) 用精密气压计测得A、B管道外的大气压力为101325Pa，1号水柱计hs=1764Pa，4号水柱计读数hs=1666 Pa，速压为196Pa，请问：

(1) 判断A、B两管道的通风方式，标出风机位置、风流方向、皮托管正、负端；

(2) 判断各水柱计测得是何压力？未知的水柱计读数，并在图中标出各液面的位置？

(3) 求A、B管道内测点的绝对静压？

图1

答：

(1) A管道的通风方式为抽出式通风(1分)；B管道的通风方式为压入式通风(1分)。

A、B管道的风机位置(1分)、风流方向(1分)、皮托管正、负端(1分)、各液面的位置(2分)如图所示：

(2) 1管测量的是相对静压；2管测量的是动压；3管测量的是相对全压；

4管测量的是相对静压；5管测量的是动压；6管测量的是相对全压。(每个0.5分) 由|hti| |hi| hvi得

2管水柱计读数为196Pa；3管水柱计读数为1568Pa；(1.5分)

5管水柱计读数为196Pa；6管水柱计读数为1862Pa。(1.5分)

i Poi hi 101325 1764 99561Pa(1分) (3) A管道内测点的绝对静压P

i Poi hi 101325 1666 102991Pa(1分) B管道内测点的绝对静压P

2、(20分)某抽出式通风矿井如图2所示，进风井口标高为+90m，出风井口标高为+175m，两井筒井底标高同为-450m。地面空气平均密度ρ0=1.11Kg/m3，进风井空气平均密度 ρ12=1.19Kg/m3，回风井空气平均密度ρ34=1.23Kg/m3，风峒中断面4空气的密度

ρ4=1.21Kg/m3。风峒断面积9.6m2，通过的风量137m3/s，通风机房水柱计的读数为2870Pa。求：

(1)矿井自然风压HN。说明是帮助还是阻碍主要通风机通风？

(2)矿井的通风阻力hR14

(3)矿井等级孔

(4)通风机的静压Hs；设扩散器阻力HRd=25Pa，扩散器出口动压Hvd=47Pa，通风机的全压Ht是多少？

(5)主要通风机静压输出功率。

+175

+90-450m

答：

(1) 矿井自然风压(4分，计算公式正确3.5分,说明帮助还是阻碍通风0.5分)

HN Z0g 0 12g 12 Z34g

85 9.8 1.11 540 9.8 1.19 625 9.8 1.23 311.64Pa

由计算得知，HN阻碍通风。

(2) 矿井通风阻力

11 137 2 Hs h4 2 4v4 2870 2 1.21 9.6 2746.79Pa(2.5分

) 2

矿井的通风阻力 hR14 HN HS 311.64

2746.79 2435.15Pa(2.5分)

(3) 矿井的等积孔(3.5分)

矿井总风阻Rm

矿井等积孔A hR14Q2 2435.15 137 2 0.1297Ns2/m8 3.3m2

(4) 通风机全压(3.5分)

Ht h4 hv4 hRd hvd HS hRd hvd

2746.79 25 47 2818.79Pa

(5) 主要通风机静压输出功率(4分)

Ns HsQ 10 3 2746.79 137 10 3 376.3kw

3、(15分)某矿通风系统如图3所示，各进风井口标高相同，每条井巷的风阻分别为，R1=0.33，R2=0.2，R3=0.1，R4=0.12，R5=0.1，单位为N2s/m8。矿井进风量为100m3/s。计算：

1、画出矿井的网络图。

2、每条风路的自然分配风量；

3、矿井的总风阻。

图3

答：(1) 矿井的通风网络图如图4所示(4分)

图4

(2) 由题意得并联风路R2、R3的风阻值R23

0.034 N2s/m8

支路4与并联风路23串联，所以其风阻值为R左 R4 R23

0.12 0.034 0.154 N2s/m8 左边支路与之路1构成并联风路，

并联风路的风阻值R左1

0.054 N2s/m8 (4分)

支路1的风量Q1 40.59 m3/s (1.0分) 左边支路的风量Q左=100-40.59=59.41 m3/s，即Q4＝59.41 m3/s (1.0分)

支路2

的风量Q2左 左 24.50 m3/s (1.0分) 支路3的风量Q3= Q左- Q2=59.41-24.50＝34.91m3/s (1.0分)

支路5的风量Q5＝100 m3/s (1.0分)

(3) 矿井的总风阻Rs R左1 R5 0.054 0.1 0.154 N2s/m8 (2分)

三、论述题(1题6分，2题8分，3题8分、4题10分，共32分)

1、比较掘进工作面压入式和抽出式通风方式的优、缺点？

答：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，则非常危险；(1.5分)

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；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；(1.5分)

3) 压入式通风时，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，而用抽出式通风时,巷道壁面涌出的瓦斯随风流向工作面，安全性较差；(1分)

4) 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；(1分)

5) 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。(1分)

2、煤尘爆炸的条件，特征？瓦斯、煤尘爆炸有何不同？

答：煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。(3个条件每个1分)

1)

煤尘的爆炸性

煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸危险性必须经过试验确定。

2)

悬浮煤尘的浓度

井下空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸，单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低和最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及试验条件等有关。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1000～2000g/m3。其中爆炸力最强的浓度范围为300～500g/m3。

3) 引燃煤尘爆炸的高温热源

煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘性质、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃。煤尘爆炸的最小点火能为4.5～40mj。这样的温度条件，几乎一切火源均可达到，

特征： (1)

2000

论压力为736ＫPa，但爆炸压力随着离开爆源距离的延长而跳跃式增大。爆炸过程中如遇障碍物，压力将进一步增加，尤其是连续爆炸时，后一次爆炸的理论压力将是前一次的5～7倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/ｓ，冲击波速度为2340m/ｓ。(1分) (2)

(3) (0.5分) 期，即煤尘受热分解产生足够数量的可1600～1900℃，爆源的温度达到燃气体形成爆炸所需的时间。根据试验，煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量，一般为40～280m

(4)

的40%～70％，致使煤尘挥发分减少。(1分)

(5) 产生大量的COCO，在灾区气体中的浓度可达2％～3％，甚(1分)

至高达8％左右。爆炸事故中受害者的大多数(70%～80％)是由于CO中毒造成的。(1分)

不同：看是否形成“粘焦”现象，可以判断煤尘是否参与了井下的爆炸。(0.5分)

3、均压防火的实质是什么？试述利用风压调节法防火的具体措施？

答：均压防灭火的实质是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施，改变漏风区域的压力分布，降低漏风压差，减少漏风，从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区，或熄灭

火源的目的。(4分)

具体措施：调节风窗调压；风机调压；风窗-风机联合调压；调压气室-连通管调压。(4分)

4、试述瓦斯爆炸的过程及其危害？瓦斯爆炸的基本条件？防止采煤工作面上隅角瓦斯积聚的主要措施？

答：瓦斯爆炸的过程：瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。

最终的化学反应式为：CH4+2O2=CO2+2H2O

如果O2不足，反应的最终式为：CH4+O2=CO+H2+H2O

矿井瓦斯爆炸是一种热－链反应过程(也称连锁反应)。(1分)

矿内瓦斯爆炸的危害是：高温、冲击波和有害气体。(3分)

瓦斯爆炸的三个基本条件：瓦斯浓度在爆炸范围内，瓦斯在空气中的爆炸下限为5～6％，上限为14～16％；氧气浓度大于12%；高于最低点燃能量的热源存在的时间大于瓦斯的引火感应期。(3分)

防止采煤工作面上隅角瓦斯积聚的主要措施：

① 迫使一部份风流流经工作面上隅角，将该处积存的瓦斯冲淡排出。

② 全负压引排法。

③ 上隅角排放瓦斯。(3分)

山东科技大学2007—2008学年第一学期

《矿井通风安全学》考试试卷(B卷)

参考答案和评分标准

一、简述题(每题3分，共18分)

1、造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是什么？《煤矿安全规程》对矿井采掘工作进风流中的氧气浓度有何规定？

答：造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是：人员呼吸；煤岩和其他有机物的缓慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸。此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。（2分)

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