安全工程矿井通风复习Word文档下载推荐.docx
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主要危害:
二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用,二氧化氮中毒有潜伏期,中毒者指头出现黄色斑点。
0.01%出现严重中毒。
井下爆破工作
4)二氧化硫(SO2)
二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味,空气中浓度达到0.0005%即可嗅到。
其相对密度为2.22,易溶于水。
遇水后生成硫酸,对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用,可引起喉炎和肺水肿。
当浓度达到0.002%时,眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激;
浓度达0.05%时,短时间内即有致命危险。
含硫矿物的氧化与自燃;
在含硫矿物中爆破;
以及从含硫矿层中涌出。
5)氨气(NH3)
无色、有浓烈臭味的气体,相对密度为0.596,易溶于水。
空气浓度中达30%时有爆炸危险。
氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用,可引起喉头水肿。
爆破工作,注凝胶、水灭火等;
部分岩层中也有氨气涌出
6)6.氢气(H2)
无色、无味、无毒,相对密度为0.07。
氢气能自燃,其点燃温度比沼气低100~200℃,
当空气中氢气浓度为4~74%时有爆炸危险。
井下蓄电池充电时可放出氢气;
有些中等变质的煤层中也有氢气涌出、或煤氧化。
主要有害气体中:
CO、H2S、NH3、H2等有爆炸危险性。
四、新鲜空气、污浊空气概念;
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。
五、煤矿安全规程对矿井气候条件的规定;
矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大,因此,《规程》对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。
矿井空气中有害气体的最高容许浓度
有害气体名称
符号
最高容许浓度/%
一氧化碳
CO
0.0024
氧化氮(折算成二氧化氮)
NO2
0.00025
二氧化硫
SO2
0.0005
硫化氢
H2S
0.00066
氨
NH3
0.004
氢
H2
0.5%
《规程》中规定CO的最高允许浓度为其轻微中毒(0.048%)的1/20,NO2的最高允许浓度为其危险中毒浓度(0.025%)的1/100。
可见只要严格遵守《规程》规定,就可避免有害气体对人体的危害。
六、矿井气候的三要素及各自的含义;
空气温度:
对人体对流散热起着主要作用。
相对湿度:
影响人体蒸发散热的效果。
风速:
影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。
第二章
一、空气主要参数的概念(湿度等);
(一)温度是描述物体冷热状态的物理量。
测量温度的标尺简称温标。
矿井表示气候条件的主要参数之一。
(二)压力(压强)在矿井通风学中,习惯把压强称为压力。
大气压力:
地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力。
(三)湿度
表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。
表示空气湿度的方法:
绝对湿度、相对湿度和含湿量三种。
1、绝对湿度——每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。
2、相对湿度——单位体积空气中实际含有的水蒸汽量(V)与其同温度下的饱和水蒸汽含量(S)之比称为空气的相对湿度
露点:
将不饱和空气冷却时,随着温度逐渐下降,相对湿度逐渐增大,当达到100%时,此时的温度称为露点。
3、含湿量——含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量(kg)称为空气的含湿量。
d=V/d。
(四)密度
单位体积空气所具有的质量称为空气的密度,与P、t、湿度等有关。
湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和,
二、静压、位压、动压的特点及相关计算;
1.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。
根据压力的测算基准不同,压力可分为:
绝对压力和相对压力。
A、绝对压力:
以真空为测算零点(比较基准)而测得的压力称之为绝对压力,用P表示。
B、相对压力:
以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点)测得的压力称之为相对压力,即通常所说的表压力,用h表示
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
3.动能-动压
(1)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。
垂直流动方向的作用面所承受的动压最大(即流动方向上的动压真值);
当作用面与流动方向有夹角时,其感受到的动压值将小于动压真值。
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。
(2)动压的计算
单位体积空气所具有的动能为:
Evi=i×
V2×
0.5
式中:
i--i点的空气密度,Kg/m3;
v--i点的空气流速,m/s。
Evi对外所呈现的动压hvi,其值相同。
(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。
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>
Pihti>hi。
风流的点压力之间相互关系
压入式通风(正压通风):
风流中任一点的相对全压恒为正。
∵PtiandPi>
Poi
∴hi>0,hti>0且hti>hi,hti=hi+hvi
压入式通风的实质是使风机出口风流的能量增加,即出口风流的绝对压力大于风机进口的压力。
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。
∵PtiandPi<Poi
hti<0且hti>hi,但|hti|<
|hi|
实际应用中,因为负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出口的压力。
风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具有的压力。
通风管道中流动的风流的点压力可分为:
静压、动压和全压。
风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为:
hvi=Pti-Pi
hvi、hI和hti三者之间的关系为:
hti=hi+hvi。
三、流体的能量方程的应用(计算);
单位质量可压缩空气在无压源的
井巷中流动时能量方程的一般形式。
单位体积(1m3)流量的能量方程
第三章
一、层流、紊流的概念及判断;
同一流体在同一管道中流动时,不同的流速,会形成不同的流动状态。
当流速较低时,流体质点互不混杂,沿着与管轴平行的方向作层状运动,称为层流(或滞流)。
当流速较大时,流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化,成为互相混杂的紊乱流动,称为紊流(或湍流)。
Re≤2320层流(下临界雷诺数)Re>4000紊流(上临界雷诺数)中间为过渡区。
二、摩擦阻力、局部阻力的概念及计算;
(一)摩擦阻力
1.层流摩擦阻力
当流体在圆形管道中作层流流动时,从理论上可以导出摩擦阻力计算式:
∵μ=ρ·
ν∴
可得圆管层流时的沿程阻力系数:
2.紊流摩擦阻力
摩擦阻力系数αα称为摩擦阻力系数,单位为kg/m3或N.s2/m4
则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为:
风流在井巷中作沿程流动时,由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。
(二)局部阻力及其计算
由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因,使均匀流动在局部地区受到影响而破坏,从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等,造成风流的能量损失,这种阻力称为局部阻力。
三、
和摩擦阻力类似,局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示
ξ——局部阻力系数,无因次。
计算局部阻力,关键是局部阻力系数确定,因v=Q/S,当ξ确定后,便可用
局部风阻
式中Rl称为局部风阻,其单位为N.s2/m8或kg/m7。
此式表明,在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比。
阻力特性曲线
在紊流条件下,摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。
故可写成一般形式:
h=RQ2Pa。
对于特定井巷,R为定值。
用纵坐标表示通风阻力(或压力),横坐标表示通过风量,当风阻为R时,则每一风量Qi值,便有一阻力hi值与之对应,根据坐标点(Qi,hi)即可画出一条抛物线。
这条曲线就叫该井巷的阻力特性曲线。
风阻R越大,曲线越陡。
四、等积孔概念、计算及判断;
我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。
假定在无限空间有一薄壁,在薄壁上开一面积为A(m2)的孔口。
当孔口通过的风量等于矿井风量,且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时,则孔口面积A称为该矿井的等积孔。
我国按等积孔大小确定矿井通风难易程度的标准为:
A<1m2,通风困难;
A>2m2,通风容易。
表3-4-1矿井通风难易程度分级
矿井通风难易程度
矿井总风阻Rm/Ns2m-8
等积孔A/m2
容易
<
0.355
>
2
中等
0.355~1.420
1~2
困难
1.420
1
五、降低矿井通风阻力的措施;
1)减小摩擦阻力系数α。
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。
5)避免巷道内风量过于集中。
第四章
一、自然风压的概念及计算;
自然风压:
在通风系统中,由于重力差引起的通风压力,就叫该系统的自然风压。
其大小等于作用在最低水平两侧空气柱重力差。
由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
2、自然风压的计算
注意:
1)自然风压的计算必须取一闭合系统。
2)进风系统和回风系统必须取相同的标高。
3)一般选取最低点作为基准面。
二、矿用通风机的分类;
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
按构造和工作原理可分为:
离心式通风机和轴流式通风机。
三、常见的通风机的附属装置及作用;
通风机附属装置有风硐、扩散器、防爆门和反风装置等。
(一)风硐
风硐是连接风机和井筒的一段巷道,通过风量大、内外压差较大,应尽量降低其风阻,并减少漏风。
(二)扩散器(扩散塔)作用:
是降低出口速压以提高风机静压。
(三)防爆门
防爆门是在装有通风机的井口上为防止瓦斯或煤尘爆炸时毁坏通风机而安装的安全装置。
作用:
当井下发生爆炸事故时,防爆门即能被爆炸波冲开,起到卸压作用以保护通风机。
要求:
正常状况下它是气密的,防止风流短路。
应设计合理,结构严密、维护良好、动作可靠。
(四)反风装置和功能
作用:
使井下风流反向的一种设施,以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区;
有时为了适应救护工作也需要进行反风。
反风方法因风机的类型和结构不同而异。
目前的反风方法主要有:
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。
四、通风机相关参数的概念及计算;
水柱(压差)计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系;
通风机性能主要参数是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率和转速n等。
(一)风机(实际)流量Q:
一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积,亦称体积流量。
单位为m3/h,m3/min或m3/s。
(二)风机(实际)全压Hf与静压Hs
全压Ht:
是通风机对空气作功,消耗于每1m3空气的能量(N·
m/m3或Pa),其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。
忽略自然风压时,Ht用以克服通风管网阻力hk和风机出口动能损失hv,即:
Ht=hR+hV,Pa
静压:
克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压HS(Pa)。
HS=hR=RQ2因此Ht=HS+hV
(三)通风机的功率
全压功率:
通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt。
计算式:
Nt=HtQ×
10-3KW
静压功率:
用风机静压计算输出功率,称为静压功率NS。
NS=HSQ×
10—3KW
风机的轴功率,即通风机的输入功率N(kW)。
或
式中t、S分别为风机的全压和静压效率。
电动机的输入功率(Nm):
(1)水柱(压差)计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系风机静压Hs=|h4|—hv4
(2)Ht、HN、hR之间的关系Ht+HN=hR14+hRd+hv5
表明:
扇风机风压和自然风压联合作用,克服矿井和扩散器的阻力,以及扩器出口动能损失。
五、工况点的概念;
轴流式、离心式风机特性曲线的特点及区别;
工况点:
当风机以某一转速、在风阻R的管网上工作时、可测算出一组工作参数(风压H、风量Q、功率N、和效率η),这就是该风机在管网风阻为R时的工况点。
1、轴流式通风机个体特性曲线
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。
(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。
轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。
2、离心式通风机个体特性曲线
(1)离心式风机风压曲线驼峰不明显,且随叶片后倾角增大逐渐减小,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。
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。
(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。
六、风机串联、并联的特点;
(一)风机串联工作
一个风机的吸风口直接或通过一段巷道(或管道)联结到另一个风机的出风口上同时运转,称为风机串联工作。
特点:
1、通过管网的总风量等于每台风机的风量,即Q=Q1=Q2。
2、总风压等于两台风机的工作风压之和,即H=H1+H2
结论:
1、风机串联工作适用于因风阻大而风量不足的管网;
2、风压特性曲线相同的风机串联工作较好;
3、串联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配,才会有较好的增风效果。
4、串联工作的任务是增加风压,用于克服管网过大阻力,保证按需供风。
(二)通风机并联工作
两台风机的吸风口直接或通过一段巷道连结在一起工作叫通风机并联。
风机并联分为:
集中并联和对角并联之分。
(1)、H=H1=H2
(2)、Q=Q1+Q2
1、风机并联工作适用于因风机能力小,风阻小而风量不足的管网;
2、风压特性曲线相同的风机并联工作较好;
3、并联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配,才会有较好的增风效果。
4、并联工作的任务是增加风量,用于风机能力小,保证按需供风。
第五章
一、通风网络图绘制步骤及原则;
1.绘制步骤:
(1)节点编号在通风系统图上给井巷的交汇点标上特定的节点号,某些距离较近,但阻力很小的几个节点可简化为一个节点。
(2)绘制草图在图纸上画出节点符号,并用单线条(直线或弧线)连接有风流连通的节点。
(3)图形整理按照正确、美观的原则对网络图进行修改。
2.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)合并节点:
某些距离较近、阻力很小的几个节点,可简化为一个节点。
(6)并分支:
并联分支可合并为一条分支。
二、风路串联、并联的特性;
(一)串联风路特性
1.总风量等于各分支的风量:
MS=M1=M2=…=Mn
当各分支的空气密度相等时,QS=Q1=Q2=…=Qn
2.总风压(阻力)等于各分支风压(阻力)之和,即:
3.总风阻等于各分支风阻之和:
4.串联风路等积孔及与各分支等积孔间的关系
(二)并联风网特性
1.总风量等于各分支的风量之和,即
2.总风压等于各分支风压,即
注意:
当分支中存在风机等通风动力时,并联分支的阻力并不相等。
3.并联风网总风阻与各分支风阻的关系
4.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
第六章
一、通常局部通风方法;
为排除自煤岩体涌出的有害气体和爆破产生的炮烟与煤尘,就需对之进行通风。
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(只有一个出口的巷道)进行通风的方法称为局部通风(又称掘进通风)
通常局部通风方法有:
自然通风、局部通风式通风、矿井全风压通风、引射器通风,其中局部通风机通风最常用。
二、常用通风方式;
压入式与抽出式的特点;
循环风的概念;
利用局部通风机作动力,通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风,它是目前局部通风最主要的方法。
常用通风方式:
压入、抽出和混合式。
压入式通风特点:
(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。
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。
2.抽出式特点:
(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)不通使用柔性风筒。
3、压入式通风与抽出式通风比较
1)压入式:
井巷空气清新程度风筒运送方便程度及成本
2)抽出式:
安全性(污风通过风机)有效射程与有效吸程掘进巷道涌出瓦斯
循环风:
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。
三、工作面需风量的计算;
一、排除炮烟所需风量
1.压入式通风
当风筒出口到工作面的距离Lop≤Ls=(4~5)时,工作面所需风量或风筒出口的风量应为:
m3/min
2.抽出式通风
当风筒末端至工作面的距离时,工作面所需风量或风筒入口风量应为:
二、排除瓦斯所需风量
在有瓦斯涌出的巷道掘进工作面内,其所需风量应保证巷道内任何地点瓦斯浓度不超限,其值可按下式计算:
三、排除矿尘所需风量
风流的排尘风量可按下式计算:
四、按风速验算风量
岩巷按最低风速0.15m/s,或风量Q9S(m3/min);
半煤岩巷和煤巷按不能形成瓦斯层的最低风速0.25m/s,或Q15S(m3/min);
验算。
四、
漏风率、有效风量率、漏风系数等的计算;
1)漏风率
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ηl。
ηl虽能反映风筒的漏风情况,但不能作为对比指标。
故常用百米漏风率ηl100表示:
ηl100=ηl/L×
100式中:
L为风简长度。
2)有效风量率
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pe。
3)漏风系数
风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数pq。
金属风筒的pq值可按下式计算:
式中K——相当于直径为1m的金属风筒每个接头的漏风率。
D——风筒直径,m;
n——风筒接头数,个;
L——风筒全长,m。
R0——每米长风筒的风阻,N·
s2/m8;
第七章
一、矿井通风系统概念及分类;
矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。
按进、回井在井田内的位置不同,通风系统可分为中央式、对角式{两翼对角式、分区对角式}、区域式及混合式。
按主要通风机的工作方式有三种:
抽出式、压入式、压抽混合式。
二、上行风、下行风概念特点;
上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。
当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时,采煤工作面的风流沿倾斜向上流动,称上行通风,否则是下行通风。
优缺点:
1、下行风的方向与瓦斯自然流向相反,二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。
2、上行风比下行风工作面的气温要高。
(流经路线长)3、下行风比
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