矿井通风与空气调节基础知识

1、1 2 现代化的局部通风机现代化的局部通风机 3 现代化的主要通风机现代化的主要通风机 4 第第1章章 矿内空气矿内空气 矿井通风的任务和目的矿井通风的任务和目的: 连续供给井下新鲜空气连续供给井下新鲜空气, 供人呼吸供人呼吸, 并排除并排除 井下有毒有害气体与矿尘井下有毒有害气体与矿尘, 创造良好的生产创造良好的生产 作业环境作业环境, 确保井下人员健康与安全确保井下人员健康与安全. 矿井通风系统：矿井通风系统：通常被称为矿井的心脏与通常被称为矿井的心脏与 动脉。矿井通风是保障矿井安全的最主要动脉。矿井通风是保障矿井安全的最主要 技术手段之一。技术手段之一。 5 进风井筒进风井筒 主要通风机

2、主要通风机 回风井回风井 风门风门 调节风窗调节风窗 回风巷回风巷 进风巷进风巷 密闭墙密闭墙 风桥风桥 工作面工作面 辅助通风机辅助通风机 简化的通风系统立体图 进风巷进风巷 6 矿内空气的主要成分矿内空气的主要成分 一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻 的进风巷道内的空气称为的进风巷道内的空气称为新鲜空气（新风）新鲜空气（新风）；经过用风地；经过用风地 点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊污浊 空气（乏风）空气（乏风）。 矿内空气主要成分除氧气（矿内空气主要成分除氧气

3、（OO2 2）、氮气（）、氮气（N N2 2）、二氧化碳）、二氧化碳 （COCO2 2）、水蒸汽（）、水蒸汽（HH2 2OO）以外，）以外， 有时还混入一些有害气体有时还混入一些有害气体，如瓦斯（，如瓦斯（CHCH4 4）、一氧化碳）、一氧化碳 （COCO）、硫化氢（）、硫化氢（HH2 2S S）、二氧化硫（）、二氧化硫（SOSO2 2）、二氧化氮）、二氧化氮 （NONO2 2）、氨气（）、氨气（NHNH3 3）、氢气（）、氢气（HH2 2）和矿尘等。）和矿尘等。 7 氧浓度氧浓度 （体积）（体积）/% % 主要症状主要症状 17静止时无影响，工作时能引起喘息和呼吸困难静止时无影响，工作时能引

4、起喘息和呼吸困难 15 呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力 降低，失去劳动能力降低，失去劳动能力 101212失去理智，时间稍长有生命危险失去理智，时间稍长有生命危险 69 9 失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内 可能导致死亡可能导致死亡 当空气中氧浓度降低时，人体就可能产生不良生理反 应，出现种种不适症状，严重时可能导致缺氧死亡。 人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系 8 研究表明：研究表明： 当氧气浓度低于当氧气浓度低于12%时，可燃物失爆；时，可燃物失爆； 当氧气浓度低

5、于当氧气浓度低于3%时，可燃物失燃。时，可燃物失燃。 9 （1） 氧气（氧气（O2） 矿内空气中氧浓度降低的主要原因矿内空气中氧浓度降低的主要原因 人员呼吸人员呼吸 煤岩和其他有机物的缓慢氧化煤岩和其他有机物的缓慢氧化 煤炭自燃煤炭自燃 瓦斯、煤尘爆炸瓦斯、煤尘爆炸 煤岩和生产过程中产生的各种有害气体煤岩和生产过程中产生的各种有害气体 在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入，在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入， 就可能引起人员的缺氧窒息。就可能引起人员的缺氧窒息。 10 煤矿安全规程煤矿安全规程规定，采掘工作面的进规定，采掘工作面的进 风流中氧气浓度（按体积百分比计算）不风流中

6、氧气浓度（按体积百分比计算）不 得低于得低于20%。 为此，必须对矿井进行不断的通风，将适为此，必须对矿井进行不断的通风，将适 量的新鲜空气源源不断地送到井下。这是量的新鲜空气源源不断地送到井下。这是 矿井通风最基本的任务之一。矿井通风最基本的任务之一。 11 矿内空气的主要成分矿内空气的主要成分 （2）氮气（）氮气（N2） 氮气氮气是无色、无味、无是无色、无味、无臭臭的惰性气体，是新鲜空的惰性气体，是新鲜空 气中的主要成分，对空气的相对密度为气中的主要成分，对空气的相对密度为0.97，它，它 本身无毒、不助燃，也不供呼吸。本身无毒、不助燃，也不供呼吸。 但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓

7、度相但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相 对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正 因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防 灭火和防止瓦斯爆炸。灭火和防止瓦斯爆炸。 矿井空气中氮气主要来源矿井空气中氮气主要来源是：地面大气、井下爆是：地面大气、井下爆 破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。 12 矿内空气的主要成分矿内空气的主要成分 （3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2） 二氧化碳二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，是无色，略带酸臭味的气体，比重为比重为 1

8、.52，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合， 故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显 的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶 于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、 喉粘膜有刺激作用。喉粘膜有刺激作用。 在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害 的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体 的正常呼吸功能就不能维持。的正常呼吸功能就

9、不能维持。 13 二氧化碳对人呼吸的影响二氧化碳对人呼吸的影响 在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在 氧气中加入氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难的二氧化碳，以刺激遇难 者的呼吸机能。者的呼吸机能。 当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使 空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸 加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人 员中毒或窒息。员中毒或窒息。 （3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2） 14 二氧化碳中毒症状与浓度的关系二氧化碳中毒症状与浓度的关系 二氧化碳

10、浓度二氧化碳浓度 （体积）（体积）/% % 主主 要要 症症 状状 1 呼吸加深，但对工作效率无明显影响呼吸加深，但对工作效率无明显影响 3 呼吸急促，心跳加快，头痛，人体很快呼吸急促，心跳加快，头痛，人体很快 疲劳疲劳 5 呼吸困难，头痛，恶心，呕吐，耳鸣呼吸困难，头痛，恶心，呕吐，耳鸣 6 严重喘息，极度虚弱无力严重喘息，极度虚弱无力 79 9 动作不直协调，大约十分钟可发生昏迷动作不直协调，大约十分钟可发生昏迷 91111 数数分钟内可导致死亡分钟内可导致死亡 15 矿井空气中二氧化碳的主要来源矿井空气中二氧化碳的主要来源 煤和有机物的氧化；人员呼吸；煤和有机物的氧化；人员呼吸； 碳酸性

11、岩石分解；炸药爆破；碳酸性岩石分解；炸药爆破； 煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。 此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放 出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然 大量喷出，给矿井带来极大的危害。大量喷出，给矿井带来极大的危害。 （3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2） 16 规程规程规定规定 采掘工作面的进风流中，采掘工作面的进风流中， CO2不超过不超过0.5 %。 采区回风巷和采掘工作面回风巷回风流中采区回风巷和采掘工作面回风巷回风流中 二氧化碳浓度达到二氧化碳浓度达到1.5 %时，必须停止工作

12、，时，必须停止工作， 撤出人员，查明原因，制定措施，进行处撤出人员，查明原因，制定措施，进行处 理。理。 总回风巷或一翼回风巷中，二氧化碳超过总回风巷或一翼回风巷中，二氧化碳超过 0.75 %时，必须查明原因，进行处理。时，必须查明原因，进行处理。 （3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2） 17 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体 （1 1）一氧化碳（）一氧化碳（COCO） COCO是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为 0.97,0.97,微溶于水微溶于水, ,能与空气均匀地混合。能与空气均匀地混合。 COCO能燃烧，浓度在能燃烧，浓度

13、在131375%75%时有爆炸的危险；时有爆炸的危险； COCO与人体血液中血红素的亲合力比氧大与人体血液中血红素的亲合力比氧大150150300300倍倍 （血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的（血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的 细胞）。细胞）。 一旦一旦COCO进入人体后，首先就与血液中的血红素相结进入人体后，首先就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，从而造成人体血液失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息窒息”。 18 一氧化碳中毒症状与浓度的关系一氧化碳中毒症状与浓度的关系 COC

14、O浓度（体积）浓度（体积）/%/%主主 要要 症症 状状 0.020.022 23 3小时内可能引起轻微头痛小时内可能引起轻微头痛 0.080.08 4040分钟内出现头痛分钟内出现头痛, ,眩晕和恶心。眩晕和恶心。2 2小时小时 内发生体温和血压下降，脉搏微弱，出内发生体温和血压下降，脉搏微弱，出 冷汗，可能出现昏迷。冷汗，可能出现昏迷。 0.320.32 5 51010分钟内出现头痛，眩晕。半小时分钟内出现头痛，眩晕。半小时 内可能出现昏迷并有死亡危险。内可能出现昏迷并有死亡危险。 1.281.28几分钟内出现昏迷和死亡。几分钟内出现昏迷和死亡。 19 （1 1）一氧化碳（）一氧化碳（CO

15、CO） 矿内矿内CO的来源与允许浓度的来源与允许浓度 空气中一氧化碳的主要来源有：矿内爆破空气中一氧化碳的主要来源有：矿内爆破 作业、煤炭自燃及发生火灾或煤尘、瓦斯作业、煤炭自燃及发生火灾或煤尘、瓦斯 爆炸时都能产生一氧化碳爆炸时都能产生一氧化碳 规程规程规定规定:矿内空气中矿内空气中CO浓度不得超过浓度不得超过 0.0024% 。 20 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体 （2）硫化氢（）硫化氢（H2S） 硫化氢硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到0.0001% 即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不

16、到。硫即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫 化氢对空气的相对密度为化氢对空气的相对密度为1.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积，易溶于水，在常温、常压下一个体积 的水可溶解的水可溶解2.5个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。 硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.3 %45.5 %时有爆炸危险。时有爆炸危险。 硫化氢硫化氢有剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水有剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水 肿；而且还能阻碍生物的氧化过程，使人体缺氧。当空气中

17、硫化氢浓肿；而且还能阻碍生物的氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓 度较低时主要以腐蚀刺激作用为主；浓度较高时能引起人体迅速昏迷度较低时主要以腐蚀刺激作用为主；浓度较高时能引起人体迅速昏迷 或死亡，腐蚀刺激作用往往不明显。硫化氢中毒症状与浓度的关系如或死亡，腐蚀刺激作用往往不明显。硫化氢中毒症状与浓度的关系如 表表1-1-5所示。所示。 21 H2S中毒症状与浓度的关系中毒症状与浓度的关系 硫化氢浓度硫化氢浓度 /% 主主 要要 症症 状状 0.00250.003有强烈臭味有强烈臭味 0.0050.01 12h内出现眼及呼吸道刺激症状内出现眼及呼吸道刺激症状,臭味臭味“减减 弱弱”或或“消失

18、消失” 0.0150.02 出现恶心，呕吐，头晕，四肢无力，反应出现恶心，呕吐，头晕，四肢无力，反应 迟钝。眼和呼吸道有强烈刺激症状迟钝。眼和呼吸道有强烈刺激症状 0.0350.045 0.51h内出现严重中毒内出现严重中毒,可发生肺炎、支气管可发生肺炎、支气管 炎及肺水肿，有死亡危险。炎及肺水肿，有死亡危险。 0.060.07很快昏迷，短时间内死亡。很快昏迷，短时间内死亡。 22 井下井下H2S的来源与允许浓度的来源与允许浓度 井下空气中井下空气中H2S的主要来源：有机物腐烂；的主要来源：有机物腐烂； 含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老 空区和废旧巷道积

19、水中放出；我国有些矿空区和废旧巷道积水中放出；我国有些矿 区煤层中也有硫化氢涌出。区煤层中也有硫化氢涌出。 规程规程规定：井下空气中规定：井下空气中H2S含量不得超含量不得超 过过0.00066 %。 23 （3）二氧化氮（）二氧化氮（NO2） 二氧化氮二氧化氮是一种褐红色的气体是一种褐红色的气体,有强烈的刺激气味有强烈的刺激气味, 相对密度为相对密度为1.59,易溶于水易溶于水. 二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,对眼睛、对眼睛、 呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用， 严重时可引起肺水肿。严重时可引起

20、肺水肿。 二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无 明显感觉，还可坚持工作。明显感觉，还可坚持工作。但经过但经过624小时后小时后 发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的 咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。 二氧化氮中毒症状与浓度的关系如下表所示。二氧化氮中毒症状与浓度的关系如下表所示。 24 二氧化氮中毒症状与浓度的关系二氧化氮中毒症状与浓度的关系 二氧化氮二氧化氮 （体积）（体积）/% % 主主 要要 症症 状状 0.00424 4小时内可出现咳嗽症状。小时内可出现咳嗽症状。 0.0

21、06短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸疼。短时间内感到喉咙刺激，咳嗽，胸疼。 0.01 短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹，短时间内出现严重中毒症状，神经麻痹， 严惩咳嗽，恶心，呕吐。严惩咳嗽，恶心，呕吐。 0.025短时间内可能出现死亡。短时间内可能出现死亡。 25 （3）二氧化氮（）二氧化氮（NO2） 二氧化氮的来源与允许浓度二氧化氮的来源与允许浓度 矿内空气中二氧化氮的主要来源：井矿内空气中二氧化氮的主要来源：井 下爆破工作。下爆破工作。 规程规程规定，氮氧化合物不得超过规定，氮氧化合物不得超过 0.00025%。 26 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体 （4）二氧化硫（）二

22、氧化硫（SO2） 二氧化硫为无色气体，具有强烈的硫磺气味及酸二氧化硫为无色气体，具有强烈的硫磺气味及酸 味，对空气的相对密度为味，对空气的相对密度为1.4337，易积聚在巷道，易积聚在巷道 底部，易溶于水。底部，易溶于水。 二氧化硫与水后生成硫酸二氧化硫与水后生成硫酸,对呼吸器官有腐蚀作用对呼吸器官有腐蚀作用, 使用喉咙和支气管发炎使用喉咙和支气管发炎,呼吸麻痹呼吸麻痹,严重时引起肺病严重时引起肺病 水肿水肿, 当空气中含二氧化硫为当空气中含二氧化硫为0.0005%时时,嗅觉器官能闻嗅觉器官能闻 到刺激味。到刺激味。0.002%时时,有强烈的刺激有强烈的刺激,可引起头痛可引起头痛 和喉痛。和喉

23、痛。0.05%时，引起急性支气管炎和肺水肿，时，引起急性支气管炎和肺水肿， 短期间内即死亡。短期间内即死亡。 27 （4）二氧化硫（）二氧化硫（SO2） 二氧化硫的来源与允许浓度二氧化硫的来源与允许浓度 矿内含硫矿物氧化、燃烧及在含硫矿物中矿内含硫矿物氧化、燃烧及在含硫矿物中 爆破都会产生二氧化硫，有时含硫矿层也爆破都会产生二氧化硫，有时含硫矿层也 涌出二氧化硫。涌出二氧化硫。 规程规程规定矿内空气中二氧化硫最高容规定矿内空气中二氧化硫最高容 许浓度为许浓度为0.0005 %。 28 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体 （5）氨气（）氨气（NH3） 氨气氨气为无色、有剧毒的气体，

24、对空气的相为无色、有剧毒的气体，对空气的相 对密度为对密度为0.59，易溶于水，对人体有毒害，易溶于水，对人体有毒害 作用作用 规程规程规定规定，矿内最大容许浓度为，矿内最大容许浓度为0.004 %(3mg/m3)。但当其浓度达到。但当其浓度达到0.01%时就时就 可嗅到其特殊臭味。氨气主要在矿内发生可嗅到其特殊臭味。氨气主要在矿内发生 火灾或爆炸事故时产生。火灾或爆炸事故时产生。 29 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体 （6）瓦斯（）瓦斯（CH4） 瓦斯的主要成分是甲烷（瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无），甲烷是一种无 色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为色、

25、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为 0.55，难溶于水，扩散性较空气高，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。倍。 虽然无毒，但当浓度较高时，会引起窒息。不助虽然无毒，但当浓度较高时，会引起窒息。不助 燃，但在空气中具有一定浓度（燃，但在空气中具有一定浓度（516 %）并遇到）并遇到 高温（高温（650750 ）时能引起爆炸。）时能引起爆炸。 规程规程规定规定，工作面进风流中，工作面进风流中CH4的浓度不能的浓度不能 大于大于0.5 %，采掘工作面和采区的回风流中，采掘工作面和采区的回风流中CH4的的 浓度不能大于浓度不能大于1.0 %，矿井和一翼的总回风流中，矿井和一翼的总回风流中， CH4最

26、高容许浓度为最高容许浓度为0.75 %。 30 第第2章章 矿井通风阻力矿井通风阻力 风流必须具有一定的能量，用以克服井巷风流必须具有一定的能量，用以克服井巷 对风流所呈现的通风阻力。通常矿井通风对风流所呈现的通风阻力。通常矿井通风 阻力分为摩擦阻力与局部阻力两类，它们阻力分为摩擦阻力与局部阻力两类，它们 与风流的流动状态有关。一般情况下，摩与风流的流动状态有关。一般情况下，摩 擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分。擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分。 31 摩擦阻力摩擦阻力 3.2.1 摩擦阻力的意义和理论基础摩擦阻力的意义和理论基础 风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定风流在井巷中

27、作均匀流动时，沿程受到井巷固定 壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力称作壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力称作摩摩 擦阻力擦阻力。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方 向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流态向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流态 不同的风流，摩擦阻力不同的风流，摩擦阻力hf r的产生情况和大小也的产生情况和大小也 不同。不同。 32 摩擦阻力摩擦阻力 前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式是：前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式是： 式中式中为实验比例系数，无因次；为实验比例系数，无因次； 为水流的密度，为水流的密度， L为圆管的长

28、度，为圆管的长度，m； d为圆管的直径，为圆管的直径，m； V为圆管内水流的平均速度，为圆管内水流的平均速度，m/s。 上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流 态的风流都能应用，只是流态不同时，式态的风流都能应用，只是流态不同时，式中中的实验的实验 表达式不同。表达式不同。 2 f r 2 LV h d 3 kg/m 33 摩擦阻力计算公式的推导摩擦阻力计算公式的推导 由达西公式：由达西公式： 又因为又因为 式中：式中：r管道水力半径，管道水力半径，m S与流动方向相垂直的截面积，与流动方向相垂直的截面积， U被流体所浸润的周边长度，被

29、流体所浸润的周边长度，m 2 f r 2 LV h d 2 1 4 4 4 d SdS rd UdU 3 m 34 摩擦阻力计算公式的推导摩擦阻力计算公式的推导 将将 代入达西公式得代入达西公式得 令令 则则 又因为若通过井巷的风量为又因为若通过井巷的风量为 ，则，则 代代 入上式得入上式得 此式即为摩擦阻力的计算公式此式即为摩擦阻力的计算公式 2 f r 8 LUV h S 4S d U 2 f r 3 LUQ h S 8 2 f r LUV h S Q V S Q 35 摩擦阻力的计算方法摩擦阻力的计算方法 完全紊流状态下井巷的摩擦阻力的计算是完全紊流状态下井巷的摩擦阻力的计算是 新矿井通

30、风设计的重要依据。新矿井通风设计的重要依据。 即按照所设计的井巷长度、周界、净断面即按照所设计的井巷长度、周界、净断面 积、支护方式和要求通过的风量，以及其积、支护方式和要求通过的风量，以及其 中有无提升运输设备等，用查表法选定该中有无提升运输设备等，用查表法选定该 井巷的摩擦阻力系数值，然后计算该井巷井巷的摩擦阻力系数值，然后计算该井巷 的摩擦阻力。的摩擦阻力。 36 局部阻力局部阻力 局部阻力的概念局部阻力的概念 风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然 发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成 极为紊乱的

31、涡流，因而在该局部地带产生一种附极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附 加的阻力，称为局部阻力。加的阻力，称为局部阻力。 井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、 分叉和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回分叉和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回 风井口等。风井口等。 37 局部阻力局部阻力 局部阻力的计算方法局部阻力的计算方法 在一般情况下，由于矿井内风流的速压较小，所产生的局在一般情况下，由于矿井内风流的速压较小，所产生的局 部风阻也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力部风阻也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力 的的1020%

32、左右。左右。 故在通风设计工作中，不逐一计算井下各处的局部阻力，故在通风设计工作中，不逐一计算井下各处的局部阻力， 只在这个百分数范围内估计一个总数。但对掘进通风用的只在这个百分数范围内估计一个总数。但对掘进通风用的 风筒和风量较大的井巷，由于其中风流的速压较大，就要风筒和风量较大的井巷，由于其中风流的速压较大，就要 逐一计算局部阻力。逐一计算局部阻力。 计算局部阻力时，用下式比较简便。先要根据井巷局部地计算局部阻力时，用下式比较简便。先要根据井巷局部地 点的特征，对照前人实验所得表中查出局部阻力系数的近点的特征，对照前人实验所得表中查出局部阻力系数的近 似值，然后用图表中所指定的相应风速进行

33、计算。似值，然后用图表中所指定的相应风速进行计算。 22 12 er112212 22 vv hhh 38 几种局部阻力的几种局部阻力的值值 39 第第3章章 通风动力通风动力 欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必 须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。 这种克服通风阻力的能量或压力叫这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动通风动 力力。通风机风压和自然风压均是矿井通风通风机风压和自然风压均是矿井通风 的动力的动力。 40 通风动力的基本概念通风动力的基本概念 机械风压机械风压 空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间空气能在井

34、巷中流动，是由于风流的起末点间 存在着能量差，由通风机造成的能量差，为存在着能量差，由通风机造成的能量差，为 自然风压自然风压 由矿井自然条件产生的能量差，则为由矿井自然条件产生的能量差，则为 机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，机械风压和自然风压均是矿井通风的动力， 用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动。用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动。 41 矿用通风机类型及构造矿用通风机类型及构造 通风用的机械称为通风机（或通风机），通风用的机械称为通风机（或通风机）， 按服务范围分为：按服务范围分为： 主要通风机主要通风机 辅助通风机辅助通风机 局部通风机。局部通风机。 42 （1）主要通风机）

35、主要通风机 担负整个矿井或矿井的一翼或担负整个矿井或矿井的一翼或 一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通 风机。风机。 主要通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和主要通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和 井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。 主要通风机一般安装在地面上，也是矿井的重要主要通风机一般安装在地面上，也是矿井的重要 耗电设备。所以对主要通风机的选用，必须从安耗电设备。所以对主要通风机的选用，必须从安 全、技术、经济等方面进行综合考虑。全、技术、经济等方面进行综合考虑。 43 （2）辅助通风

36、机）辅助通风机 用来帮助矿井主要通风机对一翼用来帮助矿井主要通风机对一翼 或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机，或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机， 称为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装称为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装 在井下，目前已很少使用。在井下，目前已很少使用。 （3）局部通风机）局部通风机 为满足井下某一局部地点通风需为满足井下某一局部地点通风需 要而使用的通风机，称为局部通风机。局部通风机主要而使用的通风机，称为局部通风机。局部通风机主 要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。 本章重点讨论主要通风机。

37、矿用主要通风机按其构造本章重点讨论主要通风机。矿用主要通风机按其构造 和工作原理不同，可分为离和工作原理不同，可分为离心式通风机心式通风机和和轴流式通风轴流式通风 机机两大类，其中轴流式通风机又可分为普通式和对旋两大类，其中轴流式通风机又可分为普通式和对旋 式两种。式两种。 44 一、离心式通风机一、离心式通风机 离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安 装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主 要由动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形要由动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形 扩散器和电动机等部件构成。扩散器和电动机等部件构成

38、。 45 46 当叶轮转动时，靠当叶轮转动时，靠离心力作用离心力作用，空气由吸风口，空气由吸风口 12进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后 折转折转90沿径向离开叶轮而流入机壳沿径向离开叶轮而流入机壳2中，再中，再 经扩散器经扩散器3排出排出. 空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的 压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通 风阻力促使空气流动，达到了通风的目的。风阻力促使空气流动，达到了通风的目的。 47 我国矿井使用的离心式风机主要有我国矿井使用的离心式风机主要有G4-

39、73、K4-73 、 Y4-73和和4-72等系列，该类风机的特点是特性曲线较等系列，该类风机的特点是特性曲线较 平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高，且具有启动平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高，且具有启动 功率较小等特点。功率较小等特点。 运行时调节门（前导器）可在运行时调节门（前导器）可在070范围内调节，范围内调节， 用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电机或用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电机或 电机调速来改变其运行工况，适应性较好。电机调速来改变其运行工况，适应性较好。 其中其中4-72系列离心式风机主要用于风量和通风阻力不系列离心式风机主要用于风量和通风阻力不 是太大的

40、中小型矿井。我国小型煤矿使用该系列风机是太大的中小型矿井。我国小型煤矿使用该系列风机 较多，由于机型小，配置电机的容量也小，可配用较多，由于机型小，配置电机的容量也小，可配用 380 V或或660 V电压的电机，适用于低压供电的矿井。电压的电机，适用于低压供电的矿井。 48 轴流式通风机轴流式通风机:由动轮由动轮l，圆筒形机壳，圆筒形机壳3、集风器、集风器4、 整流器整流器5、流线体、流线体6和环形扩散器和环形扩散器7所组成。集风器所组成。集风器 是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体是一是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体是一 个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风个遮盖动轮轮毂部分的

41、曲面圆锥形罩，它与集风 器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。 轴流式通风机 动轮由固定在动轮由固定在 轮轴上的轮毂轮轴上的轮毂 和等间距安装和等间距安装 的叶片的叶片2组成。组成。 49 叶片的安装角叶片的安装角可以根据需要来调整，国产轴流可以根据需要来调整，国产轴流 式通风机的叶片安装角一般可调为式通风机的叶片安装角一般可调为15、25、30、 35、40和和45七种，使用时可以每隔七种，使用时可以每隔2.5调一次。调一次。 叶片按等间距叶片按等间距t安装在动轮上，当动轮的机翼形叶安装在动轮上，当动轮的机翼形叶 片在空气中快速扫过时，由于叶片的

42、凹面与空气冲击，片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击， 给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片 的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此 一压一吸便造成空气流动。一压一吸便造成空气流动。 50 一个动轮和它后面一个有固定叶片的一个动轮和它后面一个有固定叶片的 整流器组成一段。整流器用来整理动轮流整流器组成一段。整流器用来整理动轮流 出的旋转气流，以减少涡流损失。为了提出的旋转气流，以减少涡流损失。为了提 高通风机的风压，有些轴流式通风机安装高通风机的风压，有些轴流式通风机安装 两

43、段动轮。两段动轮。 环形扩散器是轴流式通风机特有的部件，环形扩散器是轴流式通风机特有的部件， 其作用是使环状气流过渡到柱状气流时，其作用是使环状气流过渡到柱状气流时， 速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时使速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时使 静压逐渐增加。静压逐渐增加。 (构造图构造图) 51 52 目前我国生产的轴流式主要通风机有目前我国生产的轴流式主要通风机有2BY、2K系列、系列、GAF、 BD(K)、KZS系列等。叶轮直径从系列等。叶轮直径从1.2 m4.2 m，可满足不同，可满足不同 大小井型的需要。该系列风机均为双级叶轮，机翼型扭曲叶大小井型的需要。该系列风机均为双级叶轮，机翼型扭

44、曲叶 片，叶片角度可在较大范围内进行有级（片，叶片角度可在较大范围内进行有级（2K58）或无级）或无级 （2K56、2K60）调节，且均可直接反转反风，是我国煤矿用）调节，且均可直接反转反风，是我国煤矿用 量较大的一类风机。量较大的一类风机。 GAF系列风机系列风机是在引进国外技术的基础上，结合国内的实际是在引进国外技术的基础上，结合国内的实际 情况加以改型改造的轴流式风机。具有风量风压调节范围宽、情况加以改型改造的轴流式风机。具有风量风压调节范围宽、 静压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点，特别适用静压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点，特别适用 于需要经常改变运行工况的矿井使用。由

45、于叶片角度调整方于需要经常改变运行工况的矿井使用。由于叶片角度调整方 便，这类风机可通过改变风叶角度实现风机反风，既不需要便，这类风机可通过改变风叶角度实现风机反风，既不需要 反风道，也不需要风机反转控制装置。反风道，也不需要风机反转控制装置。 53 对旋式通风机 对旋式通风机对旋式通风机在构造上属于轴流式。近年来，在构造上属于轴流式。近年来，BD （K）系列对旋式通风机发展迅速，该系列风机）系列对旋式通风机发展迅速，该系列风机 的特点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮相的特点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮相 对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴流风对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴

46、流风 机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风 机。机。 由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡涡 流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范 围较宽、效率也较高的特点围较宽、效率也较高的特点，其结构如图。，其结构如图。 54 对旋压抽式轴流通风机结构示意图对旋压抽式轴流通风机结构示意图 1-集流器集流器 2-前消声器前消声器 3-前机壳前机壳 4-进气翼进气翼 5- 电机电机 6-级叶轮级叶轮 7-级叶轮级叶轮 8-出气翼出气翼 9-后机壳后机壳 10-后消声器后

47、消声器 55 对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新 生代产品，国内已有多家风机厂投入生产，生代产品，国内已有多家风机厂投入生产， 结构性能也不断改进和提高结构性能也不断改进和提高. 如如:湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能 风机有限公司等厂家和西北工业大学合作风机有限公司等厂家和西北工业大学合作 研制的弯掠组合三维扭曲正交型叶片技术，研制的弯掠组合三维扭曲正交型叶片技术， 使风机的静压效率、噪声等性能指标均得使风机的静压效率、噪声等性能指标均得 到较大提高。到较大提高。 九龙川通风设备选型方案比较表九龙川通风设备选型方案比较

48、表 56 57 矿井主要通风机附属装置矿井主要通风机附属装置 通风机的附属装置包括通风机的附属装置包括 反风装置、防爆门、风硐和扩散器等。反风装置、防爆门、风硐和扩散器等。 58 1.反风装置反风装置 反风反风就是使正常风流反向。当就是使正常风流反向。当进风井筒进风井筒附近附近 和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，会产生和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，会产生 大量的一氧化碳和二氧化碳等有害气体。为了避大量的一氧化碳和二氧化碳等有害气体。为了避 免灾害扩大，就得利用主要通风机免灾害扩大，就得利用主要通风机s的反风装置迅的反风装置迅 速将风流方向反转过来。速将风流方向反转过来。 规程规程规定：

49、要求在规定：要求在10min内能把矿井风流方向内能把矿井风流方向 反转过来，而且要求反风后的风量不小于正常风反转过来，而且要求反风后的风量不小于正常风 量的量的40%。 矿井主要通风机附属装置矿井主要通风机附属装置 59 利用反风道反风是一种常用的可靠方法，能满足反利用反风道反风是一种常用的可靠方法，能满足反 风的时间和风量要求。下图为轴流式主要通风机抽出式风的时间和风量要求。下图为轴流式主要通风机抽出式 通风时的反风示意图，图通风时的反风示意图，图A为正常通风时反风门为正常通风时反风门1和和2的的 位置，通风机由井下吸风，然后排至大气，若将反风门位置，通风机由井下吸风，然后排至大气，若将反风

50、门 1、2改变为图改变为图B中的位置，风流从大气吸入通风机内，中的位置，风流从大气吸入通风机内， 再经反风道压入井下，使井下风流的方向改变。再经反风道压入井下，使井下风流的方向改变。 60 离 心 式 通 风离 心 式 通 风 机的反风机的反风情况如情况如 图图4-12所示，正常所示，正常 通风时，反风门通风时，反风门1 和和2为实线位置，为实线位置， 反风时，反风门反风时，反风门1 提起，而将反风提起，而将反风 门门2放下，风流自放下，风流自 反风门反风门2进入通风进入通风 机，再从反风门机，再从反风门1 进入反风道进入反风道3，经，经 风井压入井下。风井压入井下。 61 2.防爆门防爆门

51、规程规程规定：装有主要规定：装有主要 通风机的出风井口，应安装通风机的出风井口，应安装 防爆门。防爆门。 防爆门不得小于出风井口的防爆门不得小于出风井口的 断面积，并正对出风口的风断面积，并正对出风口的风 流方向。流方向。 当井下发生瓦斯爆炸时，爆当井下发生瓦斯爆炸时，爆 炸气浪将防爆门掀起，从而炸气浪将防爆门掀起，从而 起到保护主要通风机的作用。起到保护主要通风机的作用。 62 3风硐风硐 风硐是主要通风机和出风井之间的一段联络巷道。由风硐是主要通风机和出风井之间的一段联络巷道。由 于通过风峒的风量很大，内外的压力差较大，因此应特别于通过风峒的风量很大，内外的压力差较大，因此应特别 注意降低

52、风峒阻力和减少漏风。风峒设计时应满足：注意降低风峒阻力和减少漏风。风峒设计时应满足： 1)风硐的断面不宜太小，其风速以风硐的断面不宜太小，其风速以10ms为宜，最大不为宜，最大不 应超过应超过15m/s; 2) 风硐的阻力不大于风硐的阻力不大于100200Pa。因此，风硐不宜过。因此，风硐不宜过 长，与井筒的夹角为长，与井筒的夹角为6090之间，转弯部分要呈圆弧形，之间，转弯部分要呈圆弧形， 内壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。内壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。 3) 风硐及其闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。风硐及其闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。 63

53、4.扩散器扩散器 在通风机出风口外，联接一段断面逐渐扩大的风道称在通风机出风口外，联接一段断面逐渐扩大的风道称 为扩散器。其作用是减少出风口的速压损失，以提高通风为扩散器。其作用是减少出风口的速压损失，以提高通风 机的静压。轴流式通风机的扩散器由圆锥形内筒和外筒构机的静压。轴流式通风机的扩散器由圆锥形内筒和外筒构 成的环状扩散器。其出口还要与由混凝土砌筑成的外接扩成的环状扩散器。其出口还要与由混凝土砌筑成的外接扩 散器相连。外扩散器是一段向上弯曲的风道，出风口为长散器相连。外扩散器是一段向上弯曲的风道，出风口为长 方形断面。离心式通风机的扩散器是长方形，其敞角取方形断面。离心式通风机的扩散器是

54、长方形，其敞角取 810，出风口断面，出风口断面(S3)与入风口断面与入风口断面(S2)之比约为之比约为34。 64 5消音装置消音装置 通风机在运转时产生噪音，特别是大直径通风机在运转时产生噪音，特别是大直径 轴流式通风机的噪音更大，以致影响工业场地轴流式通风机的噪音更大，以致影响工业场地 和居民区的工作和休息，为了保护环境，需要和居民区的工作和休息，为了保护环境，需要 采取有效措施，把噪音降低到人们感觉正常的采取有效措施，把噪音降低到人们感觉正常的 程度。我国规定通风机的噪音不得超过程度。我国规定通风机的噪音不得超过90dB。 速度较大的风流在通风机内和高速旋转的速度较大的风流在通风机内和

55、高速旋转的 动轮叶片迅猛冲击，产生空气动力噪音，同时动轮叶片迅猛冲击，产生空气动力噪音，同时 机件振动产生机械噪音。当通风机的圆周速度机件振动产生机械噪音。当通风机的圆周速度 大于大于20m/s时，空气动力噪音占主要地位。正时，空气动力噪音占主要地位。正 对通风机出口方向的噪音最大，侧向逐渐减少。对通风机出口方向的噪音最大，侧向逐渐减少。 65 消音装置分为主动式与反射式，前者的作用消音装置分为主动式与反射式，前者的作用 是吸收声音的能量，后者是把声能反射回声源。是吸收声音的能量，后者是把声能反射回声源。 通风机多采用主动式消音装置，风流通过多孔性通风机多采用主动式消音装置，风流通过多孔性 材

56、料装成的通道时，其噪音被吸收。对不同频率材料装成的通道时，其噪音被吸收。对不同频率 的噪音消音器，消音效果不同。为了更有效地降的噪音消音器，消音效果不同。为了更有效地降 低高频率的噪音，消音板要有足够的厚度。也可低高频率的噪音，消音板要有足够的厚度。也可 制成空心消音板，以节省材料。制成空心消音板，以节省材料。 66 一、离心式通风机一、离心式通风机 国产离心式通风机类型较多，其中国产离心式通风机类型较多，其中4-72-11型的全压型的全压 效率最高达效率最高达91，较为常用。其符号的意义举例如下：，较为常用。其符号的意义举例如下： 4-72-1 1 No.10 C 表示通风机的转动方式表示通

57、风机的转动方式 表示通风机的机号，即为叶轮直径表示通风机的机号，即为叶轮直径D2(m)10 表示通风机的设计顺序为第一次表示通风机的设计顺序为第一次 表示通风机进口为单吸口表示通风机进口为单吸口 表示通风机在最高效率点时的比转数表示通风机在最高效率点时的比转数 表示通风机在最高效率点时的全压系数乘表示通风机在最高效率点时的全压系数乘10倍的化整数倍的化整数 通风机设备选型通风机设备选型 67 传动方式分为传动方式分为A、B、C、D四段，其中：四段，其中： A一表示无轴承箱装置，与电动机直接传动；一表示无轴承箱装置，与电动机直接传动； B表示悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮表示悬臂支承装置，皮带传

58、动，皮带轮 在通风机轴承中间；在通风机轴承中间； C表示悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮表示悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮 在通风机轴承外侧；在通风机轴承外侧； D表示悬臂支承装置，用联轴节联结传动。表示悬臂支承装置，用联轴节联结传动。 比转数是表示同类型通风机在效率最高时风比转数是表示同类型通风机在效率最高时风 压系数与风量系数的关系的一个常数。比转数压系数与风量系数的关系的一个常数。比转数 越大，风量越高。越大，风量越高。 68 62 A 1411 No.24 表示通风机的机号，即动轮直径表示通风机的机号，即动轮直径(m)的的10倍倍 表示该型通风机第表示该型通风机第次设计结构次设计结构 表

59、示该型通风机为一级动轮表示该型通风机为一级动轮 表示该型通风机之叶形第表示该型通风机之叶形第14次设计应用次设计应用 表示该型通风机的轮叶为扭曲机翼形表示该型通风机的轮叶为扭曲机翼形 表示该型通风机的毂轮比的表示该型通风机的毂轮比的100倍取整数倍取整数 这种通风机动轮的叶片是扭曲形，共这种通风机动轮的叶片是扭曲形，共16片。在不片。在不 同转数、不同轮叶数以及同转数、不同轮叶数以及11.76Nm3时，个体特性时，个体特性 曲线分别如图曲线分别如图4-32至图至图4-39所示。这些图的左下角是动所示。这些图的左下角是动 轮反转时特性曲线。从这些曲线看出，这种通风机反轮反转时特性曲线。从这些曲线

60、看出，这种通风机反 转后的风量较小，较难满足反风要求。转后的风量较小，较难满足反风要求。 二、轴流式通风机二、轴流式通风机 69 另一种新型轴流式通风机是另一种新型轴流式通风机是2K604型，共有型，共有N0.18、 24、28、30等几个机号。其符号意义举例如下：等几个机号。其符号意义举例如下： 2K 601 No.18 通风机的机号即为动轮直径的通风机的机号即为动轮直径的10倍倍 结构设计的顺序号结构设计的顺序号 轮毂比的轮毂比的100倍倍 矿井通风用矿井通风用 两级动轮两级动轮 这种通风机有两级动轮，这种通风机有两级动轮，14片扭曲形的动轮叶片，片扭曲形的动轮叶片， 中间和后面整流器的叶