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文档简介
1、绪论第1章矿 内 空 气第2章矿井空气流动基本理论第3章矿井通风系统和通风动力第4章铀矿山辐射危害与安全第5章辐射防护标准与矿井防氡指标第6章氡来源及性质第7章氡析出与氡传播第8章排氡通风与控氡技术第9章铀矿井排氡通风设计第10章氡测量和其他辐射测量方法第11章矿井通风系统测定与评价第第11章矿井通风系统测定与评价章矿井通风系统测定与评价矿井气候条件的好坏,对人体健康和劳动生产率的提高有着重要影响。矿井通风是改变矿井气候条件,稀释和排除矿井中有害、有毒物质特别是放射性氡和氡子体,控制和减少氡析出的重要的和基本的手段与方法。由于矿井生产条件的不断变化,矿井风量、风压以及矿井空气成分、各种有毒有害
2、物质浓度,特别是矿井空气中氡及其子体浓度,氡的析出,矿井气候条件(主要指温度、湿度及空气流动速度风速三者的综合状态)也不断发生变化,故必须经常和定期进行检查和测定,以便掌握情况,采取措施,确保通风良好。因此,对矿井通风的检查与测定要情况明、措施力、决心大,这是搞好铀矿通风管理的前提。矿井通风测定是掌握情况,采取措施,搞好铀矿通风管理的最先步骤和前提。任何矿井,均应科学、经济、合理地组织矿井通风工作,必须对矿井通风各参数进行测定与检查,以保证安全生产的顺利持续进行。铀矿井通风测定的主要内容有:矿井气象参数的测定与检查;矿井风速检查与风量测定;矿井风压的测定;矿井自然风压的测定;矿井主扇鉴定及其工
3、况检查;入风风质及风路污染的检查;此外,还有其他专业性问题,如矿井通风阻力系数的测定等。11.1矿井通风测定的主要仪表矿井通风测定的主要仪表1.测定空气温度、湿度的仪表测定空气温度、湿度的仪表测定井下空气温度的仪表有:水银温度计、酒精温度计和卡他温度计。将温度计置于待测地数分钟后,从温度计上直接读取读数。测定井下空气相对湿度的仪表有:手摇湿度计见图11.1、通风干湿表见图11.2、自记温湿度计和毛发湿度计等。图11.1手摇湿度计图11.2通风干湿表1,2温度计;3,4套管;5钥匙自记温湿度计和毛发湿度计均可从仪表上读取读数。手摇湿度计和通风干湿表均由两支水银温度计构成,一支为干温度计,另一支为
4、湿温度计,它是水银球表面裹有一层湿纱布的湿温度计。测定时,如为手摇湿度计,则手持摇把,以每分钟120150转的速度旋转12分钟后,迅速而准确地读取干、湿温度值。如为通风干湿表,则将通风器的发条上紧,使叶轮旋转,空气就以每秒1.73.0米的速度流经两支温度计的水银球附近。湿温度计因湿球表面水分蒸发的吸热作用,温度示数将低于干温度计示数,空气的相对湿度会小,蒸发吸热作用,温度示数将低于干温度计示数。空气的相对湿度愈显著,干、湿温度差也就愈大。2.风速测定的仪表风速测定的仪表测量空气流动速度的仪表统称风速计或风速表。目前矿井使用的风速计,主要有机械转动的风表和电热式风速计。(1)机械转动式风表机械转
5、动式风表的工作原理:利用风流动压作用于一组叶轮或杯球构成的感受器时,产生力矩驱动轮叶转动,再经螺杆和齿轮带动指针转动,指示出风流在一定时间内所流过的距离。根据感受器和轮轴构造的不同,风表可分为高速、中速和低速三种。高速风表图11.3的感受器是对称安装在旋转钢轴上的四个半球转杯,故又称杯式风表。它的惯性和机械强度均较大,开始转动的最低风速为11.5 m/s,适用测量520 m/s的风速,如主风道、风硐中的风速。图11.3高速风表中速风表和低速风表的外观相同,见图11.4。风表的感受器由68个铝合金叶片构成,又称叶轮式风表。叶片与旋转轴的垂直面成4050度角。低速风表的铝合金片薄而轻,叶轮轴为一根
6、细钢丝,轴的一端套接在一个螺杆上,带动齿轮转动,故启动风速较低,为0.10.2 m/s。中速风表的测量范围为0.510 m/s,低速风表为0.15.0 m/s。图11.4中低速风表(2)热电式风速计热电式风速计的基本原理是利用风流对电热物体的冷却作用,通过热电偶产生电动势的大小来反映风速的大小。风速越高,被风流带走的热量越多。作用于电偶的温差越小,故其产生的电势也越小,反之则产生的电势越大。测定其变化值,即可求出相应的风速。热电式风速计可分为热线式风速计和热球式风速计。在矿井通风阻力(或风压)测定中,常用的测压仪表可分为绝对压力的测量仪表和相对压力(或压差)测量仪表两类。按其原理又可分为膜盒式
7、、压敏电阻式、超声波式等。其中膜盒式又根据信号传递方法不同,还可分为机械式、电感式、电阻式等多种。矿井通风测定中常用的测压仪有普通空盒气压仪、精密气压计、恒温气压计、压差计与皮托管等。矿井空气绝对压力的测定仪表主要有空盒气压计和精密气压计等。矿井空气相对压力或压差测定的仪表有:配皮托管的普通压差计、恒温压差计,以及利用光学系统放大的精密压差计等。3.测定空气压力的仪表测定空气压力的仪表 11.2矿井风速检查与风量测定矿井风速检查与风量测定1.矿井风速检查和风量测定的目的与步骤矿井风速检查和风量测定的目的与步骤根据煤矿保安规程的要求,为了正确了解矿井中风量分配情况,需定期进行全面的风速检查与风量
8、测定。检查的次数规定为:无瓦斯矿每月不得少于一次;二级瓦斯矿每月不得少于两次;三级和超级瓦斯矿每月不得少于三次。金属与非金属矿山安全规程和铀矿冶安全规程规定金属矿山每月至少检查一次,全矿通风系统每年全面测定一次。矿井风速检查和风量测定的主要目的是:(1)确定全矿总风量,计算单位产量耗风量;各作业地点风量分配是否均衡;能否满足排烟、尘,排除或稀释氡和氡子体浓度的要求;(2)检查矿井各巷道的实际风速是否符合规定;(3)配合氡和氡子体浓度的测量,检查矿井各入风流风质及污染状况,分析矿井氡析出及其特点;(4)检查矿井内、外漏风,找出主要漏风点及漏风地段,鉴定通风构筑物的质量;(5)确定矿井总排氡量,测
9、定矿井氡析出率、矿井氡析出体积密度及其变化、矿井通风换气时间。为此,有关规程规定,每个矿井均要建立测风制度,每次测定结果都要写在测风地点的记录牌上。以便根据测风结果采取措施,进行风量调节。为了较准确地测定风速,在主要测风地点要建立测风站。测风站需要设在巷道直线段中,长度不得小于4米,前后1015米内断面没有明显变化及其他障碍物;不能设在风流交汇处附近,应挂有记录牌并注有编号。测风站可用砖或混凝土修建,亦可采用木板测风 站。测风站处的背板要与巷道顶端严密接触,使巷道中的风量全部通过测风站。风量测量结果要记在记录牌上、风量记录簿内和通风系统图上。一般要求掘进坑道及巷道采场工作面最低排尘风速不得少于
10、0.25 m/s,根据铀矿排氡及其子体要求最低风速以不小于0.2 m/s为宜。在矿井设计中,巷道内的合理风速是作为选择巷道断面的技术经济指标之一。因此,规定巷道中的最高允许风速不得超过表11.1所列限度。2.测定准备与测点布置测定准备与测点布置(1)测定准备收集矿井通风资料,包括通风系统历次测定资料,通风系统演变历史,准备和复制通风系统图、中段通风平面图及导引图;设计打印各种记录、计算表格;风路踏勘,了解系统网路中风路的来龙去脉;仪器检查与标定,根据不同的测定目的与内容,选定好各种仪表。测量用风表,每半年校正一次,其测定结果才算有效;人员组织与培训,特别对全矿井系统测定中,要统一方法、统一步骤
11、、统一行动。一个系统的测量应在一个班内全部完成;测点布置、编号,并在图上相应处标明,做到图、实相符;断面的测量与计算。为了准确地测定风速和风量,必须正确选择和布置测风点。测点选择,首先要根据测定目的而定。对矿井系统的全面测量,必须保证通过所有布置测点的风速测定,要能得到全矿总风量(包括抽出式通风系统中的有组织进风量),和总排氡量;各翼、各中段的进、回风量,风源风质、污染状况,污染源或污染区的大致范围,氡析出量大小,各主要采掘工作面的入风风质、供风等数据;并能测到主要漏风点,漏风地段的漏风量,各种通风构筑物的质量,以及有无循环风和串联风的数据等。在满足测量目的的基础上,布置的测点越少越好。(2)
12、测点选择原则各测点断面一般是在测量前一次量好。对固定测点,要保存数据备查。断面测量要细致、准确,以免造成较大误差。井巷断面可分规则断面和不规则断面。对不规则断面,其测量精度对测定结果影响较大,尤其对高风速井巷断面,风量测定的精度很大程度取决于断面测量的准确度。测量时,可先素描出井巷断面的大致形状,再按下述方法测量计算:(1)在风速不大或精度要求不太高时,可根据断面周长P,用下式计算面积:3.断面测量与计算断面测量与计算 (11.1)式中,C为断面形状系数,梯形C=4.19;三心拱C=4.10;半圆拱C=3.48;圆形C=3.54。(2)圆形分度盘法 事先制作好圆形分度盘(一般按24等分度),将
13、分度盘放在被测断面中心位置上,然后从圆盘中心沿分度线向巷道壁量取长度,记下每分度编号和每一分度线的长度。按比例在方格纸上精确绘出坑道断面图,用数格法、平均长度法、求积仪等定出图形面积。(3)抛物线定积分法4.风速测定风速测定(1) 井巷风速的测定方法,可分风速计测定法和其他测定法,如测定低风速的烟雾法和卡他计法;测定高风速的皮托管-压差计法等。风速计测定法是目前矿山普遍采用的方法。(2) 风速计测定法常用的风速计主要有机械叶轮式风表和热球式风速计两类,前者用于测定一段时间内的风流平均风速;后者主要用于测定瞬时风速。由于井巷断面上的风速分布不均匀,可分最大风速(vmax)、平均风速(vcp)和最
14、小风速(vmin)。最大风速一般位于井巷轴线上。最小风速靠近井巷壁处,而平均风速为单位时间内通过该断面的风量,即vcp=Q/S (m/s)。矿井通风与安全规程所用的风速均为平均风速。最大风速与平均风速之比,须根据井巷实测决定,一般约为1.25。用风速计测定井巷断面平均风速的方法可分为:只用叶轮风表进行测量。其方法:测量人员手持风表,在巷道断面上沿一定路线均匀移动,并在规定时间内(一般为100秒)移动完毕。移动的路线有用于小断面测量的单位折返的四线式;用于大断面测量的单位折返的六线式;若需要精确测量,亦可采用多向折返式路线,见图11.5。(2)分点测量法将井巷断面分为S1,S2,Sn的n个面积大
15、致相等的小断面,用风表或热球风速计测出每个小断面中心部位的风速v1,v2,vn,然后按下式计算其平均风速:(1)路线测量法图11.5风速路线测量法 (11.2)当S1=S2=Sn时,则有: (11.3)当n较大时,用本方法测量的准确度较高。本方法操作简便,易掌握,测点位置和停留时间较易控制,只是麻烦费时一点。一般在大断面或使用热球、皮托管测量时用得较多。也有用叶轮风表进行测量的。本方法分点数一般多用九点。先测出各类型断面的中心风速与其平均风速之比值K,以后只要将风速计在该断面中心部位测定,将其结果乘以相应的比值,即可算出其平均风速: 当巷道风速较低,该断面其他地点的风速又不便测出时可用此法。此
16、时可近似地取K=0.8,只是准确性较差。 无论采用何种测量法,各测点巷道断面上的平均风速,一般要连续测量三次并取其平均值,还要求其各测量误差不得大于平均值的5%。(3)中心点测量法 风速测定时,持风速计的操作方法分迎面法和侧身法。迎面法测风员面向风流,手持风速计,将手臂向正前方伸出并使风速计的过风面朝向风流。若采用路线测量法,将风表沿一定路线在巷道断面内均匀移动,人也相随移动。此法宜用于断面不大的巷道。用风速测定时,由于测风员与风速计同位于风流方向线上,必然造成正面阻力,立于风流中的人体周围附近将形成风流停滞区,风速计所在处的风速将会降低很多,测得的风速将比实际风速小。因此,测得的风速必须乘上
17、一个修正系数K1=1.14,才能得出实际的平均风速,即:v实=1.14v测(m/s)。侧身法测风员背向坑道壁站立,手持风速计,使风速计的过风面朝向风流,将手臂向风流垂直方向伸直。若用走线法时,须在巷道被测断面内,人随风表作均匀移动。用侧身法测风时,测风员立于巷道内减少了通风断面,从而增加了风流速度。测量结果将较实际风速低。因此,实际风速应为: (11.4)式中0.4为侧身法人体所占的断面积。改进侧身法测风员立于巷道内,背向巷道边壁,手向侧面伸出,风速计距人体不得小于0.60.8 m,并放于人身向着风流的侧约0.2 m。若采用路线法测量时,其测量路线同侧身法。此法不受人体影响,无需校正。5.风速
18、计的校正风速计的校正每只风速计都附有校正曲线,它反映风速计的指示风速(或转数)与测量风速之间的关系。由于风速计在使用中其部件磨损、污染、阻塞等原因,会造成风速计的指示风速(或转数)与测定风速关系的变化,故要求风速计每半年校正一次,作出新的校正曲线。常用风速计的校正方法有:标准风表校正法、回转式校正装置校正法、风硐校正法等。6.矿井风量的测定与计算矿井风量的测定与计算巷道断面积与平均风速的乘积即为该断面通过的风量,即: (11.5)(1)矿井总风量测定矿井总风量的测定,包括总进风量和总排风量的测定。矿井总风量的测定步骤:准备工作、实测、风量平衡与计算。 图11.6为单翼式通风系统总风量测定布置。
19、A为进风井,B为回风井,C,F为密闭,D为风门,E为调节风窗,G为主扇风机。总进风量布在中段石门中(1,2,3测点),总回风布在,中段平巷末端(点4,5,6)及风硐中(点7)。测定期间,所有通风构筑物都保持其正常状况。风量测定记录与计算可按表11.2进行。(2)井巷通风网路风量分配的检查方法是:编制全中段风量测量平面图;测量结果整理并分析风量分配中存在问题;提出改进意见。图11.6单翼式通风系统总风量测定布置7.风量平衡风量平衡风量平衡一般可分为三级平衡:一级风量平衡是指总风量与中段主风路之间的风量平衡;二级风量平衡是指各中段主风流与次级风路之间的风量平衡;三级风量平衡是指各次级风路与各需风点
20、之间的风量平衡。在系统测量中,将各测点的风量、风向标在通风系统图和中段通风平面图,或简化在测风图上。图中应包括主要风路和所布测点的风路。对不同性质的测点、污染风流、主要漏风应特殊标记标明,以便一目了然看出系统的通风状况。(2)风量分配图按工作面与风路的相互联结情况,将各风道的风量用一定宽度比例(如1 mm宽表示1 m3/s)的图形表示,并用不同的阴影分别表示。通过风量和工作面需要的风量,如图11.7所示。从其差别可以看出工作面的风量分配是否合理,同时还可看出各不同地点的漏风大小等。(1)通风图8.绘制通风图绘制通风图图11.7风量分配图9.指标计算与结果分析指标计算与结果分析(1)指标计算矿井
21、总风量: (11.6)式中,为矿井所有主扇风机风量之和,m3/s。单位产量耗风量 (11.7)式中,T为矿井年产矿石量,万吨。有效风量率效=Q效/Q总% (11.8)式中,Q效为对铀矿井应包括到达工作面的新鲜风量及冲洗风道,控制和减少氡析出所需风量之和。当存在串联风和循环风时,应扣除污染的风量。因此有:(11.9)式中,Q工为到达工作面的风量,掘进工作面是指从主风流进入的风量,m3/s;Q控为控制和减少矿井氡析出所采用的各种防止氡渗流进入矿井通风空间中或引氡直接进入回风道所用之风量,m3/s;Q冲为用于稀释风流经放射性坑道到达工作面之前,因氡浓度的增长超过工作面入风风质要求的那部分氡浓度所需风
22、量,m3/s;Q污为进入工作面的污风量,m3/s。安全规定要求矿井有效风量率不应低于60%(压入式通风)和70%(抽出式通风)。全矿漏风率:漏=(Q总-Q效)/Q总100% (11.10)其中外部漏风率:外漏=(Q总-Q入出)/Q总100% (11.11)内部漏风率:内漏=(Q入出-Q效)/Q总100% (11.12)且:漏=外漏+内漏 (11.13)漏风率在外部漏风中还分出主扇风机装置的漏风率: 扇漏=(Q总-Q井)/ Q总100% (11.14)式中,Q总为有组织进风量(抽出式通风)或出风量(压入式通风),m3/s;Q井为入风井(压入式通风)或回风井(抽出式通风)中之风量,m3/s。进入工
23、作面的风量率 (11.15) 工表示工作面实际获得的风量占其所需风量的比率,用以考核工作面的风量是否满足要求。若工1,表明风量有余;若工1,表明工作面供风不足。由此可采取措施合理调节,或减少矿井总风量以节约电耗,或减少漏风以增加工作面供风。核算各风道和工作面风速是否符合规定各风道最大风速按表11.1检验,最小风速根据排尘和排氡要求考虑。工作面:vmin0.15 m/s掘进巷道和巷道型采场电扒道:vmin0.5 m/s对全矿风量测定结果,经计算和整理后,还应结合全矿通风系统图和中段通风平面图、风量分配图等进行如下分析:找出矿井内、外漏风地点及其原因,提出防漏风措施。找出通风系统中风量分配不当原因
24、,确定调节风量方法。结合氡及其子体浓度的测量,详细分析矿井氡析出特征,氡析出的体积密度、风流交换时间或者氡及其子体浓度的合格率低的原因。提出和控制减少氡析出,消除污染提高合格率,调整通风系统及生产计划的主要措施与方法。(2)测风结果分析找出风流循环、短路、串联的原因,提出避免措施。详细分析矿井有效风量率低的原因,提出提高有效风量率的措施。评价通风构筑物的优劣,提出改善通风构筑物质量的措施等。以保证工作面有足够的风量和良好的风质,提高通风的技术经济效果。根据矿井通风的伯诺利方程式,风流沿矿山井巷流动时,任何一段井巷的通风阻力,在数值上等于该段井巷始末两个断面上风流的绝对静压差、位能差、动压差三者
25、之和。这个结论是进行矿井通风阻力测定的理论根据。11.3矿井通风阻力的测定矿井通风阻力的测定生产矿井应该定期进行通风阻力的测定,目的在于查明各段井巷上通风阻力的分配情况,并针对通风阻力较大的地点或区段采取有效措施,减少通风阻力,以便改善矿井通风的状况降低矿井主要扇风机的电能消耗。此外,通过通风阻力测定计算出来的井巷摩擦阻力系数和局部阻力系数,是进行风量调节或改善通风系统工作的可靠基础资料,还可供设计时参考和使用。在有氡危害的矿山,按一般矿山的要求测定矿井通风压力是不能满足防氡技术需要的,为搞好排氡通风,对矿井通风压力的测定要求达到的目的还有:氡问题较大的矿井主要氡源所在区域的压力分布,以便寻找
26、造成井下氡问题的原因,有目的的进行通风压力分布的调整,控制氡在岩矿裂隙或采空区中的渗流方向,降低氡在作业区段的析出量,减少或防止氡的污染,提高通风降氡的效果。矿井通风阻力测定的方法一般有以下三种:精密压差计和皮托管的测定法、恒温压差计的测定法和空盒气压计的测定。(1)选择测定路线与布置测点在选择测定路线之前必须下井调查了解主要通风井巷和整个通风系统的实际情况,然后根据矿井通风系统图、开拓系统图以及有关的中段平面图,一般选取通风困难的路线作为主要测定路线。至于全矿共分几条路线进行测定,要看矿井规模与通风系统的具体情况以及测定目的而定。测定路线选定后,应按下列原则布置测点:凡是主要风流分支汇合的地
27、点必须布置测点。当测点位于分支或汇合处之后时,其间的距离应大于巷道宽度的1214倍。1.用精密压差计和皮托管的测定法用精密压差计和皮托管的测定法在相互并联的几条巷道中,沿其中任何一条风道测定阻力均可。但在其余风道中应布置风量测点,借以测出其余风道中通过的风量。这样就可按相同的通风阻力和各自的风量求出各条风道的风阻。在测点的前面(以风流方向为准),至少要有3米长的巷道区段的支架良好,无空顶、空帮、凹凸不平,无堆积物。在井下布置测点的过程中,各测点处要作出明显的标记,按顺序注明测点的编号,还应将相邻两个测点间的距离以及各测点的巷道断面量好。(2)人员分工与组织为了保证测定结果的准确性,最好能在一个
28、工作班内将测定工作进行完毕。测定小组通常由67人组成。若矿井范围很大,测定任务繁重时,可以组成几个测定小组同时进行测定工作。(3)测定仪表与工具准备此法需要使用的仪表与工具有静压管或皮托管、精密压差计、胶皮管、三角架、风表、秒表、干湿温度计、空盒气压计及卷尺等。所有仪表在使用前都必须经过检查和校正。此外,应备有专门的记录表格。(4)井下测定工作井下测定时,仪表布置情况如图11.8所示。图11.8仪表布置图1静压管;2胶皮管;3精密压差计测定工作的步骤是,首先在测点1和测点2分别安设三角架和静压管或皮托管;在测点2的下风侧68 m处安置精密压差计,调整水平并将液面调到零位(或读取初读数);利用打
29、气筒将皮托管内原有的空气压出以换进所测巷道的空气,然后利用胶皮管将压差计分别与两支静压管连接起来。当胶皮管无堵塞、无漏气时,便可在压差计上读数,并将读数值记在专用表格内。以上测定工作完毕后,将测点1的三角架和静压管移到测点3,然后在测点2和测点3之间用同样的方法进行测定,这样依此类推地测定下去,直到测完最后一个测点为止。测定时的注意事项:胶皮管接头处连接要牢靠、严密,不可漏气;严防水和其他杂物进入胶皮管内;防止车辆和行人挤压或损坏胶皮管;当压差计液面上下波动厉害而使读数发生困难时,可在胶皮管内放上一个棉花球,以减小波动便于读数。(5)测定资料的计算和整理相邻两个测点间的通风阻力按下式计算: (
30、11.16)式中,hr为测定1与2两点时,压差计的读数值,Pa;K为压差计的校正系数;1为测点1所在的巷道断面上的平均动压,Pa;2为测点2所在的巷道断面上的平均动压,Pa。然后将测定路线上各段风路的通风阻力h1-2,h2-3,h3-4加起来,便可求得全矿的通风阻力值。为了便于比较,可根据全矿通风阻力值与全矿风量值计算出矿井总风阻或矿井等积孔。根据测定记录与计算的结果,可在方格纸上以井巷的累计长度为横坐标,以通风阻力为纵坐标,将通风阻力变化情况绘制成一条曲线。这样可以更醒目地表明矿内通风阻力的变化。 本方法的优点是测定结果的精确度较高,可以用来测定区域的通风阻力,同时测定资料的整理和计算也比较
31、简单,所以在我国金属矿山和煤矿中应用都比较普遍。此测定法缺点是测定工作比较麻烦和复杂,特别是收放胶皮管的工作量很大,所需的测定时间较长,所需的测定人员也较多。因此,在矿井正常作业的条件下,尤其是在运输频繁的井巷中测定很困难,通常都是利用矿山公休或假日停产条件下进行测定。恒温压差计是一种测定相对气压的仪器,其构造如图11.9所示。在保温瓶6内装有玻璃容器1,从容器1中引出管子2和管子3,带开关4的玻璃管2从容器的顶部引出;玻璃管3的一端插入容器1之中而与容器底保持一定的距离,并与另一端带刻度尺的U形管5连成一体。保温瓶和引出的玻璃管都装在一只带有活盖和小门的木箱内,木箱的尺寸大约为410 mm1
32、45 mm125 mm。使用仪器前,用冰块7填满容器1与保温瓶6之间的空间,然后打开开关,用漏斗经过玻璃管2向容器1中注入大约50 ml的纯净煤油(为了便于读数,通常将煤油染成红色),再用吸气球在U形管5的开口端小心地将煤油从容器1经过玻璃管3吸入U形管中。(1)恒温压差计的构造原理2.用恒温压差计测定法用恒温压差计测定法图11.9恒温压差计1玻璃容器;2玻璃管;3玻璃管;4开关;5U形管;6保温瓶;7冰块;8软木塞因管2的开关4是打开的,故敞口的U形管5内的油面与容器1内的油面必然处于同一水平。关闭开关4,待U形管内油面稳定后,仪器即可使用。恒温压差计的基本原理是在保温瓶6与容器1之间的空间
33、内填满冰块7,以保持容器1内的空气温度始终是0 ,这就排除了外界气温变化对仪器的干扰;容器1的内径比U形管5的内径大得多,U形管内油面的改变只受外界气压变化的影响。根据U形管油面的改变可以测定出气压变化值。使用仪器时,首先使容器内充满始点空气,然后关闭开关4,故测定过程中容器内的空气压力P始终保持恒定而代表着始点(基点)的气压。这样,当其他各测点的气压与始点气压不相等时,其差值便由U形管内油面位置的变化表示出来了。(2)测定方法测定前的准备工作选定测定路线与布置测点。与用压差计和皮托管的测定法相同,只是在井下布置测点过程中,还要确定各个测点的标高。 测定仪表与工具准备。此法需要使用的仪表有恒温
34、压差计、风表、秒表、干湿温度计和空盒气压计等。所有仪表在使用前都要经过检查和校正,此外,还应备有专用的记录表格。井下测定工作利用恒温压差计测定通风阻力时,通常采用井下逐点测定法。此法的测定步骤如下。下井前测定小组的人员要有明确的分工;仪表、工具与记录表格要携带齐全;将恒温压差计的开关4打开,然后下井。待U形管内的油面稳定后,按油面位置读数,并记录读数的时间和读数值。一般读数三次,取其平均值(这就是基点的读数值)。接着测定风速、空气温度和气压,并作好记录。将恒温压差计置于测点2,仪器上的开关4仍然关闭,待仪器安放平直且U形管内油面稳定后,分三次进行读数,并记录每次读数的时间和数值。按照测定的风速
35、、空气温度和气压,并作好记录。这样按照测定路线,顺着风流方向,用同样的方法在测点3、测点4继续进行下去,直到将最后一个测点测定完毕为止。为了校正地面大气压力的变化对井下测定工作的影响,在地面还应安设一台恒温压差计,借以记录在整个井下测定过程中地面大气压力随时间而变化的情况。一般每隔1015 min测定、记录一次该仪器油面的读数,直到整个井下测定工作进行完毕为止。采用恒温压差计进行通风阻力测定时主要注意事项有:保温瓶内装填冰块不能过大,以1520 mm的粒度为宜;保温瓶的上口要用棉花和软木塞盖严;使用仪器之前,每个接头与开关处均应涂抹凡士林油,严防漏气;测定过程中必须经常检查仪器开关的严密性。资
36、料整理计算由于恒温压差计测定的是容器内恒定的基点气压与各测点的绝对气压之差值,所以相邻两个测点的读数之差实际上就是这两个测点的绝对静压之差,故需用此两测点的位压差、动压差进行校正,同时因各测点的读数时间不同,而在不同时间内同一测点的气压是随地面大气压力的变化而变化的,所以还必须用地面大气压力相应时间内的变化值加以校正,故相临两个测点间的通风阻力应按下式计算:(11.17) 式中,h1-2为测点1与测点2间的通风阻力,Pa;K1为用于井下测定的恒温压差计的校正系数;K2为用于地面记录大气压力变化的恒温压差计的校正系数;B1为测点1处恒温压差计的读数值,Pa;B2为测点2处恒温压差计的读数值,Pa
37、;Z1为测点1处的标高,m;Z2为测点2处的标高,m;1为测点1处的空气重率,kg/m3;2为测点2处的空气重率,kg/m3;v1为测点1处在巷道断面上的平均风速,m/s;v2为测点2处在巷道断面上的平均风速,m/s;B1为在测点读取读数B1的同时,地面仪器的读数,Pa;B2为在测点读取读数B2的同时,地面仪器的读数,Pa。 最后将所选择的测定路线上各段井巷的通风阻力相加起来,即得到全矿的通风阻力值。 恒温压差计测定法与上法相比较,井下测定工作简单和方便,可以大大缩短测定时间,适合于竖井、斜井和其他不便使用上法的井巷的通风阻力的测定。若能改变仪器结构,提高测定结果的精确度,将会得到更加广泛的应
38、用。 这种测定法的测定步骤及优缺点与恒温压差计测定基本相同,但此法的测定精确度较恒温压差计法要差,如果能改进仪器的结构,提高测定结果的精确度,则具有更为广泛的使用价值。3.用空盒气压计测定法用空盒气压计测定法11.4矿井空气的污染检查矿井空气的污染检查1.污染检查的目的和主要内容矿井污染检查中的氡和氡子体的测量,主要是指配合矿井通风系统测定和专门进行风流污染检查中的系统性测量,对矿井系统性污染检查和通风系统测定一样,每年至少进行两次,即冬、夏各一次,以观察矿井空气中氡及其子体污染可能的最大变化。其主要目的是:检查矿井空气中氡及其子体浓度的变化状况(或辐射状况),它对风流的污染程度和特点,借以评
39、价矿井辐射危害程度,通风系统的技术经济合理性以及其他降氡、降子体措施的有效性等。 其主要内容有:检查矿井总入风中的氡及其子体浓度是否符合风流风质要求。通常要求矿井入风口空气的含氡量不大于0.2 Bq/L。含尘量不得大于0.2 mg/m3。检查进入工作面的各级入风流的污染状况,查明污染原因,确定污染位置。通常要求进入工作面的风流含氡量不大于1 Bq/L。检查矿井,特别是采掘工作面的辐射状况;空气中氡及其子体浓度合格情况;分析矿井和采掘工作面的污染来源、通风状况及其不良原因。检查各中段回风及矿井总回风中氡及其子体浓度,计算矿井和各中段总排氡量。检查各通风构筑物质量及其通风降氡效果;结合漏风检查,分
40、析漏风对入风污染和通风降氡的影响。 综合分析矿井空气中氡及其子体浓度的变化状况;计算矿井氡子体和氡的平衡比;各种氡的来源比例;分析测量不同时期矿井氡析出特征、通风状况,提出矿井通风降氡的评价意见,以及减少氡析出量、降低矿井空气中氡及其子体浓度、调整和改进通风系统的措施。矿井空气污染检查方法通常是,氡(包括氡子体)与风同时测量,沿顺风路测量,初测摸底,然后逆风重点追踪。2. 检查方法、步骤、布点原则检查方法、步骤、布点原则 测量步骤和通风系统测量相同,大体分准备、测量、资料整理和分析三步进行。 测点布置原则:在满足测量和检查目的的基础上,注意测点代表性,测点布置尽可能少。通常对风路污染检查,沿风
41、流的分、汇风点,途经矿体,采空区或与其有空气动力学联系的井巷、通风构筑物、废弃或暂不作业的采场及坑道出风口的下风侧,以及风路上有其他漏入风、循环风的地方布置测点。根据各测定项目的具体要求,有: 对入风风质的检查,主要布点处是矿井总入风口、各中段进风口、以及各采掘工作面入风口。对矿井总排氡量的检查,应在各中段回风道或总回风道出风口附近布点。对采掘工作面,应根据测定目的和要求,反映工作面氡、氡子体浓度,以及通风状况,选择具有代表性测点,在采掘工作面回风流中亦需布点。 为反映矿井风流污染率,应沿风流均匀布点。 检查可疑点的氡及其子体的污染,应在该可疑点的风流上、下风侧布点,等等。3.资料整理和分析资
42、料整理和分析通常将测定资料按表11.3进行整理汇总,以便按各项目要求,计算有关参数和分析用。 上述污染检查数据中,既有反映井下氡浓度分布的测定结果,也有为寻找氡源的观察数据,还有检查入风风质和通风状况的氡及其子体浓度值等。这些测定数据应按测定目的和内容进行分类分析。(1)氡源分析分析矿井氡的来源,矿井空气中氡及其子体的污染状况,弄清矿井氡析出特征,是确定矿井通风系统调整和改进的重点,是搞好矿井通风降氡管理的基础。对矿井氡源分析,要明确矿井氡污染类型及其分布,它们对矿井通风的不良影响程度和大小,找出污染源位置,弄清氡析出特征,以便针对问题性质,采取有效措施,为拟制通风系统调、改方案提供依据。(2
43、)矿井氡来源和氡析出比例依矿床地质、水文地质、开采技术条件、采矿方法及其生产活动特点、管理水平等的不同,矿井空气中氡的来源和氡析出比例有较大差异。一般来自矿岩暴露表面的氡析出,约占20%70%。对于矿岩铀含量较高的压入通风矿井,此种来源所占比例较大;来自矿堆中的氡析出,视各矿所用采矿方法类型、矿石铀品位,赋存状态及矿井存矿量的不同,所占矿井中氡来源比例约为5%45%;来自采空区、充填体、崩落体中析出的氡可达30%80%,尤其对采用分层崩落法开采,抽出式通风矿井,这种来源的氡析出可高达88%以上;来自矿井水或地下水析出的氡,通常不占重要比例,约在10%以下,仅在个别高含氡地下水涌出的矿井,其析出
44、氡的比例有可能达30%。(3)氡析出特征上述不同的氡析出比例,反映了不同矿井的不同氡析出特征。从氡析出的机理而言,氡析出特征可按下述三种基本析出形式来分析。以浓度梯度为动力的氡的扩散析出。如来自矿岩体表面的氡析出,通常属于此种析出形式。只有当矿岩体裂隙十分发育,除矿岩体表面的氡析出外,可能同时还存在第二种析出形式。以压力梯度为动力的氡的气载渗流析出。这种析出形式,通常又可分外部渗流和内部渗流,前者主要是由矿井大气与地表大气之间的压力状态所引起;后者主要是由矿井空气的压力分布所造成。不论何种渗流,均与矿井矿岩的物理力学性质密切相关。当矿井矿岩具有强渗透性,或者通过矿岩(如崩落体、充填体或采空区)
45、与地表有空气动力学联系,又采用抽出式通风的矿井,应当特别注意氡的这种外部气载渗流析出。通常对矿井风流污染起重要影响的主要还是矿井各中段、各坑道、各采场、各采空区及它们相互间的内部渗流。氡的这种气载渗流析出有时比氡的扩散析出还大得多,甚至严重污染矿井大气,影响铀矿通风降氡效果。因此铀矿通风管理中,应特别注意氡的这种气载氡渗流析出。以温度梯度为动力的氡的对流析出。这种对流析出形式,在矿井条件下,一般表现不十分突出,但是对于高温矿井、近地表的采空区和独头巷道的氡析出,应注意氡的这种析出形式对矿井大气所造成的影响。我们常称的氡析出,通常是对上述三种析出形式的统称。由于各矿井条件不同和复杂多变,从而显现
46、出各矿氡析出特征的不同,甚至对同一矿井,随着生产的发展,或矿井条件的变化,各时期各个区段的氡析出特征亦不会一样。不同的氡析出特征,所造成的对矿井大气的污染状况不同,所采取的通风降氡措施及矿井通风系统调整与管理的重点也有所不同。对于自矿岩体暴露表面扩散析出的氡为主要氡源的矿井或区段,风流中氡浓度将逐渐升高,多采用以“稀(稀释)、排(排出)”为主的通风降氡、降氡子体措施,用以减少矿井空气中氡浓度,或控制和缩小通风体积,减少氡析出量。增大风流稀释能力,亦可辅以喷涂防氡覆盖层办法,来阻挡和降低其扩散氡析出量。 对于源自采空区、崩落体以及充填体、留矿堆中氡的气载渗流析出为主的氡析出,将造成风流中氡浓度的
47、突增,氡浓度曲线斜率明显增高,而对污染以后风路上的氡浓度变化不太明显,尤其以采空区渗出来的污风中,其氡子体与氡的平衡比值较高。以串联通风的采场或工作面的污染情况,有上述污染特点,这种渗流析出的氡进入风流后,将造成矿井风流及工作面较大的污染,不仅使入风氡浓度增高,且具有可能随风流在矿井停留时间的延长,风流中的氡子体与氡的平衡比值增大,造成风流老化程度加速,故应特别重视这种氡源的污染。对于这种污染,仅以增大风量的办法一般难以奏效,主要应通过对矿井空气压力的恰当调配,改变气载渗流方向来解决,对于有些充填 体、留矿堆中氡的这种渗流析出,还要从矿房结构上想办法。对于以地下水或矿井中扩散析出的氡为主要氡析
48、出的矿井,地下水进入矿井的涌水点,氡浓度较高,当这些地方通风不良时,氡浓度可达异常高。此时氡的扩散与水流方向有关。当有通风时,水流方向与风向一致,其浓度差较小;水流方向与风向相反时,其浓度差较大。消除、减少这种氡源的污染,主要采用“隔离”(如水沟加盖)或“引泄”(如钻孔抽排等)方法,并辅以通风。(4)污染类型 矿井中的各种不同氡源,将造成矿井空气的污染,又称为氡污染源。按其对风流污染的分布状况,氡污染源又可分为均布污染源(沿程污染)和集中污染源(集中污染)两种类型。沿程污染是指连续分布于风路上的污染,其风流中氡浓度及氡子体浓度,将随风流而逐渐增高,其浓度变化较均匀,无浓度的突变现象,它的特点是
49、其污染分布具有连续性。如矿岩体暴露面的氡析出,撒落于坑道底板上的矿渣面上的氡析出,以及地下水或矿坑水中的氡析出都属于此类。集中污染是指存在于风路上某一局部或某几处的污染,当风流流经此种污染源或与污染源有相连通道时,它将造成风流中浓度的突然增高,其浓度变化在风路局部地点或区间呈跳跃状。如含氡浓度很高的污风混入风流,就是一种较典型的集中污染源。此外矿井中常见的集中污染有:自废旧坑道、采空区中的氡析出;自相邻采场出来的串联污风以及通风构筑物中的渗漏污风、循环风等。通常查找污染源的方法是:沿风路布点,测量风流中氡浓度分布 (有时为分析其污染强度还需同时测其风量的变化),并作出沿风路的氡浓度分布曲线,结
50、合对风路的调查,估计可能的污染源位置,在此基础上,再增密布点,确定污染源位置;若氡浓度缓慢增高,氡浓度曲线逐渐上升,表明为沿程污染,风路上可能存在均布污染源。然后按污染源指标进行分析,找出井下风路上最大的污染源(氡来源比例最高)即为矿井主要污染源。(5)污染源查找和其位置的判断污染源查找和其位置的判断根据测定结果作出矿井空气污染分布图就可以判断污染类型。污染分布图分为两种:一种是直接在通风系统图或中段通风平面图上用不同颜色标出各测点的超过或未超过最大允许浓度值,同时在图上标出各测点的风流方向和风量值。这样可醒目看出矿井空气中氡及其子体浓度分布的大致情况,如风流方向、何处出现最高氡浓度、何处通风
51、不良等。另一种是以风路长度为横坐标,氡浓度(或污染率)为纵坐标作出风路污染分布图。污染速率污染源向主风流输送氡的速率,用P表示,Bq/s;污染程度污染源造成主风流氡浓度的增高值,以Ac表示,Bq/L;风流污染率风流中每米或每千米的氡浓度梯度以污表示,Bq/(Lm)。污染强度指集中污染源污风中的氡浓度C污,Bq/L; 为了更好地分析污染源的性质,并对其进行评价,可以采用以下几个指标:(6)评价污染源的几个指标矿井空气中氡及其子体浓度的污染状况及其变化,直接或间接反映了矿井或工作面的通风状况。对通风状况的分析,在于检查矿井或工作面的通风效果、风流的稳定性、风流风质和风量是否满足要求,各种通风降氡措
52、施及通风构筑物的有效性,用以评价矿井通风系统的技术经济合理性。矿井或工作面通风状况的分析,可以根据不同的目的要求,按氡子体与氡的平衡比值来分析;按平均氡浓度与最高氡浓度之差来分析;按氡与氡子体合格率来分析;按入风风质系数来分析;按漏风的污染状况来分析等。 (7)通风状况的分析主扇工况测定是指在日常生产条件下,对主扇风机实际运转工作状况进行测定。测定内容包括该条件下主扇产生的风量、风压、转数和消耗的功率以及运转效率等。测定主扇工况的目的是:检查主扇风量和风压是否符合矿井生产发展的要求,工况是否需要调整,需作多大调整,如何调整。11.5主扇工况测定主扇工况测定主扇运转状况是否在允许范围内。即主扇应
53、在其特性曲线稳定区段内运转,也就是风压最大值不得超过风压曲线上最大值的 90%。对轴流式主扇,应在“驼峰”范围以外;风机运转静压效率应大于70%;风机工作轮圆周线速度,轴流式不超过100 m/s,离心式不超过60 m/s;轴流式叶片安装角应在1545之间。如果主扇不能满足上述条件,或工况落在允许范围之外,则应考虑是否有必要改造、更换主扇,或改进通风系统,以使主扇与通风系统相匹配。了解主扇实际负荷,计算主扇用电量,占生产用电及通风总用电量之比率,以及单位风量电耗指标。考察主扇实际运转效率。了解矿井总风阻大小,为矿井通风节能可能性提供资料。 积累主扇运转历史资料,了解通风网路中风压、风量的变化状况
54、,以分析研究和调整通风系统。1.主扇风量测定主扇风量测定主扇风量通常包括进入矿井总风量、井盖及风扇机装置的漏风量。它的测定可在扩散器口或风硐中进行测定。(1)扩散器口的测定在扩散器口测定主扇风量之前,应先探测扩散器口风流的速度场。只有当扩散器口的速度场变化不大时,才可在扩散器口用风表按线路法或分点法进行测定;当扩散器口的速度场变化很大时,不宜在扩散器口测定。(2)风硐中测量当风硐内风速10 m/s时,人员可进入风硐进行风速测定;当风硐内风速10 m/s时,可在风硐内设置皮托管用橡皮管连接压差计,测其速压,再换算成风速。2.主扇风压测定主扇风压测定根据通风动力与阻力关系,扇风机风压h扇计算公式为
55、:压入式主扇h扇=h硐全 Pa (11.18)抽出式主扇h扇=h硐全+h扩速 Pa (11.19)安设在井下的主扇h扇=h压全+h抽全=h压静+h压速-h抽速 Pa(11.20)式中,h硐全为扇风机风硐内相对全压,Pa;h扩速为扇风机扩散器口的速压,Pa;h抽静,h抽速为分别为主扇入风道的相对静压和速压,Pa;h压静,h压速为分别为主扇出风道的相对静压和速压,Pa。 风硐内的相对全压的测定可采用下列两种方法:(1)分别测定风硐内的静压和速压h硐全=h硐静h硐速 Pa (11.21)式中,h硐静为风硐内的相对静压,Pa;h硐速为风硐内的平均速压,Pa。 h硐静可在风硐内设置静压管或皮托管,用压差
56、计测得;h硐速可按已测得的扇风机风量Q扇与风硐断面S硐计算得的风速或直接测得的平均风速求得。(2)直接测定风硐全压在风硐断面上均匀布点,用皮托管和压差计测出各点全压,平均值作为风硐全压。3.主扇功率与转数测定主扇功率与转数测定 主扇功率测定常采用以下三种方法:(1)功率表测定法 对于三相三线制系统,常采用两功率表测其三相功率。用功率表测定精度较高,但要另行接上一套功率表和互感器等,较费事,故适用于要求精度高的专题测定,如风机性能试验等。(2)电度表测定法 主扇通常都装有电度表,只要用秒表测定电度表中铝盘每分钟的转数,用电度表本身的常数(即1千瓦时铝盘的转数)去除,并乘上电压互感器变压比K压和电
57、流互感器交流比K流即可求得主扇功率N:N=3 600K压K流 千瓦 (11.22)式中,t为测定时间,s;f为电表常数,r/ kWh;n为测定时间t秒内铝盘的转数,r。 若为单相电表,则按上式求出的功率N,需再乘以3才是主扇的实际功率。(3)电流、电压表测定法根据主扇电流、电压表读数和实际的功率因数,按下式计算主扇功率。N=IUcos kW (11.23)式中,I为线电流,A;U为线电压,kV;cos为功率因数,无量纲。 用功率因数表测定,实测有困难时,可根据异步电机的负载率按表11.4近似确定。对同步运转时可取cos=1。主扇转数测定可采用机械转速表,或电子转速计。主扇与电机用靠背轮联结时,
58、测定电机转数即为主扇转数。通过皮带轮传动时,测得的电机转速,还应乘上皮带轮的传动比。 (11.24)式中,电为电机效率,%,可由电机铭牌上查得;h扇为扇风机风压,Pa;Q扇为扇风机风量,m3/s。(2)矿井风压损失 压入式通风矿井风压损失:h阻=h硐全h自-h出速 Pa (11.25) 抽出式通风矿井风压损失:(1)风机实际运转效率4.资料整理资料整理h阻=h硐全h自 Pa (11.26)式中,h自为矿井自然风压,与扇风机作用方向一致时,取正值;反之取负值;h出速为压入式通风出风风井口排往大气的速压;其他符号意义同前。(3)计算单位风量的功率消耗 单位风量的功率消耗为:W= kWs/m3 (1
59、1.27)e= kWhs/m3 (11.28)式中符号意义同前。(5)分析对矿井主扇工况测定结果的分析,应结合扇风机特性曲线来进行。主要是根据所测风压、风量值,在扇风机特性曲线图上找出工况点,再按工况点所在位置,结合矿井生产情况作出如下分析和判断: 主扇风量和风压是否达到矿井供风要求。 (4)单位风量的电耗为:为达到矿井所需供风要求(如风量或风压的提高或降低),主扇的叶片安装角度或转数应作多大改变。若为两段扇风机,主扇段(级)数是否需要改变(增加或减少一段)。电机和风机的能力够不够,是否需要更换电机。主扇实际运转效率能否达到国家要求,实际运转效率过低的原因何在,是矿井阻力与该类型风机不相匹配,
60、还是风机本身效率不高或其他原因?应从哪些方面采取措施,提高风机运转效率或更换风机,以降低电能消耗。比较主扇单位风量功率或单位风量电耗是否过高,原因何在?是矿井通风阻力过大还是风机运转效率低,或是总风量偏高,如何着手进行改进等。 11.6矿井通风优化及可靠性评价矿井通风优化及可靠性评价矿井通风是一个运用多种技术手段输送、调度空气在井下流动,维护矿井正常生产和劳动安全的动态过程。在生产期间其任务是利用通风动力,以最经济的方式,向井下各用风地点供给质优量足的新鲜空气,保证工作人员的呼吸,稀释并排除氡、粉尘等各种有害物质、降低热害,给井下创造良好的劳动环境。在发生灾变时,能有效、及时地控制风向及风量,
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