讲义 地下工程通风与空调

-45-第一章矿井空气及气候条件第一节矿井空气成分一、地面空气湿空气中含有水蒸气，其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。地面空气中，水蒸气的浓度随地区和气候而变化，其体积浓度变化范围为0~4%。此外，实际空气中还含有微量的污染气体和尘埃。二、矿井空气的主要成分及其基本性质矿井空气主要来源于地面空气，虽然发生了一系列变化，但其主要成分仍然是氧气和氮气。1.氧气（O2）氧气是一种无色、无味的气体，相对于空气的比重为1.105，化学性质活泼，易使其它物质氧化，能助燃，是矿井火灾以及瓦斯、煤尘爆炸的必要条件。氧气是人呼吸所必需的气体，人的生命主要是依靠吃进食物和不断吸入空气中的氧气，在体内进行新陈代谢来维持的。空气中氧气浓度为21%左右对人的呼吸最为有利。空气中氧气浓度的降低会影响人的健康，甚至危及生命。矿井中由于有害气体的涌出、物质氧化、人员呼吸等消耗氧气，会导致井下空气中氧气浓度降低。在通风不良或停风的巷道，氧气的浓度可以降低到5%以下，冒然进入会导致窒息死亡，我国煤矿每年都发生多起因缺氧造成的窒息死亡事故。另一方面，对于井下瓦斯积聚区域或采空区，不可盲目送入空气，否则，会使之达到瓦斯爆炸的条件或引发煤炭自燃。考虑到井下作业，体力劳动强度较大，《金属非金属矿山安全规程》(GBl6423—2006)(以后简称《规程》)规定：井下采掘工作面进风流中的空气成分(按体积计算)，氧气不低于20％，二氧化碳不高于0．5％。工作地点按照人数计算风量时，每人每分钟不得低于4m3。2.氮气氮气是一种无色、无味、无毒的气体，相对于空气的比重为0.97；化学性质稳定，一般不与其它物质起反应，在矿井生产中常被当作惰性气体用来灭火或惰化采空区。正常情况下，空气中的氮气对人体无害，但是在井下有限空间里，当空气中氮气浓度过高时，将相对降低氧气浓度而使人缺氧窒息。导致矿井空气中氮气浓度增大的原因主要有：①氧气的消耗，则氮气的浓度会相对增加。②从煤层或围岩中涌出氮气。③在矿井防灭火中人为注氮，惰化采空区时泄漏的氮气。④炸药爆破以及含氮有机物的腐烂等产生一定量的氮气。由于氮气无毒，实际中可以通过检测氧气的浓度来防止氮气的危害。三、空气进入矿井后发生的变化地面空气进入矿井后，由于受到井巷围岩、生产活动以及矿岩中涌出气体的作用，空气的成分和状态会发生相应的变化：（一）混入了有害气体和矿尘1．爆破时所产生的炮烟炸药在井下爆炸后，产生大量的有害气体，种类和数量与炸药的性质、爆炸条件与介质有关。在一般情况下，产生的主要成分大部分为一氧化碳和氮氧化合物。1kg炸药爆破能产生的有毒气体相当于10~20L的二氧化氮。2．柴油机工作时产生的废气柴油机的废气成分很复杂，它是柴油在高温高压下燃烧时所产生的各种有毒有害气体的混合体。一般情况下有氮氧化物，含氧碳氢化合物、低碳氧化合物、油烟等，但其中的主要成分为氧化氮，一氧化碳，醛类和油烟等，柴油机排放的废气量由于受各种因素的影响，变化较大，往往会恶化井下空气。3．硫化矿物的氧化在开采高硫矿床时，由于硫化矿物缓慢氧化除产生大量的热外，还会产生二氧化硫和硫化氢气体在含硫矿岩中进行爆破工作，或硫化矿尘爆炸以及坑木腐烂和硫化矿物水解，都会产生硫化气体。4．井下火灾当井下失火引起坑木、油料、电缆等燃烧时，会产生大量一氧化碳，可知人中毒死亡。在煤矿中瓦斯和煤尘爆炸产生的大量一氧化碳，是造成重大死亡事故的主要原因。（二）氧气浓度降低，主要原因是：1．有害气体的析出会冲淡氧气的浓度。2．井下物质氧化、人员呼吸等消耗氧气。3．井下火灾、爆炸等灾害会消耗大量氧气。（三）矿井空气的温度、湿度等状态参数发生了变化。由于井巷围岩散热、氧化、人员、机电设备散热及水分蒸发等原因，会使井下空气温度升高，湿度增加，空气的其它状态参数也会发生相应变化。地面空气进入矿井以后发生了一系列的变化，我们将流动在矿井井巷及井下工作地点的空气称为矿井空气。相对于地面空气，在成份和性质上变化不大的矿井空气称为新鲜空气，简称新风，如进风井巷中的空气。把流经采掘工作面及硐室等工作地点或受到井下矿尘和有害气体污染的，在成份和性质上变化较大的矿井空气称为污浊空气，简称污风或乏风，如回风井巷中的空气。通常以用风地点为界，将用风地点以前的风流称为新鲜空气，或进风流；将用风地点以后的风流称为污浊空气，或回风流。第二节矿井空气中常见有害气体一、常见有害气体及其允许标准金属矿山井下常见的对安全生产威胁较大的有毒气体有:一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、硫化物（硫化氢H2S和二氧化硫SO2）等，此外还有矿尘和氡气及其子体。这些有害气体来源于井下爆破、矿石氧化与自燃、坑木腐烂、井下无轨设备排的尾气、井下火灾等都会产生有毒有害气体。1．一氧化碳CO2．氮氧化物3．二氧化硫SO24．硫化氢H2S5．浮扬粉尘矿井粉尘对人的健康有危害，硫化矿尘可引起人的皮肤发炎；铅、砷、汞尘进人人体会引起中毒；当人体长期吸人含游离二氧化硅(Si02)的矿尘时，会导致矽肺病。矿尘中游离二氧化硅含量越高，对人体危害越大。一般金属非金属矿山游离二氧化硅含量在30％-70％，也有高达90％以上的。6.氡气（Rn）氡气是一种无色、无味的气体，对空气的比重为7.7，半衰期3.8d，能溶于水和有机溶剂，在油脂中地溶解度为水的125倍。氡是惰性气体，一般不参与化学反应。矿内空气中的氡主要来源于：(1)由矿岩壁析出的氡；(2)爆破崩落的矿石析出的氡；(3)地下水析出的氡；(4)地面空气中的氡随人风风流进入井下。在一些老的矿山，由于开采面积较大，崩落区多，采空区中积累的氡有时也会成为氡的主要来源。氡及其子体（氡在衰变过程中所产生的中间产物）是放射性元素，在蜕变过程中会产生一定量的α、β、γ射线，对人体有辐射危害。吸入这些含氡空气，氡及其子体易沉积在呼吸道上，对呼吸道及肺组织会造成的辐射危害。氡及其子体对人体的危害是有条件的，这些条件就是：(1)空气中氡及其子体要超过一定浓度；(2)氡及其子体能进人人体内；(3)人体在接受上述浓度的氡及其子体要超过一定的时间。《放射卫生防护基本标准》规定，矿山井下作业地点氡在空气中的最大允许浓度为3.7kBq／m3；氡子体的潜能值不超过6.4μJ／m3。第三节矿井气候一、矿井气候条件及其对人体热平衡的影响矿井气候条件是指矿井空气温度、湿度、大气压力和风速等参数所反映的综合状态，反映的是人体对井下环境的热感受。人不论在休息或在工作时，身体不断地产生热量和散失热量，以保持热平衡，人体产生热量的多少取决于体质、年龄和劳动强度的大小。劳动强度越大，产生热量越多，成年人进行轻微劳动时每小时产生的热量约为500KJ，进行繁重劳动时每小时产生的热量约为1100KJ。人体产生热量的一部分用来维持人体自身的生理机能活动以及满足对外做功的需要，其余部分必须通过散热的方式排出体外。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形式进行的，呼吸和排泄也散发少量的热。对流散热主要取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于周围环境的温度；蒸发散热主要取决于周围空气的相对湿度，人体每蒸发1克汗液，可以散热2.42KJ。当空气的温度达到人的皮肤温度（33～34℃）时，出汗蒸发几乎成为人体唯一的散热方式。即工作环境的温度、湿度和风速三者的综合状态决定着人体的散热条件。三者在一定的范围内，人体能够依靠自身的调节机能，使散热量和产热量之间保持相对平衡，体温保持在36.5～37℃之间，维持人的正常生理活动。在井下生产的劳动强度情况下，比较适宜的空气温度为20℃左右，风速为1m/s左右。此条件适合人体的对流和辐射散热，人的感觉会比较舒适。空气温度超过25℃将不利于劳动状态下人体的散热。空气的湿度决定着蒸发的效果。湿度低于30%，属于干燥空气，蒸发过快，会感到干燥；湿度高于80%，属于高湿空气，蒸发困难；湿度达到100%，蒸发停止，人体感觉适宜的湿度为50～60%。井下环境中，空气的湿度难以调节，往往是通过温度和风速的合理调节给工作环境创造一个比较舒适的工作气候条件，这也是矿井通风的一个基本任务。当矿井气候条件不能满足人体的产热和散热的平衡时，则会对人体产生危害。比如，寒冷地区，气温低、风速大的环境，潮湿空气会带走人体过多的热量，人体就会发冷，甚至感冒。而高温、高湿的空气，会使人感到闷热。当温湿度过高的时候，会使人体的对流和辐射和蒸发散热大大减低，人体的热量不能及时散出，甚至超过人体的热承受能力，会给人体健康和矿井安全生产带来危害—即所谓的矿井热害。矿井高温热环境的危害主要表现在①人长时间处在高温热环境中生理调节机能将发生障碍，出现体温升高，代谢紊乱，心跳加快，心律失常，血压升高等现象，甚至虚脱中暑，严重时可导致昏迷或死亡。②高温高湿的作业环境中会使作业人员精神烦躁、疲惫乏力、精力不集中，增加了事故的发生率。③影响着作业人员劳动生产效率。④易引发其它灾害，如增大瓦斯涌出量，煤层自然着火危险性增加等。第二章矿井空气流动基本理论本章的重点：1、空气的物理参数T、P、Φ、μ、ρ；2、风流的能量与点压力静压，静压能；动压、动能；位能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压的关系3、能量方程连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程4、能量方程在矿井中的应用边界条件、压力坡度图本章的难点：点压力之间的关系能量方程及其在矿井中的应用主要研究内容：矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规律以及能量的转换关系。介绍空气的主要物理参数、性质，讨论空气在流动过程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。根据热力学第一定律和能量守恒及转换定律，结合矿井风流流动的特点，推导了矿井空气流动过程中的能量方程，介绍了能量方程在矿井通风中的应用。第一节空气的主要物理参数一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件的主要参数之一。热力学绝对温标的单位K，摄式温标：T=273.15+t二、压力（压强）1、定义：空气的压力也称为空气的静压，用符号P表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。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、相对温度和含湿量三种。１、绝对湿度２、相对湿度例如：甲地：t=18℃，V＝0.0107Kg/m3,乙地：t=30℃，V＝0.0154Kg/m3解：查附表当t为18℃，s＝0.0154Kg/m3,,当t为30℃，s＝0.03037Kg/m3,∴甲地：φ＝V／S＝0.7＝70%乙地：φ＝V／S＝0.51＝51%乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强。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。上例甲地、乙地的露点分别为多少？３、含湿量井下空气湿度的变化规律进风线路有可能出现冬干夏湿的现象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘工作面和回风线路上，气温长年不变，湿度也长年不变，一般都接近100％，随着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地下水。进风路线进风路线回风路线采掘工作面湿度夏冬第二节风流的能量与压力能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。一、风流的能量与压力1.静压能－静压2、重力位能第三节矿井通风中的能量方程当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻力和通风动力相平衡。关于能量方程使用的几点说明1.能量方程的意义是，表示1kg（或1m3）空气由1断面流向2断面的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经1、2断面间空气总机械能（静压能、动压能和位能）的变化量。2.风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。3.风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的能量损失（通风阻力）为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流方与假设相反。4.正确选择求位能时的基准面。5.在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，压源为负，则压源成为通风阻力。６.应用能量方程时要注意各项单位的一致性。7、对于流动过程中流量发生变化，则按总能量守恒与转换定律列方程第三章井巷通风阻力本章重点和难点：摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。第一节井巷断面上风速分布一、风流流态1、管道流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)。二、井巷断面上风速分布（1）紊流脉动风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则变化。（2）时均速度瞬时速度vx随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段T内，流速vx总是围绕着某一平均值上下波动。（3）巷道风速分布由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度δ随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。第二节摩擦风阻与阻力一、摩擦阻力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)。由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计算：(Pa)λ－－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。d——圆形风管直径，非圆形管用当量直径；1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度ε与管道半径r的比值ε/r称为相对糙度。以水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出λ与Re的关系曲线，如图所示。结论分析：Ⅰ区——层流区。当Re＜2320(即lgRe＜3.36)时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度ε/r无关，只与Re有关，且λ=64/Re。与相对粗糙度无关Ⅱ区——过渡流区。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段Ⅱ上。λ随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。Ⅲ区——水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态(Re＞4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度δ大于管道的绝对糙度ε（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线Ⅲ上，表明λ与ε仍然无关，而只与Re有关。随着Re的增大，相对糙度大的管道，实验点在较低Re时就偏离直线Ⅲ，而相对糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线Ⅲ。Ⅳ区——紊流过渡区，即图中Ⅳ所示区段。在这个区段内，各种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线，λ值既与Re有关，也与ε/r有关。Ⅴ区——水力粗糙管区。在该区段，Re值较大，管内液流的层流边层已变得极薄，有ε>>δ，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故Re对λ值的影响极小，略去不计，相对糙度成为λ的唯一影响因素。故在该区段，λ与Re无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：2．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：∴古拉兹实验所得到的层流时λ与Re的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1．摩擦阻力系数α矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，λ值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则λ可视为定值；在标准状态下空气密度ρ=1.2kg/m3。对上式，令：α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：第三节局部风阻与阻力由于井巷断面、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。由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。一、局部阻力及其计算和摩擦阻力类似，局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示：式中：ξ——局部阻力系数，无因次。层流ξ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，便可用几种常见的局部阻力产生的类型：1、突变紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。2、渐变主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为Vhvp，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0,在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。3、转弯处流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。4、分岔与会合上述的综合。∴局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力二、局部阻力系数和局部风阻(一)局部阻力系数ξ紊流局部阻力系数ξ一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。1．突然扩大式中：v1、v2——分别为小断面和大断面的平均流速，m/s；S1、S2——分别为小断面和大断面的面积，m；ρm——空气平均密度，kg/m3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正2．突然缩小对应于小断面的动压，ξ值可按下式计算：3．逐渐扩大逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。当Θ＜20°时，渐扩段的局部阻力系数ξ可用下式求算：式中α——风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4；n——风道大、小断面积之比，即Ｓ2／Ｓ1；θ——扩张角。4．转弯巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度)可按下式计算：当巷高与巷宽之比H/b=0.2～1.0时，当H/b=1～2.5时式中ξ0——假定边壁完全光滑时，90°转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-1；α——巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4；β——巷道转弯角度影响系数。5．风流分叉与汇合(二)局部风阻例3-3：某巷道突然扩大段，砌碹支护，断面S1=6m2，S2=24m2，通过风量Q=48m3/s，空气密度ρ=1.25kg/m3，求突然扩大局部阻力。解：设砌碹巷道α=0.005kg/m3ξ=(1-S1/S2)2=(1-6/24)2=0.563ξ’=ξ(1+α/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845hL=ξ’ρV12/2=ξ’ρ(Q/S1)2/2=0.845×1.25(48/6)2/2=33.8Pa例3-4：某回风道，断面高2.8m，宽2.5m，混凝土棚支护，α=0.02kg/m3，有一直角转弯，内角没有弧度，求转弯处的局部阻力系数ξ’解：表3-3-1，ξ0=0.93，由表3-3-2，β=1.0H/b=2.8/2.5=1.12,ξ’=[(ξ0+28α)b/H]β=[(0.93+28×0.02)2.5/2.8]×1=1.33若V=6m/s，ρ=1.2kg/m3,则：hL=ξ’ρV2/2=1.33×1.2×6×6/2=57Pa例3-5：某直角分叉巷道，θ2=0，θ3=90°，α=0.015kg/m3，V1=8m/s,V2=6m/s,V3=3m/s,ρ=1.25kg/m3,求hL1-2,hL1-3解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35hL1-2=Kαρ/2(V12-2V1V2cosθ2+V22) =1.35×1.25/2(82-2×8×6×1+62)=3.37PahL1-3=Kαρ/2(V12-2V1V3cosθ3+V32)=1.35×1.25/2(82-2×8×3×0+32)=71.59Pa例3-6：某直角汇流巷道，θ1=0，θ2=90°，α=0.015kg/m3，V1=5m/s,V2=6m/s,V3=8m/s,ρ=1.25kg/m3,求hL1-3,hL2-3解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35cosθ1=1,cosθ2=0,ω=Q1V1cosθ1/Q3=3.125 hL1-3=Kαρ/2(V12-2V3ω+V32)=1.35×1.25/2(52-2×8×3.125+82)=39PahL2-3=Kαρ/2(V22-2V3ω+V32) =1.35×1.25/2(62-2×8×33.125+82)=42Pa第四节矿井总风阻与矿井等积孔一、井巷阻力特性二、矿井总风阻三、矿井等积孔1、对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作系统的通风阻力和风量，分别计算各主要通风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益都具有重要意义。无论是矿井通风设计还是生产矿井通风技术管理工作，都要尽可能地降低矿井通风阻力。应该强调的是，由于矿井通风系统的阻力等于该系统最大阻力路线上的歌分支的摩擦阻力和局部阻力之和，因此，降阻之前必须首先确定通风系统的最大阻力路线，通过阻力测定调查最大阻力路线上阻力分布，找出阻力超常的分支，对其实施降低摩擦阻力和局部阻力措施。如果不在最大阻力路线上降阻是无效的，有时甚至是有害的。摩擦阻力是矿井通风在阻力的主要组成部分，因此要以降低井巷摩擦阻力为重点，同时注意降低某些风量大的井巷的局部阻力。一、降低井巷摩擦阻力措施1．减小摩擦阻力系数α。在矿井建设时尽量选用α实施较小的支护方式，施工时要注意保证施工质量，尽可能使井巷壁面光滑平整。砌碹巷道的α值一般只有支架巷道的30%--40%，因此，对于服务年限长的主要井巷，应尽可能采用砌碹支护方式。锚喷支护的巷道，应尽量采用光爆工艺，使井巷壁面的凹凸度不大于50mm。对于支架巷道，也要尽可能使支架整齐，必要时用背板等背好帮顶。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。因此，立井井筒断面采用圆形断面，斜井、石门、大巷等主要采用拱形断面，次要巷道以及采区内服务时间不长的巷道才采用梯形断面。4．减少巷道长度。因巷道的摩擦阻力和巷道长度成正比，故在进行通风系统设计和改善通风系统时，在满足开采需要的前提下，要尽可能缩短风路的长度。5．避免巷道内风量过于集中。巷道摩擦阻力与风量的平方成正比，巷道内风量过于集中时，摩擦阻力就会大大增加。因此，要尽可能使矿井的总进风早分开，使矿井的总回风晚汇合。二、降低局部阻力措施局部阻力与ξ值成正比，与断面的平方成反比。因此，为降低局部阻力，应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。尽可能避免井巷直角转弯或大于90°的转弯，主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。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空气在井巷中流动需要克服通风阻力，必须提供通风动力以克服空气阻力，才能促使空气在井巷中流动，实现矿井通风。矿井通风动力有由自然条件形成的自然风压和由通风机提供的机械风压两种。本章将研究这两种通风动力的影响因素和特性及其对矿井通风的作用。第一节自然风压如果不在井口安装通风机，而是在各种自然因素作用下(例如，利用井口位置的高低差、两井的温差等)，使风流获得能量(即自然风压)，让风流沿井巷流动的现象，就是自然通风。一、自然风压及其变化规律1、自然风压 如图4-1所示，该矿井的自然风压为：H自=－，Pa （4-1）式中 Z——矿井最高点到最低点间的距离，m； g——重力加速度，m/s2； ρ1、ρ2——分别为0-1-2和5-4-3井巷中dz段空气密度，kg/m3。由于空气密度ρ与高度Z有着复杂的函数关系，因此用式（4-1）计算自然风压比较困难。为了简化计算，一般先测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρ均进、ρ均回，分别代替式（4-1）中的ρ1和ρ2，则式（4-1）可写为：Ｈ自＝（ρ均进－ρ均回）gＺ，Pa （4-2）自然风压具有如下几种性质：1.形成矿井自然风压的主要原因是矿井进、出风井两侧的空气柱重量差。不论有无机械通风，只要矿井进、出风井两侧存在空气柱重量差，就一定存在自然风压。2.矿井自然风压的大小和方向，取决于矿井进、出风两侧空气柱的重量差的大小和方向。这个重量差，又受进、出风井两侧的空气柱的密度和高度影响，而空气柱的密度取决于大气压力、空气温度和湿度。由于自然风压受上述因素的影响，所以自然风压的大小和方向会随季节变化，甚至昼夜之间也可能发生变化，单独用自然风压通风是不可靠的。因此《规程》规定，每一个生产矿井必须采用机械通风。3.矿井自然风压与井深成正比；矿井自然风压与空气柱的密度成正比，因而与矿井空气大气压力成正比，与温度成反比。地面气温对自然风压的影响比较显著。地面气温与矿区地形、开拓方式、井深以及是否机械通风有关。一般来说，由于矿井出风侧气温常年变化不大，而浅井进风侧气温受地面气温变化影响较大，深井进风流气温受地面气温变化的影响较小，所以矿井进、出风井井口的标高差越大，矿井越浅，矿井自然风压受地面气温变化的影响也越大，一年之内不但大小会变化，甚至方向也会发生变化；反之，深井自然风压一年之内大小虽有变化，但一般没有方向上的变化。4.主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定的影响。因为矿井主通风机的工作决定了矿井风流的主要流向，风流长期与围岩进行热交换，在进风井周围形成了冷却带，此时即使风机停转或通风系统改变，进、回风井筒之间仍然会存在气温差，从而仍在一段时间之内有自然风压起作用，有时甚至会干扰主要通风机的正常工作，这在建井时期表现尤为明显，需要引起注意。二、自然风压的控制和利用自然通风作用在矿井中普遍存在，它在一定程度上会影响矿井主要通风机的工况。要想很好地利用自然通风来改善矿井通风状况和降低矿井通风阻力，就必须根据自然风压的产生原因及影响因素，采取有效措施对自然风压进行控制和利用。1.对自然风压的控制在深井中自然风压一般常年都帮助主要通风机通风，只是在季节改变时其大小会发生变化，可能影响矿井风量。但在某些深度不大的矿井中，夏季自然风压可能阻碍主要通风机的通风，甚至会使小风压风机通风的矿井局部地点风流反向。这在矿井通风管理工作中应予重视，尤其在山区多井筒通风的高瓦斯矿井中应特别注意，以免造成风量不足或局部井巷风流反向酿成事故。为防止自然风压对矿井通风的不利影响，应对矿井自然通风情况作充分的调查研究和实际测量工作，掌握通风系统及各水平自然风压的变化规律，这是采取有效措施控制自然风压的基础。在掌握矿井自然风压特性的基础上，可根据情况采取安装高风压风机的方法来对自然风压加以控制，也可适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。2.设计和建立合理的矿井通风系统由于矿区地形、开拓方式和矿井深度的不同，地面气温变化对自然风压的影响程度也不同。在山区和丘陵地带，应尽可能利用进出风井口的标高差，将进风井布置在较低处，出风井布置在较高处。如果采用平硐开拓，有条件时应将平硐作为进风井，并将井口尽量迎向常年风向，或者在平硐口外设置适当的导风墙，出风平硐口设置挡风墙。进出风井口标高差较小时，可在出风井口修筑风塔，风塔高度以不低于10m为宜，以增加自然风压。3.人工调节进、出风侧的气温差在条件允许时，可在进风井巷内设置水幕或借井巷淋水冷却空气，以增加空气密度，同时可起到净化风流的作用。在出风井底处利用地面锅炉余热等措施来提高回风流气温，减小回风井空气密度。4.降低井巷风阻尽量缩短通风路线或采用平行巷道通风；当各采区距离地表较近时，可用分区式通风；各井巷应有足够的通风断面，且应保持井巷内无杂物堆积，防止漏风。5.消灭独井通风在建井时期可能会出现独井通风现象，此时可根据条件用风幛将井筒隔成一侧进风另一侧出风；或用风筒导风，使较冷的空气由井筒进入，较热的空气从导风筒排出。也可利用钻孔构成通风回路，形成自然风压。6.注意自然风压在非常时期对矿井通风的作用在制定《矿井灾害预防和处理计划》时，要考虑到万一主要通风机因故停转，如何采取措施利用自然风压进行通风以及此时自然风压对通风系统可能造成的不利影响，制订预防措施，防患于未然。三、自然风压的测定生产矿井多用实测法掌握自然风压的变化规律。自然风压的测定法有两种,直接测定法和间接测定法。1.直接测定法矿井在无通风机工作或通风机停止运转时，在总风流的适当地点设置临时隔断风流的密闭，将矿井风流严密遮断，而后用压差计测出密闭两侧的静压差，该静压差便是矿井的自然风压值。或将风硐中的闸门完全放下，然后由风机房水柱计直接读出矿井自然风压值（如图4-2所示）。2.间接测定法以抽出式通风矿井为例。如图4-3所示的抽出式通风矿井，因风硐中通风机入口风流的相对全压h全与自然风压H自的代数和等于矿井的通风阻力，即h全+H自=RQ2 （4-3）式中 R——矿井总风阻，Ns2/m8； Q——矿井总风量，m3/s。所以首先在通风机正常运转时，测出矿井总风量Q及通风机入风口处风流的相对全压h全，而后停止主要通风机的运转，若有自然风流，立即测出自然风流的风速v自，计算出自然通风的风量Q自=S×v自，S是测v自处的风硐的断面积，可得下式：H自=RQ自2 （4-4）解式（4-3）和（4-4）的联立方程组，得矿井自然风压：H自=h全，Pa （4-5）第二节矿井主要通风机及其附属装置矿用通风机是矿井通风的主要动力。它对于矿井的重要性，不亚于肺脏对人体的作用。加之它的功率较大，日夜不停地运转，因此，耗电量很大。据统计，全国统配煤矿平均主扇电耗约占全矿电耗的16％。所以合理地选择和使用通风机，不仅关系到矿井的安全生产和职工的身体健康，而且对矿井的技术经济指标也有着一定的影响。矿用通风机按其服务范围，可分为三种：1．主要通风机(主扇)：服务于全矿或矿井的某一翼(或采区)；2．辅助通风机(辅扇)：服务于矿井通风网路的某一分支(某一采区或采煤工作面)风路，帮助主扇工作，以保证该分支所需的风量；3．局部通风机(局扇)：服务于独头巷道掘进。通风机按其构造和工作原理来分，可分为离心式扇通风机和轴流式通风机。一、离心式通风机离心式通风机的工作原理，就像旋转雨伞时，雨水由于离心力的作用，沿雨伞的边缘，以切线方向飞离的现象相同。离心式通风机主要由动轮(又叫工作轮、叶轮)、螺形外壳、进风道和扩散器等部件组成。有些离心式风机还在动轮前面装设具有叶片的前导器，使气流在进入动轮的方向产生扭曲，以调节风机产生的风压和风量。离心式风机的构造示意图，如图4—6所示。根据风机叶片弯曲形式的不同，可分为前倾式（β2＞900）、后倾式（β2＜900﹚和径向式（β2＝900）三种。前倾式叶片多用于鼓风机；后倾式叶片的风机效率高，大型风机一般都是后倾式；小型离心式风机，为便于制造，多用径向叶片。离心式通风机有单侧吸风口与双侧吸风口两种，增加吸风口的目的在于增加扇风机的风量。现我国生产的离心式通风机较多，适用煤矿作主要通风机的有：4-72-11型、G4-73-11型、K4-73-01型等。型号参数的含义以K4-73-01№32型为例说明如下：K4-73-01№32K—矿用；4—效率最高点压力系数的10倍，取整数；73—效率最高点比转速，取整数；0—通风机进风口为双面吸入；第一次设计；№32—通风机机号，为叶轮直径，dm。二、轴流式通风机如图4—7,轴流式风机主要由进风口、叶轮、整流器、主体风筒、扩散器和传动轴等部件组成。轴流式通风机运转时，空气沿风机轴的方向进入集风口，叶轮的旋转把空气向前推进，并产生压力，然后经扩散器排出.轴流式通风机依工作轮数有：一级(或一段)和二级(或两段)通风机。增加工作轮数可增加通风机的风压和风量。工作轮固定在主轴上，由齿轮联轴节使主轴和电动机相联。工作轮由轮毂和在其上安装的若干叶片组成。叶片用螺栓固定在轮毂上，叶片呈梯形(中间是空的)，其横截面和机翼形相似，如图4—8所示。θ称为轴流式通风机的叶片安装角，即从叶片的风流入口处与风流出口处的联线(弦线)和工作轮旋转方向的切线间的夹角。θ角是可调的，因通风机的风压、风量的大小与θ角有关，所以工作时可根据所需要的风量、风压调节θ角度。目前我国生产的轴流式通风机中，适用于煤矿作主要通风机的有：2K60型、GAF型、2K56型、KZS型等。型号参数的含义以2K60-1-No24型为例说明如下：2K60-1-№242-两级叶轮；K—矿用；60—轮毂比的100倍；1-结构设计序号；№24—叶轮直径，dm。三、对旋式通风机1994年9月，原煤炭部颁发了《关于推广使用四项通风安全装备的决定》，对旋式局部通风机被列为在全国推广使用的四项装备之一。对旋式局部通风机也是一种轴流式通风机，和传统轴流式通风机相比较，具有高效率、高风压、大风量、性能好、高效区宽、噪声低、运行方式多、安装检修方便等优点。现在我国已经研制成功新一代高效节能矿用防爆对旋式主要通风机。对旋式通风机由集流器、一级通风机、二级通风机、扩散筒和扩散塔组成。风机采用对旋式结构，一、二级叶轮相对安装，旋转方向相反；在主风筒中设置有稳流环，使得通风机性能曲线中无驼峰区，无喘振，在任何阻力情况下均可稳定运行。通风机噪音较低，绝大多数型号在无消声装置的情况下，噪声均可低于90dB（A）。通风机叶轮叶片安装角可以调整，一般分为45。、40。、35。、30。及25。五个角度。一、二级叶轮叶片安装角角度可以一致，也可不同，又可调节为小于或等于45。范围内任意角度运行。可以单级运行，也可以双级运行，因此可调范围极广，尤其在矿井投产初期可只运行一级。通风机和扩散器均安装在带轮的平板车上，下设轨道，安装维修很方便。可以反转反风。在各种情况下，反风率均为70%以上；不需要反风道及通风机的基础，也可不要主通风机房，只需要建造电控值班室。电动机轴承和电动机定子有测温装置，可遥测和报警。电动机轴承还配备了不停机注油和排油管装置。目前，对旋式通风机有数十个系列。作为煤矿主要通风机使用的有BD或BDK系列高效节能矿用防爆对旋式主要通风机，最高静压效率可达85%，噪声不大于85dB（A）。局部通风机主要有FDC-1№6/30型、FSD-2×18.5型、DSF-6.3/60型、DSFA-5型、BDJ60系列、2BKJ-6.0/3.0型、KDF型等。型号参数的含义以BDK65A-8-№24型为例说明如下：BDK65A-8-№24B—防爆型；D—对旋结构；K—矿用；65—轮毂比的100倍；A—叶片数目配比为A种；8—配用8极电机；№24—机号为24，即24dm。BD系列对旋式风机特性曲线如附录六所示。四、离心式和轴流式通风机的比较离心式和轴流式两类风机，各有优缺点，应根据各矿自己的特点和具体条件选用适宜的风机。表4—1离心式和轴流式风机综合比较表项目离心式轴流式平均效率特性曲线性能调节起动噪音转数故障机会检修并联工作适用较高平缓利用闸门调节，经济性差。调整前导器角度，尾翼，安装角调整范围较小。全闭较小较低较少较方便稳定性好风阻变化小，风量变动大的矿井，即h小变，Q大变时。较低陡削可调整叶片安装角，叶片数，级数等，经济性较好．全开很大较高较多较复杂稳定性差风阻变化大，风量变动小的矿井。即h大变，Q小变时．五、通风机的附属装置矿井使用的主要通风机，除了主机之外尚有一些附属装置。主要通风机和附属装置总称为通风机装置。附属装置有风硐、扩散器、防爆门和反风装置等。1.风硐风硐是连接通风机和风井的一段巷道，如图4-9所示。因为通过风硐的风量很大，风硐内外压力差也较大，其服务年限长，所以风硐多用混凝土、砖石等材料建筑，对设计和施工的质量要求较高。良好的风硐应满足以下要求：(1)应有足够大的断面，风速不宜超过15m／s。(2)风硐的风阻不应大于0.0196Ns2／m8，阻力不应大于100～200Pa。风硐不宜过长，与井筒连接处要平缓，转弯部分要呈圆弧形，内壁要光滑，并保持无堆积物，拐弯处应安设导流叶片，以减少阻力。(3)风硐及闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。(4)风硐内应安设测量风速和风流压力的装置，风硐和主通风机相连的一段长度不应小于10～12D(D为通风机工作轮的直径)。(5)风硐与倾角大于30。的斜井或立井的连接口距风井1~2m处应安设保护栅栏，以防止检查人员和工具等坠落到井筒中；在距主要通风机入风口1~2m处也应安设保护栅栏，以防止风硐中的脏、杂物被吸入通风机。(6)风硐直线部分要有流水坡度，以防积水。2.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。图4-10所示为出风井口的防爆门，门1用铁板焊成，四周用4条钢丝绳绕过滑轮3，用挂有配重的平衡锤4牵住防爆门，其下端放入井口圈2的凹槽中。正常通风时它可以隔离地面大气与井下空气。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。具体要求是：防爆门应布置在出风井轴线上，其面积不得小于出风井口的断面积。从出风井与风硐的交叉点到防爆门的距离应比从该交叉点到主要通风机吸风口的距离至少短10m。防爆门必须有足够的强度，并有防腐和防抛出的措施。为了防止漏风，防爆门应该封闭严密。如果采用液体作密封时，在冬季应选用不燃的不冻液，且要求以当地出现的十年一遇的最低温度时不冻为准。槽中应经常保持足够的液量，槽的深度必须使其内盛装的液体的压力大于防爆门内外的空气压力差。井口壁四周还应安装一定数量的压脚，当反风时用它压住防爆门，以防掀起防爆门造成风流短路。3.反风装置当矿井在进风井口附近、井筒或井底车场及其附近的进风巷中发生火灾、瓦斯和煤尘爆炸时，为了防止事故蔓延，缩小灾情，以便进行灾害处理和救护工作，有时需要改变矿井的风流方向。《规程》规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在l0min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40％。每季度应至少检查1次反风设施，每年应进行1次反风演习；当矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。1）离心式通风机的反风装置离心式通风机只能用反风门与旁侧反风道的方法反风，如图4-11所示。通风机正常工作时，反风门1和2处于实线位置，反风时将反风门1提起，把反风门2放下，地表空气自活门2进入通风机，再从活门1进入旁侧反风道3，进入风井流入井下，达到反风的目的。2）轴流式通风机的反风装置轴流式通风机的反风方法有三种：（1）利用反风门与旁侧反风道反风，如图4-12所示。（2）调节通风机叶片角度反风。GAF型轴流式通风机有两种方法调整叶片安装角，一是运行中采用液压调节，常在电厂的通风机调节中采用。二是采用机械式调节，如图4-13所示。（3）反转通风机叶轮旋转方向反风。这种方法是调换电动机电源的任意两相接线，使电动机改变转向，从而改变通风机叶轮的旋转方向，使井下风流反向。这种方法基建费较少，反风方便，但是一些老型号的轴流式通风机反风后风量达不到要求。一些新型轴流式通风机，将后导叶设计成可调节角度的，反风时，将后导叶同时扭一角度，反风后的风量即能满足要求。4.扩散器在通风机出口处外接的具有一定长度、断面逐渐扩大的风道，称为扩散器。其作用是降低出口速压以提高通风机的静压。五、主要通风机的使用及安全要求为了保证通风机安全可靠的运转，《规程》中规定：1.主要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%。2.必须保证主要通风机连续运转。3.必须安装2套同等能力的主要通风机装置，其中一套作备用，备用通风机必须能在10min内开动。在建井期间可安装1套通风机和1部备用电动机。生产矿井现有的2套不同能力的主要通风机，在满足生产要求时，可继续使用。4.严禁采用局部通风机或局部通风机群作为主要通风机使用。5.装有主要通风机的出风井口应安装防爆门，防爆门每6个月检查维修1次。6.新安装的主要通风机投入使用前，必须进行1次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行1次性能测定。主要通风机至少每月检查1次。改变通风机转数或叶片角度时，必须经矿技术负责人批准。7.主要通风机因检修、停电或其它原因停止运转时，必须制订停风措施。主要通风机停止运转时，受停风影响的地点，必须立即停止工作、切断电源，工作人员撤到进风巷道中，由值班矿长迅速决定全矿井是否停止生产、工作人员是否全部撤出。主要通风机在停止运转期间，对由1台主要通风机担负全矿井通风的矿井，必须打开井口防爆门和有关风门，利用自然风压通风；对由多台主要通风机联合通风的矿井，必须正确控制风流，防止风流紊乱。第五章矿井通风风量调节与系统分析第一节矿井通风系统图与网络图矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的复杂系统。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。一、矿井通风网络与网络图：（一）矿井通风网络1.分支（边、弧）表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷中的风流方向，每条分支可有一个编号，称为分支号。伪分支，数值（如分支的风阻风量、阻力等）2.节点是两条成两条以上分支的交点。3.路（通路、道路）由若干条方向相同首尾相连而成的线路。4.回路由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。若回路中除始、末点重合外，无其他重复节点，则为基本回路，简称回路，当回路中的非相邻节点间不存在分之时，该回路又称为网孔。5.树不含有回路的连通图称为树，树中的分支为树枝。包含网络中全部节点的树，称为生成树。除去生成树后，剩下的称为余树，余树中的分支称为余枝。6.割集割集是使连通图失去连通性的分支集合。矿井通风网络图通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，节点位置与分支形状可以任意改变，因此网络图的形状可以千变万化。二、风量平衡定律风量平衡定律是指在稳定通风条件下，单位时间流入节点的空气质量等于流出该节点的空气质量。或者流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零。三、能量平衡定律是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通风机风压与自然风压的代数和。第二节矿井风量调节在矿井通风网络中，风量的自然分配往往不能满足作业地点的风量需求。因而需要对风量进行调节。因为采掘工作面是在不断变化的，用风地点的需风量也是在不断变化的，因此风量调节是通风技术管理中的一项经常性工作。风量调节措施很多，其主要分类有：从调节设施分：a、通风机b、射流器c、风窗d、风幕e、刷大巷道断面f、开并联巷道从调节范围：a、局部风量调节b、矿井总风量调节从通风能量的角度：a、增能调节b、耗能调节c、节能调节局部风量调节是指在采区内部多工作面之间，采区之间或生产水平之间的风量调节，其方法有：a、增阻调节法b、减阻调节法c、辅助通风机调节法增阻调节法（风窗）属于耗能调节法，是在巷道中安设调节风窗，增大巷道通风阻力，从而降低与该巷道处于同一通道中的风量，或增大与其关联的通路上的风量。其具体措施有：（1）调节风窗→应用最多（2）临时风窗（3）空气幕调节装置调节风窗的开口面积计算当时，或当时或增阻方法调节：简单，方便，易行，但它会增加风阻，减小进风量。有三种可行结果：a、既能满足增风需要又能保证增阻分支的风量需要。b、满足增风要求，但增阻分支的风量不能满足要求。c、二者都不满足。调节风窗应设置在合适的地点，要考虑由于风门两侧压差引起煤体裂隙漏风而自燃的危险性。减阻调节法是通过在巷道中采取降阻措施，降低巷道摩擦风阻和通风阻力，从而增大与该巷道处于同一通路中的风量，或减小与其并联通路上的风量。措施：1、扩大巷道断面2、降低摩擦阻力系数3、消除局部阻力物4、采用并联风路5、缩短风流路线的总长度减阻调节法：可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量；但降阻措施的工程量和投资一般都较大，施工工期长，对矿井通风系统进行较大的改造时采用较多。生产实际中,对于关键高阻力段采用扩巷降阻的措施效率较明显。增能调解法主要采用辅助通风机等增加风量的方法，增加局部通风能量的方法。辅助通风机调解法：a、有风墙的辅助通风机b、无风墙的辅助通风机利用自然风压调节法，改变进回风路线，降低进风流温度，增加回风流温度等方法，增大矿井或局部的自然风压达到增加风量的目的。矿井总风量调节当矿井（或一翼）总风量不足或过剩时，需要调节总风量，也就是调节主要通风机的工况点，其措施有：改变主要通风机的工作特性转速2、叶片安装角改变特性曲线3、前导器角度改变矿井总风阻值风硐门调节法降低矿井总风阻eq\o\ac(○,1)合理生产部署避免风量过于集中均衡生产。eq\o\ac(○,2)降低关键高风阻力段通风阻力。第七章局部通风一、教学内容1、掘进通风方法及优缺点；2、掘进通风设备；3、掘进工作面风量计算；4、掘进通风系统设计；5、掘进通风管理。二、重点难点：1、掘进通风方法；2、掘进工作面风量计算；3、掘进通风管理。三、教学要求：1、了解各种掘进通风设备；2、了解掘进通风系统设计相关知识；3、掌握掘进通风方法、掘进工作面风量计算方法；4、掌握掘进通风管理相关知识。掘进通风方法掘进通风方法按通风动力形式不同分为局部通风机通风、矿井全风压通风和引射器通风三种。其中，局部通风机通风是最为常用的掘进通风方法。一、局部通风机通风局部通风机是井下局部地点通风所用的通风设备。局部通风机通风是利用局部通风机作动力，用风筒导风把新鲜风流送入掘进工作面。局部通风机通风按其工作方式不同分为压入式、抽出式和混合式三种。二、矿井全风压通风掘进工作面风量计算掘进工作面需风量，应满足《规程》对作业地点空气的成分、含尘量、气温、风速等规定要求，按下列因素计算。一、排出炮烟所需风量=1\*GB1⒈压入式通风当风筒出口到工作面的距离L压L射=(4~5)时，工作面所需风量或风筒出口的风量Q需应为：，m3/min(7-9)式中t──通风时间，一般取20~30min；A──同时爆破炸药量，kg；b──每kg炸药产生的CO当量，煤巷爆破取100L/kg，岩巷爆破取40L/kg；S──巷道断面积，m2；L──巷道通风长度，m；P漏──风筒始、末风量之比，即漏风系数；C碳──氧化碳浓度的允许值，%，C碳=0.02%。=2\*GB1⒉抽出式通风当风筒末端至工作面的距离L抽≤L吸=1.5时，工作面所需风量或风筒入口风量Q需应为：，m3/min(7-10)式中L抛──炮烟抛掷长度，m。电雷管起动时，L抛=15+A/5。=3\*GB1⒊混合式通风采用长抽短压混合式布置时，为防止循环风和维持风筒重叠段巷道具有最低的排尘或稀释瓦斯风速，则抽出式风筒的吸风量Q入应大于压入式风筒出口风量Q出，即：Q入=(1.2~1.25)Q出或Q入=Q出+60vS，m3/min(7-11)式中v──最低排尘风速0.15~0.25m/s，瓦斯释放最低0.5m/s风速；S──风筒重叠段的巷道断面积，m2。上式中压入式风筒出口风量Q出可按(8-9)式计算。式中L改为抽出式风筒吸风口到工作面的距离L距，并且因压入式风筒较短，式中P漏≈1，故，m3/min(7-12)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：，m3/min(7-13)式中Q瓦──排出瓦斯所需风量，m3/min；QCH4──巷道瓦斯绝对涌出总量，m3/min；CCH4──最高允许瓦斯浓度，%；C进CH4──进风流中的瓦斯浓度，%；KCH4──瓦斯涌出不均匀系数，取1.5~2.0。三、排出矿尘所需风量风流的排尘风量可按下式计算：，m3/min(7-14)式中Q尘──排尘所需风量，m3/min；G──掘进巷道的产尘量，mg/min；G高──最高允许含尘量，当矿尘中含游离SiO2大于10%时，为2mg/m3；小于10%时，为10mg/m3；对含游离SiO2大于10%的水泥粉尘，为6mg/m3；G基──进风流中基底含尘量，一般要求不超过0.5mg/m3。四、按风速验算风量岩巷按最低风速0.15m/s或Q≥9S(m3/min)验算。半煤岩和煤巷按不能形成瓦斯层的最低风速0.25m/s或Q≥15S(m3/min)验算。掘进巷道需风量，原则上应按排除炮烟、瓦斯、矿尘诸因素分别计算，取其中最大值，然后按风速验算，而在实际工作中一般按通风的主要任务计算风量。如有大量瓦斯涌出的巷道，则按瓦斯因素计算；无瓦斯涌出的岩巷，则按炮烟和矿尘因素计算；综掘煤巷按矿尘和瓦斯因素计算。第五章矿井通风设计与能力核定本章的主要内容包括：矿井通风方法、通风方式、通风设施；采区通风系统的基本要求；采区上下山的布置及工作面的通风方式；矿井有效风量率和漏风率的表示方法及防治漏风的措施；矿井通风系统图、网络图的绘制等。通过这些问题的分析讨论，达到下列目的：掌握矿井通风系统的形式、特点；采区通风系统的基本要求；采区上下山的布置形式及工作面通风方式；通风设施的质量标准、施工要求与管理；矿井有效风量率和漏风率的表示方法；矿井通风系统图的绘制要求；通风设施的施工技术和矿井通风系统图的绘制方法。理解矿井漏风的危害和预防措施。第一节矿井通风系统矿井通风系统是矿井通风方法、通风方式、通风网路与通风设施的总称。《规程》规定：矿井必须有完整独立的通风系统，必须按实际风量核定矿井产量。矿井通风系统是否合理，对整个矿井通风状况的好坏和能否保障矿井安全生产起着重要的作用，同时还应在保证安全生产的前提下，尽量减少通风工程量，降低通风费用，力求经济合理。一、矿井通风方法矿井通风方法是指主要通风机对矿井供风的工作方法。按主要通风机的安装位置不同，分为抽出式、压入式及混合式三种。二、矿井通风方式矿井通风方式是指矿井进风井与回风井的布置方式。按进、回风井的位置不同，分为中央式、对角式、区域式和混合式四种。（一）中央式中央式是进、回风井均位于井田走向中央。按进、回风井沿倾斜方向相对位置的不同，又可分为中央并列式和中央边界式两种。1．中央并列式如图5-2（a）所示。进、回风井均并列布置在井田走向和倾斜方向的中央，两井底可以开掘到第一水平，如图5-2a（1）所示。也可以将回风井只掘至回风水平，如图5-2a（2）所示。后者只适用于较小型矿井。2．中央边界式（又名中央分列式）如图5-2（b）所示。进风井仍布置在井田走向和倾斜方向的中央，回风井大致布置在井田上部边界沿走向的中央，回风井的井底标高高于进风井底标高。（二）对角式进风井大致布置于井田的中央，回风井分别布置在井田上部边界沿走向的两翼上。根据回风井沿走向的位置不同，又分为两翼对角式和分区对角式两种。1．两翼对角式如图5-2（c）所示，进风井大致位于井田走向中央，在井田上部沿走向的两翼边界附近或两翼边界采区的中央各开掘一个出风井。如果只有一个回风井，且进、回风井分别位于井田的两翼称为单翼对角式。2．分区对角式如图5-2（d）所示。进风井位于井田走向的中央，在每个采区的上部边界各掘进一个回风井，无总回风巷。（三）区域式在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。如图5-2（e）所示。（四）混合式混合式是中央式和对角式的混合布置，因此混合式的进风井与出风井数目至少有3个。混合式可有以下几种：中央并列与两翼对角混合式，中央边界与两翼对角混合式，中央并列与中央边界混合式等。混合式一般是老矿井进行深部开采时所采用的通风方式。第二节采区通风系统每个矿井一般都有几个采区同时生产。每个采区内有采煤工作面、备用工作面、掘进工作面、硐室(采区变电所和绞车房)及其它用风地点，是矿井通风的主要对象。同时，采区又是井下人员最集中的地点。因此，搞好采区通风是保证矿井安全生产的基础。第三节通风通风构筑物及漏风通风设施是控制矿井风流流动的通风构筑物的总称。为了保证风流按拟定路线流动，使各个用风地点得到所需风量，就必须在某些巷道中设置相应的通风设施对风流进行控制。通风设施必须正确地选择合理位置，按施工方法进行施工，保证施工质量，严格管理制度。否则，会造成大量漏风或风流短路，破坏通风的稳定性。图1隔断风流的设施第四节矿井漏风及其预防一、漏风的概念及危害（一）漏风的概念矿井通风系统中，进入井巷的风流未达到使用地点之