矿井通风与安全

矿井通风：对于矿井不断输入新鲜空气及排出污浊空气的作业过程。矿井通风基本任务：通过输入新鲜空气，排出、稀释、有毒、窒息、爆炸性气体及粉尘。地面空气：干空气（氮气70%、氧气20.96%、二氧化碳0.04%）和水蒸气。矿井空气：新鲜空气（用风地点之前---采煤和掘进工作面，进风巷）和污浊空气（用风地点之后，回风巷）.矿井氧气浓度降低主要原因：a.人员呼吸;b.煤岩氧化反应;c.瓦斯、煤尘爆炸;d.产生的有害气体矿井五大自然灾害：矿井火灾、矿井水灾、煤尘、顶板事故、瓦斯突出与爆炸。二氧化碳主要来源：a.煤和有机物的氧化;b.人员呼吸;c.碳酸性岩石分解;d.炸药爆炸;e.煤尘自然、瓦斯爆炸。矿井空气中主要成分的质量标准：氧气（进风流中不低于20%）；二氧化碳（进风流中不大于0.5%\回风流中不大于0.75%）。矿井空气中的有害气体：一氧化碳、硫化氢、二氧化氮、二氧化硫、氨气、氢气。矿井气候条件三要素：温度、湿度和流速。人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qch（q后边的全是下角标）空气的主要物理参数：温度、湿度、压力、焓、黏性和密度。空气分子无时无刻作无秩序热运动产生的分子动能一部分转化成能够对外做功的机械能，叫静压能（单位;J/m3）。静压能分为：绝对静压p和相对静压h。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(E。表示)当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，用Ev表示；动能所转化显现的压力叫动压，用符号Hv表示。全压：风道中任一点风流，在起流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称为该点的全压。全压有相对全压Hti和绝对全压Pti。矿井通风分为压入式通风（正压通风）和抽出式通风（负压通风）。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。为了保证空气连续不断的流动，就必须有通风动力对空气做功，使得通风阻力和通风动力相平衡。井巷通风阻力分两类：摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力（井巷形状发生变化）。摩擦阻力与摩擦风阻有何区别？摩擦阻力是风流在井巷中作沿程流动，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；而摩擦风阻是反映井巷几何特征的参数，通过这些参数，来确定摩擦阻力的大小。局部阻力是如何产生的？由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，是的风流均匀流动的状态在局部地区受到影响而被破坏，从而引起风流速度场分布变化而产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称局部阻力。雷诺数Re，描述所有流体运动状态的量Re>2300紊流；Re≤2300层流。Re=vd/v（v-平均流速，d-管道直径，vd-单位流量、每秒流过体积，v-流体的运动黏性系数）【计算】摩擦阻力计算式：Hf=a*（LU/S3）*Q2//摩擦阻力系数a=a。(P/1.8)//摩擦风阻Rf=a(LU/S3)=a(LC^S/S3)[S-面积，U-周长，S-长度]//摩擦阻力Hf=Rf（Q2）从入风井口道主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力HRm,即井巷通风阻力。（已知矿井通风总阻力HRm和矿井总风量Q，即可求得矿井总风阻Rm=HRm/Q2,Rm越大，矿井通风越困难）我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。矿井等积孔的含义是什么？如何计算？假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A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成为该矿井的等积孔。（A=1.19/根号下Rm）。[A＞2时，通风容易；当A=1—2时，通风难易度属中等；当A＜1时，通风困难]。降低摩擦阻力和局部阻力采用的措施有哪些？(1).降低井巷摩擦阻力措施：a.减小摩擦阻力系数a；b.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%；c.选用周长较小的井巷。圆形断面周长最小，拱形次之，矩形和梯形最大。d.减少巷道长度；e.避免巷道内风量过于集中。(2).降低局部阻力措施：尽量避免井巷断面的突然扩大和突然缩小，断面大小悬殊井巷，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，要加强矿井总回风巷的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。什么叫自然风压？有自然因素作用而形成的通风叫自然通风。作用在最低水平两侧空气柱重力差叫自然风压。矿井反风目的？防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业面；有时为了适应救护工作需要也进行反风。把通风系统编程一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。在矿井通风网络中，进回风路多为串联风路；采区内部多为并联风路。并联风路优点：a.从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并联风路具有明显的优点；b.在同样的分支风阻条件下，分支并联时总风阻小于串联时的总风阻。局部风量调节方法：增阻调节法、减阻调节法及增能调节法。【计算】对简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：K=R1*R4/R2*R3[当K＞1，分支5中风向由3→2,；当K=1，分支5中风流停滞；当K＜1，分支5中风向由2→3]。试述矿井通风压入式、抽出式通风的优缺点及其适用条件？(1).压入式通风：通风机向井下或者风筒内压入空气的通风方法。优点：在冒落裂隙通达地面时，矿井采区的有害气体通过塌陷区向外排放；缺点：1.由于井下风流处于正压状态，当主要通风机因故停止运转时，井下风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增大；2.由于整个矿井压力大于大气压，不利于矿井瓦斯的自然排出。3.在矿井的主要进风巷中安装设风门，使运输行人不便，进风网络漏风多，管理困难，风阻大，风量调节困难。适用条件：压入式适用范围较小，地面塌陷严重或通达地表裂缝多时，地面地形复杂无法去回风井设置主要通风机或者总回风巷无法连通或维护困难的条件下。(2).抽出式通风：通风机从井下或者局部用风地点抽出污浊空气的通风方法。优点：1.由于井下风流处于负压状态，当主要通风机因故障停止运转时，井下风流压力提高，可使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；2.在矿井的主要进风巷无需安设风门，漏风少，便于运输、行人和通风管理；3.由于整个矿井压力小于大气压，处于负压状态，有利于矿井瓦斯的自然排出。缺点：1.当相邻矿井或采区相互贯通式，会把相邻矿井或采区积聚的有害气体抽到本矿井下，使矿井有效风量减小。适用条件：抽出式是目前我国煤矿广泛采用的通风方式，特别适用于高瓦斯矿井和开采范围较大的矿井。试述局部通风压入式、抽出式通风的优缺点及适用条件？(1).压入式局部通风：优点：1.局部通风机及电气设备布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；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..风筒漏风对巷道排污有一定作用。5.掘进巷道涌出瓦斯向远离工作面方向排走，安全性好。缺点：污风沿巷道缓慢排出，掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越长。适用条件：1.有瓦斯涌出的掘进巷道；2.距离不长的岩巷；3.在瓦斯喷出和突出区域的掘进巷道只能采用压入式通风。4.满足Q局小于Q巷，避免产生循环风。f.局部通风机入口与掘进巷道距离大于10m。(2).抽出式局部通风：优点：.新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动条件好；缺点：1..污风通过通风机，若局部通风机不具备防爆性，非常危险；2.有效吸程小，延长通风时间，排烟效果不好；3.不能使用柔性风筒；4.巷道壁面涌出的瓦斯随风流流向工作面，安全性差。适用条件：1.用于无瓦斯涌出巷道；2.在确保局部通风机防爆性良好条件下，可用于有瓦斯涌出的掘进巷道；3.使用引射器通风时，宜采用此种通风方法。4.局部瓦斯积聚的工作面。压入式局部通风机和启动装置，必须安装在进风巷道中，距掘进巷道回风口不得小于10m。矿井通风方式可分为：中央式、对角式和混合式。掘进工作面局部通风机最常用的工作方式是压入式。风障导风是局部通风方法中利用主要通风机风压通风。压入式通风的风流有效射程一般可达7---8m。安装在进风流中的局部通风机距回风口不得小于10m。混合式局部通风，抽出式通风筒吸风口与掘进工作面的距离不得大于5m。矿井降温一般技术措施？A.通风降温：a.加大风量；b.选择合理的矿井通风系统；B.隔热疏导：就是采区各种有效措施将矿井热源与风流隔离开来，或将热流直接引入回风流中，避免矿井热源对风流的直接加热，从而发达到矿井降温的目的。主要措施有：a.巷道隔热；b.管道和水沟隔热；c.井下发热量大的大型机电硐室应独立回风；C.选择适宜的开采顺序：a.井田开采顺序用前进式时，初期入风路线短，风温比后退式低；b.机采工作面用提高每班循环次数增加产量，从温度观点看，它比提高工作面长度要好。地温梯度：指恒温带以下，垂直深度每增加100m时，原始岩温的升高值。变温带：在地表浅部，由于受地表大气的影响，岩层原始温度随地表大气温度的变化而呈现周期性的变化，称为变温带。恒温带：随着深度的增加，岩层原始温度受地表大气的影响逐渐减弱，而受大地热流场的影响逐渐增强，当达到某一深度时，两者趋于平衡，岩石温度常年基本保持不变，这一层为恒温带。增温带：在恒温带以下，由于受大地热流场的影响，在一定的区域范围内，岩层原始温度随深度的增加而增加，大致呈线性的变化规律，这一层带称为增温带。地温率：恒温带以下岩层温度没增加1℃，所增加的垂直深度。岩体、岩石温度三个层带？a.变温带—在地表浅部由于受地表大气影响，岩层原始温度随地表大气温度的变化而呈现周期性的变化；b.恒温带—随着深度增加，岩层原始增加，岩层原始温度受地表大气的影响逐渐减弱，而受大地热流场的影响逐渐增强，当到达某一深度时，两者趋于平衡。c.增温带—在恒温带以下，由于受大地热流场影响，在一定区域范围内，岩层原始温度随深度的增加而增加。矿井瓦斯涌出形式有：普通涌出和瓦斯喷出预防瓦斯爆炸主要有哪三方面措施？如何预防瓦斯积聚？A.预防瓦斯积聚：a.搞好通风；b.及时处理局部积存的瓦斯；c.抽放瓦斯；d.经常检查瓦斯浓度和通风状况；B.防止瓦斯自燃，对一切非生产必需的热源，坚决禁绝，生产中可能发生的热源，必需严加管理和控制，限定其引燃瓦斯的能力。C.防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施。万一发生爆炸，应使灾害波及范围局限在尽可能小的区域内，以减少损失。瓦斯突出的危害是什么？突出时含有细粒煤（岩）体的气流产生动力冲击作用，能摧毁巷道设施，破坏通风系统，甚至风流逆转。喷出的瓦斯由几百立方米到几百万立方米，能使井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。喷出的煤，岩由几吨到几千吨，甚至百万吨以上。采煤工作面上隅角瓦斯积聚原因是什么，如何处理？成因：a.采煤工作面的通风方式，采用U型通风方式；b.工作面上隅角的风流状态，上隅角附近煤壁和采空区风流经过工作面上端头时，巷道突然垂直转弯，上隅角局部地区出现涡流现象，使瓦斯不易被风流带走。处理方法：a.设置上隅角临时挡风帘；b.设置采空区纵向风障；c.高位钻孔抽采及上隅角埋管抽放；d.增大回采工作面风量;e.改变通风方式；e.采煤工作面安装局部通风机。内因火灾多发生在那些地方？a.采空区，特别是大量遗煤而未封闭或封闭不严时。b.巷道两侧受地压破坏的煤柱；c.巷道中堆积的浮煤或片帮和冒顶处；d.与地面老窑的连通处。煤炭自燃过程有哪几个阶段？各阶段有何特征？a.潜伏期，以物理吸附，煤温开始升高，无宏观现象。b.自热期，煤氧化反应自动加速，氧化造成热量逐渐积累，温度自动升高的过程。c.自燃期，煤温达到自燃点，若能得到充分的供氧（风），则发生燃烧，发生明火。d.熄灭，降到燃点以下。煤尘爆炸必须具备哪些条件？a.煤尘本身具备爆炸性；b.有一定浓度的浮游煤尘，煤尘爆炸浓度为45—2000克/立方米；c.有引爆火源，引爆温度为650—1050℃能引爆煤尘爆炸的高温火源，能引爆煤尘爆炸的高温火源有电火花、电弧和明火等。d.空气中氧气浓度大于18%发生矿井火灾的原因，地点是各样的，但都必须是有三个条件，即火源，空气和可燃物，称为火灾三要素。电器设备着火时，应首先切断电源。在煤自燃过程中，潜伏期的温度不会明显提高。矿井主要通风机有离心式和轴流式两大类。矿井通风方式是指进风井和回风井的布置方式相对瓦斯涌出量是矿井正常生产条件下，平均每日产1t煤所涌出的瓦斯量，常用单位为m3/t。掘进中的岩巷允许风速最高位4m/s。采煤工作面允许最低风速为0.25m/s煤与瓦斯突出的次数和强度随煤层厚度增加而增多主要进、回风巷中的允许最高风速为8m/s井下风门按用途分为自动、反风门、调节风门为截断风流在巷道中设置的隔墙称截断风门构筑永久风门，风门前后5m内巷道支护良好，无杂物、积水和淤泥自动风门是借助某种动力开启和关闭的一种风门安装在地面的，向全矿井、一翼或1个分区供风的通风机是主要通风机。目前我国主要采用长壁式开采，在长壁式开采的采煤工作面进风巷与回风巷的布置有U、Z、Y、W等型式构筑永久风门时，每组风门不少于二个道。采掘工作面的进风流中，按体积计算，氧气浓度不得低于20%温度每升高1℃，吸附瓦斯的能力约降低18%瓦斯在煤层中的运移有两种形式：一是扩散运动；二是渗透运动。地质构造往往是造成同一矿区瓦斯含量差别的主要原因专为升降物料的井筒，其最高允许风速为12m/s中央式通风方式是进风井、回风井均位于井田走向中央的一种布置方式采煤工作面进风流是指距煤壁及顶、底板各为200mm和以采空区的切顶线为界的采煤工作面空间的风流。支架