矿井通风理论基础.ppt
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1、矿井通风,第一章井下空气第二章通风系统第三章矿用通风机第四章掘进通风第五章矿井通风网络分析第六章矿井需风量与风量调节第七章矿井空调第八章通风测量,绪论,工作环境的特殊性地表大气与井下空气靠自然通风和空气扩散所进行的交换量很小。开采活动破坏了地层原始的平衡状态:涌水和突水;有害气体涌出;热量散发。在矿物的采、掘、装、运过程中,会产生粉尘,污染井下空气。井下无自然光源(阳光),照明条件差;井下各类机电设备和放炮产生噪音;工作空间受限;使井下的工作环境恶化。,绪论,矿井通风的目的:创造一种与地表大气条件相近的井下气候环境预防和治理各种灾害控制、缩小和扑灭灾害,绪论,通风技术和管理上的存在的漏洞是事故
2、发生的一个主要原因1949年至1995年我国发生的3人以上瓦斯(煤尘)爆炸事故共361起,从分析事故的直接原因中可见,因矿井通风问题引起瓦斯积聚的有288起,占事故总数的80。其中通风系统存在问题的53起,局部通风机停风的56起,风量不足的56起,巷道局部无风的26起,盲巷积存瓦斯的24起,采空区积存瓦斯的39起,放炮后积存瓦斯的27起,循环风7起。,第一章井下空气,第一节井下空气的成分空气干空气水蒸气湿空气表11干空气的标准成分,第一章井下空气,第一节井下空气的成分新鲜空气(新风)污浊空气(乏风)井下空气的主要成分:氧气和氮气氧气:相对密度为1.105,人体在静止状态下耗氧量为0.25 l/
3、min,在工作时耗氧量为13 l/min;当浓度小于17时,呼吸困难、心跳加快,当浓度小于15时,无力进行劳动,当浓度小于12时,有生命危险。当浓度小于3时,立即死亡。规程规定工作面进风流中=20氮气:相对密度为0.97,微溶于水,不助燃,无毒。地层中涌出。当氮气浓度升高时,意味着氧气浓度的减少,可引起缺氧窒息。,第一章井下空气,第一节井下空气的成分井下空气中常见的有毒有害气体:一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氢气(H2)等。其来源是爆破生成的炮烟、矿物氧化、火灾、爆炸,以及柴油机工作产生的废气等。甲烷,对空气的相
4、对密度为0.55,难溶于水。一定浓度并遇到高温(650750)时能引起爆炸。在采掘工作面进风流的瓦斯浓度不得超过0.5,在采掘工作面和采区的回风流中,瓦斯浓度不得超过1,在矿井和一翼的总回风流中,瓦斯浓度不得超过0.75。矿尘能引起尘肺病,煤尘能引起爆炸。规程规定,粉尘中含游离二氧化硅在10以上时,粉尘浓度应低于2mg/m3,井下空气中煤尘浓度应低于10mg/m3。,第一章井下空气,第一节井下空气的成分稀释矿内有害气体的措施:应向矿内连续供给新鲜风流,使之达到安全浓度。CH4和CO2是矿内有害气体的主要成分,稀释它们所需的风量最大,所以它们是确定矿井风量和工作面风量的主要依据。抽放瓦斯、煤体注
5、入石灰水以减少H2S和SO2、防止煤炭自燃、采取综合防尘措施等。爆破后空气中的CO、CO2、NO2等气体浓度往往超过安全浓度,除了采取水炮泥、喷雾洒水等措施外,必须等炮烟吹散后方可进入掘进工作面。当发生爆炸、火灾、煤与瓦斯突出等事故时,空气中有害气体的浓度通常是致命的,应佩带自救器。,第一章井下空气,第二节 空气的物理性质与状态参数物性参数与状态参数一、空气的物性参数1气体常数pv=RT 干空气的折合分子量Md为28.97,折合气体常数Rd为287 J/kgK。水蒸汽的分子量Mv为18.015,气体常数为461.5287 J/kgK。湿空气的折合分子量和折合气体常数与水蒸汽的分压力有关;分压力
6、越大,则折合分子量越小,折合气体常数越大。,第一章井下空气,第二节 空气的物理性质与状态参数2比热在常温常压下,干空气的定压比热为1.01kJ/kgK,水蒸汽的定压比热为1.85kJ/kgK。3粘度动力粘性系数,单位:Pas运动粘性系数,单位:m2/s在0下,=1.685810-5 Pas=1.3010-5/s在20下,=1.794610-5 Pas,=1.4910-5/s,第一章井下空气,第二节 空气的物理性质与状态参数二、空气的状态参数1压力p,单位:帕(Pa)1Pa=1N/。1bar=105 Pa,1atm=101324.96Pa。2水蒸汽分压力当湿空气的压力一定时,水蒸汽分压力越大说明
7、水蒸汽的含量越多。3密度与比容密度符号,单位kg/m3。当压力和温度一定时,湿空气的密度总是小于干空气的密度,而且水蒸汽分压力越大,密度越小。,第一章井下空气,第二节 空气的物理性质与状态参数二、空气的状态参数4干球温度Tt+273.15t5(t-32)/95绝对湿度与相对湿度6含湿量d,单位g/kg(d.a)7湿空气的焓1kg干空气的焓和0.001d水蒸汽的焓的总和:8湿球温度,第一章井下空气,第三节井下气候条件一、热应力指标人体在静止状态下产热量大约70100W,在水平巷道中行走能量消耗约290W。人体主要散热方式:对流换热、辐射、汗液蒸发决定人体表面散热速度的因素主要有:空气温度、湿度、
8、流速、平均辐射温度。,常用的热应力指标,干球温度湿球温度有效温度导引温度同感温度卡他度,第二章通风系统,第一节矿井通风系统矿井通风系统是矿井通风机的工作方法、通风方式和通风网络的总称。一、矿井通风方式1.中央式1)中央并列式2)中央分裂式(中央边界式)2对角式1)两翼对角式2)分区对角式(简称分区式)3区域式4混合式,a中央并列式b中央分列式c两翼对角式d分区式,e区域式f中央并列与对角混合式g中央分列与对角混合式,第二章通风系统,第一节矿井通风系统二、主要通风机的工作方法主要通风机的工作方式有压入式和抽出式和抽压混合式三种。a抽出式b压入式c抽压混合式,第二章通风系统,第一节矿井通风系统三、
9、选择矿井通风系统的安全原则1要有完整的独立通风系统。每一通风系统至少有一个进风井和一个回风井。2进风井口必须布置在粉尘、有害气体和高温气体不能侵入的地方3通常以罐笼提升井兼做进风井,回风井则常是专用风井,装有带式输送机的井筒和箕斗提升井不应兼做风井。4通风系统简单,风流稳定,易于管理。5发生事故时,风流易于控制,人员便于撤出。6所有矿井都要采用机械通风,矿井主要通风机必须安在地面。矿井不得采用局部通风机群作为主要通风机用。,第二章通风系统,第一节矿井通风系统三、选择矿井通风系统的安全原则7多风机并联运转时,其公用段阻力应小于任一风机风压的20。8开拓新水平的回风流应能直接进入总回风道。每一个生
10、产水平和采区,都必须布置单独的回风道,实行分区通风。井下爆破材料库、井下充电室、机电硐室必须有单独的新鲜风流通过,回风风流应引入回风巷。9满足防治瓦斯、火、尘和水对矿井通风系统的要求。10尽量减少通风构筑物设施和对角巷道的布置,以免引起大量漏风和防止风流发生反向。,第二章通风系统,第一节矿井通风系统四、通风系统图与网络图(一)通风系统图矿井通风系统图必须标明以下内容:1矿井通风系统的风流路线和风流方向;2各巷道、硐室和工作面的风量值与阻力值;3通风、防火、防尘设施和各通风构筑物的安装地点,以及火区位置和范围。,第二章通风系统,第一节矿井通风系统(二)通风网络图,第二章通风系统,第二节采区通风系
11、统一、采区通风系统的基本要求1每一个生产水平和采区,都须布置单独的回风道,实行分区通风。2回采和掘进工作面都应独立通风,有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。3有突出危险的煤层,回采工作面严禁采用下行通风。4掘进和回采工作面的进回风,都不得经过采空区或冒落区。5采空区须及时封闭。,第二章通风系统,第二节采区通风系统一、采区通风系统的基本要求7倾斜运输巷道中,不应设置风门。8掘进巷道与其它巷道贯通前,通风部门必须预先做好调整通风系统的准备工作,贯通后须立即调整系统,防止瓦斯积聚,待风流稳定后,才可恢复工作。9为了便于在火灾时控制风流、扑灭火灾和防止烟气中毒事故,采区内应选择适宜地点预设反风门或
12、防火门。,第二章通风系统,第二节采区通风系统二、采区上、下山的布置(一)上(下)山的数目每一采区至少要有两条上(下)山,即运输机上山及轨道上山,其中一条进风,一条回风。生产能力特大或瓦斯涌出量大,或上、下多区段同时生产,或有煤与瓦斯突出危险的采区,往往增开一条或多条通风行人上山。(二)进、回风上山的选择轨道上山进风、运输机上山回风运输机上山进风、轨道上山回风(三)中央上山和边界上山,第二章通风系统,第二节采区通风系统三、关于采掘工作面串联通风采、掘工作面都应独立通风;同一采区、同一煤层上下相连的两个回采面、其总长度不超过400m,回采面和与其连接的掘进面,掘进面和与其相邻的掘进面,在独立通风有
13、困难时,在制定措施后,可以串联通风,但串联次数不得超过一次。在进入上述串联工作面的风流中,必须装有瓦斯自动检测报警断电装置,瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5其它有害气体应符合规程规定。在有瓦斯(二氧化碳)喷出或有煤与瓦斯(二氧化碳)突出的煤层中,严禁任何两个工作面串联通风。,第二章通风系统,第二节采区通风系统四、长壁工作面通风系统的类型和特点(一)长壁采煤工作面进、回风巷的布置形式,第二章通风系统,第二节采区通风系统四、长壁工作面通风系统的类型和特点(二)采用上行风或下行风下行风与顺向通风联邦德国1980年5月用下行风的采面占45,前苏联、美国、英国等国家都有不同程度的应用。我国平顶山、徐州
14、、中梁山、芙蓉、涟邵、邢台、阜新、淮南、淄博等等局矿也先后采用下行风。用下行风顺向通风,与上行风相比,有以下几个特点:1降尘方面2降温方面3瓦斯涌出方面4防灭火方面,第二章通风系统,第二节采区通风系统五、采区的通风构筑物为了保证井下风流沿设计的路线流动、各个用风地点得到所需风量,不得不在通风系统中设置一些通风构筑物,以控制风流的方向和数量。采区内的主要通风构筑物有:风桥、挡风墙和风门通风构筑物的数量、位置和质量对通风系统的安全性、可靠性、抗灾能力和经济效益起着十分重要的作用。,第二章通风系统,第二节采区通风系统六、局部反风矿井反风的目的:当井下一旦发生火灾时,能够按需要有效地控制风流方向,确保
15、安全撤离和抢救人员,防止火灾区扩大,并为灭火和处理火灾事故提供条件。矿井反风方式有全矿性反风、区域性反风和局部反风三种。当采区内发生火灾时,主要通风机保持正常运行,通过调整采区内预设风门开关状态,实现采区内部部分巷道风流的反向,把火灾烟流直接引向回风道的反风方式,称为局部反风。如果火灾发生在某一采区或工作面的进风侧,应当采用局部反风措施,防止火灾烟流进入人员汇集工作地点,减少灾害损失。,图210 局部反风示意图61采区回风斜巷 2170m运输大巷 3绞车硐室 4采区进风巷 5采区轨道下山6采区专用反风巷 7采区胶带输送机下山 8采煤工作面回风巷 9采区变电所 10采煤工作面进风巷 11掘进工作
16、面 12水泵房 13采煤工作面,第三章矿用通风机,矿用通风机按其用途可分为:主要通风机辅助通风机局部通风机按其结构和工作原理分为:离心式通风机轴流式通风机,第一节通风机的构造和原理,一、离心式通风机1进风口;2工作轮;3螺形机壳;4前导器,第一节通风机的构造和原理,图32 叶片出口构造角111轮毂 2转向 3叶片,1,2,3,第一节通风机的构造和原理,二、轴流式风机的构造及工作原理,图34 叶片安装角,第一节通风机的构造和原理,三、对旋式通风机的工作原理及特点KDZ型对旋轴流式通风机的结构示意图,第一节通风机的构造和原理,对旋式风机有以下特点18,19:(1)对旋式系列风机是无静叶轴流式风机,
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