第4章矿井通风动力(修)

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1、 第四章矿井通风动力 第一节自然风压 第二节矿用通风机的类型及构造 第三节通风机附属装置 第四节通风机实际特性曲线 第五节通风机工况点及其经济运行 第六节通风机的联合运转 第一节自然风压 一 自然风压及其形成和计算1 自然风压与自然通风由自然因素作用而形成的通风叫自然通风 冬季 空气柱0 1 2比5 4 3的平均温度较低 平均空气密度较大 导致两空气柱作用在2 3水平面上的重力不等 它使空气源源不断地从井口1流入 从井口5流出 夏季 相反 自然风压 在通风系统中 由于重力差引起的通风压力 就叫该系统的自然风压 其大小等于作用在最低水平两侧空气柱重力差 2 自然风压的计算 根据自然风压定义 自然

2、风压是 势函数 是一种势能 因此要注意选取计算的参考面 即0势位面 图所示系统的自然风压HN可用下式计算 为了简化计算 一般采用测算出0 1 2和5 4 3井巷中空气密度的平均值 m1和 m2 用其分别代替上式的 1和 2 则上式可写为 在实际测量计算中 常取 注意 1 自然风压的计算必须取一闭合系统 2 进风系统和回风系统必须取相同的标高 3 一般选取最低点作为基准面 二 自然风压的影响因素及变化规律 影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差 而空气密度又受温度T 大气压力P 气体常数R 气体常数 是一个只与气体的种类有关 与气体所处的状态无关的一个物理量 和相对湿度 等因素影响 因此

3、影响自然风压的因素可用下式表示 HN f Z f T P R Z 1 温差 矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素 影响气温差的主要因素是地面入风流气温和风流与围岩的热交换 其影响程度随矿井的开拓方式 开采深度 地形 地质原因不同而有不同的影响 在山区浅井 受地面温度影响大 深井偏小 二 自然风压的影响因素及变化规律 2 空气成分和湿度 它影响空气的密度 因而对自然风压也有一定影响 但影响较小 3 井深 HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比 4 主要通风机 主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响 因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向 加之风流与围岩的热交换 使

4、回风井气温高于进风井 在进风井周围形成了冷却带以后 即使风机停转或通风系统改变 这两个井筒之间在一定时期内仍有一定的气温差 从而仍有一定的自然风压起作用 三 自然风压的控制和利用 自然风压既可作为矿井通风的动力 也可能是事故的肇凶 因此 研究自然风压的控制和利用具有重要意义 1 新设计矿井在选择开拓方案 拟定通风系统时 应充分考虑利用地形和当地气候特点 新井设计应尽量使自然风压全年的方向与机械通风机方向一致 2 根据自然风压的变化规律 应适时调整主通风机的工况点 使其既能满足矿井通风需要 又可节约电能 3 在建井时期 要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风 如在表土施工阶段可利用自然通风 在

5、主副井与风井贯通之后 有时也可利用自然通风 有条件时还可利用钻孔构成回路 4 利用自然风压做好非常时期通风 一旦主要通风机因故遭受破坏时 便可利用自然风压进行通风 三 自然风压的控制和利用 5 在多井口通风的山区 尤其在高瓦斯矿井 要掌握自然风压的变化规律 防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故 如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图 ABB CEFA系统的自然风压为 DBB CED系统的自然风压为 自然风压与主要通风机作用方向相反 相当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台抽风机 向外 三 自然风压的控制和利用 设AB风流停滞 对回路ABDEFA和ABB CEFA可分别列出压力平

6、衡方程 式中 HS 风机静压 Pa Q DBB C风路风量 m3 S RD RC 分别为DB和BB C分支风阻 N S2 m8 两式相除 此即AB段风流停滞条件式 当上式变为则AB段风流反向 由此可知防止AB风路风流反向的措施有 1 加大RD 2 增大HS 3 在A点安装风机向巷道压风 第二节矿用通风机的类型及构造 矿井的通风动力主要是通风机 每个风井至少有2台主要通风机 一台使用 备用 一般功率都很大 其电耗一般为全矿的20 25 有的矿井甚至高达50 原因是功率大效率低 平均只有52 79 矿用通风机按其服务范围可分为三种 1 主要通风机 服务于全矿或矿井的某一翼 部分 2 辅助通风机 服

7、务于矿井网络的某一分支 采区或工作面 帮助主通风机通风 以保证该分支风量 安全隐患 一般不用 3 局部通风机 服务于独头掘进井巷道等局部地区 按构造和工作原理可分为 离心式通风机和轴流式通风机 一 离心式通风机的构造和工作原理 1 风机构造 离心式通风机一般由 进风口 工作轮 叶轮 螺形机壳和前导器等部分组成 吸风口有 单吸和双吸两种 在相同的条件下双吸风机叶 动 轮宽度是单吸风机的两倍 前导器 有些通风机无前导器 使进入叶 动 轮的气流发生预旋绕 以达到调节性能之目的 叶轮是唯一的旋转部件 叶片出口构造角 风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角 以 2表示 离心式

8、风机可分为 前倾式 2 90 径向式 2 90 和后倾式 2 90 三种 2不同 通风机的性能也不同 矿用离心式风机多为后倾式 一 离心式通风机的构造和工作原理 2 工作原理当电机通过传动装置带动叶轮旋转时 叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转 获得离心力 经叶端被抛出叶轮 进入机壳 在机壳内速度逐渐减小 压力升高 然后经扩散器排出 与此同时 在叶片入口 叶根 形成较低的压力 低于进风口压力 于是 进风口的风流便在此压差的作用下流入叶道 自叶根流入 在叶端流出 如此源源不断 形成连续的流动 3 常用型号目前我国煤矿使用的离心式风机主要有G4 73 4 73型和K4 73型等 这些品种通风机具有规格

9、齐全 效率高和噪声低等特点 型号参数的含义举例说明如下 G4 73 11 25D代表通风机的用途 K表示表示传动方式矿用通风机 G代表鼓风机通风机叶轮直径 25dm 表示通风机在最高效率点时全压系数10倍化整设计序号 1表示第一次设计 表示通风机比转速 ns 化整表示进风口数 1为单吸 0为双吸 二 轴流式风机的构造和工作原理 1 风机构造主要由进风口 叶轮 整流器 风筒 扩散 芯筒 器和传动部件等部分组成 叶轮有一级和二级两种2 工作原理 1 特点 在轴流式风机中 风流流动的特点是 当动轮转动时 气流沿等半径的圆柱面旋绕流出 二 轴流式风机的构造和工作原理 2 叶片安装角在叶片迎风侧作一外切

10、线称为弦线 弦线与动轮旋转方向 u 的夹角称为叶片安装角 以 表示 可根据需要在规定范围内调整 但每个动轮上的叶片安装角 必需保持一致 3 工作原理当动轮旋转时 翼栅即以圆周速度u移动 处于叶片迎面的气流受挤压 静压增加 与此同时 叶片背的气体静压降低 翼栅受压差作用 但受轴承限制 不能向前运动 于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出 翼背的低压区 吸引 叶道入口侧的气体流入 形成穿过翼栅的连续气流 3 常用型号 目前我国煤矿在用的轴流式风机有1K58 2K58 GAF和BD或BDK 对旋式 等系列轴流式风机 轴流式风机型号的一般含义是 1K 58 4 25表示表示叶轮级数 1表示通风机叶轮直径

11、 25dm 单级 2表示双级表示设计序号表示用途 K表示矿用 T表示通用表示通风机轮毂比 0 58化整BDK658 24防爆型叶轮直径 24dm 对旋结构电机为8极 740r min 表示用途 K为矿用轮毂比0 65的100倍化整 若轮毂比低于0 4则认为是低压 或低轮毂比 型轴流通风机 轮毂比大于0 71时 则认为是高压 或大轮毂比 型轴流通风机 轮毂比介于0 4 0 71之间的则被认为是中压 或中轮毂比 型轴流通风机 4 对旋风机的特点一级叶轮和二级叶轮直接对接 旋转方向相反 组成对旋结构 机翼形叶片的扭曲方向也相反 两级叶片安装角一般相差3 电机为防爆型安装在主风筒中的密闭罩内 与通风机

12、流道中的含瓦斯气流隔离 密闭罩中有扁管与大气相通 以达到散热目的 一 风硐风硐是连接风机和井筒的一段巷道 通过风量大 内外压差较大 应尽量降低其风阻 并减少漏风 二 扩散器 扩散塔 作用 是降低出口速压以提高风机静压 扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定 总的原则是 扩散器的阻力小 出口动压小并无回流 三 防爆门 防爆井盖 在斜井井口安设防爆门 在立井井口安设防爆井盖 作用 当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆炸时 受高压气浪的冲击作用 自动打开 以保护主通风机免受毁坏 在正常情况下它是气密的 以防止风流短路 第三节通风机附属装置 作用 使井下风流反向的一种设施 以防止进风系统发生火

13、灾时产生的有害气体进入作业区 有时为了适应救护工作也需要进行反风 反风方法因风机的类型和结构不同而异 目前的反风方法主要有 1 设专用反风道反风 2 利用备用风机作反风道反风 3 轴流式风机反转反风4 调节动叶安装角反风 要求 定期进行检修 确保反风装置处于良好状态 动作灵敏可靠 能在10min内改变巷道中风流方向 结构要严密 漏风少 反风量不应小于正常风量的40 每年至少进行一次反风演习 四 反风装置和功能 1 设专用反风道反风 离心式 轴流式 点一下 2 利用备用风机作反风道反风 第四节通风机实际特性曲线 一 通风机的工作参数通风机性能主要参数是风压H 风量Q 风机轴功率N 效率 和转速n

14、等 一 风机 实际 流量Q风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积 亦称体积流量 单位为m3 h m3 min或m3 s 二 风机 实际 全压Hf与静压Hs全压Ht 是通风机对空气作功 消耗于每1m3空气的能量 N m m3或Pa 其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差 忽略自然风压时 Ht用以克服通风管网阻力hk和风机出口动能损失hv 即 Ht hR hV Pa静压 克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压HS Pa HS hR RQ2因此Ht HS hV 三 通风机的功率 全压功率 通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt 计算式 Nt HtQ 10 3KW静压功率 用风

15、机静压计算输出功率 称为静压功率NS 计算式 NS HSQ 10 3KW风机的轴功率 即通风机的输入功率N kW 计算式 或式中 t S分别为风机的全压和静压效率 电动机的输入功率 Nm 设电动机的效率为 m 传动效率为 tr时 则 二 通风系统主要参数关系 风机房水柱计示值含义 1 抽出式通风矿井 1 水柱 压差 计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系水柱计示值 即为4断面相对静压h4故h4 负压 P4 P04沿风流方向 对1 4两断面列伯努力方程 hR14 P1 hv1 m12gZ12 P4 hv4 m34gZ34 由风流入口边界条件 Pt1 P01 即P1 hv1 Pt1 P01 又因1

16、与4断面同标高 所以P01 P04且 m12gZ12 m34gZ34 HN 4 5 故上式可写为 hR14 P04 P4 hv4 HNhR14 h4 hv4 HN即 h4 hR14 hv4 HN即 风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系 2 风机房水柱计示值与风机风压之间关系类似地对4 5断面 扩散器出口 列伯努力方程 忽略两断面之间的位能差 扩散器的阻力hRd风流出口边界条件 P5 P05 P04故风机全压Ht hRd Pt5 Pt4 P5 hv5 P4 hv4 P04 P4 hv5 hv4Ht h4 hv4 hRd hv6 若忽略hRd不计 则Ht h4 hv4 hv6风机静压Hs h4 hv4 3 Ht HN hR之间的关系综合上述两式 Ht h4 hv4 hRd hv5 hR14 hv4 HN hv4 hRd hv5 hR14 hRd hv5 HN即Ht HN hR14 hRd hv5表明 扇风机风压和自然风压联合作用 克服矿井和扩散器的阻力 以及扩器出口动能损失 2 压入式通风的系统对1 2两断面列伯努力方程得 hR12 P1 hv1 m1gZ1 P2 hv