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1、金属非金属地下矿山 通风防尘管理与技术,北京科技大学,以金属非金属地下开山安全规程为主线，解读矿井通风相关理论、技术和管理要点,一、井下空气 6.4.1 井下空气 6.4.1.1 井下采掘工作面进风流中的空气成分(按体积计算)，氧气应不低于20，二氧化碳应不高于0.5。,关于井下空气,矿井通风目的：把新鲜空气送入井下 矿井通风介质：空气 作用 要求 表征 人员呼吸 品 质 组成成分 井 下 新鲜空气 排稀污物 流动能量 压 力 安全舒适作业环境,井下空气主要成分 地表空气（新鲜空气）按体积计算的组成成分： 氧 20.90% 17%时，工作会引起喘息，呼吸困难，心跳加快；69%时，失去知觉，呼吸
2、停止，不及时抢救就会死亡。 二氧化碳 0.03% 达到2时，人的呼吸量增加一倍；达到1011时，五分钟之内使人窒息，有人三分钟即可致死。 氮 78.13% 其他稀有气体 0.94% 另外有一定量的水蒸汽、微生物、粉尘。,地表空气随高程变化,随着高程增加空气越来越稀薄；海平面到10万米的高空，氧气在空气中的含量大致均为21%。 在2800米我们吸一口气，其中的氧份子比在海平面的一口气少了28%，在珠峰顶峰，气压和空气中的含氧量则只有海平面的三分之一。 国内地域，高诲拔地带： 3000-6500m 极高海拔地带： 6500-8100m 死亡地带： 8100m 随着高度增高气温降低。一般情况下海拔升
3、高1000M,温度下降6度左右， 地球表面海拔最高的地点：珠穆朗玛峰（8844.43米） 地球表面海拔最低的地点：马里亚纳海沟（-10911米）,关于风流压力,物体（物质）具有能量。空气属于流体物质，也具有能量，体现为压能，或称之为压力。,1）静止空气压力 静止空气具有静压能（静压）：空气的静压能 是该处空气上部空气柱的重量，静压能的大小与海拔高度有关 。海拔高度越高，上部空气柱的重量越小，空气具有的静压能就越小。这种静压能即通常说的当地的大气压（力）。一般垂直高度每降低100m就要增加910毫米水银柱（1.221.36kPa）的压力。 1654年5月8日举行的马德堡实验实验 直径3685厘米
4、（067时）的两个半球，16匹马都不能拉开它们的试验。,高度 大气压力mm水银 与海平面压力的比例 空气中的氧份子 与海平面的比例 水平面 760 2800米 543 72% 72% 6100米 356 47% 47% 8844米 228 30% 30% 矿井中空气的静压大小也服从这样的规律。 静压在任何方向上测量都相等，没有方向性,2）流动空气（风流）压力,由于气象等原因或者人为提供动力，静止的空气发生流动。 对矿井来说，气象原因造成的风流即自然风流，使用扇风机等动力设备而使空气流动即机械通风。 流动的空气不仅具有静压，而且还有动能（即动压）。动压大小取决于空气流动的快慢。人可以感觉到动压，
5、逆风行走困难顺风被推动。 动压具有方向性，我们只关心对着风流方向的最大风速值v的最大动压。动压与风速 v 之间成正比平方关系。 静压与动压之和称全压，即全压=静压+动压。矿井中风流的静压、动压是能够通过仪表检测出来的。,此外，空气环具有位压，位压与所取的基准线有关。所以任一处风流的总压力或者说总能量包括静压、动压和位压，这里就不展开说了。,空气之总是由总压力大之处向总压力小之处流动 能量方程（伯努利方程）是分析空气流动的基本手段,3）风流压力的表述方法,根据比较的基准不同，压力可以用绝对压力和相对压力表示。 绝对压力是以真空状态绝对零压为比较基准，即以零压为起点表示的静压。绝对静压、绝对全压始
6、终是正值。如大气压（力）就是绝对静压。 相对压力是以当地大气压力p0为比较基准的压力。即某处绝对压力与大气压力p0之差。相对压力可为正值，也可为负值。如果井巷中某点的绝对压力大于大气压力p0就叫正压（压入式通风系统），反之是负压（抽出式通风系统）。 矿井通风中，基本上使用相对压力，如相对静压、相对全压，通常简称静压、全压，一般用 H 或 h 符号表示。,动压恒为正值。 （伯努利方程压力和阻力之间的关系） 压力单位：国际法定的单位是 pa（帕、 帕斯卡、N/m2）。它与矿井惯用的单位“mm水柱”之间的换算如下： 1mm水柱=9.8 pa（N/m2） 一个标准大气压=760mm水银柱=101.3k
7、Pa =101300Pa =10336毫米水柱 =10336千克/米2 =1013毫巴,6.4.1.2 入风井巷和采掘工作面的风源含尘量，应不超过0.5 mg/m3。,6.4.1.3 井下作业地点的空气中，有害物质的接触限值应不超过GBZ2的规定。 井下作业地点有毒有害物质和限值主要有： 一氧化碳：3 0 mg/m3 ，0.0024% 氮氧化物（转算为二氧化氮 ） ： 5 mg/m3 ，0.00025% 二氧化硫：1 5 mg/m3 ，0.0005% 硫化氢： 1 0 mg/m3 ，0.00066% 含游离二氧化硅10%以上的粉尘（石英、石英岩）： 2 mg/m3 含游离二氧化硅10%以下的粉
8、尘（石英、石英岩）： 10 mg/m3 等,6.4.1.4 含铀、钍等放射性元素的矿山，井下空气中氡及其子体的浓度应符合相关国家标准规定。 井下工作地点（如采场）： 氡在空气中的最大允许浓度：3.7kBq/m3 氡子体的潜能值不超过： 6.4J/m3,6.4.1.5 矿井总风量，按下列要求分别计算，并取其中最大值： 按井下同时工作的最多人数计算，供风量应不少于每人 4m3min： 按排尘风速计算，硐室型采场最低风速应不小于0.15ms，巷道型采场和掘进巷道应不小于 0.25ms；电耙道和二次破碎巷道应不小于 0.5ms；箕斗硐室、破碎硐室等作业地点，可根据具体条件，在保证作业地点空气中有害物质
9、的接触限值符合GBZ2规定的前提下，分别采用计算风量的排尘风速； 有柴油设备运行的矿井，按同时作业机台数每千瓦每分钟供风量 4m3计算。,6.4.1.6 采掘作业地点的气象条件应符合表7的规定，否则，应采取降温或其他防护措施。 表7采掘作业地点气象条件规定,气象条件3要素：温度、湿度、风速,h1,1、井下空气温度,井下空气温度 =f（岩石温度、压缩与膨胀、进入矿井空气温度、人体和机械放热、风速、） 岩石温度影响 岩温 h1 ：地下恒温带的深度 （一般为30m左右）， 此恒温带的岩石温度为当地 地面的年均温度，以t1示之。 H2 ：距恒温带的深度 此深度的岩温为t2 t2= t1+（ h2 +
10、h1 ）g g地热增温率，/100m 我国金属矿g一般为 13 /100m,h2,岩石传给空气的温度,空气进入矿井后，取决于它与岩体之间的温差和岩石传热散热性能： 当岩体温度空气温度，掩体内部热量传到岩壁，再由岩壁散发到空气中，使井下空气加热； 岩体中的热量不断地传给空气，在井巷周围逐渐形成冷却圈； 冷却圈的大小取决于岩石性质、距井口的距离、岩体与空气的温差。 一般岩体冷却圈的半径大致为840m。,井下空气压缩与膨胀,当空气沿井筒向下流动时，由于井筒加深，空气受压缩而放出热量，使温度升高； 当空气沿井筒向上流动时，则膨胀而吸热，使温度降低。,进入矿井空气温度,我国地处北纬亚热带到寒温带，地面空
11、气温度变化较大 北方一般冬季气温较低，当地面冷空气进入矿井，使矿井入风段气温降低，如不预热，进风段会有冻结； 而南方夏季热空气进入矿井，会使井下气温升高，可能恶化井下气候条件，尤其是浅井，由于与岩石热交换不充分更为严重； 由于上述岩温的影响，随着开采深度的增加，地面空气温度对井下气温的影响越来越小。,深井开采的热源,以南非某深井为例，分析井下空气温度升高的主要热源。该矿井深1524m，地热增温率0.92 /100m，其热源的比例如下表所示：,2、空气湿度,空气绝对湿度：1m3（或1kg）空气实际含有的水蒸气数量，以 （g/m3）表示； 在某一温度条件下，1m3（或1kg）空气所能容纳的最大水蒸
12、气的数量，即饱和水蒸气量， 以B （g/m3）表示。 空气相对湿度 ：空气中实际含有的水蒸气数量与同温度下的饱和水蒸气量的百分比，用下式表示： = （/ B ） 100% 人体感受到的是相对湿度； 矿井通风和一般工程中基本上都用相对湿度表示。,3、矿井气候条件测定仪表,空气温度常规的温度计 干湿球湿度计 空气湿度干湿球湿度计 （毛发湿度计） 风速风速计（后述） 测定气候条件的电子综合仪表 如： WFCY-2A微电脑多功能风流参数测定仪 TFY-2矿井通风参数检测仪,6.4.1.7 进风巷冬季的空气温度，应高于2；低于2时，应有暖风设施。不应采用明火直接加热进入矿井的空气。 在严寒地区，主要井口
13、（所有提升井和作为安全出口的风井）应有保温措施，防止井口及井筒结冰。如有结冰，应及时处理，处理结冰时应通知井口和井下各中段马头们附近的人员撤离，并做好安全警戒。 有放射性的矿山，不应利用老窿（巷）余热和降温。,反风预热是错误的,6.4.1.8井巷断面平均最高风速应不超过表8的规定。 表8 井巷断面平均最高风速规定,注意的问题,最低排尘风速0.15m/s，5以下的呼吸性粉尘能与空气均匀混合，随风流运动； 最优排尘风速0.152 m/s； 二次扬尘风速，一般是2m/s，在增加湿润度条件下4m/s时可防止二次扬起，注意考虑了喷雾洒水因素； 下面主要从经济性出发： 专用风井，专用总进、回风道 15 专
14、用物料提升井 12 风桥 10,风速对应的风级看回风井作安全出口的可靠性,风级符号 名称 风速（米） 陆地物象 海面波浪 浪高（米） 0 无风 0.0-0.2 烟直上 平静 0.0 1 软风 0.3-1.5 烟示风向 微波峰无飞沫 0.1 2 轻风 1.6-3.3 感觉有风 小波峰未破碎 0.2 3 微风 3.4-5.4 旌旗展开 小波峰顶破裂 0.6 4 和风 5.5-7.9 吹起尘土 小浪白沫波峰 1.0 5 劲风 8.0-10.7 小树摇摆 中浪折沫峰群 2.0 6 强风 10.8-13.8 电线有声 大浪到个飞沫 3.0 7 疾风 13.9-17.1 步行困难 破峰白沫成条 4.0 8
15、 大风 17.2-20.7 折毁树枝 浪长高有浪花 5.5 9 烈风 20.8-24.4 小损房屋 浪峰倒卷 7.0 10 狂风 24.5-28.4 拔起树木 海浪翻滚咆哮 9.0 11 暴风 28.5-32.6 损毁普遍 波峰全呈飞沫 11.5 12 台风 32.7- 摧毁巨大 海浪滔天 14.0,平均风速与最大风速,一般 平均风速/最大风速 =0.760.8 表8中的风速皆指平均风速，测定平均风速的仪表有： 翼式风表（含杯式）； 热球式风速仪； 电子式综合仪表：,l1平均风速 l2最大风速,WFCY-2A微电脑多功能风流参数测定仪 TFY-2矿井通风参数检测仪,井巷平均风速测定方法,走线法,点测法,二、通风系统,6.4.2 通风系统（共6条） 中国冶金百科全书（采矿卷）概括通风系统为：
