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1、n3.1 自然通风n3.2 机械通风n3.3 通风机特性曲线n3.4 通风机联合运转n3.5 通风机性能测定第三章 矿井通风动力1通风动力的基本概念n机械风压机械风压空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着存在着能量差能量差，由通风机造成的能量差，为机，由通风机造成的能量差，为机械风压械风压n自然风压自然风压由矿井自然条件产生的能量差，则为自然风压自然风压 n机械风压和自然风压机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动233.1自然通风n自然通风的基本概念n自然通风特性n自然风压参数计算n自然风压测定4自然通风的基本
2、概念n一种现象 在非机械通风的矿井常观测到：风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒。n基本原因 由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得进、回风井内的气温出现差异，回风井里面的空气密度比进风井里的空气密度较小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是自然风压。n自然通风 在自然风压作用下，风流不断流过矿井的现象5p为井口的大气压，Pa；Z为井深，m；Y为空气密度，kg/m3，则自然风压为：63.1.1 自然通风特性 生产实践表明，自然通风对矿井有效通风的影响，有时表现为积极的一面，有时却表现为消极的一面。这就是事物的两面性。我们的任务就是深入认识矿井自然通风的特性，以更好地利用
3、和控制自然通风。v影响自然风压大小和方向的因素1）地表气温的变化）地表气温的变化 对于山区平硐开拓的矿井，或深部露天转地下的矿井，或井筒开拓的浅矿井，自然风压受地表气温变化的影响较大。7 对于竖井开拓的深矿井，地温随深度增加而增大，地面空气进入井筒与岩石发生热交换，地表气温的影响比较小，自然风压的大小随有改变，方向不变 2)矿井深度 近似认为自然风压的大小与矿并深度成正比。深1000m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30 3)3)地面大气压地面大气压 地面大气压变化不大，对自然风压的影响较小83.1.2自然风压参数计算n矿井通风设计中选择主通风机的风压，需要考虑反抗它工作的自然风压；n在通
4、风系统的管理和调整工作中，也往往需要考虑自然风压。93.1.3自然风压测定对于任一矿井，还可用另一种方法测算矿井的自然风压。如在矿井中任一地点制做临时密闭，堵截风流，主要通风机停止运转后，用压差计测出密闭两侧的压差，即为该矿的hn。要求是密闭不漏风，否则测值不准。直接测定法103.2 矿用通风机 通风用的机械称为通风机（或通风机），按服务范围分为主要通风机 、辅助通风机与局部通风机 。主要通风机是矿井的“肺脏”，必须昼夜运转，它对保证矿井安全生产有着重大意义。矿用通风机就其构造可分为离心式和轴流式两种类型。113.2.1 离心式通风机n离心式通风机主要是由动轮(又名叶轮）1、骡旋形机壳5、吸风
5、筒6和锥形扩散器7组成。动轮是由固定在主轴3上的轮毂4和其上的叶片2所组成。12轴流式通风机主要由动轮l，圆筒形机壳3、集风器4、整流器5、流线体6和环形扩散器7所组成。3.2.1 轴流式通风机13通风机的附属装置包括反风装置、防爆门、风硐和扩散器等。 1.反风装置 反风就是使正常风流反向。当进风井筒附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，会产生大量的一氧化碳和二氧化碳等有害气体。为了避免灾害扩大，就得利用主要通风机的反风装置迅速将风流方向反转过来。规程规定：要求在10min内能把矿井风流方向反转过来，而且要求反风后的风量不小于正常风量的40%。 3.2.3 通风机附属装置14 利用反风道反风
6、是一种常用的可靠方法，能满足反风的时间和风量要求。下图为轴流式主扇抽出式通风时的反风示意图，图A为正常通风时反风门1和2的位置，通风机由井下吸风，然后排至大气，若将反风门1、2改变为图B中的位置，风流从大气吸入通风机内，再经反风道压入井下，使井下风流的方向改变。 15 离心式通风机的反风情况如图4-12所示，正常通风时，反风门1和2为实线位置，反风时，反风门1提起，而将反风门2放下，风流自反风门2进入通风机，再从反风门1进入反风道3，经风井压入井下。16 2.防爆门 规程规定：装有主要通风机的出风井口，应安装防爆门，防爆门每六个月检查维修一次。防爆门不得小于出风井口的断面积，并正对出风口的风流
7、方向。当井下发生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将防爆门掀起，从而起到保护主扇的作用。17 3风硐 风硐是主扇和出风井之间的一段联络巷道。由于通过风峒的风量很大，内外的压力差较大，因此应特别注意降低风峒阻力和减少漏风。风硐设计时应满足： 1)风硐要有足够大的断面，其风速以10ms为宜，最大不应超过15m/s; 2) 风硐的阻力不宜过大，一般应小于100200Pa。因此，风硐不宜过长，与井筒的夹角为6090之间，转弯部分要呈圆弧形，内壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。 3）风硐内应安设测量风速和压力的装置；因此风硐的长度不应小于1020D(D为主要通风机叶轮的直径)。 4) 风硐及其闸门等装置
8、，结构要严密，以防止漏风。184.扩散器：在通风机出风口外，联接一段断面逐渐扩大的风道称为扩散器。其作用是减少出风口的速压损失，以提高通风机的静压。轴流式通风机的扩散器由圆锥形内筒和外筒构成的环状扩散器。其出口还要与由混凝土砌筑成的外接扩散器相连。外扩散器是一段向上弯曲的风道，出风口为长方形断面。离心式通风机的扩散器是长方形，其敞角取810，出风口断面(S3)与入风口断面(S2)之比约为34。195消音装置 通风机在运转时产生噪音，特别是大直径轴流式通风机的噪音更大，以致影响工业场地和居民区的工作和休息，为了保护环境，需要采取有效措施，把噪音降低到人们感觉正常的程度。 规程七百四十一条规定：”
9、作业场所的噪声，不应超过85dB（A）。大于85时，需配备个人防护用品；大于或等于90时，应采取降低作业场所噪声的措施“203.3 通风机的特性 n通风机的特性参数有流量，压力，功率和效率。用这四个参数可以描述通风机的整个特性。 1流量(风量) 单位时间内通过通风机的空气体积，称为通风机的流量，一般用Q通表示。其单位为m3/s、 m3/min或m3/h 。在矿井通风中，通过通风机的流量，也就是通风机送入井下或从井下排出的空气量。因此，通风机的流量是一个重要参数。 212压力 通风机工作时，叶轮给予每1米3空气的全部能量，即每1米3空气通过通风机后所增加的全部能量，称为通风机全压或通风压力，一般
10、用H表示。 h通全=P全出P全入，Pa 其单位为Pa。 包括静压和动压 ，为两者之和。 h通全 h通静 h通动 223. 功率 （1）轴功率（输入功率） N通入=式中 U一线电压，V； I线电流，A； COS 功率因数； 电电动机效率， 传传动效率，。23（2）输出功率（有效功率） N通出 因为通风机的风压有全压与静压之分，所以公式(4-10)中当h为全压时，即为全压输出功率 ，当h为静压时。244通风机的效率 通风机在运转过程中，由于机械损失及空气流动损失等原因，通风机轴上的功率不可能全部传递给空气，也就是说通风机的轴功率必然要大于通风机的输出功率，通风机输出功率和通风机输入功率之比， 叫做
11、通风机的效率，即： 通全N输出全/N输入h通全Q/(1000 N输入) 通静N输出静/ N输入h通静Q/(1000 N输入) 上式中通全 和通静 分别表示通风机的全压效率和静压效率。 通风机的效率是衡量每台通风机工作性能的重要指标之一。25通风机个体特性曲线通风机的个体特性曲线 对于任何一台通风机，上述各个基本参数之间都存在着一定的依存关系。例如，将通风机装在试验管道(或矿井)上运转，若不断改变管道的风阻值，则可以测得一系列与风阻值相对应的Q、h、N和值。如以Q为横坐标，h为纵坐标，将上述测得的各对应的Q、h值描在坐标纸上，并连结各点，可以获得风量风压曲线(简称风压曲线)，用同样方法可以得到风
12、量功率曲线(简称功率曲线)和风量效率曲线(简称效率曲线)。上述诸曲线即称为通风机的个体特性曲线。26 离离心心式式通通风风机机的风压曲线比较平缓，当风量变化时，风压变化不大；离心式通风机的功率曲线，在其稳定工作区内，功率随风量的增加而增加，为避免启动负荷大引起的电流过大烧毁电动机，所以离心式通风机启动时，应将闸门关闭，待通风机启动正常后再逐渐打开闸门。 27 轴流式通通风机的风压曲线比较陡，并有一个类似“马鞍形”的驼峰区，当风量变化时，风压变化较大。轴流式通风机的功率曲线，在其稳定工作区内(图中所示的GF区)，功率随着风量的增加而减少，为减少启动负荷，故轴流式通风机启动时，不能关闭闸门。28通
13、风管道或矿井的通风阻力与风流的平方成正比：h=RQ2。 风量越大，通风阻力越高。当通风机与通风管道或矿井相连时，通风机的个体风压曲线与管道或矿井的风阻特性曲线就有一交点，这个交点就叫做通风机的工况点。如图所示，a、a1和a2为管道或矿井的风阻由R变为R1和R2时，所对应的工况点。 工况点所对应的风量就是此时通过管道或矿井的实际风量，对应的风压就是用以克服管道或矿井通风阻力的通风压力。对应的功率和效率值也是通风机此时的功率和效率。3.3.3 通风机的工况点29 通风机的工作状况取决于通风机工况点。因此要求通风机的工况点处于通风机的合理工作范围。通风机工况点的合理范围30 为了使通风机运转稳定，保
14、证通风机的工况点处于一个合理的工作范围之内，离心式通风机的合理工作范围为：1.实际应用的风压不能超过最大风压的0.9倍； 2.通风机动轮的转数不能超过它的额定转数。 3.通风机的效率不应低于0.6。31左限：叶片安装角的最小值，对一级叶轮为10，二级叶轮为15。右限：叶片安装角的最大值，对一级叶轮为40，二级叶轮为45。轴流式通风机的合理工作范围：上限：应在“驼峰”右侧，实际应用的最大风压值 的0.9倍以下。下限：通风机的运转效率，不得低于0.6。32三、离心式和轴流式通风机的比较 结构方面：轴流式通风机的优点是比较紧凑，体积小，转速高。其缺点是结构比较复杂，噪音大，故障较多。离心式通风机则结
15、构简单，造价低，维修方便，噪音小。但它的体积大。 性能方面：轴流式通风机在工作范围内，当矿井总风阻变化时，风量变化较小。离心式通风机则相反。 轴流式通风机的风量调节比较方便，反风方法较多。离心式通风机则麻烦一些，反风时必须有反风道。 轴流式通风机的起动负荷小，风量增加时功率的变化不大，不致过载。离心式通风机则相反。 轴流式通风机并联工作的稳定性较差，而离心式通风机并联工作的稳定性较好。33影响通风机个体特性曲线的因素有： 1.动轮叶片安装角度(指轴流式通风机)； 2.前导器叶片角度； 3.通风机的新旧程度； 4.动轮的转数； 5.动轮的直径； 6.空气的重率。 前3项只能通过试验观测确定。而后
16、三项对个体特性曲线的影响，则可根据比例定律求出。 3.3.4 通风机定律34一.同类型通风机的比例定律 同类型(又名同系列)的通风机是指符合几何相似、运动相似和动力相似的一组通风机。当转数n、叶轮直径D和空气重率发生改变时，其风量、风压、功率的改变可用以下比例定律求出： 上式表明：通风机的风量与叶轮直径的三次方成正比，和转数的一次方成正比。 35上式表明：通风机的风压和空气重率的一次方成正比，和叶轮直径的平方成正此，和转数的平方成正比。 上式表明：通风机的功率和空气重率的一次方成正比，和叶轮直径的五次方成正比，和转数的三次方成正比。 36上式表明：同类型通风机，它们对应工作点的效率相等。 37
17、二、同一台通风机改变转数时的比例定律实际工作中，空气密度在短时间内变化不大，故比例定律可变为：上式表明：同类型通风机，它们对应工作点的效率相等。上式表明：同类型通风机，它们对应工作点的效率相等。38n某矿使用4-72-1120B离心式通风机作主要通风机，在转数n=630r/min时，矿井的风量Q=58m3/s。后来由于生产需要，矿井总风阻增大，风量Q减少为51.5m3/s，不能满足生产要求。拟采用调整主要通风机转数的方法来维持原风量Q=58m3/s，试求转数应调整为多少？393.4 矿井反风技术矿井反风技术是当井下发生火灾时，为防止矿井反风技术是当井下发生火灾时，为防止灾害扩大和抢救人员的需要
18、而采取的迅速灾害扩大和抢救人员的需要而采取的迅速倒转风流方向的措施。倒转风流方向的措施。（几个案例（几个案例40一、反风的要求n规程相关规定规程相关规定n规程第一百二十二条规定：规程第一百二十二条规定：“生产矿井主要通风机必须装生产矿井主要通风机必须装有反风装置，并能在十分钟内改变巷道中的风流方向；当有反风装置，并能在十分钟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风量的40%”n每季度应至少检查一次反风设施，每年应进行一次反风演每季度应至少检查一次反风设施，每年应进行一次反风演习；矿井通风系统有较大变化
19、时，应进行一次反风演习习；矿井通风系统有较大变化时，应进行一次反风演习41二、反风方法n反风道反风利用主要通风机装置，设置专用反风道和控制风门，使通风机的排风口和反风道相连。风流由风硐压入回风道，从而使风流反向的方法，称为反风道反风。两类风机都可采用。42n反转反风利用主要通风机反转，使风流反向的方法，称为反转反风。轴流式通风机采用此方法。43三、矿井反风方式n全矿井反风 全矿井总进风、回风井巷及采区主要进、回风巷风全矿井总进风、回风井巷及采区主要进、回风巷风流全面反向的反风方式称为全矿井反风。流全面反向的反风方式称为全矿井反风。n区域反风n局部反风 主要通风机保持正常运行，调整采区内预设风门
20、开关状态实现反风。44四、反风演习1、矿井反风的要求（1）、每个矿井每年至少进行一次反风（规程的相关规定） （2）、反风演习持续的时间不应小于从矿井最远地点撤人到地面所需的时间，且不小于2小时；（3）、必须制定反风演习计划内容（4）做好总结452、反风演习报告的内容n（1）、按照矿井灾害预防和处理计划的要求，规定火灾发生的假设地点；n（2）、确定反风演习开始时间和持续时间；n（3）、明确反风设备的操作顺序n（4）、预计反风后的通风网络、风量和瓦斯情况n（5）、制定反风演习的安全措施n（6）、确定反风演习的安全措施n（7）、明确恢复正常通风的操作顺序和制定排出瓦斯的安全措施n（8）、规定参加反风
21、演习的人员及分工和培训工作。463、反风演习时的火源管理n（1）、演习前？结束后？n（2）、演习中？n（3）、反风演习前，井下火区必须进行封闭或消除，并加强反风时及反风后的观测。474、反风演习的观测项目n（1）、主要通风机的运转状态n（2）、瓦斯、二氧化碳的动态观测n（3）、选择瓦斯或二氧化碳涌出的不正常工作面，记录达到2%的时间485、编写反风演习报告书n（1）、矿井通风情况（表4-1）n（2）、主要通风机运转情况（表4-2）n（3）、井巷中风量和瓦斯浓度（表4-3）n（4）、反风演习时、空气中瓦斯或二氧化碳达到2%的井巷（表4-4）n（5）、记录反风设备的反风操作时间及恢复正常通风的时间
22、n（6）、绘制矿井通风系统图（反风前、反风时的通风系统图）n（7）、确定反风演习参加人数，包括井下人数和地面人数。n（8）、总结经验教训n（9）、总结存在的问题，解决方法和日期493.5 矿井中通风机风压和通风阻力的关系n一、抽出式通风机风压与通风阻力的关系50nh通全h自=h阻+h速nh通静h自=h阻n抽出式通风机是依靠通风机的静压能来克服矿井通风阻力的，对一个矿井来说，通风机产生的静压越大，通风能力就越大。n静压为有效风压，速压则为无效风压。n安装扩散器的原因。51二、压入式通风机风压和通风阻力的关系nh通全h自=h阻 nh通静h自=h阻-h速352n抽出式矿井，应用通风机的静压特性曲线对
23、矿井进行工作，通风机的静压效率衡量通风机的工作质量；n压入式通风矿井，应用矿井的全压特性曲线对矿井进行工作，通风机的全压效率衡量通风机的工作质量。53 为了合理使用通风机，必先掌握其个体特性曲线。通风机制造厂提供的特性曲线都是根据不带扩散器模型试验获得的，而实际运行的通风机都装有扩散器，加之安装质量和运转时的磨损等原因，通风机的实际运转性能往往与厂方提供的性能曲线不相符合。因此，通风机在正式运转之前，和运转几年后，必须通过试验以测定其个体特性曲线。3.6 通风机性能测定54进行通风机性能试验（1）、测定通风机的入口或出口断面的静压（2）、通风机风峒内某断面的平均速度（3）、通风机的轴功率（4）
24、、通风机的转数（5）、通风机试验时的大气条件如大气压力、温度和湿度等。55n抽出式通风矿井：测算通风机的静压特性曲线、输入功率和静压效率曲线n压入式通风矿井：测算通风机的全压特性曲线、输入功率和全压效率曲线56一.通风机性能试验的布置及参数测定 原则：必须使测压和测风地点的风流处于稳定状态，测定方法必须完善合理。 对于生产矿井，主要通风机的性能试验是利用通风机的风硐进行实验。57 1、通风机工况点调节的位置和方法 原理：通风机性能实验时，逐点改变通风阻力（改变通风机的风量），测定通风机相应点的风压，输入功率，并计算效率工况调节地点一般设在与回风井交界处的风硐内，条件不允许时可选择其他地点。通过
25、改变框架的面积改变通风阻力。调节工况点的数目不应少于810个58各项数据的 1)通风机静压的测定 2）风速的测定 3）电动机功率和效率的测定 4）通风机与电动机转数的测定 5）空气密度的测定59二、实际操作与注意事项 通风机性能试验工作必须在统一指挥下进行，每调节一次风量，就要同时测定一次风压、风量、转数、功率和大气物理条件等参数，并记入预先制定的记录表格中。 60 在通风机性能测定过程中还应注意以下事项： 1)为了不致烧坏通风机的电动机，启动时必须控制功率，离心式通风机应在关闭闸门后启动；轴流式通风机可在闸门全开状态下启动； 2)在整个测定过程中，由于通风机工况的改变，会出现井下风量低于正常
26、风量的情况，将不利于排除井下瓦斯和火区管理。因此，要求试验时间尽可能缩短；同时为了避免发生意外事故，应加强井上下的检查与管理，并做好安全措施； 61 3)必须随时检查电动机的负载和各部件的温升情况，发现异常现象，应立即报告指挥人员，以便采取措施； 4)全体人员必须思想集中，听从统一指挥，以保证测定工作协调一致，有条不紊地进行， 5)各项测定数据必须记录清楚，同时为了避免返工，应配备速算人员，迅速计算有关测定数据，随时核实各测定结果，并草绘出通风机的特性曲线。 623实测数据的整理与制图 1)风量计算式中 S测风断面1-1的面积，m2。 2)在试验条件下通风机静压hfs的计算： hfshs2hv
27、2，Pa式中 hs2在风峒断面2-2测得的相对静压，Pa； S断面2-2的面积， m2 。 63 3)在试验条件下通风机输入功率N轴和输出功率Nfos的计算： Nfos hfs.Qf/1000，kW 4)通风机静压效率计算： 64 试验过程中所测得的各项数据，一般应换算到标准大气状态(11.8Nm3) (为便于现场应用也可换算成该矿全年平均气象条件下的数值)和固定转数条件下(不同工况点转速有所改变)的数值，然后绘制通风机的个体特性曲线。因此，先计算校正系数：1.转速校正系数： 2.空气密度校正系数：65校正后的通风机排风量 QfsQfsKn，m3/s校正后的通风机静压 hfshfsKn2K，Pa 校正后的通风机轴功率N轴和输出功率Nfs N轴N轴Kn3K，kW Nfs NfsKn3K hfs Qfs/1000，kW66 以上计算是一个工况点所对应的数值。通风机性能试验时，为了获得比较光滑的个体特性曲线，一般要调节十个以上的工况点，有十组以上的数据。这些数据，应填入预先制好的表格中。 以Qfs为横坐标，分别以hfs、N轴、fs为纵坐标，将与 Qfs对应的hfs 、 N轴、 fs等值绘到同一图上，即可得各工况点，将各工况点用连接起来，便是通风机装置在矿井标准条件下的个体特性曲线。 67
