矿井通风动力.ppt

,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,1、上一章内容回顾1、上一章所讲的主要内容风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、摩擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计算方法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低矿井通风阻力的措施。2、能解决的实际问题1判断井巷风流状态；2摩擦阻力系数及摩擦风阻值的计算；3矿井通风阻力计算问题4降低矿井通风阻力的技术措施,2、本章的重点1自然风压的产生、计算、利用与控制2轴流式和离心式主要通风机特性3主要通风机的联合运转4主要通风机的合理工作范围3、本章的难点1自然风压的计算、利用与控制2主要通风机的联合运转3主要通风机的合理工作范围4、本章的思考题1烟囱为什么能够排烟2矿井主要通风机为什么要有反风装置3通风机为啥有个体特性曲线、类型曲线和通用特性曲线4矿井主要通风机工况点是静态的，还是动态的，为什么5轴流式通风机为什么会出现喘振现象6两台风机并联运行时矿井风量一定增大吗,概述通风动力两种自然通风与机械通风风流在矿井中流动，新鲜空气进入，浑浊气体（乏风）排出，这都需要通风动力，不论是自然风压还是机械通风机，这些都是通风动力。通风动力的发展情况总体上来说纯自然风压→风箱、牛皮囊、水车→蒸汽机→现在的通风机。古代采煤，井深一般在20丈之内（50米）。（唐.李善对魏都赋的注中讲明井深8丈（约27米）），由于没有机械设备，通风动力人们就自发地利用自然风压。最初采用是一个独眼井天工开物中有记载。首先是依靠井壁温度与大气温度或燃火不同造成空气流动来进行通风，后来井下有了通风回路，靠进、出井口的高度来通风，这时也利用火炉（在回风井筒内），靠热动力来通风，空气加热密度变轻上升，来产生空气流动。,概述随着开采深度的增加，通风阻力增大，这时人们就采用井下多设置火炉，就是提高温度，加快气流上升的动力。自然风压利用到了极限后，仍不能满足开采用风时，开始利用水车、风箱、风扇、牛皮囊等机械装置向矿井内压风。这标志着机械通风的开始。随着科学技术的发展，瓦特发明了蒸汽机，真正意义上的机械通风开始了瓦特。虽然现在矿井要求必须进行机械通风，但自然风压是始终存在的，任何矿井中都不可避免自然风压，它在现代矿井通风中也起着很重要的作用，。,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ρm1和ρm2，用其分别代替上式的ρ1和ρ2，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φ等因素影响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示HNfρZ）f[ρT,P,R,φ，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。,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）。,a,b,c,d,e,f,b′,RD,RC,,,Z,,,设AB风流停滞，对回路ABDEFA和ABB’CEFA可分别列出压力平衡方程式中HS风机静压，Pa；QDBB’C风路风量，m3/S;RD、RC分别为DB和BB’C分支风阻，NS2/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β2表示。离心式风机可分为前倾式（β290、径向式（β290和后倾式（β2R’,工况点位于A点以上，ΔQQ-QⅡ0，则表示串联有效；（2）RR’工况点与A点重合，ΔQQ’-Q’Ⅱ0，则串联无增风；（3）RR”R’时，工况点位于A点左上侧，ΔQQ-Q1＜0，并联有害。,,Q2,,,,,,,,,,Q,M,M1,M2,,M1’,,,Q,Q1’,Q1,Q1’’,,R’,,R”,,,H,Ⅰ,ⅠⅡ,Ⅱ,A,QQ1’,,Q,M’,M”,,,,,,,,,,,2、风压特性曲线相同风机并联工作M1为风机的实际工况点；M为并联合成工况点。由图可见，总有ΔQQ-Q10，且R越小，ΔQ越大。结论1、风机并联工作适用于因风机能力小，风阻小而风量不足的管网；2、风压特性曲线相同的风机并联工作较好；3、并联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。4、并联工作的任务是增加风量，用于风机能力小，保证按需供风。,,,,,,,Q,R,M,Ⅰ/Ⅱ,M1,ⅠⅡ,,,M’,Q,Q1Q2,Q1Q2,H,A,,,,,（二）对角并联工况分析两台不同型号风机F1和F2的特性曲线分别为Ⅰ、Ⅱ，各自单独工作的管网分别为OA（风阻为R1）和OB（风阻为R2），共同工作于公共风路OC（风阻为R0）。分析方法1、按等风量条件下把风机F1的风压与风路OA的的阻力相减的原则，求风机F1为风路OA服务后的剩余特性曲线Ⅰ’。2、同理得到剩余特性曲线Ⅱ’。3、按风压相等风量相加原理求得等效风机F1’和F2’集中并联的特性曲线Ⅲ’。4、特性曲线Ⅲ’，它与风路OC的风阻R0曲线交点M0，由此可得OC风路的风量Q0。5、过M0作Q轴平行线与特性曲线Ⅰ’和Ⅱ’分别相交于MⅠ’和MⅡ’点。6、过MⅠ’和MⅡ’点作Q轴垂线与曲线Ⅰ和Ⅱ相交于MⅠ和MⅡ，此即在两个风机的实际工况点。结论每个风机的实际工况点MⅠ和MⅡ，既取决于各自风路的风阻，又取决于公共风路的风阻。,,,,,,F1,,F2,,,F1’,R1,,R2,,F2’,,F1’F2’,,R0,,Q0,,M1’,M2’,,M1,,M2,Q1,Q2,Q,H,,,H1,H2,,,,,,,,,,F1,,F2,,,F1’,R1,,R2,,F2’,,F1’F2’,,R0,,,M1’,M2’,,M1,,M2,Q,H,,,,,,,,分析1.当分支风阻R1、R2不变，增大R0，则两台风机的工况点同时上移。2.当分支风阻R1、R0不变，增大R2，则系统改变的系统工况点上移，另一系统下移。3.当增大风机F1能力时，则另一风机工况点也随之上移。（应注意不要使其进入风机曲线鞍马部的不稳定区）,,R0’,,,,,R2’,,,,,,F1’,,,,,,三、并联与串联工作的比较以一离心式风机风压特性曲线为例。当风阻R2通过B点时，两者增风效果相同（两者实际工况点分别为MI和MII），但串联功率大于并联功率，即Q并Q串，NSNP。当风阻为R1时，Q并＞Q串，N串N并。当风阻为R3时，Q串＞Q并，N串N并。结论（1）并联适用于管网风阻较小，但因风机能力小导致风量不足的情况；（2）风压相同的风机并联运行较好；（3）轴流式风机并联作业时，若风阻过大则可能出现不稳定运行。所以，使用轴流式风机并联工作时，除要考虑并联效果外，还要进行稳定性分析。,,,,,MI,,MII,,,R2,B,,,Q,H,0,,,,N--Q,,R1,F,I,,,II,R3,,,III,,,,,,,,,,,,,第八节噪声控制概述,一、噪声概述在人们的生活和工作环境中，噪声超过一定数值后就会造成环境污染，对人体健康和工作效率都有不同程度的影响。频率、频谱和声压是通风机噪声的三要素。频谱就是声压级和声功率级随频率变化的图形。声压声波作用在物体上的压力叫声压，单位为Pa。210-5Pa的声压为人耳的听阈值，20Pa为痛阈值，两者相差一百万倍，显然用声压的绝对值表示其大小不太方便，现在国际上一般采用被测声压与基准声压之比的对数值表示，即用声压级Lp来表示噪声大小。,声压级的计算公式式中P。基准声压，其值为210-5Pa；P被测声压，Pa。这样，听阀值为0dB分贝，痛闻值为120dB。国内外广泛用A声级作为评价噪声对人体影响的标准。在噪声切量仪器中可以装设A、B、c三种计权网路，其中A计权网路是一种滤波器，它对颇率的判别与人耳感觉相似，使其中低频声波按比例衰减通过，而频率在100Hz以上的声音无衰减通过。这种被A网路计权的声级叫A声级，记为dBA。,,我国主要通风机的噪声1m附近一般为100～120dB，风机房噪声达90dBA以上。规程规定（741条）作业场所的噪声，不应超过85dB（A），大于85dB（A）时，需要配备个人防护用品；大于或等于90dB（A）时，还应采取降低作业场噪声的措施。二、噪声控制1、隔声2、扩散器风道消声3、消声材料,补充我国通风系统存在问题及改进途径,主要通风机的运行效率低,存在问题,驱动风机的电机额定功率过大,电机效率低,据30个矿务局100个回风井的统计表1,电机负荷率低于50的占39。沈阳煤炭科学研究所1987年对东北、华北34个矿务局的311台主要通风机的电机负荷率的分布调查结果见表2,电机负荷率低于60的竟达65以上。,通风阻力大,阻力分布不合理,全国国有重点煤矿中有40的矿井的通风阻力属于中等和高阻力矿井,其中占矿井总数14.9的高阻力矿井93对的主要通风机的电耗占全国国有重点煤矿总电耗的一半,少数几个矿的通风电耗占原煤电耗的一半以上。对设计院设计的新井进行的统计分析表明,通风系统中,进风段阻力占总阻力25、用风段阻力占总阻力45、回风段阻力占总阻力30为宜。实测表明,大多数矿井回风段的通风阻力占总阻力的60～85,只有少数矿井采区的通风阻力为总阻力的40～50。,风量不足有的矿井由于全矿或采掘面供风量不足、或风量串联使用次数过多,往往造成某些地点瓦斯积聚、矿尘浓度超标,直接威协着安全生产。原煤炭工业部1996年底调查表明,国有重点煤矿中尚有48处风量不足的矿井,至于地方煤矿和乡镇煤矿,风量不足或串联次数过多的矿井就更为普遍。,风量调节方法欠妥有的矿井在投产初期,由于主要通风机能力过剩,就采用下放闸门的方法减少矿井进风量。这种调风方法简便易行,对离心式风机也能节省一部分电能,但比采用调小风机能力如降低风机转速或用小能力电机的方法还是多消耗了不少电能,降低了通风系统的经济效益。,漏风多有的矿井外部漏风或内部漏风较大,有效风量率低。如对鸡西矿务局62台主要通风机的测定表明地面漏风率大于5的矿井占50,有的矿井漏风率达15～25。山西省5个矿务局64台运转的主要通风机的总漏风量达18219ｍ3/min,其中一台漏风最多的主要通风机的地面漏风率为16。淮南某矿小7号通风系统地面漏风量为960ｍ3/min,占风机排风量的25.6、占系统回风量的33.9,改进途径,主要通风机的合理选型更换电机通风系统调整与改造主要通风机附属装置的改造改造扩散器改造风硐-个别风硐的阻力损失达30以上。改造反风设施及防爆盖,本章小结,1、本章的主要内容自然风压的计算，主要通风机类型、构造、附属装置，矿井通风机是实际特性曲线，风机房水柱计读数的意义，联合运转的工况分析通风机工况点分析及工况调节方法，风机联合运转时的有效性和稳定性分析，矿井主要通风机选型的方法和步骤。2、重点自然通风与机械通风，自然风压的控制与利用，通风机的类型、构造、附属装置与实际特性曲线风机工况点的求法，联合运转的工况分析及工况调节方法，风机联合运转时的有效性和稳定性分析。3、难点风机房水柱计读数的含义，联合运转的工况分析及风机选型,4、解决的实际问题1自然风压的计算及利用2进行矿井通风系统反风；3能解决矿井主要通风机运行的经济合理性和安全可靠性分析方面的课题4要通风机选型方面的课题5、下章课所讲内容矿井通风网络中风量分配与调节。6、作业1、2、4、5、7、9、10、11、12、15,