通风安全WORD版.doc
一、地面空气的组成- 3 - 二、矿井空气的主要成分及基本性质- 3 - 一、三要素的参数要求- 6 - 二、矿井气候对人体热平衡的影响- 6 - 三、衡量矿井气候条件的指标- 7 - 1.绝对湿度- 9 - 2.相对湿度- 9 - 一、风流的能量与压力- 11 - (4)位能的特点- 12 - 二、风流的点压力之间相互关系- 13 - 1 i点的绝对静压Pi;- 14 - 2 i点的相对全压hti;- 14 - 2 |hti | |hi|-hvi =1000-150850Pa- 15 - 3 PtiP0ihti101332.5-850100482Pa- 15 - 三、风流点压力的测定- 15 - 一、空气流动连续性方程- 17 - 二、可压缩流体的能量方程- 17 - (一)单位质量1kg流量的能量方程- 17 - (二)单位体积1m3流量的能量方程- 19 - (三)关于能量方程使用的几点说明- 20 - 一、水平风道的通风能量(压力)坡度线- 22 - (一)能量(压力)坡度线的作法- 22 - (二) 能量(压力)坡度线的分析- 23 - = | hj | - | hi | hvj- hvi = | htj |- | hti |- 24 - (三)通风机全压(Ht)- 24 - Ht hR0~10+hv10- 25 - 二、通风系统风流能量(压力)坡度线- 25 - 一 通风系统风流能量(压力)坡度线- 25 - 二 矿井通风系统能量(压力)坡度线的分析- 26 - 三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图- 27 - 一、风流流态- 28 - (举例见P38)- 28 - 二、井巷断面上风速分布- 28 - 一、摩擦阻力- 30 - 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻- 31 - 三、井巷摩擦阻力计算方法- 32 - 四、生产矿井一段巷道阻力测定- 32 - 一、局部阻力及其计算- 34 - 二、局部阻力系数和局部风阻- 35 - 一 局部阻力系数ξ- 35 - 1 风流分叉- 36 - Pa- 36 - Pa- 36 - 2 风流汇合- 36 - Pa- 36 - 二 局部风阻- 36 - 一、井巷阻力特性- 37 - 二、矿井总风阻- 37 - Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大,矿井通风越困难;反之,越容易。- 37 - Ht≌ |h4|- hv4 hv6- 47 - (二)有动力源- 61 - QS Q1 Q2 Qn- 61 - 3. 并联风网总风阻与各分支风阻的关系- 62 - 二减阻调节法- 68 - 1、压入式通风- 70 - 4、混合式通风- 71 - 2. 抽出式通风- 74 - 3. 混合式通风- 74 - 四、按风速验算风量- 74 - 1 漏风率- 75 - 2 有效风量率- 75 - 3 漏风系数- 75 - 三、局部通风机- 76 - 1、双风机、双电源、自动换机和风筒自动倒风装置- 77 - 3、局部通风机遥讯装置- 78 - 4、积极推行使用局部通风机消声装置- 78 - Swi第i个采煤工作面有效通风断面,取最大和最小控顶时有效断面的平均值,m2 ;- 86 - VW加热器管内水的实际流速,m/s;Sw空气加热器热媒通过的截面积,m2;- 94 - KW- 96 - KW- 97 - Qw0人员放热量,KW; n工作面总人数;- 97 - E1=2.4876A1;E2=2.4876A2- 98 - A1=622b/P1-Pm;A2=622b/P2-Pm;- 98 - E=2.4876A;N=Nτ+Nt+Nx+Nw;R=1+0.5N;M=Nτtr+Nttt+Nxtx+Nwtw;- 99 - A─工作面日产量,t;- 100 - Kb ─局部通风机放热系数,可取0.55~0.7;- 100 - D 1─隔热风筒外径,m;D2 ─风筒内径,m;λ ─隔热层的导热系数,KW/m℃;- 101 - 3 掘进头风温确定- 101 - (一)矿井瓦斯的生成- 107 - Qa-该时间内的平均瓦斯涌出量,m3/min;- 110 - (1)统计法(参数瓦斯风化带下界深度、相对瓦斯涌出量与深度的比值)- 111 - 5)恢复有大量瓦斯积存盲巷或打开封闭- 117 - (一)调节风窗调压的原理- 130 - 1、矿尘及其性质;2、尘肺病;3、煤尘爆炸及预防;4、综合防尘- 138 - 4、矿尘的湿润性- 139 - 6、矿尘的光学特性- 139 - 2、尘肺病的发病机理- 140 - 2、影响煤层注水效果的因素- 142 - (一)湿式凿岩、钻眼(能有效降低掘进工作面的产尘量)- 144 - (二)洒水- 144 - (三)喷雾洒水- 145 - 第0章 绪 论 一、通风安全学是采矿工程专业的一门主干课程。 二、主要包括两部分的内容1、矿井通风;2、煤矿(矿井)安全或称矿井灾害防治技术。 三、为什么要学这门课程怎样学这门课程 1、为什么要学我国煤炭产量高(2005年产量达到20亿吨,预计2006年达到21.6亿吨)、煤层赋存地质条件复杂,且主要是地下开采,安全管理不完善、资金投入不足,使得煤矿安全问题一直的一个令人头痛的问题; 2、怎样学耐心、专心、恒心、用心。 第一章 矿井空气 本章重点 1、空气成分;2、矿井有害气体、来源及最高允许浓度;3、矿井气候条件 利用机械或自然通风动力,使地面空气进入井下,并在井巷中作定向和定量地流动,把有毒有害气体稀释,最后排出矿井的全过程称为矿井通风。 首要任务保证矿井空气的质量符合要求。 第一节 矿井空气成分 定义地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。 一、地面空气的组成 地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体,亦称为湿空气。 干空气是指完全不含有水蒸汽的空气,由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和其他一些微量气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定,其主要成分如下 干空气成分 按体积计/% 按质量计/% 备 注 氧气(O2) 20.96 23.32 惰性稀有气体氦、 氖、氩、氪、 氙等计在氮气中 氮气(N2) 79.0 76.71 二氧化碳(CO2) 0.04 0.06 湿空气中仅含有少量水蒸气,但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。 二、矿井空气的主要成分及基本性质 新鲜空气(新风)井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气; 污浊空气(污风、乏风)通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。 矿井空气的主要成分仍然是氧、氮、二氧化碳。 1.氧气O2 氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体,人体维持正常生命过程所需的氧气量,取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。 人体需氧量与劳动强度的关系 劳动强度 呼吸空气量(L/min) 氧气消耗量(L/min) 休息 6-15 0.2-0.4 轻劳动 20-25 0.6-1.0 中度劳动 30-40 1.2-2.6 重劳动 40-60 1.8-2.4 极重劳动 40-80 2.5-3.1 当空气中的氧浓度降低时,人体就可能产生不良的生理反应,出现种种不舒适的症状,严重时可能导致缺氧死亡。 矿井空气中氧浓度降低的主要原因有人员呼吸;煤岩和其他有机物的缓慢氧化;煤炭自燃;瓦斯、煤尘爆炸;此外,煤岩和生产过程中产生的各种有害气体,也使空气中的氧浓度相对降低。 2.二氧化碳CO2 二氧化碳不助燃,也不能供人呼吸,略带酸臭味。二氧化碳比空气重(其比重为1.52),在风速较小的巷道中底板附近浓度较大;在风速较大的巷道中,一般能与空气均匀地混合。 矿井空气中二氧化碳的主要来源是煤和有机物的氧化;人员呼吸;碳酸性岩石分解;炸药爆破;煤炭自燃;瓦斯、煤尘爆炸等。 3.氮气N2 氮气是一种惰性气体,是新鲜空气中的主要成分,它本身无毒、不助燃,也不供呼吸。但空气中含氮量升高,则势必造成氧含量相对降低,从而也可能造成人员的窒息性伤害。正因为氮气具有的惰性,因此可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。 矿井空气中氮气主要来源是井下爆破和生物的腐烂,有些煤岩层中也有氮气涌出,灭火人为注氮。 三、矿井空气主要成分的质量(浓度)标准 规程对矿井空气主要成分(氧气、二氧化碳)的浓度标准做了明确规定 采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20%;二氧化碳浓度不得超过0.5%;总回风流中二氧化碳浓度不得超过0.75%;当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5%时,必须停工处理。 第二节 矿井空气中的有害气体 矿井空气中常见有害气体有CH4、CO、H2S 、NO2、SO2 、NH3 、H2 。 一、有害气体的基本性质 1.甲烷(CH4)与空气的相对密度0.554,不助燃,有燃烧、爆炸危险。 2.一氧化碳(CO)[瓦斯、煤尘爆炸造成的人员伤亡主要是因CO中毒引起] 一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为0.97,微溶于水,能与空气均匀地混合。能燃烧,当空气中浓度在13~75%范围内时有爆炸的危险。 主要危害血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250~300倍。一旦一氧化碳进入人体后,首先就与血液中的血红素相结合,因而减少了血红素与氧结合的机会,使血红素失去输氧的功能,从而造成人体血液“窒息”。 一氧化碳浓度达到0.08,40分钟引起头痛眩晕和恶心;达到0.32,510分钟引起头痛、眩晕,30分钟引起昏迷,死亡。 主要来源井下爆破;矿井火灾;煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。 3.硫化氢(H2S) 无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味,当空气中浓度达到0.0001%即可嗅到,但当浓度较高时,因嗅觉神经中毒麻痹,反而嗅不到。相对密度为1.19,易溶于水,在常温、常压下一个体积的水可溶解2.5个体积的硫化氢,所以它可能积存于旧巷的积水中。能燃烧,空气中硫化氢浓度为4.3~45.5%时有爆炸危险。 主要危害硫化氢剧毒,有强烈的刺激作用;能阻碍生物氧化过程,使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主,浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。硫化氢浓度达到0.0050.01,12小时后出现眼及呼吸道刺激;达到0.0150.02,出现恶心、呕吐、四肢无力反应迟钝,眼及呼吸道强烈刺激症状。 主要来源有机物腐烂;含硫矿物的水解;矿物氧化和燃烧;从老空区和旧巷积水中放出。 4.二氧化氮(NO2) 褐红色,有强烈的刺激气味,相对密度为1.59,易溶于水。 主要危害溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用,其中毒有潜伏期,中毒者指头出现黄色斑点。浓度达到0.01,短时间内出现严重中毒。 主要来源井下爆破工作。 5.二氧化硫(SO2) 无色、有强烈的硫磺气味及酸味,空气中浓度达到0.0005%即可嗅到。相对密度2.22,易溶于水。 主要危害遇水后生成硫酸,对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用,可引起喉炎和肺水肿。当浓度达到 0.002%时,眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激;浓度达到0.05%时,短时间内即有致命危险。 主要来源含硫矿物的氧化与自燃;在含硫矿物中爆破;以及从含硫矿层中涌出。 6.氨气(NH3) 无色、有浓烈臭味的气体,相对密度为0.596,易溶于水。空气中浓度达30%时有爆炸危险。 主要危害对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用,可引起喉头水肿。 主要来源爆破工作,注凝胶、水灭火等;部分岩层中也有氨气涌出。 7.氢气(H2) 无色、无味、无毒,相对密度为0.07。能自燃,其点燃温度比沼气低100200℃, 主要危害当空气中氢气浓度为4~74%时有爆炸危险。 主要来源井下蓄电池充电时可放出氢气;有些中等变质的煤层中也有氢气涌出或煤氧化也可能放出氢气。 二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准 矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大,因此,规程对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。 矿井空气中有害气体的最高容许浓度 有害气体名称 符号 最高容许浓度/ 甲烷(煤矿独有) CH4 1 一氧化碳 CO 0.0024 氧化氮(折算成二氧化氮) NO2 0.00025 二氧化硫 SO2 0.0005 硫化氢 H2S 0.00066 氨 NH3 0.004 有害气体的检测用吸气筒取样后,再用色谱仪或比长管测试各气体浓度。 第三节 矿井气候 矿井气候指矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用状态。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。 一、三要素的参数要求 温度(采掘工作面、机电硐室分别不超过28、30℃)、湿度不超过90、流速(井筒、大巷、准备巷道、工作面分别不超过15、12、8、4m/s) 二、矿井气候对人体热平衡的影响 新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速;辐射散热主要取决于环境温度;蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。 人体热平衡关系式qm-qwqdqzqfqch qm人体在新陈代谢中产热量,取决于人体活动量; qw人体用于做功而消耗的热量,qm-qw人体必须排出的多余热量; qd人体对流散热量,低于人体表面温度,为负,否则,为正; qz汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量; qf人体与周围物体表面的辐射散热量,可正,可负; qch人体由热量转化而没有排出体外的能量; 当人体热平衡时,qch0,人感到舒适;当外界环境影响人体热平衡时,人体温度升高(qch0),人体温度降低(qchPi hti hi(因为有动压存在)。 二、风流的点压力之间相互关系 风流的点压力是指测点的单位体积1m3空气所具有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为静压、动压和全压。 风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为hviPti-Pi hvi、hi和hti三者之间的关系为hti hi hvi 。 压入式通风(正压通风)风流中任一点的相对全压恒为正。 ∵ Pti and Pi Po i ∴ hi 0 , hti 0 且 hti hi , hti hi hvi 压入式通风的实质是使风机出口风流的能量增加,即出口风流的绝对压力大于风机进口的压力。 抽出式通风(负压通风)风流中任一点的相对全压恒为负,对于抽出式通风由于hti 和 hi 为负,实际计算时取其绝对值进行计算。 ∵ Pti and Pi ρm 即测定的值就是点的相对静压 对于负压通风的情况请自行推导(注意连接方法) 说明I、水柱计上下移动时,hi 保持不变; II、在风筒同一断面上、下移动皮托管,水柱计读数不变,说明同一断面上hi 相同。 (3)相对全压、动压测量 测定连接如图(说明连接方法及水柱高度变化) 作业2-1、2-3、2-4 另外作业测得风筒内某点i相对压力如图所示,求动压,并判断通风方式 第三节 矿井通风中的能量方程 本节重点能量方程及在矿井中的应用 当空气在井巷中流动时,将会受到通风阻力的作用,消耗其能量;为保证空气连续不断地流动,就必需有通风动力对空气作功,使得通风阻力和通风动力相平衡。 一、空气流动连续性方程 在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质,充满它所流经的空间。在无点源或点汇存在时,根据质量守恒定律对于稳定流,流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。 如图,井巷中风流从1断面流向2 断面,作定常流动时,有 1 2 Miconst ρ1V1 S1=ρ2 V2 S2 ρ1、ρ2 1、2断面上空气的平均密度,kg/m3 ; V1、V21、2 断面上空气的平均流速,m/s; S1、S21、2断面面积,m2。 两种特例 (I) 若 S1=S2 , 则 ρ1 V1= ρ2 V2 ; (II) 若ρ1=ρ2 , 则 V1 S1= V2 S2 。 对于不可压缩流体(密度为常数),通过任一断面的体积流量相等,即QViSiconst 二、可压缩流体的能量方程 能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律,是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。在矿井通风系统中,矿井风流是可压缩的(密度是变化的)。 (一)单位质量1kg流量的能量方程 在井巷通风中,风流的能量由机械能(包括静压能、动压能、位能)和内能组成,常用1kg空气或1m3空气所具有的能量表示。 机械能静压能、动压能和位能之和。 内能风流内部所具有的分子内动能与分子位能之和。空气的内能是空气状态参数(压力、温度、比容)的函数,即u f(T,P)或u f(T,)或u f(P,)。 能量分析 任一断面风流总机械能压能+动能+位能 任一断面风流总能量压能+动能+位能+内能, 所以,对单位质量流体(1kg空气)有(单位J/kg) 假设1kg空气由1 断面流至2 断面的过程中, LR(J/kg)克服流动阻力消耗的能量; qR(J/kg)LR 部分