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