第六章 矿井通风优秀PPT.ppt
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1、第六章第六章 矿井通风矿井通风第一页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院2 2第一节第一节 矿井空气与通风设备矿井空气与通风设备 一、矿井通风的任务一、矿井通风的任务 当地面空气进入井下以后,其空气成分逐渐发生变化。这是因为煤和其它物质的氧化、人的呼吸使氧气减少和二氧化碳增加;井下煤和岩层中不断地放出沼气、二氧化碳等有害气体;在生产过程中产生岩尘、煤尘、炮烟等。在这些气体和矿尘中,有的毒性很强,能使人中毒;有的虽无毒性,但当其在空气中浓度增加到一定程度后能使人窒息;有的则具有爆炸性或能导致矿工患职业病。此外,井下空气由于地热作用、人体和机械散热、水分蒸
2、发等原因,温度和湿度都会发生变化。以上因素造成了井下不良的气候条件。矿井通风工作对于保证矿井安全生产,创造良好的气候条件,提高劳动生产率,具有十分重要的意义。矿井通风的主要作用有三项:一是供给井下人员足够的新鲜空气;二是把井下的有害气体及矿尘稀释到安全浓度以下,并排出矿井;三是保证井下有适宜的气候条件(即适宜的温度、湿度与风速),以利于工人劳动和机器运转。第二页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院3 3第一节第一节 矿井空气与通风设备矿井空气与通风设备二、矿井空气二、矿井空气地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。矿井空气由于受到井下各种自然因素和生产过程
3、的影响,其与地面空气在成分和质量上有不同的特点。1、地面空气的主要成分 一般情况下,地面的空气是由20.96的氧、79的氮、0.04的二氧化碳等所组成。除上述气体外,在大城市和工业区的地面空气中还含有数量不定的水蒸气、微生物、灰尘等。2、井下空气的主要成分地面空气进入矿井以后,由于受到污染,其成分和性质要发生一系列的变化。如氧浓度降低,二氧化碳浓度增加;混入各种有毒、有害气体和矿尘;空气的状态参数(温度、湿度、压力等)发生改变等。一般来说,将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气;经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气称为污浊空气(乏风)。尽管矿井空气
4、与地面空气相比,在性质上存在许多差异,但在新鲜空气中其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。第三页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院4 4第一节第一节 矿井空气与通风设备矿井空气与通风设备(1)氧气(O2)氧气是一种无色、无味、无臭,化学性质很活泼的气体。它对空气的相对密度为1.11。氧气是人和动物呼吸及物质燃烧不可缺少的气体。空气中氧气含量的降低可使人感到呼吸困难、心跳加速。当氧气含量降到9以下时,人在短时间内窒息死亡。因此,煤矿安全规程规定,采掘工作面的进风流中,氧气浓度不低于20(体积的百分比)。(2)氮气(N2)氮气是一种无色、无味、无臭的惰性气体
5、。它对空气的相对密度为0.97,不助燃,不能维持呼吸。井下氮气的增加主要是有机物质的腐朽、爆破工作和从煤与岩体的裂缝中涌出等。空气中氮气的增加,相对减少了氧气,所以对人体是有害的。(3)二氧化碳(CO2)二氧化碳是无色、无臭、略带有酸味的气体。它对空气的相对密度为1.52,易溶于水,不助燃,不能维持呼吸,常积聚于巷道的底部或下山掘进工作面。井下空气中二氧化碳的增加,主要原因是煤或岩体中涌出、可燃物质氧化、人员的呼吸和爆破等工作。空气中二氧化碳增加,人会感到呼吸困难,易发生疲劳现象,当增加到2025时人会中毒死亡。煤矿安全规程规定,采掘工作面的进风流中,二氧化碳浓度不超过0.5。第四页,本课件共
6、有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院5 5第一节第一节 矿井空气与通风设备矿井空气与通风设备3、矿井空气中的有害气体矿井中常见的有害气体主要有一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫SO2)、氨气(NH3)、氢气(H2)等。这些有害气体对井下作业人员的生命安全和身体健康危害极大,必须引起高度的重视。矿井空气中常见有害气体性质、来源等见下表61。气体名称基本性质主要来源危害性最高允许浓度()比重色味臭溶水性一氧化碳CO0.97无色、无味、无臭微溶 爆破工作;火灾;煤尘和瓦斯爆炸;煤炭自燃极毒。一氧化碳与血色素的亲和力比氧和血色素的亲和力大2
7、50300倍,使血液中毒,阻碍氧与血色素的结合而使人体缺氧,引起窒息和死亡0.0024硫化氢H2S1.19无色、稍甜、臭鸡蛋味易溶有机物腐烂;硫化矿物水解;煤岩中放出有强烈毒性,能使血液中毒,对眼睛粘膜及呼吸系统有强烈刺激作用0.00066二氧化硫SO22.2无色、有强烈的硫磺气味及酸味易溶含硫矿物氧化;含硫矿物中爆破与眼、呼吸道的湿表面接触后能形成硫酸,因而对眼、呼吸器官有强烈腐蚀作用,严重时会引起肺水肿0.0005二氧化氮NO21.57褐红色、有强烈的刺激气味极易溶爆破工作有强烈毒性。能和水结合成硝酸,对肺组织起破坏作用,造成肺浮肿;对眼、鼻腔、呼吸道等有强烈刺激作用0.00025氢气H2
8、0.07无色、无味、无臭蓄电池充电时放出;变质煤层中涌出浓度达474时有爆炸性0.5氨气NH30.59无色、有氨水的辛臭味易溶硝铵炸药遇水分解;有机物腐烂有毒性和爆炸性。能引起人咳嗽、声带水肿、昏迷、以致死亡0.004表61 矿井空气中主要有害气体的性质、来源、危害性及安全浓度第五页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院6 6第一节第一节 矿井空气与通风设备矿井空气与通风设备三、矿井通风动力1、矿井空气流动的自然压力井下巷道内自然风压的产生主要由地面空气温度和井下空气温度的差异而引起的。如图61所示,在冬季,井下空气温度高于地面空气温度,空气柱01的质量
9、比空气柱23大。所以井口1点压力大于2点压力,形成空气压力差,空气必然要从井口1点向2点流动,最后从井口3点排出而形成风流。夏季则与之相反。在春秋两季,由于矿井内外气温大致一样,所以自然风压很弱甚至无风压,不能形成风流。为此矿井必需用机械通风,确保井下有足够的风量。图61 矿井空气压力示意图第六页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院7 7第一节第一节 矿井空气与通风设备矿井空气与通风设备2、矿井空气流动的机械压力井下巷道中空气流动的压力差是由通风机械形成的称为机械风压,靠机械压力进行通风的称为机械通风。通风机械按其服务范围可分为主要通风机(为全矿井通风
10、的通风机,简称主扇)、辅助扇风机(辅扇)与局部通风机(为某一局部地区加强通风的通风机,简称局扇)。按其结构不同又可分为离心式通风机和轴流式通风机两种类型。(1)离心式通风机离心式通风机主要由螺旋形外壳、动轮、进风道和扩散器等主要部件组成,如图62所示。当通风机的动轮转动时,动轮叶片之间的空气随着旋转而产生的离心作用,空气被动轮叶片甩到螺形外壳,并从扩散器排出通风机。当动轮叶片间的空气被甩出时,轮心部分便形成低压区。这时,外界的空气在大气压的作用下,由通风机的进风口进入动轮。由于动轮不停地旋转,井下的空气在大气压的作用下就不断地进入通风机,而被排出到地面。图62 离心式通风机工作原理图1动轮;2
11、螺形外壳;3扩散器;4通风机轴;5止推轴承;6径向轴承;7前导器;8轴承架;9齿轮联轴器;10制动器;11机座;12吸风口13通风机房;14电动机;15风硐第七页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院8 8第一节第一节 矿井空气与通风设备矿井空气与通风设备图63 轴流式通风机图1集风口;2流线罩;3前导器;4第一级动轮;5中间整流器;6第二级动轮;7后整流器;8扩散器;9通风机架;10电动机;11通风机房;12风硐;13流线形导风板(2)轴流式通风机轴流式通风机主要由外壳、流线罩、动轮、前导器、集风口、整流器、扩散器、轴等主要部件所组成,如图63所示。轴
12、流式通风机运转时,空气沿着通风机轴的方向进入集风口,由于动轮的旋转把空气向前推动,并造成压力,然后经扩散器排出。离心式通风机和轴流式通风机相比较,离心式通风机的风压高,运转特性曲线平稳,坚固耐用、噪音小,但体积大。而轴流式通风机便于风量和风压的调节,机体小,但结构复杂,噪音大,维护困难。第八页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院9 9第二节第二节 矿井通风压力与通风阻力矿井通风压力与通风阻力 一、空气压力一、空气压力 图64所示为一条水平巷道,空气所以能从A点向B点流动,是因为A点的压力大于B点的压力。图64 巷道内的风流流动图1、点压力图64中的A点
13、或B点(或巷道中的任一点)的空气压力称为点压力。点压力可以用绝对压力和相对压力来表示。以绝对真空为基准进行计量的压力,称为绝对压力,它的值永为正值;以当地当时的大气压力为基准进行计量的压力,称为相对压力。大于此大气压力的为正值,小于此大气压力的为负值。第九页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院1010第二节第二节 矿井通风压力与通风阻力矿井通风压力与通风阻力 2、压力差 任何两点(图64中A点和B点)之间的空气压力之差,称为压力差。在矿井通风中,进风井与出风井存在着压力差,它是由主要通风机形成的。这个压力差是用来克服巷道空气流动的阻力,习惯上称之为矿井
14、通风压力。二、井巷通风阻力二、井巷通风阻力 空气在井下流动时,巷道四周与空气分子因摩擦而产生摩擦阻力,阻碍空气流动。这种摩擦阻力统称矿井通风阻力。在巷道拐弯和断面突然变化(变大或变小以及有堆积物等)都会使风流方向和速度发生突然变化而产生附加的阻力,这种阻力称为局部阻力。第十页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院1111第二节第二节 矿井通风压力与通风阻力矿井通风压力与通风阻力1、井巷的摩擦阻力的计算hmLUQ2/S3 (Pa)(61)式中:hm一巷道的摩擦阻力,Pa;一摩擦阻力系数,Ns2m4;L巷道长度,m;U巷道周边长度,m;Q巷道中的风量,m3s
15、;S巷道的净断面积,m2。当巷道和支护方式确定后,、L、U、S等项数值是不变的常数,因此可令通风阻力:R摩LU/S3 (Ns2m3)(62)则式(61)又可写成:h摩R摩Q2(Pa)(63)由式(61)中可以看出,当巷道壁光滑(值小)、巷道长度短(L值小)、巷道周边长度小(U值小)、风量小(Q2值小)、巷道断面大(S3值大)时,巷道的摩擦阻力就小,反之则大。第十一页,本课件共有26页山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院1212第二节第二节 矿井通风压力与通风阻力矿井通风压力与通风阻力 2、局部通风阻力的计算h局R局Q2(Pa)(64)式中:R局局部风阻,Ns2m3。由于
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