PAGE55PAGE1礦井通風(fēng)與安全教案第一章礦井空氣福建煤礦企業(yè)中，裝備和工藝十分落后，大多沒有正規(guī)工作面，局部通風(fēng)較多，連大部分的采煤工作面（殘采面）也采用局部通風(fēng)，且串連通風(fēng)屢禁不止。因局部通風(fēng)管理不當(dāng)而造成中毒、窒息事故屢見不鮮。所以，預(yù)防有害氣體相當(dāng)重要。本章重點(diǎn)：空氣成分；礦井有害氣體、來源及最高允許濃度；3．礦井氣候條件。第一節(jié)礦井空氣成份一、地面空氣的組成干空氣的組成成分表氣體成分按體積計(jì)／％按質(zhì)量計(jì)／％備注氧氣（O2）20.9623.32惰性稀有氣體氦、氮?dú)猓∟2）79.076.71氖、氬、氪、二氧化碳（CO2）0.040.06氙等計(jì)在氮?dú)庵卸?、礦井空氣的主要成分及基本性質(zhì)新鮮空氣：井巷中用風(fēng)地點(diǎn)以前、受污染程度較輕的進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)的空氣，污濁空氣：通過用風(fēng)地點(diǎn)以后、受污染程度較重的回風(fēng)巷道內(nèi)的空氣，1．氧氣(O2)人體輸氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系勞動(dòng)強(qiáng)度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）休息6-150.2－0.4輕勞動(dòng)20-250.6-1.0中度勞動(dòng)30-401.2-2.6重勞動(dòng)40-601.8-2.4極重勞動(dòng)40-802.5-3.1 礦井空氣中氧濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖和其他有機(jī)物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸；此外，煤巖和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對(duì)降低。2．二氧化碳(CO2)礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機(jī)物的氧化；人員呼吸；碳酸性巖石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。3．氮?dú)?N2)礦井空氣中氮?dú)庵饕獊碓词牵壕卤坪蜕锏母癄€，有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍觥Ｈ?、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中的氧氣濃度不得低于20％；二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風(fēng)流中不得超過0.75％；當(dāng)采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5％或采區(qū)、采掘工作面回風(fēng)道風(fēng)流中二氧化碳濃度超過1.5％時(shí)，必須停工處理。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體空氣中常見有害氣體：CO、NO2、SO2NH3H2。一、基本性性質(zhì)１、一氧化碳（CO）一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對(duì)密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當(dāng)空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內(nèi)時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)。（1）、主要危害（2）、主要來源：爆破；礦井火災(zāi)；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。２、硫化氫（H2S）硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001％即可嗅到，但當(dāng)濃度較高時(shí)，因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對(duì)密度為1.19，易溶于水，在常溫、常壓下一個(gè)體積的水可溶解2.5個(gè)體積的硫化氫，所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。（1）、主要危害（2）、主要來源：有機(jī)物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區(qū)和舊巷積水中放出。３、二氧化氮（NO2）二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強(qiáng)烈的刺激氣味，相對(duì)密度為1.59，易溶于水。（1）、主要危害（2）、主要來源：井下爆破工作。4.二氧化硫(SO2)二氧化硫無色、有強(qiáng)烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達(dá)到0.0005％即可嗅到。其相對(duì)密度為2.22，易溶于水。（1）、主要危害（2）、主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中涌出。5.氨氣(NH3)無色、有濃烈臭味的氣體，相對(duì)密度為0.596，易溶于水，?？諝鉂舛戎羞_(dá)30％時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。（1）、主要危害（2）、主要來源：爆破工作，用水滅火等；部分巖層中也有氨氣涌出。6.氫氣(H2)無色、無味、無毒，相對(duì)密度為0.07。氫氣能自燃，其點(diǎn)燃溫度比沼氣低100～200℃，（1）、主要危害（2）、主要來源：井下蓄電池充電時(shí)可放出氫氣；有些中等變質(zhì)的煤層中也有氫氣涌出。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)《規(guī)程》對(duì)礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度有害氣體名稱符號(hào)最高容許濃度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004礦井氣候礦井氣候：礦井空氣的溫度、濕度和流速三個(gè)參數(shù)的綜合作用。這三個(gè)參數(shù)也稱為礦井氣候條件的三要素。一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響新陳代謝是人類生命活動(dòng)的基本過程之一。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對(duì)流、輻射和汗液蒸發(fā)這三種基本形式進(jìn)行的。對(duì)流散熱取決于周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決于環(huán)境溫度；蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的相對(duì)濕度和流速。礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素?？諝鉁囟龋簩?duì)人體對(duì)流散熱起著主要作用。相對(duì)濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。風(fēng)速：影響人體的對(duì)流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對(duì)流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。同時(shí)濕交換效果也隨風(fēng)速增大而加強(qiáng)。如有風(fēng)的天氣，涼衣服干得快。二、衡量礦井氣候條件的指標(biāo)1.干球溫度干球溫度是我國(guó)現(xiàn)行的評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)之一。特點(diǎn)：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標(biāo)比較簡(jiǎn)單，使用方便。但這個(gè)指標(biāo)只反映了氣溫對(duì)礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對(duì)人體熱平衡的綜合作用。2.濕球溫度濕球溫度這個(gè)指標(biāo)可以反映空氣溫度和相對(duì)濕度對(duì)人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個(gè)指標(biāo)仍沒有反映風(fēng)速對(duì)人體熱平衡的影響。3.等效溫度等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個(gè)以能量為基礎(chǔ)來評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)。4.同感溫度同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國(guó)采暖工程師協(xié)會(huì)提出的。這個(gè)指標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)，憑受試者對(duì)環(huán)境的感覺而得出的同感溫度計(jì)算圖。5.卡他度卡他度是1916年由英國(guó)L.希爾等人提出的?？ㄋ扔每ㄋ?jì)測(cè)定。卡他度分為：干卡他度、濕卡他度干卡他度：反映了氣溫和風(fēng)速對(duì)氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測(cè)出溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用效果，Kd=41.868F/tW/m2濕卡他度（Kw）：是在卡他計(jì)貯液球上包裹上一層濕紗布時(shí)測(cè)得的卡他度，其實(shí)測(cè)和計(jì)算方法完全與干卡他度相同。三、礦井氣候條件的安全標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)現(xiàn)行評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)是干球溫度。1982年國(guó)務(wù)院頒布的《礦山安全條例》第53條規(guī)定，礦井空氣最高容許干球溫度為28℃。

第二章礦井空氣流動(dòng)的基本理論本章的重點(diǎn)：1、空氣的物理參數(shù)T、P、Φ、μ、ρ；2、風(fēng)流的能量與點(diǎn)壓力靜壓，靜壓能；動(dòng)壓、動(dòng)能；位能；全壓；抽出式和壓入式相對(duì)靜壓、相對(duì)全壓與動(dòng)壓的關(guān)系3、能量方程連續(xù)性方程；單位質(zhì)量能量方程、單位體積能量方程4、能量方程在礦井中的應(yīng)用邊界條件、壓力坡度圖本章的難點(diǎn)：點(diǎn)壓力之間的關(guān)系能量方程及其在礦井中的應(yīng)用主要研究?jī)?nèi)容：礦井空氣沿井巷流動(dòng)過程中宏觀力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。介紹空氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)，討論空氣在流動(dòng)過程中所具有的能量（壓力）及其能量的變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定律和能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，結(jié)合礦井風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)，推導(dǎo)了礦井空氣流動(dòng)過程中的能量方程，介紹了能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)一、溫度溫度是描述物體冷熱狀態(tài)的物理量。礦井表示氣候條件的主要參數(shù)之一。熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)的單位K，攝式溫標(biāo)T=273.15+t二、壓力（壓強(qiáng)）空氣的壓力也稱為空氣的靜壓，用符號(hào)P表示。壓強(qiáng)在礦井通風(fēng)中習(xí)慣稱為壓力。它是空氣分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)器壁碰撞的宏觀表現(xiàn)。P=2/3n(1/2mv2)礦井常用壓強(qiáng)單位：PaMpammHgmmH20mmbarbaratm等。換算關(guān)系：1atm=760mmHg=1013.25mmbar=101325Pa１mmbar=100Pa=10.2mmH20,１mmHg=13.6mmH20=133.32Pa三、濕度表示空氣中所含水蒸汽量的多少或潮濕程度。表示空氣濕度的方法：絕對(duì)濕度、相對(duì)溫度和含濕量三種。１、絕對(duì)濕度每立方米空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量叫空氣的絕對(duì)溫度。其單位與密度單位相同（Kg/m3），其值等于水蒸汽在其分壓力與溫度下的密度。２、相對(duì)濕度單位體積空氣中實(shí)際含有的水蒸汽量（V）與其同溫度下的飽和水蒸汽含量（S）之比稱為空氣的相對(duì)濕度露點(diǎn)：將不飽和空氣冷卻時(shí)，隨著溫度逐漸下降，相對(duì)濕度逐漸增大，當(dāng)達(dá)到100％時(shí)，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)。３、含濕量含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量（kg）稱為空氣的含濕量。d=V／d,V=φPs/461Td=(P-φPs)/287Td=0.622φPs/(P-φPs)四、焓焓是一個(gè)復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，它是內(nèi)能u和壓力功PV之和，焓也稱熱焓。i=id+d?iV=1.0045t+d(2501+1.85t)實(shí)際應(yīng)用焓-濕圖（I-d)五、粘性流體抵抗剪切力的性質(zhì)。當(dāng)流體層間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流體內(nèi)部?jī)蓚€(gè)流體層的接觸面上，便產(chǎn)生粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱作流體的粘性。其大小主要取決于溫度。六、密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，與P、t、濕度等有關(guān)。濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密度之和，即：根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可推出空氣密度計(jì)算公式：kg/m3式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：Pa；φ為相對(duì)濕度；Ｔ為空氣絕對(duì)溫度，T=t+273,K。第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力能量與壓力是通風(fēng)工程中兩個(gè)重要的基本概念，壓力可以理解為：?jiǎn)挝惑w積空氣所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能。一、風(fēng)流的能量與壓力1.靜壓能－靜壓（1）靜壓能與靜壓的概念空氣的分子無時(shí)無刻不在作無秩序的熱運(yùn)動(dòng)。這種由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的分子動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，（２）靜壓特點(diǎn)a.無論靜止的空氣還是流動(dòng)的空氣都具有靜壓力；b.風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直于作用面；c.風(fēng)流靜壓的大?。梢杂脙x表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少。如說風(fēng)流的壓力為Pa，則指風(fēng)流1m3具有101332J的靜壓能。（３）壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)（表示方法）根據(jù)壓力的測(cè)算基準(zhǔn)不同，壓力可分為：絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。A、絕對(duì)壓力：以真空為測(cè)算零點(diǎn)（比較基準(zhǔn)）而測(cè)得的壓力稱之為絕對(duì)壓力，用P表示。B、相對(duì)壓力：以當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力為測(cè)算基準(zhǔn)(零點(diǎn))測(cè)得的壓力稱之為相對(duì)壓力，即通常所說的表壓力，用h表示。2、重力位能（1)重力位能的概念物體在地球重力場(chǎng)中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡(jiǎn)稱位能，用EPO表示。（２）位能計(jì)算重力位能的計(jì)算應(yīng)有一個(gè)參照基準(zhǔn)面。如下圖1－２兩斷面之間的位能差：Ep012=∫igdzi（3)位能與靜壓的關(guān)系當(dāng)空氣靜止時(shí)（v=0），由空氣靜力學(xué)可知：各斷面的機(jī)械能相等。（4)位能的特點(diǎn)a.位能是相對(duì)某一基準(zhǔn)面而具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化。但位能差為定值。b.位能是一種潛在的能量，它在本處對(duì)外無力的效應(yīng)，即不呈現(xiàn)壓力，故不能象靜壓那樣用儀表進(jìn)行直接測(cè)量。c.位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化時(shí)遵循能量守恒定律。3.動(dòng)能－動(dòng)壓（1)動(dòng)能與動(dòng)壓的概念當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，除了位能和靜壓能外，還有空氣定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，用Ev表示，J/m3；其動(dòng)能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動(dòng)壓或稱速壓，用符號(hào)hv表示，單位Pa。（2)動(dòng)壓的計(jì)算單位體積空氣所具有的動(dòng)能為：Evi＝i×v2×0.5式中：i－－I點(diǎn)的空氣密度，Kg/m3；v－－I點(diǎn)的空氣流速，m/s。Evi對(duì)外所呈現(xiàn)的動(dòng)壓hvi，其值相同。（3)動(dòng)壓的特點(diǎn)a.只有作定向流動(dòng)的空氣才具有動(dòng)壓，因此動(dòng)壓具有方向性。b.動(dòng)壓總是大于零。垂直流動(dòng)方向的作用面所承受的動(dòng)壓最大（即流動(dòng)方向上的動(dòng)壓真值）；當(dāng)作用面與流動(dòng)方向有夾角時(shí)，其感受到的動(dòng)壓值將小于動(dòng)壓真值。c.在同一流動(dòng)斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點(diǎn)的風(fēng)速不相等，所以其動(dòng)壓值不等。d.某斷面動(dòng)壓即為該斷面平均風(fēng)速計(jì)算值。（４）全壓風(fēng)道中任一點(diǎn)風(fēng)流，在其流動(dòng)方向上同時(shí)存在靜壓和動(dòng)壓，兩者之和稱之為該點(diǎn)風(fēng)流的全壓，即：全壓＝靜壓＋動(dòng)壓。說明：`A、相對(duì)全壓有正負(fù)之分；B、無論正壓通還是負(fù)壓通風(fēng)，Pti>Pihti＞hi。二、風(fēng)流的點(diǎn)壓力之間相互關(guān)系風(fēng)流的點(diǎn)壓力是指測(cè)點(diǎn)的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風(fēng)管道中流動(dòng)的風(fēng)流的點(diǎn)壓力可分為：靜壓、動(dòng)壓和全壓。|hti|=|hi|－h(huán)vi三、風(fēng)流點(diǎn)壓力的測(cè)定１、礦井主要壓力測(cè)定儀器儀表（１）絕對(duì)壓力測(cè)量：空盒氣壓計(jì)、精密氣壓計(jì)、水銀氣壓計(jì)等。(介紹實(shí)物)（２）壓差及相對(duì)壓力測(cè)量：恒溫氣壓計(jì)、“Ｕ”水柱計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)、傾斜單管壓差計(jì)。（３）感壓儀器：皮托管，承受和傳遞壓力，+-測(cè)壓２、壓力測(cè)定（１）絕對(duì)壓力－－直接測(cè)量讀數(shù)。（２）相對(duì)靜壓(以如圖正壓通風(fēng)為例)（注意連接方法）：（３）相對(duì)全壓、動(dòng)壓測(cè)量測(cè)定連接如圖（說明連接方法及水柱高度變化）第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程一、空氣流動(dòng)連續(xù)性方程ρ１V1S1＝ρ２V２S２式中ρ１、ρ2－－1、2斷面上空氣的平均密度，kg/m3；V1,，V2－－1、2斷面上空氣的平均流速，m/s；S1、S2－－1、２斷面面積，m2。兩種特例：（I）若S1＝S2，則ρ１V1＝ρ２V２；（II）若ρ１＝ρ２，則V1S1＝V２S２。對(duì)于不可壓縮流體，通過任一斷面的體積流量相等，即Q=viSi=const二、可壓縮流體的能量方程（一）、單位質(zhì)量(1kg)流量的能量方程在井巷通風(fēng)中，風(fēng)流的能量由機(jī)械能（靜壓能、動(dòng)壓能、位能）和內(nèi)能組成，常用1kg空氣或1m3空氣所具有的能量表示。機(jī)械能：靜壓能、動(dòng)壓能和位能之和。單位質(zhì)量可壓縮空氣在無壓源的井巷中流動(dòng)時(shí)能量方程可寫成如下一般形式。其中過程指數(shù)n按下式計(jì)算：有壓源Lt在時(shí)，單位質(zhì)量可壓縮空氣井巷中流動(dòng)時(shí)能量方程可寫成如下一般形式。令式中m表示1，2斷面間按狀態(tài)過程考慮的空氣平均密度，得則單位質(zhì)量流量的能量方程式又可寫為（二）、單位體積(1m3)流量的能量方程我國(guó)礦井通風(fēng)中習(xí)慣使用單位體積（1m3）流體的能量方程。在考慮空氣的可壓縮性時(shí)，那么1m3空氣流動(dòng)過程中的能量損失（hR，J/m3（Pa），即通風(fēng)阻力）可由1kg空氣流動(dòng)過程中的能量損失（LRJ/Kg）乘以按流動(dòng)過程狀態(tài)考慮計(jì)算的空氣密度m，即：hR=LR.m；則單位體積(1m3)流量的能量方程的書寫形式為：幾點(diǎn)說明：1、1m3空氣在流動(dòng)過程中的能量損失（通風(fēng)阻力）等于兩斷面間的機(jī)械能差。2、gm（Z1-Z2）是1、2斷面的位能差。當(dāng)1、2斷面的標(biāo)高差較大的情況下，該項(xiàng)數(shù)值在方程中往往占有很大的比重，必須準(zhǔn)確測(cè)算。其中，關(guān)鍵是m的計(jì)算，及基準(zhǔn)面的選取。m的測(cè)算原則：將1－2測(cè)段分為若干段，計(jì)算各測(cè)定斷面的空氣密度(測(cè)定P、t、φ)，求其幾何平均值?；鶞?zhǔn)面選?。喝y(cè)段之間的最低標(biāo)高作為基準(zhǔn)面。（三）、關(guān)于能量方程使用的幾點(diǎn)說明1.能量方程的意義是，表示1kg（或1m3）空氣由1斷面流向2斷面的過程中所消耗的能量（通風(fēng)阻力），等于流經(jīng)1、2斷面間空氣總機(jī)械能（靜壓能、動(dòng)壓能和位能）的變化量。2.風(fēng)流流動(dòng)必須是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間的變化而變化；所研究的始、末斷面要選在緩變流場(chǎng)上。3.風(fēng)流總是從總能量（機(jī)械能）大的地方流向總能量小的地方。在判斷風(fēng)流方向時(shí)，應(yīng)用始末兩斷面上的總能量來進(jìn)行，而不能只看其中的某一項(xiàng)。如不知風(fēng)流方向，列能量方程時(shí)，應(yīng)先假設(shè)風(fēng)流方向，如果計(jì)算出的能量損失（通風(fēng)阻力）為正，說明風(fēng)流方向假設(shè)正確；如果為負(fù)，則風(fēng)流方與假設(shè)相反。4.正確選擇求位能時(shí)的基準(zhǔn)面。5.在始、末斷面間有壓源時(shí)，壓源的作用方向與風(fēng)流的方向一致，壓源為正，說明壓源對(duì)風(fēng)流做功；如果兩者方向相反，壓源為負(fù)，則壓源成為通風(fēng)阻力。６.應(yīng)用能量方程時(shí)要注意各項(xiàng)單位的一致性。7、對(duì)于流動(dòng)過程中流量發(fā)生變化，則按總能量守恒與轉(zhuǎn)換定律列方程能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用一、水平風(fēng)道的通風(fēng)能量（壓力）坡度線（一）、能量（壓力）坡度線的作法意義：掌握壓力沿程變化情況；有利于通風(fēng)管理。１、風(fēng)流的邊界條件入口斷面處：風(fēng)流入口斷面處的絕對(duì)全壓等于大氣壓（可用能量方程加以證明，對(duì)入口斷面的內(nèi)外側(cè)列能量方程并忽略極小的入口流動(dòng)損失），即：Ptin=P0，所以，htin=0，hin=-hvin；出口斷面處：風(fēng)流出口斷面處的絕對(duì)靜壓等于大氣壓（可用能量方程加以證明，對(duì)出口斷面的內(nèi)外側(cè)列能量方程并忽略極小的出口流動(dòng)損失），即：Pex=P0，所以，hex=0，htex=hvex；２、作圖步驟１）、以縱坐標(biāo)為壓力（相對(duì)壓力或絕對(duì)壓力），橫坐標(biāo)為風(fēng)流流程。２）、根據(jù)邊界條件確定起始點(diǎn)位置。３）、將各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)靜壓和相對(duì)全壓與其流程的關(guān)系描繪在坐標(biāo)圖中。４）、最后將圖上的同名參數(shù)點(diǎn)用直線或曲線連接起來，就得到所要繪制的能量（壓力）坡度線。（二）、能量（壓力）坡度線的分析1、通風(fēng)阻力與能量（壓力）坡度線的關(guān)系2、能量（壓力）坡度線直觀明了地表達(dá)了風(fēng)流流動(dòng)過程中的能量變化。絕對(duì)全壓（相對(duì)全壓）沿程是逐漸減小的；絕對(duì)靜壓（相對(duì)靜壓）沿程分布是隨動(dòng)壓的大小變化而變化。3、擴(kuò)散器回收動(dòng)能（相對(duì)靜壓為負(fù)值）所謂擴(kuò)散器回收動(dòng)能，就是在風(fēng)流出口加設(shè)一段斷面逐漸擴(kuò)大的風(fēng)道，使得出口風(fēng)速變小，從而達(dá)到減小流入大氣的風(fēng)流動(dòng)能。擴(kuò)散器安設(shè)的是否合理，可用回收的動(dòng)能值（hv）與擴(kuò)散器自身的通風(fēng)阻力（hRd）相比較來確定，即：hv=hvex－h(huán)vex’hRd合理hv=hvex－h(huán)vex’<hRd不合理在壓入段出現(xiàn)相對(duì)靜壓為負(fù)值的現(xiàn)象分析，如上圖，對(duì)9～10段列能量方程：hR9～10=(P9＋hv9)－(P10+hv10)=P9＋hv9－P0－h(huán)v10=h9＋hv9－h(huán)v10∴h9=hR9～10－（hv9－h(huán)v10）如果：hv9－h(huán)v10>hR9～10，則，h9<0（為負(fù)值）因此，測(cè)定擴(kuò)散器中的相對(duì)靜值就可判斷擴(kuò)散器的安裝是否合理，相對(duì)靜壓的負(fù)值越大，其擴(kuò)散器回收動(dòng)能的效果越好。（三）、通風(fēng)機(jī)全壓（Ht）1、通風(fēng)機(jī)全壓的概念通風(fēng)機(jī)的作用：就是將電能轉(zhuǎn)換為風(fēng)流的機(jī)械能，促使風(fēng)流流動(dòng)。通風(fēng)機(jī)的全壓Ht等于通風(fēng)機(jī)出口全壓與入口全壓之差：Ht=Pt6－Pt52、通風(fēng)機(jī)全壓Ht與風(fēng)道通風(fēng)阻力、出口動(dòng)能損失的關(guān)系Ht=hR0～10＋hv10二、通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線(一)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線(二)礦井通風(fēng)系統(tǒng)能量（壓力）坡度線的分析1、能量（壓力）坡度線（a-b-c-d）清楚地反映了風(fēng)流在流動(dòng)過程中，沿程各斷面上全能量與通風(fēng)阻力hR之間的關(guān)系。全能量沿程逐漸下降，從入風(fēng)口至某斷面的通風(fēng)阻力就等于該斷面上全能量的下降值（如b0b），任意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于這兩個(gè)斷面全能量下降值的差。2、絕對(duì)全壓和絕對(duì)靜壓坡度線的坡度線變化有起伏（如1~2段風(fēng)流由上向下流動(dòng)，位能逐漸減小，靜壓逐漸增大；在3~4段其壓力坡度線變化正好相反，靜壓逐漸減小，位能逐漸增大）。說明，靜壓和位能之間可以相互轉(zhuǎn)化。3、1、4斷面的位能差(EP01-EP04)叫做自然風(fēng)壓(HN)。HN和通風(fēng)機(jī)全壓（Ht)共同克服礦井通風(fēng)阻力和出口動(dòng)能損失。HN+Ht(d2~e)=(d0~d)+(d1~d2)4、能量（壓力）坡度線可以清楚的看到風(fēng)流沿程各種能量的變化情況。特別是在復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，利用能量（壓力）坡度線可以直觀地比較任意兩點(diǎn)間的能量大小，判斷風(fēng)流方向。這對(duì)分析研究局部系統(tǒng)的均壓防滅火和控制瓦斯涌出是有力的工具。

第三章井巷通風(fēng)阻力本章重點(diǎn)和難點(diǎn)：摩擦阻力和局部阻力產(chǎn)生的原因和測(cè)算當(dāng)空氣沿井巷運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對(duì)風(fēng)流的阻滯、擾動(dòng)作用而形成通風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。井巷通風(fēng)阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布一、風(fēng)流流態(tài)1、管道流同一流體在同一管道中流動(dòng)時(shí)，不同的流速，會(huì)形成不同的流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速較低時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運(yùn)動(dòng)，稱為層流(或滯流)。當(dāng)流速較大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上都隨時(shí)發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動(dòng)，稱為紊流(或湍流)。（１）雷諾數(shù)－Re式中：平均流速v、管道直徑d和流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)γ。在實(shí)際工程計(jì)算中，為簡(jiǎn)便起見，通常以Re=2300作為管道流動(dòng)流態(tài)的判定準(zhǔn)數(shù)，即：Re≤2300層流，Re＞2300紊流（２）當(dāng)量直徑對(duì)于非圓形斷面的井巷，Re數(shù)中的管道直徑d應(yīng)以井巷斷面的當(dāng)量直徑de來表示：因此，非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)可用下式表示：對(duì)于不同形狀的井巷斷面，其周長(zhǎng)U與斷面積S的關(guān)系，可用下式表示：式中：C—斷面形狀系數(shù)：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。（舉例見P38）2、孔隙介質(zhì)流在采空區(qū)和煤層等多孔介質(zhì)中風(fēng)流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)為：式中：K—冒落帶滲流系數(shù)，m2；l—濾流帶粗糙度系數(shù)，m。層流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；過渡流0.25<Re<2.5。二、井巷斷面上風(fēng)速分布（1）紊流脈動(dòng)（2）時(shí)均速度（3）巷道風(fēng)速分布第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力一、摩擦阻力風(fēng)流在井巷中作沿程流動(dòng)時(shí)，由于流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學(xué)可知，無論層流還是紊流，以風(fēng)流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計(jì)算：(Pa)λ－－無因次系數(shù)，即摩擦阻力系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)求得。d——圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑；1．尼古拉茲實(shí)驗(yàn)2．層流摩擦阻力層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3、紊流摩擦阻力對(duì)于紊流運(yùn)動(dòng)，λ=f(Re，ε/r)，關(guān)系比較復(fù)雜。用當(dāng)量直徑de=4S/U代替d，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式：二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻1．摩擦阻力系數(shù)α礦井中大多數(shù)通風(fēng)井巷風(fēng)流的Re值已進(jìn)入阻力平方區(qū)，λ值只與相對(duì)糙度有關(guān)，對(duì)于幾何尺寸和支護(hù)已定型的井巷，相對(duì)糙度一定，則λ可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度ρ=1.2kg/m3。對(duì)上式，令：α稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為kg/m3或N.s2/m4。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式寫為：標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)：通過大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值α0值，當(dāng)井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時(shí)，其α值應(yīng)按下式修正：2．摩擦風(fēng)阻Rf對(duì)于已給定的井巷，L、U、S都為已知數(shù)，故可把上式中的α、L、U、S歸結(jié)為一個(gè)參數(shù)Rf：：Rf稱為巷道的摩擦風(fēng)阻，其單位為：kg/m7或N.s2/m8。工程單位：kgf.s2/m8，或?qū)懗桑簁μ。1N.s2/m8=9.8kμRf＝f(ρ,ε,S,U,L)。在正常條件下當(dāng)某一段井巷中的空氣密度ρ一般變化不大時(shí)，可將Rf看作是反映井巷幾何特征的參數(shù)。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式寫為：此式就是完全紊流(進(jìn)入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力計(jì)算方法新建礦井：查表得α0→α→Rf→hf生產(chǎn)礦井：hf→Rf→α→α0四、生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測(cè)定1、壓差計(jì)法用壓差計(jì)法測(cè)定通風(fēng)阻力的實(shí)質(zhì)是測(cè)量風(fēng)流兩點(diǎn)間的勢(shì)能差和動(dòng)壓差，計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)間的通阻力。其中：右側(cè)的第二項(xiàng)為動(dòng)壓差，通過測(cè)定1、2兩斷面的風(fēng)速、大氣壓、干濕球溫度，即可計(jì)算出它們的值。第一項(xiàng)和第三項(xiàng)之和稱為勢(shì)能差，需通過實(shí)際測(cè)定。布置方式及連接方法２）阻力計(jì)算２、氣壓計(jì)法（原理、方法）由能量方程：hR12=(P1-P2)+(1v12/2-2v22/2)+m12gZ12用精密氣壓計(jì)分另測(cè)得1，2斷面的靜壓P1，P2用干濕球溫度計(jì)測(cè)得t1,t2,t1’,t2’,和1，2，進(jìn)而計(jì)算1，2用風(fēng)表測(cè)定1，2斷面的風(fēng)速v1,v2。m12為1，2斷面的平均密度，若高差不大，就用算術(shù)平均值，若高差大，則有加權(quán)平均值；Z12——1，2斷面高差，從采掘工程平面圖查得。可用逐點(diǎn)測(cè)定法，一臺(tái)儀器在井底車場(chǎng)監(jiān)視大氣壓變化，然后對(duì)上式進(jìn)行修正。hR12=(P1-P2)+P12（+(1v12/2-2v22/2)+m12gZ12第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力一、局部阻力及其計(jì)算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動(dòng)壓的倍數(shù)來表示：式中：ξ——局部阻力系數(shù)，無因次。層流ξ計(jì)算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因v=Q/S,當(dāng)ξ確定后，便可用幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：１、突變紊流通過突變部分時(shí)，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。２、漸變主要是由于沿流動(dòng)方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。因?yàn)閂hvp，壓差的作用方向與流動(dòng)方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動(dòng)，面渦漩。３、轉(zhuǎn)彎處流體質(zhì)點(diǎn)在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用，在外側(cè)出現(xiàn)減速增壓，出現(xiàn)渦漩。４、分岔與會(huì)合上述的綜合?！嗑植孔枇Φ漠a(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關(guān)，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。二、局部阻力系數(shù)和局部風(fēng)阻(一)局部阻力系數(shù)ξ紊流局部阻力系數(shù)ξ一般主要取決于局部阻力物的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。1．突然擴(kuò)大2．突然縮小3．逐漸擴(kuò)大4．轉(zhuǎn)彎5．風(fēng)流分叉與匯合(二)局部風(fēng)阻在局部阻力計(jì)算式中，令，則有：式中Rl稱為局部風(fēng)阻，其單位為N.s2/m8或kg/m7。此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風(fēng)量的平方成正比第四節(jié)礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔一、井巷阻力特性在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風(fēng)量的平方成正比。故可寫成一般形式：h＝RQ2Pa。對(duì)于特定井巷，R為定值。用縱坐標(biāo)表示通風(fēng)阻力(或壓力)，橫坐標(biāo)表示通過風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)阻為R時(shí)，則每一風(fēng)量Qi值，便有一阻力hi值與之對(duì)應(yīng)，根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)（Qi,hi）即可畫出一條拋物線。這條曲線就叫該井巷的阻力特性曲線。風(fēng)阻R越大，曲線越陡。二、礦井總風(fēng)阻從入風(fēng)井口到主要通風(fēng)機(jī)入口，把順序連接的各段井巷的通風(fēng)阻力累加起來，就得到礦井通風(fēng)總阻力hRm，這就是井巷通風(fēng)阻力的疊加原則。三、礦井等積孔我國(guó)常用礦井等積孔作為衡量礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)。由此可見，A是Rm的函數(shù)，故可以表示礦井通風(fēng)的難易程度。當(dāng)A＞２，容易；A＝１~2，中等；A＜１困難。1、對(duì)于多風(fēng)機(jī)工作的礦井，應(yīng)根據(jù)各主要通風(fēng)機(jī)工作系統(tǒng)的通風(fēng)阻力和風(fēng)量，分別計(jì)算各主要通風(fēng)機(jī)所擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的等積孔，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。2、必須指出，表3-4-1所列衡量礦井通風(fēng)難易程度的等積孔值，是1873年繆爾格(Murgue)根據(jù)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)情況提出的［3］，一直沿用至今。由于現(xiàn)代的礦井規(guī)模、開采方法、機(jī)械化程度和通風(fēng)機(jī)能力等較以前已有很大的發(fā)展和提高，表中的數(shù)據(jù)對(duì)小型礦井還有一定的參考價(jià)值，對(duì)大型礦井或多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的礦井，衡量通風(fēng)難易程度的指標(biāo)還有待研究。第五節(jié)降低礦井通風(fēng)阻力措施降低礦井通風(fēng)阻力，對(duì)保證礦井安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益都具有重要意義。一、降低井巷摩擦阻力措施1．減小摩擦阻力系數(shù)α。2．保證有足夠大的井巷斷面。在其它參數(shù)不變時(shí)，井巷斷面擴(kuò)大33%，Rf值可減少50%。3．選用周長(zhǎng)較小的井巷。在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長(zhǎng)最小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長(zhǎng)較大。4．減少巷道長(zhǎng)度。5．避免巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中。二、降低局部阻力措施局部阻力與ξ值成正比，與斷面的平方成反比。因此，為降低局部阻力，應(yīng)盡量避免井巷斷面的突然擴(kuò)大或突然縮小，斷面大小懸殊的井巷，其連接處斷面應(yīng)逐漸變化。盡可能避免井巷直角轉(zhuǎn)彎或大于90°的轉(zhuǎn)彎，主要巷道內(nèi)不得隨意停放車輛、堆積木料等。要加強(qiáng)礦井總回風(fēng)道的維護(hù)和管理，對(duì)冒頂、片幫和積水處要及時(shí)處理。

第四章風(fēng)動(dòng)力我省煤礦地處丘陵地帶，大多采用平峒、暗斜井開拓，進(jìn)回風(fēng)井標(biāo)高差較大，自然風(fēng)壓較高，對(duì)煤礦的正常通風(fēng)有舉足輕重的作用。所以，這部分內(nèi)容對(duì)福建煤礦而言比較重要。本章重點(diǎn)與難點(diǎn)1、自然風(fēng)壓的產(chǎn)生、計(jì)算、利用與控制2、軸流式和離心式主要通風(fēng)機(jī)特性3、主要通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)4、主要通風(fēng)機(jī)的合理工作范圍欲使空氣在礦井中源源不斷地流動(dòng)，就必須克服空氣沿井巷流動(dòng)時(shí)所受到的阻力。這種克服通風(fēng)阻力的能量或壓力叫通風(fēng)動(dòng)力。由第二章可知，通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和自然風(fēng)壓均是礦井通風(fēng)的動(dòng)力。本章將就。對(duì)這兩種壓力對(duì)礦井通風(fēng)的作用、影響因素、特性進(jìn)行分析研究，以便合理地使用通風(fēng)動(dòng)力，從而使礦井通風(fēng)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠。第一節(jié)自然風(fēng)壓一、自然風(fēng)壓及其形成和計(jì)算自然風(fēng)壓與自然通風(fēng)圖4-1-1為一個(gè)簡(jiǎn)化的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，2-3為水平巷道，0-5為通過系統(tǒng)最高點(diǎn)的水平線。如果把地表大氣視為斷面無限大，風(fēng)阻為零的假想風(fēng)路，則通風(fēng)系統(tǒng)可視為一個(gè)閉合的回路。在冬季，由于空氣柱0-1-2比5-4-3的平均溫度較低，平均空氣密度較大，導(dǎo)致兩空氣柱作用在2-3水平面上的重力不等。其重力之差就是該系統(tǒng)的自然風(fēng)壓。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口5流出。在夏季時(shí)，若空氣柱5-4-3比0-1-2溫度低，平均密度大，則系統(tǒng)產(chǎn)生的自然風(fēng)壓方向與冬季相反。地面空氣從井口5流入，從井口1流出。這種由自然因素作用而形成的通風(fēng)叫自然通風(fēng)。4-1-1式中Z—礦井最高點(diǎn)至最低水平間的距離，m；g—重力加速度，m/s2；ρ1、ρ2—分別為0-1-2和5-4-3井巷中dZ段空氣密度，kg/m3。由于空氣密度受多種因素影響，與高度Z成復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。因此利用式4-2-1計(jì)算自然風(fēng)壓較為困難。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般采用測(cè)算出0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值ρm1和ρm2，用其分別代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，則(4-1-1)可寫為：4-1-2二、自然風(fēng)壓的影響因素及變化規(guī)律自然風(fēng)壓影響因素由式4-1-1可見，自然風(fēng)壓的影響因素可用下式表示：HN=f(ρZ）=f[ρ(T,P,R，φ)Z]4-1-3影響自然風(fēng)壓的決定性因素是兩側(cè)空氣柱的密度差，而影響空氣密度又由溫度T、大氣壓力P、氣體常數(shù)R和相對(duì)濕度φ等因素影響。1、礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差是影響HN的主要因素。2、空氣成分和濕度影響空氣的密度，因而對(duì)自然風(fēng)壓也有一定影響，但影響較小。3、井深。由式4—1—2可見，當(dāng)兩側(cè)空氣柱溫差一定時(shí)，自然風(fēng)壓與礦井或回路最高與最低點(diǎn)（水平）間的高差Z成正比。4、主要通風(fēng)機(jī)工作對(duì)自然風(fēng)壓的大小和方向也有一定影響。三、自然風(fēng)壓的控制和利用自然風(fēng)壓既是礦井通風(fēng)的動(dòng)力，也可能是事故的肇因。因此，研究自然風(fēng)壓的控制和利用具有重要意義。1、新設(shè)計(jì)礦井在選擇開拓方案、擬定通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮利用地形和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，使在全年大部分時(shí)間內(nèi)自然風(fēng)壓作用的方向與機(jī)械通風(fēng)風(fēng)壓的方向一致，以便利用自然風(fēng)壓。例如，在山區(qū)要盡量增大進(jìn)、回風(fēng)井井口的高差；進(jìn)風(fēng)井井口布置在背陽處等。2、根據(jù)自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，應(yīng)適時(shí)調(diào)整主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，使其既能滿足礦井通風(fēng)需要，又可節(jié)約電能。例如在冬季自然風(fēng)壓幫助機(jī)械通風(fēng)時(shí)，可采用減小葉片角度或轉(zhuǎn)速方法降低機(jī)械風(fēng)壓。3、在多井口通風(fēng)的山區(qū)，尤其在高瓦斯礦井，要掌握自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，防止因自然風(fēng)壓作用造成某些巷道無風(fēng)或反向而發(fā)生事故。4、在建井時(shí)期，要注意因地制宜和因時(shí)制宜利用自然風(fēng)壓通風(fēng)，如在表土施工階段可利用自然通風(fēng)；在主副井與風(fēng)井貫通之后，有時(shí)也可利用自然通風(fēng)；有條件時(shí)還可利用鉆孔構(gòu)成回路，形成自然風(fēng)壓，解決局部地區(qū)通風(fēng)問題。5、利用自然風(fēng)壓做好非常時(shí)期通風(fēng)。一旦主要通風(fēng)機(jī)因故遭受破壞時(shí)，便可利用自然風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)。這在礦井制定事故預(yù)防和處理計(jì)劃時(shí)應(yīng)予以考慮。第二節(jié)通風(fēng)機(jī)的類型及構(gòu)造礦井通風(fēng)的主要?jiǎng)恿κ峭L(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)是礦井的“肺臟”。其日夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，加之其功率大，因此其能耗很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)部屬煤礦主要通機(jī)平均電耗約占礦井電耗的16%。所以合理地選擇和使用通風(fēng)機(jī)，不僅關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)和職工的身體健康，而且對(duì)礦井的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有一定影響。礦用通風(fēng)機(jī)按其服務(wù)范圍可分為三種：1、主要通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于全礦或礦井的某一翼（部分）；2、輔助通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于礦井網(wǎng)絡(luò)的某一分支（采區(qū)或工作面），幫助主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，以保證該分支風(fēng)量；3、局部通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于獨(dú)頭掘進(jìn)井巷道等局部地區(qū)。按通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理可分為離心式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)兩種。一、離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理離心式通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口有單吸和雙吸兩種。在相同的條件下雙吸風(fēng)機(jī)葉（動(dòng)）輪寬度是單吸風(fēng)機(jī)的兩倍。在進(jìn)風(fēng)口與葉（動(dòng)）輪之間裝有前導(dǎo)器（有些通風(fēng)機(jī)無前導(dǎo)器），使進(jìn)入葉（動(dòng)）輪的氣流發(fā)生預(yù)旋繞，以達(dá)到調(diào)節(jié)性能之目的。常用型號(hào)。目前我國(guó)煤礦使用的離心式通風(fēng)機(jī)主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。這些品種通風(fēng)機(jī)具有規(guī)格齊全、效率高和噪聲低等特點(diǎn)。型號(hào)參數(shù)的含義舉例說明如下：G4—73—11№25D代表通風(fēng)機(jī)的用途，K表示表示傳動(dòng)方式礦用通風(fēng)機(jī)，G代表鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)葉輪直徑（25dm)表示通風(fēng)機(jī)在最高效率點(diǎn)時(shí)全壓系數(shù)10倍化整設(shè)計(jì)序號(hào)(1表示第一次設(shè)計(jì)）表示通風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)速(ns)化整表示進(jìn)風(fēng)口數(shù),1為單吸,0為雙吸二、軸流式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理軸流式通風(fēng)機(jī)主要由進(jìn)風(fēng)口、葉輪、整流器、風(fēng)筒、擴(kuò)散（芯筒）器和傳動(dòng)部件等部分組成。工作原理：常用型號(hào)。我國(guó)煤礦在用的軸流式通風(fēng)機(jī)有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（對(duì)旋式）等系列軸流式通風(fēng)機(jī)。在用的60年代產(chǎn)品70B2。軸流式通風(fēng)機(jī)型號(hào)的一般含義是：1K—58—4№25表示表示葉輪級(jí)數(shù),1表示通風(fēng)機(jī)葉輪直徑（25dm)單級(jí)，2表示雙級(jí)表示設(shè)計(jì)序號(hào)表示用途，K表示礦用，T表示通用表示通風(fēng)機(jī)輪轂比,0.58化整BDK658№24防爆型葉輪直徑（24dm)對(duì)旋結(jié)構(gòu)電機(jī)為8極（740r/min）表示用途，K為礦用輪轂比0.65的100倍化整對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是，一級(jí)葉輪和二級(jí)葉輪直接對(duì)接，旋轉(zhuǎn)方向相反；機(jī)翼形葉片的扭曲方向也相反，兩級(jí)葉片安裝角一般相差3o；電機(jī)為防爆型安裝在主風(fēng)筒中的密閉罩內(nèi)，與通風(fēng)機(jī)流道中的含瓦斯氣流隔離，密閉罩中有扁管與大氣相通，以達(dá)到散熱目的。此種通風(fēng)機(jī)可進(jìn)行反轉(zhuǎn)反風(fēng)。第三節(jié)通風(fēng)機(jī)附屬裝置一、風(fēng)硐風(fēng)硐是連接風(fēng)機(jī)和井筒的一段巷道。由于其通過風(fēng)量大、內(nèi)外壓差較大，應(yīng)盡量降低其風(fēng)阻，并減少漏風(fēng)。在風(fēng)硐的設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意下列問題：斷面適當(dāng)增大，使其風(fēng)速≤10m/s，最大不超過15m/s；轉(zhuǎn)彎平緩，應(yīng)成圓弧形；風(fēng)井與風(fēng)硐的連接處應(yīng)精心設(shè)計(jì)，風(fēng)硐的長(zhǎng)度應(yīng)盡量縮短，并減少局部阻力；風(fēng)硐直線部分要有一定的坡度，以利流水；風(fēng)硐應(yīng)安裝測(cè)定風(fēng)流壓力的測(cè)壓管。施工時(shí)應(yīng)使其壁面光滑，各類風(fēng)門要嚴(yán)密，使漏風(fēng)量小。二、擴(kuò)散器(擴(kuò)散塔)無論是抽出式還是壓入式通風(fēng)，無論是離心式通風(fēng)機(jī)還是軸流式通風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)的出口都外接一定長(zhǎng)度、斷面逐漸擴(kuò)大的構(gòu)筑物──擴(kuò)散器。其作用是降低出口速壓以提高風(fēng)機(jī)靜壓。小型離心式通風(fēng)機(jī)的擴(kuò)散器由金屬板焊接而成，擴(kuò)散器的擴(kuò)散角(敞角)α不宜過大，以阻止脫流，一般為8～10°；出口處斷面與入口處斷面之比約為3～4。擴(kuò)散器四面張角的大小應(yīng)視風(fēng)流從葉片出口的絕對(duì)速度方向而定。大型的離心式通風(fēng)機(jī)和大中型的軸流式通風(fēng)機(jī)的外接擴(kuò)散器，一般用磚和混凝土砌筑。其各部分尺寸應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、尺寸和空氣動(dòng)學(xué)特性等具體情況而定，總的原則是，擴(kuò)散器的阻力小，出口動(dòng)壓小并無回流。(可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。)三、防爆門(防爆井蓋)出風(fēng)井的上口，必須安裝防爆設(shè)施，在斜井井口安設(shè)防爆門，在立井井口安設(shè)防爆井蓋。其作用是，當(dāng)井下一旦發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸時(shí)，受高壓氣浪的沖擊作用，自動(dòng)打開，以保護(hù)主要通風(fēng)機(jī)免受毀壞；在正常情況下它是氣密的，以防止風(fēng)流短路。圖4-3-1所示為不提升的通風(fēng)立井井口的鐘形防爆井蓋。井蓋１用鋼板焊接而成，其下端放入凹槽２中，槽中盛油密封(不結(jié)冰地區(qū)用水封)，槽深與負(fù)壓相適應(yīng)；在其四周用四條鋼絲繩繞過滑輪３用重錘４配重；井口壁四周還應(yīng)裝設(shè)一定數(shù)量的壓腳５，在反風(fēng)時(shí)用以壓住井蓋，防止掀起造成風(fēng)流短路。裝有提升設(shè)備的井筒設(shè)井蓋門，一般為鐵木結(jié)構(gòu)。與門框接合處要加嚴(yán)密的膠皮墊層。防爆門(井蓋)應(yīng)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、維護(hù)良好、動(dòng)作可靠。圖4—3—1立井井口防爆蓋示意圖1.防爆井蓋2.密封液槽3.滑輪4.平衡重錘5.壓角6.風(fēng)硐四、反風(fēng)裝置和功能反風(fēng)裝置是用來使井下風(fēng)流反向的一種設(shè)施，以防止進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)入作業(yè)區(qū)；有時(shí)為了適應(yīng)救護(hù)工作也需要進(jìn)行反風(fēng)。反風(fēng)方法因風(fēng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)不同而異。目前的反風(fēng)方法主要有：設(shè)專用反風(fēng)道反風(fēng)；利用備用風(fēng)機(jī)作反風(fēng)道反風(fēng)；風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)和調(diào)節(jié)動(dòng)葉安裝角反風(fēng)。⒈設(shè)專用反風(fēng)道反風(fēng)圖4-3-2為軸流式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用反風(fēng)道反風(fēng)的示意圖。反風(fēng)時(shí)，風(fēng)門１、5、7打開，新鮮風(fēng)流由風(fēng)門１經(jīng)反風(fēng)門７進(jìn)入風(fēng)硐２，由通風(fēng)機(jī)３排出，然后經(jīng)反風(fēng)門５進(jìn)入反風(fēng)繞道６，再返回風(fēng)硐送入井下。正常通通風(fēng)時(shí)，風(fēng)門１、７、５均處于水平位置，井下的污濁風(fēng)流經(jīng)風(fēng)硐直接進(jìn)入通風(fēng)機(jī)，然后經(jīng)擴(kuò)散器４排到大氣中。圖4—3—2軸流式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用專用反風(fēng)道反風(fēng)示意圖圖4-3-3為離心式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用反風(fēng)道反風(fēng)的示意圖。通風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)反風(fēng)門１和２在實(shí)線位置。反風(fēng)時(shí)，風(fēng)門１提起，風(fēng)門２放下，風(fēng)流自反風(fēng)門２進(jìn)入通風(fēng)機(jī)，再?gòu)姆达L(fēng)門１進(jìn)入反風(fēng)道３，經(jīng)風(fēng)井流入井下。圖4—3—3離心式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用反風(fēng)道反風(fēng)示意圖2.軸流式通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)調(diào)換電動(dòng)機(jī)電源的任意兩項(xiàng)接線，使電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向，從而改變通風(fēng)機(jī)葉（動(dòng)）輪的旋轉(zhuǎn)方向，使井下風(fēng)流反向。此種方法基建費(fèi)較小，反風(fēng)方便。但反風(fēng)量較小。3.利用備用風(fēng)機(jī)的風(fēng)道反風(fēng)(無地道反風(fēng))。如圖4-3-4所示，當(dāng)兩臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)并排布置時(shí)，工作風(fēng)機(jī)(正轉(zhuǎn))可利用另一臺(tái)備用風(fēng)機(jī)的風(fēng)道作為“反風(fēng)道”進(jìn)行反風(fēng)。圖中Ⅱ號(hào)風(fēng)機(jī)正常通風(fēng)時(shí)，分風(fēng)風(fēng)門４、入風(fēng)門６、７和反風(fēng)門９處于實(shí)線位置。反風(fēng)時(shí)風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，將分風(fēng)風(fēng)門４、反風(fēng)門９Ⅰ９Ⅱ拉到虛線位置，然后開啟入風(fēng)門６、７，壓緊入風(fēng)門６、７，再妄動(dòng)啟動(dòng)Ⅱ號(hào)風(fēng)機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。圖4—3—4軸流式風(fēng)機(jī)無地道反風(fēng)⒋調(diào)整動(dòng)葉安裝角進(jìn)行反風(fēng)。對(duì)于動(dòng)葉可同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸流式通風(fēng)機(jī)，只要把所有葉片同時(shí)偏轉(zhuǎn)一定角度(大約120o)，不必改變?nèi)~（動(dòng)）輪轉(zhuǎn)向就可以實(shí)現(xiàn)礦井風(fēng)流反向，如圖4-3-5。我國(guó)上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)GAF型風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)上具有這種性能。國(guó)外此種風(fēng)機(jī)較多。圖4—3—5調(diào)整動(dòng)葉安裝角反風(fēng)反風(fēng)裝置應(yīng)滿足下列要求：定期進(jìn)行檢修，確保反風(fēng)裝置處于良好狀態(tài)；動(dòng)作靈敏可靠，能在10min內(nèi)改變巷道中風(fēng)流方向；結(jié)構(gòu)要嚴(yán)密，漏風(fēng)少；反風(fēng)量不應(yīng)小于正常風(fēng)量的40%；每年至少進(jìn)行一次反風(fēng)演習(xí)。第四節(jié)通風(fēng)機(jī)的實(shí)際特性曲線一、通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、風(fēng)機(jī)軸功率N、效率和轉(zhuǎn)速n等。（一）風(fēng)機(jī)(實(shí)際)流量Q風(fēng)機(jī)的實(shí)際流量一般是指實(shí)際時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量（無特殊說明時(shí)均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為,或。（二）風(fēng)機(jī)(實(shí)際)全壓Hf與靜壓Hs通風(fēng)機(jī)的全壓Ht是通風(fēng)機(jī)對(duì)空氣作功，消耗于每1m3空氣的能量（N·m/m3或Pa），其值為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差。在忽略自然風(fēng)壓時(shí)，Ht用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力hR和風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失hv，即Ht=hR+hV,4—4—1克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機(jī)的靜壓HS，PaHS=hR=RQ24-4-2因此Ht=HS+hV4-4-3(三）通風(fēng)機(jī)的功率通風(fēng)機(jī)的輸出功率（又稱空氣功率）以全壓計(jì)算時(shí)稱全壓功率Nt，用下式計(jì)算：Nt=HtQ×10-34—5—4用風(fēng)機(jī)靜壓計(jì)算輸出功率，稱為靜壓功率NS，即NS=HSQ×10—34-4-5因此，風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率N（kW）,4—5—6或4-4-7式中t、S分別為風(fēng)機(jī)折全壓和靜壓效率。設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率為m,傳動(dòng)效率為tr時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率為Nm,則4-4-8二、通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系和風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)（壓差計(jì)）示值含義三、通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、在風(fēng)阻Ｒ的管網(wǎng)上工作時(shí)、可測(cè)算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓Ｈ、風(fēng)量Ｑ、功率Ｎ、和效率η，這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為Ｒ時(shí)的工況點(diǎn)。改變管網(wǎng)的風(fēng)阻，便可得到另一組相應(yīng)的工作參數(shù)，通過多次改變管網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一系列工況參數(shù)。將這些參數(shù)對(duì)應(yīng)描繪在以Ｑ為橫坐標(biāo)，以Ｈ、Ｎ和η為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點(diǎn)連結(jié)起來，即得Ｈ─Ｑ、Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線，這組曲線稱為通風(fēng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速條件下的個(gè)體特性曲線。有時(shí)為了使用方便，僅采用風(fēng)機(jī)靜壓特性曲線(ＨS─Ｑ)。為了減少風(fēng)機(jī)的出口動(dòng)壓損失，抽出式通風(fēng)時(shí)主要通機(jī)的出口均外接擴(kuò)散器。通常把外接擴(kuò)散器看作通風(fēng)機(jī)的組成部分，總稱之為通風(fēng)機(jī)裝置。通風(fēng)機(jī)裝置的全壓Ｈt為擴(kuò)散器出口與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機(jī)的全壓Ｈt之關(guān)系為4-4-14式中hd━━擴(kuò)散器阻力。通風(fēng)機(jī)裝置靜壓Ｈsd因擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格不同而有變化，嚴(yán)格地說4-4-15式中hVd━─擴(kuò)散器出口動(dòng)壓。比較式４－4－10與式４－4－15可見，只有當(dāng)hd+hVd<hV時(shí)，才有Ｈsd>Ｈs，即通風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動(dòng)能損失之和小于通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失時(shí)，通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才會(huì)因加擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收動(dòng)能的作用。圖4－4－3表示了Ｈt、Ｈtd、Ｈs和Ｈsd之間的相互關(guān)系，由圖可見，安裝了設(shè)計(jì)合理的擴(kuò)散器之后，雖然增加了擴(kuò)散器阻力，使Ｈtd─Ｑ曲線低于Ｈt─Ｑ曲線，但由于hd+hVd<hV，故Ｈsd─Ｑ曲線高于Ｈs─Ｑ曲線（工況點(diǎn)由Ａ變至Ａ’）。若hd+hVd>hV，則說明了擴(kuò)散器設(shè)計(jì)不合理。圖4-4-3Ｈt、Ｈtd、Ｈs和Ｈsd之間的相互關(guān)系圖安裝擴(kuò)散器后回收的動(dòng)壓相對(duì)于風(fēng)機(jī)全壓來說很小，所以通常并不把通風(fēng)機(jī)特性和通風(fēng)機(jī)裝置特性嚴(yán)加區(qū)別。通風(fēng)機(jī)廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗(yàn)資料換算繪制的，一般是未考慮外接擴(kuò)散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，讀者應(yīng)能根據(jù)具體條件掌握它們的換算關(guān)系。圖4－4－4和圖4－4－5分別為軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線示例。軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺(tái)通風(fēng)機(jī)的駝峰區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點(diǎn)Ｄ以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；點(diǎn)Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段，風(fēng)機(jī)在該段工作，有時(shí)會(huì)引起風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)功率的急劇波動(dòng)，甚至機(jī)體發(fā)生震動(dòng)，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動(dòng)）現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞風(fēng)機(jī)。離心式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式通風(fēng)機(jī)平緩；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時(shí)，其風(fēng)量變化比軸流式通風(fēng)機(jī)要大。離心式通風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ又隨Ｑ增加而增大，只有在接近風(fēng)流短路時(shí)功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動(dòng)，避免因啟動(dòng)負(fù)荷過大而燒壞電機(jī)，離心式通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)硐中的閘門全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時(shí)，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時(shí)，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式通風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最小時(shí)啟動(dòng)，以減少啟動(dòng)負(fù)荷。圖5-4-4軸流式個(gè)體特性曲線圖5-4-5離心式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風(fēng)機(jī)給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式通風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線。對(duì)于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風(fēng)機(jī)的特性曲線，通常以圖4－7－2的形式給出，Ｈ─Ｑ曲線只畫出最大風(fēng)壓點(diǎn)右邊單調(diào)下降部分，且把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標(biāo)上，效率曲線是以等效率曲線的形式給出。四、無因次系數(shù)與類型特性曲線五、比例定律與通用特性曲線第五節(jié)通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行一、工況點(diǎn)的確定方法所謂工況點(diǎn)，即是風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)阻條件下的工作參數(shù)，如Ｑ、Ｈ、Ｎ和η等，一般是指Ｈ和Ｑ兩參數(shù)。已知通風(fēng)機(jī)的特性曲線，設(shè)礦井自然風(fēng)壓忽略不計(jì)，則可用下列方法求風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)。⒈圖解法⒉解方程法二、通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的合理工作范圍為使通風(fēng)機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)，它在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)的工況點(diǎn)必須在合理的范圍之內(nèi)。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不應(yīng)低于６０％；從安全方面來考慮，其工況點(diǎn)必須位于駝峰點(diǎn)的右下側(cè)、單調(diào)下降的直線段上。由于軸流式通風(fēng)機(jī)的性能曲線存在馬鞍形區(qū)段，為了防止礦井風(fēng)阻偶爾增加等原因，使工況點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，一般限定實(shí)際工作風(fēng)壓不得超過最高風(fēng)壓的９０％，即ＨS＜０.９ＨSmax。軸流式通風(fēng)機(jī)的工作范圍如圖４－5－１的陰影部分所示。上限為最大風(fēng)壓０.９倍的連線，下限為η＝０.６的等效曲線圖4-5-1軸流式通風(fēng)機(jī)的合理工作范圍通風(fēng)機(jī)葉（動(dòng)）輪的轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過額定轉(zhuǎn)速。分析主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)合理與否，應(yīng)使用實(shí)測(cè)的風(fēng)機(jī)裝置特性曲線。因廠方提供之曲線一般與實(shí)際不符，應(yīng)用時(shí)會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。三、主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)調(diào)節(jié)⒈改變風(fēng)阻特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)特性曲線不變時(shí)，改變其工作風(fēng)阻，工況點(diǎn)沿風(fēng)機(jī)特性曲線移動(dòng)。１）增風(fēng)調(diào)節(jié)。為了增加礦井的供風(fēng)量，可以采取下列措施：（１）減少礦井總風(fēng)阻。在礦井（或系統(tǒng)）的主要進(jìn)、回風(fēng)道采取增加并聯(lián)巷道、縮短風(fēng)路、擴(kuò)刷巷道斷面、更換摩擦阻力系數(shù)小的支架（護(hù)）、減小局部阻力等措施，均可收到一定效果。這種調(diào)節(jié)措施的優(yōu)點(diǎn)是，主要通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，但有時(shí)工程費(fèi)用較大。（２）當(dāng)?shù)孛嫱獠柯╋L(fēng)較大時(shí)，可以采取堵塞地面的外部漏風(fēng)措施。這樣做，通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量雖然因其工作風(fēng)阻增大而減小，但礦井風(fēng)量卻會(huì)因有效風(fēng)量率的提高而增大。這種方法實(shí)施簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益較好，但調(diào)節(jié)幅度不大。２）減風(fēng)調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)V井風(fēng)量過大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行減風(fēng)調(diào)節(jié)。其方法有：（１）增阻調(diào)節(jié)。對(duì)于離心式通風(fēng)機(jī)可利用風(fēng)硐中閘門增阻（減小其開度）。這種方法實(shí)施較簡(jiǎn)單，但因無故增阻而增加附加能量損耗。調(diào)節(jié)時(shí)間不宜過長(zhǎng)，只能作為權(quán)宜之計(jì)。（２）對(duì)于軸流式通風(fēng)機(jī)，當(dāng)其Ｎ─Ｑ曲線在工作段具有單調(diào)下降特點(diǎn)時(shí)，因種種原因不能實(shí)施低轉(zhuǎn)速和減少葉片安裝角度θ時(shí)，可以用增大外部漏風(fēng)的方法，來減小礦井風(fēng)量。這種方法比增阻調(diào)節(jié)要經(jīng)濟(jì)，但調(diào)節(jié)幅度較小。⒉改變風(fēng)機(jī)特性曲線這種調(diào)節(jié)方法的特點(diǎn)是礦井總風(fēng)阻不變，改變風(fēng)機(jī)特性，工況點(diǎn)沿風(fēng)阻特性曲線移動(dòng)。調(diào)節(jié)方法有：１）軸流風(fēng)機(jī)可采用改變?nèi)~安裝角度達(dá)到增減風(fēng)量的目的。２）裝有前導(dǎo)器的離心式通風(fēng)機(jī)，可以改變前導(dǎo)器葉片轉(zhuǎn)角進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。（１）改變電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刹捎每煽毓璐?jí)調(diào)速；更換合適轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)和采用變速電機(jī)（此種電機(jī)價(jià)格貴）等方法。（２）利用傳動(dòng)裝置調(diào)速。如，利用液壓聯(lián)軸器調(diào)速。其原理是，改變聯(lián)軸器工作室內(nèi)的液體量來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；利用皮帶輪傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)可以更換不同直徑的皮帶輪，改變傳動(dòng)比。這種方法只適用于小型離心式通風(fēng)機(jī)。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速?zèng)]有額外的能量損耗，對(duì)風(fēng)機(jī)的效率影響不大，因此是一種較經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法，當(dāng)調(diào)節(jié)期長(zhǎng)，調(diào)節(jié)幅度較大時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。但要注意，增大轉(zhuǎn)速時(shí)可能會(huì)使風(fēng)機(jī)震動(dòng)增加，噪音增大、軸承溫度升高和發(fā)生電動(dòng)機(jī)超載等問題。調(diào)節(jié)方法的選擇，取決于調(diào)節(jié)期長(zhǎng)短、調(diào)節(jié)幅度、投資大小和實(shí)施的難易程度。調(diào)節(jié)之前應(yīng)擬定多種方案，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)選用。選用時(shí)，還要考慮實(shí)施的可能性。有時(shí)，可以考慮采用綜合措施。第六節(jié)通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩大類。下面就兩種聯(lián)合工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析。一、風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作一臺(tái)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口直接或通過一段巷道（或管道）聯(lián)結(jié)到另一臺(tái)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口上同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，稱為風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作的特點(diǎn)是，通過管網(wǎng)的總風(fēng)量等于每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（沒有漏風(fēng)）。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓之和等于所克服管網(wǎng)的阻力。即h=Hs1+Hs2Q=Q1=Q2式中h為管網(wǎng)的總阻力，HS1、HS2分別為1、2兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工作靜壓；Q為管網(wǎng)的總風(fēng)量，Q1、Q2分別為1、2兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。1、風(fēng)壓特性曲線不同風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作分析2、風(fēng)壓特性曲線相同風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作3、風(fēng)機(jī)與自然風(fēng)壓串聯(lián)工作1）、自然風(fēng)壓特性自然風(fēng)壓特性是指自然風(fēng)壓與風(fēng)量之間的關(guān)系。在機(jī)械通風(fēng)礦井中，冬季自然風(fēng)壓隨風(fēng)量增大略有增大；夏季，若自然風(fēng)壓為負(fù)時(shí)，其絕對(duì)值亦將隨風(fēng)量增大而增大。風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)自然風(fēng)壓依然存在。故一般用平等Q軸的直線表示自然風(fēng)壓的特性。如圖4-6—3中Ⅱ和Ⅱ’分別表示正和負(fù)的自然風(fēng)壓特性。2）、自然風(fēng)壓對(duì)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)影響二、通風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作（一）集中并聯(lián)理論上，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口（或出風(fēng)口）可視為連接在同一點(diǎn)。所以兩風(fēng)機(jī)的裝置靜壓相等，等于管網(wǎng)阻力；兩風(fēng)機(jī)的風(fēng)量流過同一條巷道，故通過巷道的風(fēng)量等于兩臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量之和。式中符號(hào)同前。1、風(fēng)壓特性曲線不同風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作1）風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作的特點(diǎn)和工況分析如圖4-6-5所示，兩臺(tái)不同型號(hào)風(fēng)機(jī)F1和F2的特性曲線分別為Ⅰ、Ⅱ。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)后的等效合成曲線Ⅲ可按風(fēng)壓相等風(fēng)量相加原理求得。即在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓范圍內(nèi)，作若干條等風(fēng)壓線（壓力坐標(biāo)軸的垂線），在等風(fēng)壓線上把兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量相加，得該風(fēng)壓下并聯(lián)等效風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（點(diǎn)），將等效風(fēng)機(jī)的各個(gè)風(fēng)量點(diǎn)連起來，即可得到風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)等效合成特性曲線Ⅲ。風(fēng)機(jī)并聯(lián)后在風(fēng)阻為R的管網(wǎng)上工作，R與等效風(fēng)機(jī)的特性曲線Ⅲ的交點(diǎn)M，過M作縱坐標(biāo)軸垂線，分別與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于m1和m2，此兩點(diǎn)即是F1和F2兩風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。并聯(lián)工作的效果，也可用并聯(lián)等效風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量Q與能力較大風(fēng)機(jī)的F1單獨(dú)工作產(chǎn)生風(fēng)量Q1之差來分析。由圖4-6-5可見，當(dāng)ΔQ=Q-Q1>0，即工況點(diǎn)M位于合成特性曲線與大風(fēng)機(jī)曲線的交點(diǎn)A右側(cè)時(shí)，則并聯(lián)有效；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻R’（稱為臨界風(fēng)阻）通過A點(diǎn)時(shí)，ΔQ=0，則并聯(lián)增風(fēng)無效；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻R”>R’時(shí)，工況點(diǎn)M”位于A點(diǎn)左側(cè)時(shí)，ΔQ<0，即小風(fēng)機(jī)反向進(jìn)風(fēng)，則并聯(lián)不但不能增風(fēng)，反而有害。2、風(fēng)壓特性曲線相同風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作（二）對(duì)角并聯(lián)工況分析（1）并聯(lián)適用于管網(wǎng)風(fēng)阻較小，但因風(fēng)機(jī)能力小導(dǎo)致風(fēng)量不足的情況；（2）風(fēng)壓相同的風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行較好；（3）軸流式通風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)時(shí)，若風(fēng)阻過大則可能出現(xiàn)不穩(wěn)定運(yùn)行。所以，使用軸流式通風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，除要考慮并聯(lián)效果外，還要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。第七節(jié)礦井通風(fēng)設(shè)備選型*礦井通風(fēng)設(shè)備選型的主要任務(wù)是，根據(jù)通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)在已有的風(fēng)機(jī)系列產(chǎn)品中，選擇適合風(fēng)機(jī)型號(hào)、轉(zhuǎn)速和與之相匹配的電機(jī)。所選的風(fēng)機(jī)必需具有安全可靠，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)“煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范”等技術(shù)文件的有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行通風(fēng)機(jī)設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)符合下列要求：1、風(fēng)機(jī)的服務(wù)年限盡量滿足第一水平通風(fēng)要求，并適當(dāng)照顧二水平通風(fēng)；在風(fēng)機(jī)的服務(wù)年限內(nèi)其工況點(diǎn)應(yīng)在合理的工作范圍之內(nèi)。2、當(dāng)風(fēng)機(jī)服務(wù)年限內(nèi)通風(fēng)阻力變化較大時(shí)，可考慮分期選擇電機(jī)，但初裝電機(jī)的使用年限不小于5年。3、風(fēng)機(jī)的通風(fēng)能力應(yīng)留有一定富余量。在最大設(shè)計(jì)風(fēng)量時(shí)，軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片安裝角一般比允許使用最大值小5；風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不大于額定值90%。4、考慮風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)盡量避免使用風(fēng)硐閘門調(diào)節(jié)。5、正常情況下，主要通風(fēng)機(jī)不采用聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)。選型必備的基礎(chǔ)資料有：通風(fēng)機(jī)的工作方式（是抽出式還是壓入式）；礦井瓦斯等級(jí)；礦井不同時(shí)期的風(fēng)量；通風(fēng)機(jī)服務(wù)年限內(nèi)的最大阻力和最小阻力以及風(fēng)井是否作為提升用等。通風(fēng)機(jī)選型按下列步驟進(jìn)行：一、計(jì)算風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qf、最大和最小靜壓（抽流式）HSmax、Hsmin-或全壓（離心式）Htmax、Htmin；二、初選風(fēng)機(jī)根據(jù)Qf、Hsmax、Hsmin(或Htmax、Htmin）在新型高效風(fēng)機(jī)特性曲線上用直觀法篩選出滿足風(fēng)量和風(fēng)壓要求的若干個(gè)通風(fēng)機(jī)。三、求風(fēng)機(jī)的實(shí)際工點(diǎn)因?yàn)楦鶕?jù)Qf、Hsmax、Hsmin(或Htmax、Htmin）確定的工況點(diǎn)即設(shè)計(jì)工況點(diǎn)不一定恰好在所選擇風(fēng)機(jī)的特性曲線上，所以風(fēng)機(jī)選擇后必須確定實(shí)際工況點(diǎn)。1、計(jì)算風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻用靜壓特性曲線時(shí)，最大靜壓工作風(fēng)阻按下式計(jì)算4—7—42、同理可算出最小工作靜風(fēng)阻Rsmin.。用全壓特性曲線時(shí)，根據(jù)風(fēng)機(jī)的最大和最小工作全壓計(jì)算出最大和最小全壓工作風(fēng)阻Rtmax和Rtmin。在風(fēng)機(jī)特性曲線上作工作風(fēng)阻曲線，與風(fēng)壓特性曲線的交點(diǎn)即為實(shí)際工況點(diǎn)。四、確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)和轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)際工況點(diǎn)所確定的各個(gè)風(fēng)機(jī)的軸功率大小，并考慮對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)性能的要求，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，最后確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)和轉(zhuǎn)速。五、電機(jī)選擇1、根據(jù)最后選擇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)（H、Q、和）按下式計(jì)算所匹配電機(jī)的功率：4—7—5式中Nmmax(Nmmin)--通風(fēng)阻力最大（最小）時(shí)期所配電機(jī)功率，kW；Qfmax(Qfmin)--通風(fēng)阻力最大（最?。r(shí)期風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量，m3/s；Hmax(Hmin)--風(fēng)機(jī)實(shí)際最大（最?。┕ぷ黠L(fēng)壓，Pa；--通風(fēng)機(jī)工作效率（用全壓時(shí)為t，用靜壓時(shí)為s），%；tr--傳動(dòng)效率，直聯(lián)傳動(dòng)時(shí)t=1，皮帶傳動(dòng)時(shí)tr=0.95～0.9，聯(lián)軸器傳動(dòng)時(shí)tr=0.98;Km--電機(jī)容量備用系數(shù)，Km=1.1～1.2。2、電機(jī)種類及臺(tái)數(shù)選擇當(dāng)電機(jī)功率Nmmax>500kW時(shí)，宜選用同步電機(jī)，其功率為Nmmax，其優(yōu)點(diǎn)是在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可用來改善電網(wǎng)功率因數(shù)，缺點(diǎn)是初期投資大，采用異步電機(jī)時(shí)，當(dāng)可選一臺(tái)電機(jī)，功率為Nmmax；當(dāng)時(shí)選兩臺(tái)電機(jī)，后期電機(jī)功率為Nmmax，初期電機(jī)功率可按下式計(jì)算：4—7—6根據(jù)計(jì)算的Nmmax和Nm和通風(fēng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)數(shù)，在電機(jī)設(shè)備手冊(cè)上選用合適的電機(jī)。第八節(jié)噪音控制概述在人們的生活和工作環(huán)境中，噪音超過一定數(shù)值后就會(huì)造成環(huán)境污染，對(duì)人體健康和工作效率都有不同程度的影響。但對(duì)健康的影響往往是后效性的，容易被人們忽視。我國(guó)主要通風(fēng)機(jī)的噪音(１米附近)一般為100--120dB，風(fēng)機(jī)房噪聲達(dá)90dB(Ａ)以上，近年生產(chǎn)的對(duì)旋風(fēng)機(jī)噪音相對(duì)較低。因此，把噪聲控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)，是不可忽視的任務(wù)。風(fēng)機(jī)生產(chǎn)噪聲原因，歸納起來有：⒈空氣動(dòng)力噪聲，即由氣流的沖擊和渦流引起的噪聲；⒉機(jī)械振動(dòng)噪聲，是葉（動(dòng)）輪等回轉(zhuǎn)體不平衡及軸承磨損等原因引起；⒊空氣與機(jī)械互相作用而引起的噪聲。

第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)本章主要內(nèi)容及重點(diǎn)和難點(diǎn)1、風(fēng)量分配基本定律三大定律2、網(wǎng)絡(luò)圖及網(wǎng)絡(luò)特性1)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)2)角聯(lián)及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)3、網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)分析4、礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)5、計(jì)算機(jī)解算復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由縱橫交錯(cuò)的井巷構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。用圖論的方法對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行抽象描述，把通風(fēng)系統(tǒng)變成一個(gè)由線、點(diǎn)及其屬性組成的系統(tǒng)，稱為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。第一節(jié)風(fēng)量分配基本規(guī)律一、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)圖(一）礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖：用直觀的幾何圖形來表示通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。1.分支（邊、?。罕硎疽欢瓮L(fēng)井巷的有向線段，線段的方向代表井巷中的風(fēng)流方向。每條分支可有一個(gè)編號(hào)，稱為分支號(hào)。2.節(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)、頂點(diǎn)）：是兩條或兩條以上分支的交點(diǎn)。3.路（通路、道路）：是由若干條方向相同的分支首尾相連而成的線路。如圖中，1－2－5、1－2－4－6和1－3－6等均是通路。4.回路：由兩條或兩條以上分支首尾相連形成的閉合線路稱為回路。如圖中，2－4－3、2－5－6－3和1－3－6－75、樹：是指任意兩節(jié)點(diǎn)間至少存在一條通路但不含回路的一類特殊圖。由于這類圖的幾何形狀與樹相似，故得名。樹中的分支稱為樹枝。包含通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的全部節(jié)點(diǎn)的樹稱為其生成樹，簡(jiǎn)稱樹。（二）礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖特點(diǎn)：1）通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖只反映風(fēng)流方向及節(jié)點(diǎn)與分支間的相互關(guān)系，節(jié)點(diǎn)位置與分支線的形狀可以任意改變。2）能清楚地反映風(fēng)流的方向和分合關(guān)系，并且是進(jìn)行各種通風(fēng)計(jì)算的基礎(chǔ)，因此是礦井通風(fēng)管理的一種重要圖件。網(wǎng)絡(luò)圖兩種類型：一種是與通風(fēng)系統(tǒng)圖形狀基本一致的網(wǎng)絡(luò)圖，如圖5-1-3所示；另一種是曲線形狀的網(wǎng)絡(luò)圖，如圖5-1-4所示。但一般常用曲線網(wǎng)絡(luò)圖。繪制步驟：(1)節(jié)點(diǎn)編號(hào)在通風(fēng)系統(tǒng)圖上給井巷的交匯點(diǎn)標(biāo)上特定的節(jié)點(diǎn)號(hào)。(2)繪制草圖在圖紙上畫出節(jié)點(diǎn)符號(hào)，并用單線條（直線或弧線）連接有風(fēng)流連通的節(jié)點(diǎn)。(3)圖形整理按照正確、美觀的原則對(duì)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行修改。