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1矿井通风与空气调节基础知识 2现代化的局部通风机现代化的局部通风机3现代化的主要通风机现代化的主要通风机4第第1章章 矿内空气矿内空气矿井通风的任务和目的矿井通风的任务和目的:连续供给井下新鲜空气连续供给井下新鲜空气,供人呼吸供人呼吸,并排除并排除井下有毒有害气体与矿尘井下有毒有害气体与矿尘,创造良好的生产创造良好的生产作业环境作业环境,确保井下人员健康与安全确保井下人员健康与安全.矿井通风系统：矿井通风系统：通常被称为矿井的心脏与通常被称为矿井的心脏与动脉。矿井通风是保障矿井安全的最主要动脉。矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段之一。技术手段之一。5进风井筒进风井筒主要通风机主要通风机回风井回风井风门风门调节风窗调节风窗回风巷回风巷进风巷进风巷密闭墙密闭墙风桥风桥工作面工作面辅助通风机辅助通风机简化的通风系统立体图进风巷进风巷6矿内空气的主要成分矿内空气的主要成分一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻一般来说，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的进风巷道内的空气称为新鲜空气（新风）新鲜空气（新风）；经过用风地；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊污浊空气（乏风）空气（乏风）。矿内空气主要成分除氧气（矿内空气主要成分除氧气（OO2 2）、氮气（）、氮气（N N2 2）、二氧化碳）、二氧化碳（COCO2 2）、水蒸汽（）、水蒸汽（HH2 2OO）以外，）以外，有时还混入一些有害气体有时还混入一些有害气体，如瓦斯（，如瓦斯（CHCH4 4）、一氧化碳）、一氧化碳（COCO）、硫化氢（）、硫化氢（HH2 2S S）、二氧化硫（）、二氧化硫（SOSO2 2）、二氧化氮）、二氧化氮（NONO2 2）、氨气（）、氨气（NHNH3 3）、氢气（）、氢气（HH2 2）和矿尘等。）和矿尘等。7氧氧浓浓度度（体（体积积）/%主要症状主要症状17静止静止时时无影响，工作无影响，工作时时能引起喘息和呼吸困能引起喘息和呼吸困难难15呼吸及心跳急促，耳呼吸及心跳急促，耳鸣鸣目眩，感目眩，感觉觉和判断能力和判断能力降低，失去降低，失去劳动劳动能力能力101212失去理智，失去理智，时间时间稍稍长长有生命危有生命危险险69 9失去知失去知觉觉，呼吸停止，如不及，呼吸停止，如不及时抢时抢救几分救几分钟钟内内可能可能导导致死亡致死亡当空气中氧浓度降低时，人体就可能产生不良生理反应，出现种种不适症状，严重时可能导致缺氧死亡。人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系8研究表明：研究表明：当氧气浓度低于当氧气浓度低于12%时，可燃物失爆；时，可燃物失爆；当氧气浓度低于当氧气浓度低于3%时，可燃物失燃。时，可燃物失燃。9（1）氧气（氧气（O2）矿内空气中氧浓度降低的主要原因矿内空气中氧浓度降低的主要原因人员呼吸人员呼吸煤岩和其他有机物的缓慢氧化煤岩和其他有机物的缓慢氧化煤炭自燃煤炭自燃瓦斯、煤尘爆炸瓦斯、煤尘爆炸煤岩和生产过程中产生的各种有害气体煤岩和生产过程中产生的各种有害气体 在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入，在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入，就可能引起人员的缺氧窒息。就可能引起人员的缺氧窒息。10煤矿安全规程煤矿安全规程规定，采掘工作面的进规定，采掘工作面的进风流中氧气浓度（按体积百分比计算）不风流中氧气浓度（按体积百分比计算）不得低于得低于20%。为此，必须对矿井进行不断的通风，将适为此，必须对矿井进行不断的通风，将适量的新鲜空气源源不断地送到井下。这是量的新鲜空气源源不断地送到井下。这是矿井通风最基本的任务之一。矿井通风最基本的任务之一。11 矿内空气的主要成分矿内空气的主要成分（2）氮气（）氮气（N2）氮气氮气是无色、无味、无是无色、无味、无臭臭的惰性气体，是新鲜空的惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，对空气的相对密度为气中的主要成分，对空气的相对密度为0.97，它，它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。灭火和防止瓦斯爆炸。矿井空气中氮气主要来源矿井空气中氮气主要来源是：地面大气、井下爆是：地面大气、井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。12 矿内空气的主要成分矿内空气的主要成分（3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2）二氧化碳二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，是无色，略带酸臭味的气体，比重为比重为1.52，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合，故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。喉粘膜有刺激作用。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持。的正常呼吸功能就不能维持。13二氧化碳对人呼吸的影响二氧化碳对人呼吸的影响在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能。者的呼吸机能。当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。员中毒或窒息。（3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2）14 二氧化碳中毒症状与浓度的关系二氧化碳中毒症状与浓度的关系二氧化碳二氧化碳浓浓度度（体（体积积）/%主主 要要 症症 状状1呼吸加深，但呼吸加深，但对对工作效率无明工作效率无明显显影响影响3呼吸急促，心跳加快，呼吸急促，心跳加快，头头痛，人体很快痛，人体很快疲疲劳劳5呼吸困呼吸困难难，头头痛，痛，恶恶心，呕吐，耳心，呕吐，耳鸣鸣6严严重喘息，极度虚弱无力重喘息，极度虚弱无力79 9动动作不直作不直协调协调，大，大约约十分十分钟钟可可发发生昏迷生昏迷91111数数分分钟钟内可内可导导致死亡致死亡15矿井空气中二氧化碳的主要来源矿井空气中二氧化碳的主要来源煤和有机物的氧化；人员呼吸；煤和有机物的氧化；人员呼吸；碳酸性岩石分解；炸药爆破；碳酸性岩石分解；炸药爆破；煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然大量喷出，给矿井带来极大的危害。大量喷出，给矿井带来极大的危害。（3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2）16规程规程规定规定采掘工作面的进风流中，采掘工作面的进风流中，CO2不超过不超过0.5%。采区回风巷和采掘工作面回风巷回风流中采区回风巷和采掘工作面回风巷回风流中二氧化碳浓度达到二氧化碳浓度达到1.5%时，必须停止工作，时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。理。总回风巷或一翼回风巷中，二氧化碳超过总回风巷或一翼回风巷中，二氧化碳超过0.75%时，必须查明原因，进行处理。时，必须查明原因，进行处理。（3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2）17矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体（1 1）一氧化碳（）一氧化碳（COCO）COCO是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为0.97,0.97,微溶于水微溶于水,能与空气均匀地混合。能与空气均匀地混合。COCO能燃烧，浓度在能燃烧，浓度在131375%75%时有爆炸的危险；时有爆炸的危险；COCO与人体血液中血红素的亲合力比氧大与人体血液中血红素的亲合力比氧大150150300300倍倍（血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的（血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞）。细胞）。一旦一旦COCO进入人体后，首先就与血液中的血红素相结进入人体后，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，从而造成人体血液失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息窒息”。18一氧化碳中毒症状与浓度的关系一氧化碳中毒症状与浓度的关系COCO浓度（体积）浓度（体积）/%/%主主 要要 症症 状状0.020.022 23 3小时内可能引起轻微头痛小时内可能引起轻微头痛0.080.084040分钟内出现头痛分钟内出现头痛,眩晕和恶心。眩晕和恶心。2 2小时小时内发生体温和血压下降，脉搏微弱，出内发生体温和血压下降，脉搏微弱，出冷汗，可能出现昏迷。冷汗，可能出现昏迷。0.320.325 51010分钟内出现头痛，眩晕。半小时分钟内出现头痛，眩晕。半小时内可能出现昏迷并有死亡危险。内可能出现昏迷并有死亡危险。1.281.28几分钟内出现昏迷和死亡。几分钟内出现昏迷和死亡。19（1 1）一氧化碳（）一氧化碳（COCO）矿内矿内CO的来源与允许浓度的来源与允许浓度空气中一氧化碳的主要来源有：矿内爆破空气中一氧化碳的主要来源有：矿内爆破作业、煤炭自燃及发生火灾或煤尘、瓦斯作业、煤炭自燃及发生火灾或煤尘、瓦斯爆炸时都能产生一氧化碳爆炸时都能产生一氧化碳 规程规程规定规定:矿内空气中矿内空气中CO浓度不得超过浓度不得超过0.0024%。20 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体（2）硫化氢（）硫化氢（H2S）硫化氢硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到无色、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。硫即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢对空气的相对密度为化氢对空气的相对密度为1.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解的水可溶解2.5个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.3%45.5%时有爆炸危险。时有爆炸危险。硫化氢硫化氢有剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水有剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水肿；而且还能阻碍生物的氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓肿；而且还能阻碍生物的氧化过程，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，腐蚀刺激作用往往不明显。硫化氢中毒症状与浓度的关系如或死亡，腐蚀刺激作用往往不明显。硫化氢中毒症状与浓度的关系如表表1-1-5所示。所示。21 H2S中毒症状与浓度的关系中毒症状与浓度的关系硫化硫化氢浓氢浓度度/%主主 要要 症症 状状0.00250.003有有强强烈臭味烈臭味0.0050.0112h内出内出现现眼及呼吸道刺激症状眼及呼吸道刺激症状,臭味臭味“减弱减弱”或或“消失消失”0.0150.02出出现恶现恶心，呕吐，心，呕吐，头晕头晕，四肢无力，反，四肢无力，反应应迟钝迟钝。眼和呼吸道有。眼和呼吸道有强强烈刺激症状烈刺激症状0.0350.0450.51h内出内出现严现严重中毒重中毒,可可发发生肺炎、支气管生肺炎、支气管炎及肺水炎及肺水肿肿，有死亡危，有死亡危险险。0.060.07很快昏迷，短很快昏迷，短时间时间内死亡。内死亡。22井下井下H2S的来源与允许浓度的来源与允许浓度井下空气中井下空气中H2S的主要来源：有机物腐烂；的主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和废旧巷道积水中放出；我国有些矿空区和废旧巷道积水中放出；我国有些矿区煤层中也有硫化氢涌出。区煤层中也有硫化氢涌出。规程规程规定：井下空气中规定：井下空气中H2S含量不得超含量不得超过过0.00066%。23（3）二氧化氮（）二氧化氮（NO2）二氧化氮二氧化氮是一种褐红色的气体是一种褐红色的气体,有强烈的刺激气味有强烈的刺激气味,相对密度为相对密度为1.59,易溶于水易溶于水.二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,对眼睛、对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。严重时可引起肺水肿。二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚持工作。明显感觉，还可坚持工作。但经过但经过624小时后发小时后发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。嗽、头痛、呕吐甚至死亡。二氧化氮中毒症状与浓度的关系如下表所示。二氧化氮中毒症状与浓度的关系如下表所示。24二氧化氮中毒症状与浓度的关系二氧化氮中毒症状与浓度的关系二氧化氮二氧化氮（体（体积积）/%主主 要要 症症 状状0.00424 4小小时时内可出内可出现现咳嗽症状。咳嗽症状。0.006短短时间时间内感到喉内感到喉咙咙刺激，咳嗽，胸疼。刺激，咳嗽，胸疼。0.01短短时间时间内出内出现严现严重中毒症状，神重中毒症状，神经经麻痹，麻痹，严惩严惩咳嗽，咳嗽，恶恶心，呕吐。心，呕吐。0.025短短时间时间内可能出内可能出现现死亡。死亡。25（3）二氧化氮（）二氧化氮（NO2）二氧化氮的来源与允许浓度二氧化氮的来源与允许浓度矿内空气中二氧化氮的主要来源：井矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破工作。下爆破工作。规程规程规定，氮氧化合物不得超过规定，氮氧化合物不得超过0.00025%。26 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体（4）二氧化硫（）二氧化硫（SO2）二氧化硫为无色气体，具有强烈的硫磺气味及酸味，二氧化硫为无色气体，具有强烈的硫磺气味及酸味，对空气的相对密度为对空气的相对密度为1.4337，易积聚在巷道底部，易积聚在巷道底部，易溶于水。易溶于水。二氧化硫与水后生成硫酸二氧化硫与水后生成硫酸,对呼吸器官有腐蚀作用对呼吸器官有腐蚀作用,使用喉咙和支气管发炎使用喉咙和支气管发炎,呼吸麻痹呼吸麻痹,严重时引起肺病严重时引起肺病水肿水肿,当空气中含二氧化硫为当空气中含二氧化硫为0.0005%时时,嗅觉器官能闻嗅觉器官能闻到刺激味。到刺激味。0.002%时时,有强烈的刺激有强烈的刺激,可引起头痛和可引起头痛和喉痛。喉痛。0.05%时，引起急性支气管炎和肺水肿，短时，引起急性支气管炎和肺水肿，短期间内即死亡。期间内即死亡。27（4）二氧化硫（）二氧化硫（SO2）二氧化硫的来源与允许浓度二氧化硫的来源与允许浓度矿内含硫矿物氧化、燃烧及在含硫矿物中矿内含硫矿物氧化、燃烧及在含硫矿物中爆破都会产生二氧化硫，有时含硫矿层也爆破都会产生二氧化硫，有时含硫矿层也涌出二氧化硫。涌出二氧化硫。规程规程规定矿内空气中二氧化硫最高容规定矿内空气中二氧化硫最高容许浓度为许浓度为0.0005%。28 矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体（5）氨气（）氨气（NH3）氨气氨气为无色、有剧毒的气体，对空气的相为无色、有剧毒的气体，对空气的相对密度为对密度为0.59，易溶于水，对人体有毒害作，易溶于水，对人体有毒害作用用规程规程规定规定，矿内最大容许浓度为，矿内最大容许浓度为0.004%(3mg/m3)。但当其浓度达到。但当其浓度达到0.01%时就时就可嗅到其特殊臭味。氨气主要在矿内发生可嗅到其特殊臭味。氨气主要在矿内发生火灾或爆炸事故时产生。火灾或爆炸事故时产生。29矿内空气中常见的有害气体矿内空气中常见的有害气体（6）瓦斯（）瓦斯（CH4）瓦斯的主要成分是甲烷（瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无），甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为0.55，难溶于水，扩散性较空气高，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。倍。虽然无毒，但当浓度较高时，会引起窒息。不助虽然无毒，但当浓度较高时，会引起窒息。不助燃，但在空气中具有一定浓度（燃，但在空气中具有一定浓度（516%）并遇到）并遇到高温（高温（650750）时能引起爆炸。）时能引起爆炸。规程规程规定规定，工作面进风流中，工作面进风流中CH4的浓度不能的浓度不能大于大于0.5%，采掘工作面和采区的回风流中，采掘工作面和采区的回风流中CH4的的浓度不能大于浓度不能大于1.0%，矿井和一翼的总回风流中，矿井和一翼的总回风流中，CH4最高容许浓度为最高容许浓度为0.75%。30第第2章章 矿井通风阻力矿井通风阻力风风流流必必须须具具有有一一定定的的能能量量，用用以以克克服服井井巷巷对对风风流流所所呈呈现现的的通通风风阻阻力力。通通常常矿矿井井通通风风阻阻力力分分为为摩摩擦擦阻阻力力与与局局部部阻阻力力两两类类，它它们们与与风风流流的的流流动动状状态态有有关关。一一般般情情况况下下，摩摩擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分。擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分。31摩擦阻力摩擦阻力3.2.1 摩擦阻力的意义和理论基础摩擦阻力的意义和理论基础风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力称作壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力称作摩摩擦阻力擦阻力。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流态向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流态不同的风流，摩擦阻力不同的风流，摩擦阻力hf r的产生情况和大小也不的产生情况和大小也不同。同。32摩擦阻力摩擦阻力前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式是：前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式是：式中式中为实验比例系数，无因次；为实验比例系数，无因次；为水流的密度，为水流的密度，L为圆管的长度，为圆管的长度，m；d为圆管的直径，为圆管的直径，m；V为圆管内水流的平均速度，为圆管内水流的平均速度，m/s。上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流态的风流都能应用，只是流态不同时，式态的风流都能应用，只是流态不同时，式中中的实验的实验表达式不同。表达式不同。33摩擦阻力计算公式的推导摩擦阻力计算公式的推导由达西公式：由达西公式：又因为又因为式中：式中：r管道水力半径，管道水力半径，m S与流动方向相垂直的截面积，与流动方向相垂直的截面积，U被流体所浸润的周边长度，被流体所浸润的周边长度，m34摩擦阻力计算公式的推导摩擦阻力计算公式的推导将将 代入达西公式得代入达西公式得令令 则则又因为若通过井巷的风量为又因为若通过井巷的风量为 ，则，则 代代入上式得入上式得此式即为摩擦阻力的计算公式此式即为摩擦阻力的计算公式35摩擦阻力的计算方法摩擦阻力的计算方法完全紊流状态下井巷的摩擦阻力的计算是完全紊流状态下井巷的摩擦阻力的计算是新矿井通风设计的重要依据。新矿井通风设计的重要依据。即按照所设计的井巷长度、周界、净断面即按照所设计的井巷长度、周界、净断面积、支护方式和要求通过的风量，以及其积、支护方式和要求通过的风量，以及其中有无提升运输设备等，用查表法选定该中有无提升运输设备等，用查表法选定该井巷的摩擦阻力系数值，然后计算该井巷井巷的摩擦阻力系数值，然后计算该井巷的摩擦阻力。的摩擦阻力。36局部阻力局部阻力局部阻力的概念局部阻力的概念 风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附加的阻力，称为局部阻力。加的阻力，称为局部阻力。井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、分叉和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回分叉和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回风井口等。风井口等。37局部阻力局部阻力 局部阻力的计算方法局部阻力的计算方法在一般情况下，由于矿井内风流的速压较小，所产生的局在一般情况下，由于矿井内风流的速压较小，所产生的局部风阻也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力部风阻也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力的的1020%左右。左右。故在通风设计工作中，不逐一计算井下各处的局部阻力，故在通风设计工作中，不逐一计算井下各处的局部阻力，只在这个百分数范围内估计一个总数。但对掘进通风用的只在这个百分数范围内估计一个总数。但对掘进通风用的风筒和风量较大的井巷，由于其中风流的速压较大，就要风筒和风量较大的井巷，由于其中风流的速压较大，就要逐一计算局部阻力。逐一计算局部阻力。计算局部阻力时，用下式比较简便。先要根据井巷局部地计算局部阻力时，用下式比较简便。先要根据井巷局部地点的特征，对照前人实验所得表中查出局部阻力系数的近点的特征，对照前人实验所得表中查出局部阻力系数的近似值，然后用图表中所指定的相应风速进行计算。似值，然后用图表中所指定的相应风速进行计算。38几种局部阻力的几种局部阻力的值值 39第第3章章 通风动力通风动力 欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。这种克服通风阻力的能量或压力叫这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动通风动力力。通风机风压和自然风压均是矿井通风通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力的动力。40通风动力的基本概念通风动力的基本概念机械风压机械风压空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着能量差，由通风机造成的能量差，为存在着能量差，由通风机造成的能量差，为机机机机械风压械风压械风压械风压自然风压自然风压由矿井自然条件产生的能量差，则为由矿井自然条件产生的能量差，则为自然风压自然风压自然风压自然风压 机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动。用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动。41矿用通风机类型及构造矿用通风机类型及构造通风用的机械称为通风机（或通风机），通风用的机械称为通风机（或通风机），按服务范围分为：按服务范围分为：主要通风机主要通风机 辅助通风机辅助通风机 局部通风机。局部通风机。42（1）主要通风机）主要通风机 担负整个矿井或矿井的一翼或担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通风机。风机。主要通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和主要通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。主要通风机一般安装在地面上，也是矿井的重要主要通风机一般安装在地面上，也是矿井的重要耗电设备。所以对主要通风机的选用，必须从安耗电设备。所以对主要通风机的选用，必须从安全、技术、经济等方面进行综合考虑。全、技术、经济等方面进行综合考虑。43（2）辅助通风机）辅助通风机 用来帮助矿井主要通风机对一翼或用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机，称一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机，称为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装在为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装在井下，目前已很少使用。井下，目前已很少使用。（3）局部通风机）局部通风机 为满足井下某一局部地点通风需要为满足井下某一局部地点通风需要而使用的通风机，称为局部通风机。局部通风机主要而使用的通风机，称为局部通风机。局部通风机主要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。本章重点讨论主要通风机。矿用主要通风机按其构造本章重点讨论主要通风机。矿用主要通风机按其构造和工作原理不同，可分为离和工作原理不同，可分为离心式通风机心式通风机和和轴流式通风轴流式通风机机两大类，其中轴流式通风机又可分为普通式和对旋两大类，其中轴流式通风机又可分为普通式和对旋式两种。式两种。44一、离心式通风机一、离心式通风机离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主要由动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形要由动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等部件构成。扩散器和电动机等部件构成。4546当叶轮转动时，靠当叶轮转动时，靠离心力作用离心力作用，空气由吸风口，空气由吸风口12进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后折转折转90沿径向离开叶轮而流入机壳沿径向离开叶轮而流入机壳2中，再经中，再经扩散器扩散器3排出排出.空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通风阻力促使空气流动，达到了通风的目的。风阻力促使空气流动，达到了通风的目的。47我国矿井使用的离心式风机主要有我国矿井使用的离心式风机主要有G4-73、K4-73、Y4-73和和4-72等系列，该类风机的特点是特性曲线较等系列，该类风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高，且具有启动平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高，且具有启动功率较小等特点。功率较小等特点。运行时调节门（前导器）可在运行时调节门（前导器）可在070范围内调节，范围内调节，用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电机或用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电机或电机调速来改变其运行工况，适应性较好。电机调速来改变其运行工况，适应性较好。其中其中4-72系列离心式风机主要用于风量和通风阻力不系列离心式风机主要用于风量和通风阻力不是太大的中小型矿井。我国小型煤矿使用该系列风机是太大的中小型矿井。我国小型煤矿使用该系列风机较多，由于机型小，配置电机的容量也小，可配用较多，由于机型小，配置电机的容量也小，可配用380 V或或660 V电压的电机，适用于低压供电的矿井。电压的电机，适用于低压供电的矿井。48轴轴流流式式通通风风机机:由由动动轮轮l，圆圆筒筒形形机机壳壳3、集集风风器器4、整整流流器器5、流流线线体体6和和环环形形扩扩散散器器7所所组组成成。集集风风器器是是外外壳壳呈呈曲曲线线形形且且断断面面收收缩缩的的风风筒筒。流流线线体体是是一一个个遮遮盖盖动动轮轮轮轮毂毂部部分分的的曲曲面面圆圆锥锥形形罩罩，它它与与集集风风器器构构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。轴流式通风机动轮由固定在轮动轮由固定在轮轴上的轮毂和等轴上的轮毂和等间距安装的叶片间距安装的叶片2组成。组成。49 叶叶片片的的安安装装角角可可以以根根据据需需要要来来调调整整，国国产产轴轴流流式式通通风风机机的的叶叶片片安安装装角角一一般般可可调调为为15、25、30、35、40和和45七种，使用时可以每隔七种，使用时可以每隔2.5调一次。调一次。叶叶片片按按等等间间距距t安安装装在在动动轮轮上上，当当动动轮轮的的机机翼翼形形叶叶片片在在空空气气中中快快速速扫扫过过时时，由由于于叶叶片片的的凹凹面面与与空空气气冲冲击击，给给空空气气以以能能量量，产产生生正正压压，将将空空气气从从叶叶道道压压出出，叶叶片片的的凸凸面面牵牵动动空空气气，产产生生负负压压，将将空空气气吸吸入入叶叶道道。如如此此一压一吸便造成空气流动。一压一吸便造成空气流动。50 一一个个动动轮轮和和它它后后面面一一个个有有固固定定叶叶片片的的整整流流器器组组成成一一段段。整整流流器器用用来来整整理理动动轮轮流流出出的的旋旋转转气气流流，以以减减少少涡涡流流损损失失。为为了了提提高高通通风风机机的的风风压压，有有些些轴轴流流式式通通风风机机安安装装两段动轮。两段动轮。环环形形扩扩散散器器是是轴轴流流式式通通风风机机特特有有的的部部件件，其其作作用用是是使使环环状状气气流流过过渡渡到到柱柱状状气气流流时时，速速压压逐逐渐渐减减少少，以以减减少少冲冲击击损损失失，同同时时使使静压逐渐增加。静压逐渐增加。(构造图构造图)5152目前我国生产的轴流式主要通风机有目前我国生产的轴流式主要通风机有2BY、2K系列、系列、GAF、BD(K)、KZS系列等。叶轮直径从系列等。叶轮直径从1.2 m4.2 m，可满足不同，可满足不同大小井型的需要。该系列风机均为双级叶轮，机翼型扭曲叶片，大小井型的需要。该系列风机均为双级叶轮，机翼型扭曲叶片，叶片角度可在较大范围内进行有级（叶片角度可在较大范围内进行有级（2K58）或无级（）或无级（2K56、2K60）调节，且均可直接反转反风，是我国煤矿用量较大的）调节，且均可直接反转反风，是我国煤矿用量较大的一类风机。一类风机。GAF系列风机系列风机是在引进国外技术的基础上，结合国内的实际情是在引进国外技术的基础上，结合国内的实际情况加以改型改造的轴流式风机。具有风量风压调节范围宽、静况加以改型改造的轴流式风机。具有风量风压调节范围宽、静压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点，特别适用于需压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点，特别适用于需要经常改变运行工况的矿井使用。由于叶片角度调整方便，这要经常改变运行工况的矿井使用。由于叶片角度调整方便，这类风机可通过改变风叶角度实现风机反风，既不需要反风道，类风机可通过改变风叶角度实现风机反风，既不需要反风道，也不需要风机反转控制装置。也不需要风机反转控制装置。53对旋式通风机 对旋式通风机对旋式通风机在构造上属于轴流式。近年来，在构造上属于轴流式。近年来，BD（K）系列对旋式通风机发展迅速，该系列风）系列对旋式通风机发展迅速，该系列风机的特点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮机的特点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮相对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴流相对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴流风机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风机。风机。由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡涡流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点围较宽、效率也较高的特点，其结构如图。，其结构如图。54 对旋压抽式轴流通风机结构示意图对旋压抽式轴流通风机结构示意图1-集流器集流器 2-前消声器前消声器 3-前机壳前机壳 4-进气翼进气翼 5-电机电机 6-级叶轮级叶轮 7-级叶轮级叶轮 8-出气翼出气翼 9-后机壳后机壳 10-后消声器后消声器55对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新生代产品，国内已有多家风机厂投入生产，生代产品，国内已有多家风机厂投入生产，结构性能也不断改进和提高结构性能也不断改进和提高.如如:湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能风机有限公司等厂家和西北工业大学合作风机有限公司等厂家和西北工业大学合作研制的弯掠组合三维扭曲正交型叶片技术，研制的弯掠组合三维扭曲正交型叶片技术，使风机的静压效率、噪声等性能指标均得使风机的静压效率、噪声等性能指标均得到较大提高。到较大提高。九龙川通风设备选型方案比较表九龙川通风设备选型方案比较表5657矿井主要通风机附属装置矿井主要通风机附属装置通风机的附属装置包括通风机的附属装置包括 反风装置、防爆门、风硐和扩散器等。反风装置、防爆门、风硐和扩散器等。581.反风装置反风装置 反风反风就是使正常风流反向。当就是使正常风流反向。当进风井筒进风井筒附近和附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，会产生大量井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，会产生大量的一氧化碳和二氧化碳等有害气体。为了避免灾害的一氧化碳和二氧化碳等有害气体。为了避免灾害扩大，就得利用主要通风机扩大，就得利用主要通风机s的反风装置迅速将风的反风装置迅速将风流方向反转过来。流方向反转过来。规程规程规定：要求在规定：要求在10min内能把矿井风流方向内能把矿井风流方向反转过来，而且要求反风后的风量不小于正常风量反转过来，而且要求反风后的风量不小于正常风量的的40%。矿井主要通风机附属装置矿井主要通风机附属装置59 利利用用反反风风道道反反风风是是一一种种常常用用的的可可靠靠方方法法，能能满满足足反反风风的的时时间间和和风风量量要要求求。下下图图为为轴轴流流式式主主要要通通风风机机抽抽出出式式通通风风时时的的反反风风示示意意图图，图图A为为正正常常通通风风时时反反风风门门1和和2的的位位置置，通通风风机机由由井井下下吸吸风风，然然后后排排至至大大气气，若若将将反反风风门门1、2改改变变为为图图B中中的的位位置置，风风流流从从大大气气吸吸入入通通风风机机内内，再再经经反风道压入井下，使井下风流的方向改变。反风道压入井下，使井下风流的方向改变。60 离离心心式式通通风风机机的的反反风风情情况况如如图图4-12所所示示，正正常常通通风风时时，反反风风门门1和和2为为实实线线位位置置，反反风风时时，反反风风门门1提提起起，而而将将反反风风门门2放放下下，风风流流自自反反风风门门2进进入入通通风风机机，再再从从反反风风门门1进进入入反反风风道道3，经经风井压入井下。风井压入井下。61 2.防爆门防爆门 规规程程规规定定：装装有有主主要要通通风风机机的的出出风风井井口口，应应安安装装防爆门。防爆门。防防爆爆门门不不得得小小于于出出风风井井口口的的断断面面积积，并并正正对对出出风风口口的的风风流方向。流方向。当当井井下下发发生生瓦瓦斯斯爆爆炸炸时时，爆爆炸炸气气浪浪将将防防爆爆门门掀掀起起，从从而而起到保护主要通风机的作用。起到保护主要通风机的作用。62 3风硐风硐 风风硐硐是是主主要要通通风风机机和和出出风风井井之之间间的的一一段段联联络络巷巷道道。由由于于通通过过风风峒峒的的风风量量很很大大，内内外外的的压压力力差差较较大大，因因此此应应特特别别注意降低风峒阻力和减少漏风。风峒设计时应满足：注意降低风峒阻力和减少漏风。风峒设计时应满足：1)风风硐硐的的断断面面不不宜宜太太小小，其其风风速速以以10ms为为宜宜，最最大大不不应超过应超过15m/s;2)风风硐硐的的阻阻力力不不大大于于100200Pa。因因此此，风风硐硐不不宜宜过过长长，与与井井筒筒的的夹夹角角为为6090之之间间，转转弯弯部部分分要要呈呈圆圆弧弧形形，内内壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。3)风硐及其闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。风硐及其闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。634.扩散器扩散器 在在通通风风机机出出风风口口外外，联联接接一一段段断断面面逐逐渐渐扩扩大大的的风风道道称称为为扩扩散散器器。其其作作用用是是减减少少出出风风口口的的速速压压损损失失，以以提提高高通通风风机机的的静静压压。轴轴流流式式通通风风机机的的扩扩散散器器由由圆圆锥锥形形内内筒筒和和外