1、通风工程练习题参考答案通风工程练习题参考答案26. 解：已知x350g/s， qv3/s，y2100mg/m3，则 送风中y00，所以27. 解：设窗孔M为进风，风量为kg/s，则风量平衡式为 kg/s 可见，M为进风，风量为/s. 列热平衡方程 28. 解：对于稀释硫酸蒸汽，查附录2知，y22mg/m3，又y00 消除余热所需进风量 kg/s 35时，所以消除余热风量L57.4/1.1653/s所以，车间全面通风量应为49.3 m3/s.（规范规定，同时放散有害物质、余热和余湿时，全面通风量按其中所需最大的风量确定）29. 解：y00，查附录2得，y2，co30mg/m3，y2，so215m
2、g/m3，故 由于两者危害作用相同（均属有毒物质），故全面通风量取两者之和，即66m3/s.210. 解：L2170340m3/h3/s y1=y0=0.05%, y2=0.1%，3600s 标准状态下 可见，最多容纳19人.O(_)O仅供参考O(_)O第一章利用机械或自然通风为动力，使地面空气进入井下，并在井巷内做定向和定量运动，最后将污浊空气排出矿井的全过程称为矿井通风。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。新鲜空气：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：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。 尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存
3、在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然的氧、氮和二氧化碳。 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。二氧化碳性质及主要来源是：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。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。一氧化碳性质及危害：一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀
4、地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在1375范围内时有爆炸的危险。 主要危害：造成人体血液“窒息”（血液中血红素）。 采掘工作面进风流O2浓度不得低于20%，CO2浓度不得超过0.5%,总回风流中CO2浓度不得超过0.75%，当采掘工作面风流中CO2浓度达到1.5%或采区.采掘工作面回风道风流中CO2浓度超过1.5%时，必须停工处理。矿井空气有害气体最高容许浓度： CO 0.0024%；NO2 0.00025% SO2 0.0005%；H2S 0.00066% NH3 0.004%矿井气候。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
5、周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度与周围物体的表面；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。衡量矿井气候条件的指标 （1）干球温度 我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度，最高容许干球温度为28。只反映了气温对矿井气候条件的影响，而没有反映气候条件对人体热平衡的综合作用，（2）湿球温度 反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响，没有反映风速对人体热平衡的影响。（3）等效温度 湿空气的焓与比热的比值，气温在25-36时，与湿球温度呈线性关系（4）同感温度 可以反映温度，湿度，和风速对人体热平衡的综合作用。（5）卡他度 反映了气温和风速对气候条件的影响，没有反映空气湿度的影响。第二
6、章矿井常用压强换算关系： 1atm =760mmHg=1013.25mmbar=101325Pa 1mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：表示空气湿度的方法：绝对湿度、相对湿度和含湿量三种。绝对湿度：每立方米空气中所含水蒸气的质量。v=Mv/V相对湿度：单位体积空气中实际含有的水蒸气量与其同温度下的饱和水蒸气含量之比. V S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。愈小 空气愈干爆， 为干空气；愈大 空气愈潮湿， 为饱和空气。含湿量 ：含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg）称为空气的含湿量。d= V d, 露点：将不饱和空
7、气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度逐渐增大，当达到100时，此时的温度称为露点。能量与压力之间的联系与区别？区别：能量:促使空气流动的根本原因是能量差。压力：对外做功有力的表现联系: 风流任一 断面上都有压能、位能和动能，而这三种能量又分别可用相应的静压、位压和动压（速压）来体现。静压特点 a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）之间的关系：h = P P0位能与静压的关系P2=EPO1+
8、P1=12.g.Z12+P1 说明：、位能与静压能之间可以互相转化，在进行能量转化时遵循能量守恒定律。 II、在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势能6.风流点压力及其相互关系？风流的点压力是指测点的单位体积（1m3)空气所具有的压力。在井巷和通风管道中流动的风流的点压力，按其形成特征分为：静压，动压和全压。风流中某一点的静压和动压之和等于全压。关系为：hvi=Pti-Pi 。 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
9、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。即：| hti | = | hi | hvi 抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风机出口的压力。风流点压力的测定方法：）绝对压力直接测量读数。 （）相对静压(以如图正压通风为例) （注意连接方法）：）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）空气流动连续性方程：流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。对于不可压缩流体，通过任一断面的体积流量相等，即Q=viSi=const可压缩流体的能量方程。一）、单位质量(1kg)流量的能量方程：有压源 Lt 在时，单位
10、质量可压缩空气井巷中流动时能量方程可写成如下一般形式。对于多变过程，过程指数为 n ，对伯努利积分进行积分计算，可得到：单位质量可压缩空气在无压源的井巷中流动时能量方程可写成如下一般形式。二）、单位体积(1m3)流量的能量方程；补充：国内最常用的公式； 1m3 空气在流动过程中的能量损失（通风阻力）等于两断面间的机械能差，状态过程的影响反映在动能差和位能差中（用m 表示）。能量（压力）坡度线的作法：见P29风流的边界条件 Pt=ht+P0=h+hv+p0 入口断面处： Ptin= P0，所以，htin= 0，hin= - hvin； 出口断面处 ： Pex= P0，所以，hex= 0，htex
11、= hvex抽出式通风矿井的主要通风机为什么要外接扩散器？扩散器安装有效的条件是什么？安装扩散器回收动能。就是在风流出口加设一段断面逐渐扩大的风道，使得出口风速变小，从而达到减小流入大气的风流动能。扩散器安设的是否有效，可用回收的动能值(Dhv)与扩散器自身的通风阻力(hRd)相比较来确定，即：Dhv= hvexhvex hRd 有效；Dhv= hvexhvex hRd 无效通风机全压的概念 Ht = Pt6Pt5 无论通风机作何种工作方式，通风机的全压都是用于克服风道的通风阻力和出口动能损失；其中通风机静压用于克服风道的通风阻力。第三章8井巷通风阻力分为：摩擦阻力和局部阻力。摩擦阻力：风流在
12、井巷中做沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦形成的阻力。局部阻力：在风流流动过程中，由于巷断面，方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失。9通常以雷诺数Re=2300作为管道流动流态的判定准数，即：Re2320 层流；Re4000 紊流。规程规定，井巷中最低允许风速为0.15m/s，由此可见，矿井内所有通风井巷中的风流均呈紊流状态。只有在采区冒落带，煤岩柱裂隙中的漏风风流才有可能出现层流状态，用孔隙介质流来判断。 巷道摩擦阻力系数计算方法：同时为便于与同类巷道相互比较，以及作为新区通风设计的
13、参考依据，需要将实测的换算为标准状态下的值，其换算公式如下所示：几种常见的局部阻力产生的类型及形成原因：、突变 ： 突然扩大、突然缩小 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变 渐扩段主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为流速减小，静压不断增加，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，涡漩。、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。、分岔与会合 上述的综合。 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡
14、漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。矿井等积孔：假设在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A（）的孔口，当孔口通过的风量等于矿井风量，而且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积A称为该矿井的等积孔。常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。A2，容易；A为12，中等；A1，困难。降低井巷摩擦阻力措施：1减小摩擦阻力系数。2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf 值可减少50%。3选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。4减少巷道长度。5避免巷道内风量过于集中。降低局部阻力措施：1.应尽量避
15、免井巷断面突然扩大或突然缩小；2.尽可能避免井巷直角转弯，在转弯处得内侧和外侧要做成圆弧形，有一定的曲率半径，必要时可在转弯处设置导风板；3.主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等，巷内堆积物要及时清除或排列整齐，尽量少堵塞井巷断面；4.要加强矿井总回风道德维护和管理，对冒顶、片帮和积水要及时处理。自然风压：在通风系统中，由于重力差引起的通风压力，就叫该系统的自然风压。其大小等于作用在最低水平两侧空气柱重力差。 HN=Zg(m1-m2)，m1和m2为井巷中空气密度平均值。注意：1）自然风压的计算必须取一闭合系统。 2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。 3）一般选取最低点作为基准面。自然风压
16、的影响因素：影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而空气密度又受温度T、大气压力P、气体常数R和相对湿度等因素影响。1、温差：矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。影响气温差的主要因素是地面入风流气温和风流与围岩的热交换2、空气成分和湿度：它影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。 3、井深：HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。4、主要通风机：主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向，加之风流与围岩的热交换，使回风井气温高于进风井，在进风井周围形成了冷却带以后，即使风机停转或通风系统改变，这两个井
17、筒之间在一定时期内仍有一定的气温差，从而仍有一定的自然风压起作用。通风机的类型及构造按其服务范围可分为三种： 1、主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）； 2、辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量；安全隐患，一般不用； 3、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。按构造和工作原理可分为：离心式通风机和轴流式通风机。风硐应满足以下要求： (1)应有足够大的断面，风速不宜超过15ms。 (2)转弯平缓，要呈圆弧形，内壁要光滑。 (3)风硐及闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。 (4)风硐内应安设测量风速和风流压力的装置；(5)风硐直线部
18、分要有流水坡度，以防积水。目前的反风方法主要有：1）设专用反风道反风； 2）利用备用风机作反风道反风；3）轴流式风机反转反风4）调节动叶安装角反风。 要求：定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在10min内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的40%；每年至少进行一次反风演习。为了保证通风机安全可靠的运转，规程中规定： 1.主要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%。新安装的主要通风机投入使用前，必须进行1次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行1次性能测定。主
19、要通风机至少每月检查1次。风机的实际流量一般指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量。单位为 m3/h,m3/min 或m3/s 静压:克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压HS（Pa）。全压功率：通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt。计算式： Nt=HtQ10-3 KW静压功率：用风机静压计算输出功率，称为静压功率NS。计算式： NS=HSQ103 KW风机房水柱计示值含义 水柱计示值:即为 4 断面相对静压h4风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系风机房水柱计示值与风机风压之间关系Ht = |h4|hv4+hRd+hv5Ht HN hR14 + hRd +
20、hv5 表明：扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力，以及扩器出口动能损失。工况点：当风机以某一转速、在风阻的管网上工作时、可测算出一组工作参数（风压、风量、功率、和效率），这就是该风机在管网风阻为时的工况点。通风机装置的全压td与风机的全压t之关系为：通风机装置的静压sd轴流式通风机个体特性曲线 特点：（1）轴流式风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。（2）驼峰点以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段；3）点以左是不稳定工作段，产生所谓喘振（或飞动）现象；（4）轴流式风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率随增加而减小。 风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门
21、全开）时启动，以减少启动负荷。 说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。离心式通风机个体特性曲线特点：（1）离心式风机风压曲线驼峰不明显，且随叶片后倾角度增大逐渐减小，其风压曲线工作段较轴流式风机平缓；（2）当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比轴流式风机要大。（3）离心式风机的轴功率 随增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。风机开启方式：离心式风机在启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。说明：（1）离心式风机大多是全压特性曲线。（2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。通风机工况点的合理工作范围：为使通风机安全、经济地
22、运转，它在整个服务期内的工况点必须在合理的范围之内。从经济的角度出发，通风机的运转效率不应低于；从安全方面来考虑，其工况点必须位于驼峰点的右下侧、单调下降的直线段上。由于轴流式通风机的性能曲线存在马鞍形区段，为了防止矿井风阻偶尔增加等原因，使工况点进入不稳定区，一般限定实际工作风压不得超过最高风压的，即S。主要通风机工况点调节方法？(一）改变风阻特性曲线1增风调节（1）减少矿井总风阻（2）当外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外部漏风措施。2减风调节（当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：）增阻调节。离心式风机，闸门变阻，权宜之计。）对于轴流式通风机，可以用增大外部漏风的方法，减小矿井风量
23、（二）改变风机特性曲线（1）轴流风机采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的。装有前导器的离心式通风机，可以改变前导器叶片转角进行风量调节。（3）改变风机转速。风机串联工作特点：1、通过管网的总风量等于每台风机的风量，即Q=Q1=Q2。 2、总风压等于两台风机的工作风压之和，即 HH1H2 结论：1、风机串联工作适用于因风阻大而风量不足的管网；2、风压特性曲线相同的风机串联工作较好；3、串联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。4、串联工作的任务是增加风压， 用于克服管网过大阻力，保证按需供风。风机并联分为：集中并联和对角并联之分。（一）集中并联特点：（1）、H = H1 =
24、H2（2）、Q = Q1 + Q2结论：1、风机并联工作适用于因风机能力小，风阻小而风量不足的管网；2、风压相同的风机并联运行较好；3、轴流式风机并联作业时，若风阻过大则可能出现不稳定运行。所以，使用轴流式风机并联工作时，除要考虑并联效果外，还要进行稳定性分析。4、并联工作的任务是增加风量， 用于风机能力小，保证按需供风。对角并联结论：每个风机的实际工况点M和M，既取决于各自风路的风阻，又取决于公共风路的风阻。第五章路（通路、道路）：由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。回路：由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。由于
25、这类图的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树枝。包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。矿井通风网络图绘制步骤：(1) 节点编号 在通风系统图上给井巷的交汇点标上特定的节点号，某些距离较近，但阻力很小的几个节点可简化为一个节点。(2) 绘制草图 在图纸上画出节点符号，并用单线条（直线或弧线）连接有风流连通的节点。(3) 图形整理 按照正确、美观的原则对网络图进行修改。通风网络图的绘制原则： (1) 用风地点并排布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回风节点在网络图的上部，风机出口节点在最上部； (2) 分支方向基本都应由下至上； (3) 分支间的交叉尽可能少； (4) 网络图总的
26、形状基本为“椭圆”形。 (5) 合并节点：某些距离较近、阻力很小的几个节点，可简化为一个节点。（6）并分支：并联分支可合并为一条分支。风量分配基本定律-三大定律(阻力定律、风量平衡定律、能量平衡定律) 风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。一般表达式为：串联风路特性1. 总风量等于各分支的风量： MS = M1 = M2 = Mn。 当各分支的空气密度相等时，Q
27、S = Q1 = Q2 =Qn 2. 总风压（阻力）等于各分支风压（阻力）之和，即:并联风网特性1. 总风量等于各分支的风量之和，2. 总风压等于各分支风压（注意：当分支中存在风机等通风动力时，并联分支的阻力并不相等。）3. 并联风网总风阻与各分支风阻的关系4并联风网等积孔等于各分支等积孔之和5. 并联风网的风量分配：并联风网中某分支所分配得到的风量取决于并联网络总风阻与该分支风阻之比，风阻小，风量大。风量调节。简单角联风网角联分支风流方向判别式：矿井风量调节：从调节设施来看，有通风机、射流器、风窗、风幕和增加并联井巷或扩大通风断面等。按其调节的范围，可分为局部风量调节与矿井总风量调节。从通风
28、能量的角度看，可分为增能调节、耗能调节和节能调节。局部风量调节：(一)增阻调节法。主要措施：(1)调节风窗；(2)临时风帘；(3)空气幕调节装置等。(二)减阻调节法。主要措施：(1)扩大巷道断面；(2)降低摩擦阻力系数；(3)清除巷道中的局部阻力物；(4)采用并联风路；(5)缩短风流路线的总长度等。(三)增能调节法，采用辅助通风机等增加通风能量的方法，增加局部地点的风量。主要措施：(1)辅助通风机调节法。(2)利用自然风压调节法。第六章利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道(只有一个出口的巷道)进行通风的方法称为局部通风（又称掘进通风）。局部通风方法：自然通风、局部通风式通风、矿井
29、全风压通风、引射器通风。其中局部通风机通风最常用。从风筒出口至射流反向的最远距离（即扩张段和收缩段总长）称射流有效射程，用Ls表示。在巷道条件下， Ls的大小一般有：抽出式有效吸程Le：三专二闭锁：“三专”专用变压器、专用电缆、专用开关。“两闭锁”风、电闭锁、瓦斯、电闭锁。压入式通风与抽出式通风比较压入式通风，局部通风机及其附属装置安装在离掘进巷道口10m以外的进风侧，将新鲜风流经风筒输送到掘进工作面，污风沿掘进巷道排出。优缺点：局部通风机布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好，通风风筒出口风速和有效射程大，可防止瓦斯层状积聚，提高散热效果。污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道长，排污速度
30、越慢，受污染时间越久。压入式通风可采用柔性风筒，成本低，重量轻，便于运输，主要用于以排除瓦斯为主的煤巷，半煤岩巷掘进时抽出式通风，局部通风机安装在离掘进巷道10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过风筒由局部通风机抽出。优缺点：抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机不具备防爆性能，容易引发事故。抽出式通风有效吸承小，掘进巷道时难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。新鲜风流沿巷道进入工作面，井巷空气清新，劳动环境好，但风量小，排污风所需时间长，速度慢。抽出式通风机的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。以排除粉尘为主的井
31、筒掘进时，宜采用抽出式。循环通风方式：循环通风分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。前者即为可控制循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。规程中规定，煤矿开采中严禁采用闭路循环通风。 掘进工作面产生事故的原因：(1)掘进工作面是最先揭露煤层，它破坏了煤层中的瓦斯静平衡状态，使大量瓦斯从煤壁和顶板向巷道内涌入。当穿地质构造带时，瓦斯涌出也会增大，因此，在掘进工作面易形成瓦斯积聚超限。(2)掘进工作面是依靠局部通风机进行独头巷道通风的，其可靠性差，容易发生无计划突然停电停风，形成瓦斯积聚。 (3)掘进巷道断面有限、空间狭窄，打眼放炮、机掘落煤、装煤运输等各生产环节均不断地产生大量煤尘，若防尘效果不良，就会潜伏煤尘爆炸危险。
