1、第一章 矿井空气 第一节 矿井空气的主要成分 第二节 矿井空气中的主要有害气体 第三节 矿井气候条件第二章 矿井通风 第一节 通风压力与阻力 第二节 矿井通风系统 第三节 采区通风 第四节 掘进通风 第五节 矿井风量的测算第三章 矿井瓦斯 第一节 煤层瓦斯含量 第二节 瓦斯涌出 第三节 瓦斯爆炸及其预防 第四节 瓦斯喷出和煤与瓦斯突出及其预防 第五节 瓦斯抽放第四章 矿 尘 第一节 矿尘的产生及其危害 第二节 煤尘爆炸及其预防 第三节 煤矿尘肺病及其防治 第四节 矿山综合防尘第五章 矿井防灭火 第一节 矿井火灾的发生 第二节 矿井防火 第三节 矿井灭火第六章 矿井防治水 第一节 地面防治水 第
2、二节 井下防治水 第三节 矿井透水事故的处理第七章 矿井救护 第一节 矿山救护队 第二节 矿工自救 第三节 现场急救第一章 矿井空气矿井空气 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，最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，最后排出矿井的全过程称为后排出矿井的全过程称为矿井通风矿井通风。目的、主要任务目的、主要任务保证矿井空气的质量符合要求。保证矿井空气的质量符合要求。第一第一 节节 矿井空气成份矿井空气成份定义：定义：地面空气进入矿井以后即称为地面空气进入矿井以后即称为矿井空气矿井空气。一、地面空气的组成一、地面空气的组成地
3、面空气是由地面空气是由干空气干空气和和水蒸汽水蒸汽组成的混合气体，亦称为组成的混合气体，亦称为湿空气湿空气。 干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。的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。 湿空气中含有水蒸气，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。湿空气中含有水蒸气，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。 气体成分气体成分 按体积计按体积计 按质量计按质量计 备备 注注 氧气（氧
4、气（O2O2） 20.96 23.32 20.96 23.32 惰性稀有气体氦、惰性稀有气体氦、 氮气（氮气（N2N2） 79.0 76.71 79.0 76.71 氖、氩、氪、氖、氩、氪、 二氧化碳（二氧化碳（CO2CO2） 0.04 0.06 0.04 0.06 氙等计在氮气中氙等计在氮气中二、矿井空气的主要成分及基本性质二、矿井空气的主要成分及基本性质 新鲜空气：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，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，通过用风地点以后、受污染程度较重的回
5、风巷道内的空气， 1 1氧气氧气(O(O2 2) ) 氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体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。的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。 人体输氧量与劳动强度的关系人体输氧量与劳动强度的关系 劳动强度劳动强度 呼吸空气量（呼吸空气量（L/minL/min） 氧气消耗量（氧气消耗量（L/minL/min） 休休 息息 轻轻 劳劳 动动 中度劳动中度劳动 重重 劳劳 动动 极重劳动极重劳动 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，出现当空气中
6、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。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：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。生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。2 2二氧化碳二氧化碳(CO(CO2 2) ) 二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略带酸臭味。二氧化碳比空气重二氧化碳不助燃，也不
7、能供人呼吸，略带酸臭味。二氧化碳比空气重（其比重为），在风速较小的巷道中底板附近浓度较大；在风速较大的（其比重为），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。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；：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。碳酸性岩石分解；炸药爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸等。3 3氮气氮气(N(N2 2) ) 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、氮气是一种惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，它本身
8、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。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：井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出层中也有氮气涌出, ,灭火人为注氮。灭火人为注氮。 三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 采掘工作面采掘
9、工作面进风流进风流中的中的氧气浓度氧气浓度不得低于不得低于2020；二氧化碳浓度二氧化碳浓度不不得超过得超过；总回风流中；总回风流中不得超过不得超过；当采掘工作面风流中二氧化碳当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到或采区、浓度达到或采区、 采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过时，时，必须停工处理必须停工处理。第二节第二节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有害气体空气中常见有害气体：空气中常见有害气体：COCO、NONO2 2、SOSO2 2 、NHNH3 3 、H H2 2 。一、基本性性质一、基本性性质、一氧化碳（、一氧化碳（COCO） 一氧化碳是一种无色
10、、一氧化碳是一种无色、 无味、无味、 无臭的气体。相对密度为，微溶于水，无臭的气体。相对密度为，微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在13137575范围内时有爆炸的危险。范围内时有爆炸的危险。 主要危害主要危害：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：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碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250250300300倍。一旦一氧化碳进入人倍。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
11、与氧结合的机体后，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，从而造成人体血液会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息窒息”。0 .08%0 .08%，4040分钟引起头痛眩晕和恶心，分钟引起头痛眩晕和恶心，0.32%0.32%，510510分钟引起头痛、眩晕，分钟引起头痛、眩晕，3030分钟引分钟引起昏迷，死亡。起昏迷，死亡。 主要来源主要来源：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。、硫化氢（、硫化氢（H H2 2S S）硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到即可硫化
12、氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢相对密度为，嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢相对密度为，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解个体积的硫化氢，所以它可能积存易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解个体积的硫化氢，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时有爆炸危险。于旧巷的积水中。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为时有爆炸危险。 主要危害主要危害：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。：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，使
13、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。昏迷或死亡。0.0050.01%0.0050.01%，1212小时后出现眼及呼吸道刺激，小时后出现眼及呼吸道刺激，0.0150.02%0.0150.02% 主要来源：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。中放出。、二氧化氮（、二氧化氮（NONO2 2）二氧化氮是一种褐红色的气体，有强烈的刺激气味，相对密度为，二氧化氮是一种褐红色
14、的气体，有强烈的刺激气味，相对密度为，易溶于水。易溶于水。 主要危害：主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部二氧化氮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，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%0.01%出现严重中毒。出现严重中毒。主要来源主要来源：井下爆破工作。：井下爆破工作。4.4.二氧化硫二氧化硫(SO2)(SO2)二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达到即可嗅到。其相二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达
15、到即可嗅到。其相对密度为，易溶于水。对密度为，易溶于水。主要危害主要危害：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，：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， 可可引起喉炎和肺水肿。引起喉炎和肺水肿。 当浓度达到当浓度达到 时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激；浓度达时，短时间内即有致命危险。激；浓度达时，短时间内即有致命危险。主要来源：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。出。5.5.氨气氨气(NH(NH3 3) ) 无色、有浓烈臭味的气体，相对
16、密度为，易溶于水，。空气浓度中达无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为，易溶于水，。空气浓度中达3030时有时有爆炸危险。爆炸危险。主要危害主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。：氨气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。：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。 6.6.氢气氢气(H(H2 2) )无色、无味、无毒，相对密度为。氢气能自燃，其点燃温度比沼气低无色、无味、无毒，相对密度为。氢气能自燃，其点燃温度比沼气低100100200200，主要危害主要危害：当空气中氢气浓度为：当空气
17、中氢气浓度为4 47474时有爆炸危险。时有爆炸危险。主要来源：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、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。或煤氧化。二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准二、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，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，规程规程对对常见有害气体的安全标准做了明确的规定，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矿井空气中有害气体的最高容许浓度有害气体名称有害气体名称 符号符号 最高
18、容许浓度最高容许浓度/%/%一氧化碳一氧化碳 氧化氮（折算成二氧化氮）氧化氮（折算成二氧化氮） NONO2 2 二氧化硫二氧化硫 SOSO2 2硫化氢硫化氢 H H2 2氨氨 NHNH3 3第三节第三节 矿井气候矿井气候矿井气候：矿井气候：矿井空气的矿井空气的温度温度、湿度湿度和和流速流速三个参数的综合作用。这三个参数也称为三个参数的综合作用。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。矿井气候条件的三要素。一、矿井气候对人体热平衡的影响一、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
19、肤表面与外界的界的对流对流、辐射和汗液蒸发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。流速。 人体热平衡关系式：人体热平衡关系式：q qm m-q-qw w=q=qd d+q+qz z+q+qf f+q+qchchq qm m人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；q qW W人体用于做功而消耗的热量，人体用于做功而消耗的热量，qm-qw
20、qm-qw人体排出的多余热量；人体排出的多余热量；q qd d人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；q qz z汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；q qf f人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；q qchch人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，q qchch=0=0；当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高q qchch00，人体温度降低，人
21、体温度降低， q qchch0，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故故ReRe对对值的影响极小值的影响极小，略去不计，相对糙度成为，略去不计，相对糙度成为的唯一影响的唯一影响因素。故在该区段，因素。故在该区段，与与ReRe无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：2lg274.11r2 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式
22、：式： = = 可得圆管层流时的沿程阻力系数：可得圆管层流时的沿程阻力系数： 古拉兹实验所得到的层流时古拉兹实验所得到的层流时与与ReRe的关系，与理论分析得到的关系的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，对于紊流运动，=f (Re=f (Re，/r)/r)，关系比较复杂。用当量直径，关系比较复杂。用当量直径dede=4=4S S/ /U U代替代替d d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的
23、摩擦阻力，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：计算式：vdLhf232VdRe 2 642vdLRehfRe6423288QSLUvSLUhf五、摩擦阻力系数与摩擦风阻五、摩擦阻力系数与摩擦风阻1 1摩擦阻力系数摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的矿井中大多数通风井巷风流的ReRe值已进入阻力平方区，值已进入阻力平方区，值只与相值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则则可视为定值；在标准状态下空气密度可视为定值；在标准状态下空气密度3 3。 对上式，对上式， 令：令： 称为摩擦阻力系数称为
24、摩擦阻力系数，单位为，单位为 kg/mkg/m3 3 或或 2 2/m/m4 4。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 标准摩擦阻力系数：标准摩擦阻力系数： 通过大量实验和实测所得的、在标准状态（通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0 03 3）条件下的井巷的摩）条件下的井巷的摩擦阻力系数，擦阻力系数，即所谓标准值即所谓标准值0 0值值，当井巷中空气密度，当井巷中空气密度3 3时，其时，其值值应按下式修正：应按下式修正：823QSLUhf2.102 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f 对于已给定的井巷，对于已给定的井巷，L L、U U、S S都为
25、已知数，故可把上式中的都为已知数，故可把上式中的、L L、U U、S S 归结为一个参数归结为一个参数R Rf f： R Rf f 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/mkg/m7 7 或或 2 2/m/m8 8。 工程单位：工程单位：kgf .skgf .s2 2/m/m8 8 ，或写成：，或写成：kk。2 2/m/m8 8= 9.8 k= 9.8 k R Rf ff ( ,S,U,L)f ( ,S,U,L) 。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度一一般变化不大时，可将般变化不大时，可将R R f f 看作是反映井巷几何特征
26、的参数。看作是反映井巷几何特征的参数。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 此式就是完全紊流此式就是完全紊流( (进入阻力平方区进入阻力平方区) )下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。六、井巷摩擦阻力计算方法六、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得新建矿井：查表得0 0 R Rf f h hf f 生产矿井：生产矿井：h hf f R Rf f 0 0 3SLURf2QRhff七、生产矿井一段巷道阻力测定七、生产矿井一段巷道阻力测定1 1、压差计法压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两
27、点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。为势能差，需通过实际测定。 1 1）布置方式及连接方法）布置方式及连接方法2m21m122212121Rgg2v2vPPhZZz1z2）阻力计算）阻力计算 压差计压差计“”感受的压力：感受的压力： 压差计压差计“”感受的压力：感受的压力： 故压差计所示测值：故压差
28、计所示测值： 设设 且与且与1 1、2 2断面间巷道中空气平均断面间巷道中空气平均 密度相等，则：密度相等，则： 式中：式中：Z Z1212为为1 1、2 2断面高差，断面高差，h h 值即为值即为1 1、2 2两断面压能与位能和的差两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则值。根据能量方程，则1 1、2 2巷道段的通风阻力巷道段的通风阻力h hR R1212为：为： 把压差计放在把压差计放在1 1、2 2断面之间，测值是否变化？断面之间，测值是否变化？)(2111ZZgPm222ZPm1222211)(ZZZZmmmgZPPhm1221)(vvhhR2222111222)()(2222111
29、gZPZZgPhmm2 2、气压计法、气压计法由能量方程：由能量方程：h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+()+( 1 1v v1 12 2/2- /2- 2 2v v2 22 2/2/2)+ )+ m12m12gZgZ1212用精密气压计分别测得用精密气压计分别测得1 1，2 2断面的静压断面的静压P P1 1，P P2 2用干湿球温度计测得用干湿球温度计测得t t1 1,t,t2 2,t,t1 1,t,t2 2,和和 1 1, , 2 2，进而计算，进而计算 1 1， 2 2用风表测定用风表测定1 1，2 2断面的风速断面的风速v1,v2v1,v2。 m12m12为为1
30、1，2 2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值；若高差大，则有加权平均值；Z Z121211，2 2断面高差，从采掘工程平面图查得。断面高差，从采掘工程平面图查得。可用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视大气压变化，然可用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视大气压变化，然后对上式进行修正。后对上式进行修正。h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+)+ P P1212（+(+( 1 1v v1 12 2/2- /2- 2 2v v2 22 2/2/2)+ )+ m12m12gZgZ1212例题例题3-33-3某
31、设计巷道为梯形断面，某设计巷道为梯形断面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采用工字钢棚支护，支，采用工字钢棚支护，支架截面高度架截面高度d d0 0=14cm=14cm，纵口径，纵口径=5=5，计划通过风量，计划通过风量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，预计，预计巷道中空气密度巷道中空气密度3 3，求该段巷道的通风阻力。，求该段巷道的通风阻力。解解 根据所给的根据所给的d d0 0、S S值，由附录值，由附录4 4附表附表4-44-4查得查得: : 0 0 =284.2=284.210104242/m/m4 4则：巷道实际摩擦阻力系数则：巷道实际摩擦
32、阻力系数 NsNs2 2m m4 4巷道摩擦风阻巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力026. 02 . 125. 1025. 02 . 10Ns2/m8 0.598877.111000026. 06 . 4333SSLSLURfPaQRhff2 .239601200598.022八、局部阻力及其计算八、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力和摩擦阻力类似，局部阻力h hl l一般也用动压的倍数来表一般也用动压的倍数来表示：示： 式中：式中：局部阻力系数，无因次。层流局部阻力系数，无因次。层流 计算局部阻力计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,v=Q
33、/S,当当确确定后，便可用定后，便可用 22vhlReB222QShl几种常见的局部阻力产生的类型：几种常见的局部阻力产生的类型：、突变、突变 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。象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变、渐变 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。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。因为因为 V hV hv v p p ，压差的作用方向，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
34、于与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 0, 在这些在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。 、转弯处、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。压，出现涡漩。、分岔与会合、分岔与会合 上述的综合。上述的综合。 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。能量损失愈多，局部阻力愈大。九、局部阻力系数和局部风阻九、局部阻力系数和局部风阻( (一一) ) 局部阻力系
35、数局部阻力系数 紊流局部阻力系数紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。糙程度为次要因素。1 1突然扩大突然扩大或或式中：式中： v v1 1、v v2 2分别为小断面和大断面的平均流速，分别为小断面和大断面的平均流速，m/sm/s； S S1 1、S S2 2分别为小断面和大断面的面积，分别为小断面和大断面的面积，m m； m m空气平均密度，空气平均密度，kg/mkg/m3 3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 2211211222122211QSvvSShl22222222221
36、22221QSvvSShl01.012 2突然缩小突然缩小对应于对应于小断面的动压小断面的动压 ，值可按下式计算：值可按下式计算： 3 3逐渐扩大逐渐扩大 逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。损失和扩张损失两部分组成。 当当2020时，渐扩段的局部阻力系数时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：可用下式求算：式中式中 风道的摩擦阻力系数，风道的摩擦阻力系数，NsNs2 2/m/m4 4； n n风道大、小断面积之比，即风道大、小断面积之比，即2 21 1； 扩张角。扩张角。 2211sin1
37、12sinnn222v1215 .0SS013.014 4转弯转弯巷道转弯时的局部阻力系数巷道转弯时的局部阻力系数( (考虑巷道粗糙程度考虑巷道粗糙程度) )可按下式计算：可按下式计算：当巷高与巷宽之比当巷高与巷宽之比H H/ /b b 时，时， 当当 H H/ /b b=1=12.5 2.5 时时 式中式中 0 0假定边壁完全光滑时，假定边壁完全光滑时，9090转弯的局部阻力系数，其值见转弯的局部阻力系数，其值见表表3-3-13-3-1； 巷道的摩擦阻力系数，巷道的摩擦阻力系数，2 2/m/m4 4； 巷道转弯角度影响系数，见表巷道转弯角度影响系数，见表3-3-23-3-2。 Hb280bH
38、65.035.012805 5风流分叉与汇合风流分叉与汇合1) 1) 风流分叉风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，典型的分叉巷道如图所示，1 12 2段的局部阻力段的局部阻力h hl l2 2和和1 13 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3分别用下式计算：分别用下式计算：2) 2) 风流汇合风流汇合 如图所示，如图所示，1 13 3段和段和2 23 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3、h hl l2 23 3分别按下式计算：分别按下式计算： 式中：式中：233213122vvvKhl233223222vvvKhl22321121coscosvQQvQQ12222212121c
39、os22vvvvKhl233312131cos22vvvvKhl23123第二节第二节 矿井通风系统矿井通风系统 矿井通风系统矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。一、矿井通风系统的类型及其适用条件一、矿井通风系统的类型及其适用条件 按进、回井在井田内的位置不同，通风系统可分为按进、回井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式中央式、对角式、对角式、区域式及混合式。区域式及混合式。1 1、中央式、中央式 进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的
40、相对位置，又进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为分为中央并列式中央并列式和和中央边界式中央边界式（中央分列式）。（中央分列式）。2 2、对角式、对角式 1 1）两翼对角式）两翼对角式 进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如果只有一个回风翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。 2 2）分区对角式）分区对角式 进风井位于井田走向的中央，在各采区开
41、掘一个不深的小回风井，进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。无总回风巷。3 3、区域式、区域式 在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。如图。系统。如图。 4 4、混合式、混合式 由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。中央并列与两翼对角混合式等等。二、主要通风机的工作方式与安装地点二、主要通风机的工作方式与安装地点 主要通风机的工作方式有三种：主要通风机的工作方式有三种：抽出式、压入
42、式、压抽混合式抽出式、压入式、压抽混合式。 1 1、 抽出式抽出式 主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。2 2、压入式、压入式 主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面井通风系统处在
43、高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。3 3、压抽混合式、压抽混合式 在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较致处于中间，其正压或负压均不大，采
44、空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。三、矿井通风系统的选择三、矿井通风系统的选择 根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多种个可行的矿井全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多种个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。通风系统方案进行技术经济比较后确定。 中央式中央式通风系统具有井巷工程
45、量少、初期投资省的优点。因此，通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点。因此，矿井初期宜优先采用。矿井初期宜优先采用。 有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用有热害的矿井，应采用对角式或分区对角式对角式或分区对角式通风；通风； 当井田面积较大时，初期可采用当井田面积较大时，初期可采用中央通风中央通风，逐步过渡为对角式或，逐步过渡为对角式或分区对角式分区对角式。 矿井通风方法矿井通风方法一般采用一般采用抽出式抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用
46、压入式通风。采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。第三节第三节 采区通风系统采区通风系统 采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元, , 包括包括：采区进风、回风采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。一、采区通风系统的基本要求一、采区通风系统的基本要求1 1、每一个采区，、每一个采区， 都必须布置回风道，实行分区通风。都必须布置回风道，实行分区通风。2 2、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须串联通风时应符合、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特
47、殊困难必须串联通风时应符合有关规定。有关规定。3 3、煤层倾角大于、煤层倾角大于1212的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，4 4、采煤和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。、采煤和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。二、采区进风上山与回风上山的选择二、采区进风上山与回风上山的选择 上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有3 3条或条或4 4条上山条上山。 1 1、轨道上山进风，运输机上山回风、轨道上山进风，运输机上山回风 2 2、运输机上山进风、轨道上山回风
48、、运输机上山进风、轨道上山回风比较：比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和响，输送机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。三、采煤工作面上行风与下行风三、采煤工作面上行风与下行风 上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜煤工作面进风
49、巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称向上流动，称上行通风上行通风，否则是，否则是下行通风下行通风。优缺点优缺点： 、下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出、下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。现瓦斯分层流动和局部积存的现象。 、上行风比下行风工作面的气温要高。、上行风比下行风工作面的气温要高。 、下行风比上行风所需要的机械风压要大；、下行风比上行风所需要的机械风压要大； 、下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。、下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。上行通风上行通风运煤方向运煤方向 新风新风 污风
50、污风 下行通风下行通风运煤方向运煤方向 新风新风 污风污风 四、工作面通风系统四、工作面通风系统1 1、U U型与型与Z Z型通风系统型通风系统 2 2、Y Y型、型、W W型及双型及双Z Z型通风系统型通风系统 3 3、H H型通风系统型通风系统第四节第四节 掘进通风掘进通风一、局部通风机通风一、局部通风机通风 利用局部通风机作动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机利用局部通风机作动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。通风，它是目前局部通风最主要的方法。 常用通风方式：压入、抽出和混合式。常用通风方式：压入、抽出和混合式。1.1.压入式压入式 布置方式
