四矿井通风动力.ppt
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1、矿井通风动力,矿井通风,本章目的:空气在井巷中流动会遇到矿井通风阻力,克服矿井通风阻力的能量或压力成为矿井通风动力。矿井通风动力分为自然条件下产生的自然风压和通风机产生的机械风压两种。,本章重点: 自然风压的影响因素、特性; 机械风压的影响因素、特性; 自然风压、机械风压对矿井通风的作用。,矿 井 通 风 动 力,1、自然风压,一、自然风压及其变化规律,矿 井 通 风 动 力,1.自然风压的产生,由矿井气候等自然条件产生的风压为自然风压。矿井产生自然风压的原因是由于矿井进风井筒与出风井筒空气柱的重力不同而产生的自然压力差,如图4.1所示。自然风压的大小与两井筒内空气的温度、湿度、空气成分和井筒
2、深度有关,影响自然风压的主要因素是两井筒深度和井筒内空气柱的温度差。,自(均进均回)g,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,由上述可见,如果把地表大气视为一个断面无限大、风阻为零的假想风路,则可将通风系统视为一个有高差的闭合回路,由自然风压的形成原因,可得到其计算公式:,Z矿井最高点到最低点间的距离,m; g重力加速度,m/s2; 1、2分别为0-1-2和5-4-3井巷中dz段空气密度,kg/m3。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,例:如图4.1所示的自然通风矿井,测得0=1.3kg/m3,1=1.26kg/m3,2=1.16kg/m3,3=1.14kg/m3,4=1.15kg/m3,
3、5=1.3kg/m3,Z01=45m,Z12=100m,Z34=65m,Z45=80m,试求该矿井的自然风压,并判断其风流方向。,解:,假设风流方向由0-1-2井筒进入,由3-4-5井筒排出。计算各测段的空气平均空气密度:,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,计算进、出风井两侧空气柱的平均密度:,自(均进均回)g (1.23 1.189)9.81 145=58.32Pa,求得的H自为正值,说明风流方向与假设方向一致,从0-1-2井筒进入,由3-4-5井筒流出。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,2.自然风压的特点,自然风压的大小和方向,主要受地面空气温度变化的影响。如图4.2所示为浅井和
4、我国北部地区深井的自然风压随季节变化的情形。由图可以看出,对于浅井,夏季的自然风压出现负值;而对于我国北部地区的一些深井,全年的自然风压都为正值。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,2.自然风压的特点,(1)形成矿井自然风压的主要原因是矿井进、出风井两侧的空气柱重量差。不论有无机械通风,只要矿井进、出风井两侧存在空气柱重量差,就一定存在自然风压。 (2)矿井自然风压的大小和方向,取决于矿井进、出风两侧空气柱的重量差的大小和方向。这个重量差,又受进、出风井两侧的空气柱的密度和高度影响,而空气柱的密度取决于大气压力、空气温度和湿度。由于自然风压受上述因素的影响,所以自然风压的大小和方向会随季节
5、变化,甚至昼夜之间也可能发生变化,单独用自然风压通风是不可靠的。因此规程规定,每一个生产矿井必须采用机械通风。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,2.自然风压的特点,(3)矿井自然风压与井深成正比,矿井自然风压与空气柱的密度成正比。因而与矿井空气大气压力成正比,与温度成反比(P24)。地面气温对自然风压的影响比较显著。地面气温与矿区地形、开拓方式、井深以及是否机械通风有关。一般来说,由于矿井出风侧气温常年变化不大,而浅井进风侧气温受地面气温变化影响较大,深井进风流气温受地面气温变化的影响较小,所以矿井进、出风井井口的标高差越大,矿井越浅,矿井自然风压受地面气温变化的影响也越大,一年之内不但
6、大小会变化,甚至方向也会发生变化;反之,深井自然风压一年之内大小虽有变化,但一般没有方向上的变化。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,2.自然风压的特点,(4)主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定的影响。因为矿井主通风机的工作决定了矿井风流的主要流向,风流长期与围岩进行热交换,在进风井周围形成了冷却带,此时即使风机停转或通风系统改变,进、回风井筒之间仍然会存在气温差,从而仍在一段时间之内有自然风压起作用,有时甚至会干扰主要通风机的正常工作,这在建井时期表现尤为明显,需要引起注意。,1、自然风压,二、自然风压的测定,矿 井 通 风 动 力,生产矿井自然风压的测定方法有两种:直接测定法
7、和间接测定法。,1.直接测定法,图4.2 设密闭测定自然风压,矿井在无通风机工作或通风机停止运转时,在总风流的适当地点设置临时隔断风流的密闭,将矿井风流严密遮断,而后用压差计测出密闭两侧的静压差,该静压差便是矿井的自然风压值。或将风硐中的闸门完全放下,然后由风机房水柱计直接读出矿井自然风压值,如图4.2所示。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,图4.3 利用闸门测定自然风压,在生产矿井中,常用断流法直接测定矿井自然风压。如图4.3所示,在通风机停止运转时,将风硐的闸门全部放下,然后由通风机房的U形水柱直接读出矿井自然风压值。当水柱的偏转方向与通风机开动时的偏转方向相反时,自然风压为正值,即
8、帮助通风机工作;反之,自然风压为负值,即阻碍通风机工作。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,2.间接测定法,在抽出式通风矿井中,因风硐中通风机入口风流的相对全压h全与自然风压H自的代数和等于矿井的通风阻力,即 h全+H自=RQ2 所以首先在通风机正常运转时,测出矿井总风量Q及通风机入风口处风流的相对全压h全,而后停止主要通风机的运转,若有自然风流,立即测出自然风流的风速v自,计算出自然通风的风量Q自=Sv自,S是测v自处的风硐的断面积,可得下式: H自= RQ自2 得矿井自然风压:,1、自然风压,三、自然风压的利用,矿 井 通 风 动 力,1.自然风压对矿井机械通风的影响,在深井中自然风压
9、一般常年都帮助主要通风机通风,只是在季节改变时其大小会发生变化,可能影响矿井风量。但在某些深度不大的矿井中,夏季自然风压可能阻碍主要通风机的通风,甚至会使小风压风机通风的矿井局部地点风流反向。这在矿井通风管理工作中应予重视,尤其在山区多井筒通风的高瓦斯矿井中应特别注意,以免造成风量不足或局部井巷风流反向酿成事故。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,2.自然风压的利用,煤矿安全规程规定,矿井必须采用机械通风;主要通风机必须安装在地面;必须保证主要通风机的连续运转。矿井不能采用自然通风,但自然通风的作用在矿井中普遍存在,它在一定程度上会影响矿井主要通风机工作。,设计和建立合理的矿井通风系统:由
10、于矿区地形、开拓方式和矿井深度的不同,地面气温变化对自然风压的影响程度也不同。在山区和丘陵地带,应尽可能利用进、出风井口的标高差,将进风井布置在较低处,出风井布置在较高处。如果采用平硐开拓,有条件时应将平硐作为进风井,并将井口尽量迎向常年风向,或者在平硐口设置适当的导风墙。进、出风井口标高差较小时,可在出风井口修筑风塔,风塔高度以不低于10m为宜,以增加自然风压。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,人工调节进、出风侧的气温差:在条件允许时,可在进风井巷内设置水幕或借井巷淋水冷却空气,以增加空气密度,同时可起到净化风流的作用。在出风井底处利用地面锅炉余热等措施来提高回风流温度,减少回风井空气
11、密度。 降低井巷风阻:尽量缩短通风路线或采用平行巷道通风;当各采区距离地表较近时,可用分区式通风;各井巷应有足够的通风断面,且应保持井巷内无杂物堆积,防止漏风。,1、自然风压,矿 井 通 风 动 力,消灭独井通风:在建井时期可能会出现独井通风现象,此时可根据条件用风幛将井筒隔成一侧进风另一侧回风;或用风筒导风,使较冷的空气由井筒进入,较热的空气在导风筒排出。也可利用钻孔构成通风回路,形成自然风压。 注意自然风压在非常时期对矿井通风的作用:在制定矿井灾害预防和处理计划时,要考虑到万一主要通风机因故停转,如何采取措施利用自然风压进行通风以及自然风压对通风系统可能造成的不利影响,并制定措施防患于未然
12、。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,一、离心式通风机,图4.4 离心式通风机构造示意图,1-叶轮;2-螺形外壳;3-扩散器;4-主轴;5-止推轴承;6-径向轴承; 7-前导器;8-机架;9-联轴节;10-制动器;11-机座;12-吸风口; 13-通风机房;14-电动机;15-风硐,离心式通风机主要由动轮、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等构成。叶轮转动时,靠离心力作用,空气由吸风口12进入,经前导器7进入叶轮的中心,折转90沿径向离开叶轮流入机壳2,经扩散器3排出。,前导器7(有的通风机没有前导器)用来调节风流进入主要通风机叶轮时的方向,以调节主
13、要通风机所产生的风压和风量。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,一、离心式通风机,根据通风机的叶片角度的不同,离心式通风机可分为径向式、后倾式和前倾式三种,2为叶片出口的构造角,即为风流沿叶片移动的切线W2与圆周速度u2的夹角。对于径向式2为90,后倾式2大于90,而前倾式的2则小于90。因为后倾叶片的通风机当风量变化时风压变化较小,且效率较高,所以矿用离心式通风机多为后倾式。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,一、离心式通风机,煤矿主要通风机常用的离心式通风机有47211型、G47311型、K4730132型等,其含义以K4730132型说明。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动
14、 力,4-72系列离心式主要通风机装置图,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,二、轴流式通风机,图4.7 轴流式通风机构造示意图,1-集风器;2-流线体;3-前导器;4-第一级叶轮;5-中间整流器;6-第二级叶轮;7-后整流器;8-环形与水泥扩散器;9-机架;10-电动机;11-通风机房;12-风硐;13-导风板;14-基础;15-径向轴承; 16-止推轴承;17-制动闸;18-齿轮联轴器,作用是使空气均匀地沿轴向流入风机主体风筒内,以减少气流冲击。,工作叶轮4、6是通风机使空气增加能量的唯一旋转部件。轴流式通风机有一级和二级两种,二级叶轮生产的风压是一级的2倍。,整流器5、7是调整前一轮
15、流出的气流方向,使它按轴向进入下一级叶轮或流入环形扩散器中,减少动能和涡流损失。,环形扩散器8由内外两个锥形圆筒组成,其作用是使气流速度逐渐降低,把气流速度转换为通风机的静压,从而提高通风机的效率。,传动部分有径向轴承15、止推轴承16和传动轴组成。通风机和电动机的轴用齿轮联轴器18连接,形成直接传动。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,二、轴流式通风机,轴流式通风机主要由进风口、工作轮、整流器、主体风筒、扩散器和传动 轴等部件组成。,工作原理:风机运转时,空气沿着风机的轴向方向进入叶轮,被叶片挤压向前推动,经扩散器排出。(轴向进入,轴向流出) 主要特点:结构紧凑,便于调节风量、风压。但
16、构造复杂,较难维护。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,二、轴流式通风机,叶片的安装角可以根据需要来调整,国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调为15、25、30、35、40和45七种,使用时可以每隔2.5调一次。 叶片按等间距t安装在动轮上,当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时,由于叶片的凹面与空气冲击,给空气以能量,产生正压,将空气从叶道压出,叶片的凸面牵动空气,产生负压,将空气吸入叶道。如此一压一吸便造成空气流动。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,二、轴流式通风机,一个动轮和它后面一个有固定叶片的整流器组成一段。整流器用来整理动轮流出的旋转气流,以减少涡流损失。为了提高通风机
17、的风压,有些轴流式通风机安装两段动轮。 环形扩散器是轴流式通风机特有的部件,其作用是使环状气流过渡到柱状气流时,速压逐渐减少,以减少冲击损失,同时使静压逐渐增加。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,二、轴流式通风机,煤矿主要通风机常用的轴流式通风机有2K60型、GAF型、2K56型、KZS型等。型号参数的含义以2K60124型说明。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,GAF系列轴流式主要通风机装置图,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,2K60系列主要通风机装置立体图,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,2K58系列主要通风机装置立体图,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动
18、力,BDK65系列主要通风机装置立体图,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,三、通风机的附属装置,1)风硐的断面不宜太小,风速以10m/s为宜,最大不超过15m/s; 2)风硐的阻力不大于100200Pa。为减小阻力,风峒不宜过长,内壁光滑并保持无堆积物,转弯部分呈圆弧形。 3)风硐及闸门等装置,结构要严密,以防止漏风。,1.风硐,风硐是指连接矿井主要通风机和回风井的一段巷道。一般通过风硐的风量很大,且风硐内外压差较大,服务年限也比较长,因此对风硐的设计与施工的质量要求很高,多采用混凝土、砖石等材料建筑。风硐设计时应满足:,图4.9 风硐,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,4)风硐内
19、应安设测量风速和风流压力的装置,风硐和主通风机相连的一段长度不应小于1012D(D为通风机工作轮的直径)。 5)风硐与倾角大于30的斜井或立井的连接口距风井12m处应安设保护栅栏,以防止检查人员和工具等坠落到井筒中;在距主要通风机入风口12m处也应安设保护栅栏,以防止风硐中的脏、杂物被吸入通风机。 6)风硐直线部分要有流水坡度,以防积水。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,2.防爆门,防爆门是在装有通风机的井口上为防止瓦斯煤尘爆炸时毁坏通风机而安装的安全装置。图4.10所示为抽出式通风矿井出风井口的防爆门。当井下发生瓦斯煤尘爆炸时,防爆门即能被爆炸冲击波冲开,从而起到保护通风机的作用。
20、规程规定:装有主要通风机的出风井口应安装防爆门。防爆门每6个月检查维修1次。防爆门应正对井口的风流方向,其面积不得小于出风井口的断面积。为了防止防爆门的漏风,防爆门的密闭采用水封或油封,所以井口圈的凹槽应经常保持足够的水量,槽的深度必须大于防爆门内外压力差要求的深度值。,图4.10 防爆门,1-防爆门;2-井口阀;3-滑轮;4-平衡锤,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,三、通风机的附属装置,3.反风装置,当矿井在进风井口附近、井筒或井底车场及其附近的进风巷中发生火灾、瓦斯和煤尘爆炸时,为了防止事故蔓延,缩小灾情,以便进行灾害处理和救护工作,往往需要改变全矿井的风流方向,称为矿井反风。 规
21、程规定:生产矿井主要通风机必须装有反风设施,并能在10min内改变巷道中的风流方向;当风流方向改变后,主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40。每季度应至少检查1次反风设施,每年应进行1次反风演习;当矿井通风系统有较大变化时,应进行1次反风演习。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,3.反风装置,1)离心式通风机的反风装置,图4.11 离心式通风机反风装置,1-反风控制风门;2-反风进风风门;3-旁侧反风道,离心式通风机的反风情况如图4.11所示,正常通风时,反风门1和2为实线位置;反风时,反风门1提起,而将反风门2放下,风流自反风门2进入通风机,再从反风门1进入反风道3,经风井压入井
22、下。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,3.反风装置,2)轴流式通风机的反风装置,图4.12 轴流式通风机反风装置,a、b-反风门;1、2-通风机;c-旁侧反风道,通风机1正常工作时,反风门a和b处于实线位置;反风时,可提起风门a,把反风门b放下,地表空气经百叶窗、活门b进入通风机,再由活门a进入旁侧反风道c,进入风井到井下,达到反风的目的。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,反风方法: (1)利用专用反风门和旁侧反风道反风。 如:离心式主通风机;部分老式轴流式主通风机。 (2)调节通风机叶片角度反风。如:GAF轴流式主通风机(停机、调整叶片角度。) (3)反转通风机叶轮旋转方向反
23、风。如:轴流式通风机普遍采用。对旋式主通风机。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,4.扩散器,轴流式通风机扩散器,在通风机出口处外接的具有一定长度、断面逐渐扩大的风道,称为扩散器。其作用是降低出口速压以提高通风机的静压。,轴流式风机的扩散器是由圆锥形内筒和外筒构成的环状扩散器,如右图所示。出口与混凝土砌筑成的外接扩散器相连。外接扩散器是一段向上弯曲的风道,它与水平线所成的夹角为60,扩散器的拐弯处为双曲线形,并安设一组导流叶片,以降低阻力。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,4.扩散器,离心式通风机扩散器,离心式通风机的扩散器是长方形,其敞角取810,出风口断面(S3)与入风口断面
24、(S2)之比约为34,如右图所示。,2、矿用通风机,矿 井 通 风 动 力,5.消音装置,矿井通风机特别是轴流式通风机属于强噪声源,其噪声一般在90dB左右,有的甚至超过110dB,严重影响工业广场和居民区人员的工作和休息。为了保护环境,降低噪声污染,需要对通风机采取消音措施,把噪声降低到人们可以接受的程度,煤矿安全规程规定:作业场所的噪声,不应超过85dB,大于90dB时,应采取消音措施。 通风机运转时产生空气动力噪声和机件震动的机械噪声。空气动力噪声主要采用在扩散器风道内装设用吸声材料做成的消音装置来降低噪声;机械噪声主要由机壳向外传播,一般采用隔音材料将机壳密封的办法隔离噪声。,2、矿用
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