《通風安全學》自學指導書

 

 

成人函授教育

 

《通風安全學》自學指導書

 

適用采礦工程出函授本、?？?/p>

 

 

 

 

 

 

 

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目 錄

一、前言... 2

二、各章節(jié)自學內(nèi)容.... 3

第一章 礦井空氣... 3

第二章 礦井空氣流動基本理論... 4

第三章 井巷通風阻力... 5

第四章 通風動力... 7

第五章 礦井通風網(wǎng)絡中風量分配與調(diào)節(jié)... 8

第六章 局部通風... 9

第七章 通風系統(tǒng)與通風設計... 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、前言
1、課程性質(zhì)和任務

本書是采礦工程專業(yè)主要專業(yè)課程之一。與《煤礦開采學》配套使用，也是礦蟛設計重要內(nèi)容。

本教材充分反映了國內(nèi)外通風安全最新技術(shù)發(fā)展和較為成熟的科研成果，國求理論聯(lián)系實際，既適用于采礦專業(yè)教學需要，又適用于現(xiàn)場管理需要，按照煤礦安全形勢需求，本書將基礎知識進行了整合，使內(nèi)容簡明，重點突出，強調(diào)了安全檢測儀器使用和現(xiàn)代化安全管理。

2、自學方法

函授教學的基本特點是以“自學為主，面授為輔”，二者密切配合。函授生必須按照進度計劃，制定好自學計劃，安排好自學時間，保證正常進行自學。

首先，弄清每章節(jié)要解決的問題，并做好自學筆記，尤其是疑難問題，以便面授時解決，要求學員認真對待復習思考題和習題，保質(zhì)保量完成平時作業(yè)和測驗作業(yè)。并通過實驗課和課間實習，提高處理實際問題能力。為今后工作奠定堅實基礎。

3、教學安排

自學 90學時 面授 30學時

復習 10學時 共130學時

實驗一：風表測量風速

實驗二：氣體檢測儀器、儀表（測CH4、CO2、CO）

參觀實習：礦井主要通風機（請礦工程師講課）

 

 

二、各章節(jié)自學內(nèi)容
第一章 礦井空氣
一、 本章基本內(nèi)容和要求

本章著重闡述礦井空氣成分井下各種有害氣體，礦井空氣安全標準，及礦井氣候條件，為進一步學習礦井通風基礎理論奠定基礎。

二、本章內(nèi)容重點

1、礦井空氣的主要萬分及基本性質(zhì)

1）氧氣（O2）20.96%

2）氮氣（N2）79%

3）二氧化碳（CO2）0.04%

2、礦井空氣中有害氣體

1）一氧化碳CO

2）硫化氫H2S

3）二氧化氮NO2

4）二氧化硫SO2

5）氨氣NH3

3、衡量礦井氣候條件指標：

1）干球溫度

2）濕球溫度

3）等效溫度

4）同感溫度

5）卡他度

三、自學難度

礦井氣候條件指標中“同感感溫度”較難理解，是1923年由美國工程師提出?？赏ㄟ^實驗加以理解。

實驗時，先將三個受試者置于一個溫度為t，相對濕度為q，風速為v的已知環(huán)境中，并記下他們的感受；然后把他們請到另一個溫度（t1）可調(diào)，相對濕度為１００％，風速為v環(huán)境里，通過調(diào)節(jié)t1為第一個環(huán)境的同感溫度，這個指標可以反映出溫度、濕度、風速三者對人體熱平衡的綜合作用。

四、學習方法指導：

為了更好地掌握好有害氣體危害和防治措施，可參考相關化學書籍，加深理解。

五、復習思考題與習題

１－１地面空氣主要成分是什么？礦井空氣與地面空氣區(qū)別？

１－２礦井空氣中常見的有害氣體有哪些？《規(guī)程》對礦井空氣中有害氣體最高允許濃度有哪些規(guī)定？

１－３ＣＯ有哪些性質(zhì)？說明ＣＯ對人體危害以及ＣＯ的主要來源？

１－４《規(guī)程》對礦井空氣質(zhì)量有哪些規(guī)定？

１－５某礦一采煤工作面ＣＯ２絕對涌出量為７.56m3/min，當供風量850m3/min，問該工作面回風流中ＣＯ２濃度為多少？能否進行正常工作？

第二章 礦井空氣流動基本理論
一、本章基本內(nèi)容和要求

礦井空氣流動基本理論，主要研究礦井空氣沿井蒼流動過程中宏觀國學參數(shù)的變化規(guī)律，以及能量轉(zhuǎn)換關系，本章將介紹空氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)，討論空氣在流動過程中能量的變化，根據(jù)熱力學第一定律和能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，推導出能量方程，能量方程在礦井通風計算時有著廣泛的應用。

二、自學重點：

１、風流能量與壓力

１）靜壓能――靜壓

２）重力位能

３）位能與靜壓關系

４）動能――動壓

２、風流點壓力及其相互關系

３、通風能量方程

三、自學難點

能量方程是通風工程的理論基礎，應用極廣。雖然有一定難度，但可通過圖形描述（坡度線）來加深理解。通風能量（壓力）坡度線是通風管理和均壓防滅火的有力工具。

四、學習方法指導

通風能量方程是通風基礎理論中較難的環(huán)節(jié)，要充分掌握和靈活運用。首先，要強化物理知和巷道系統(tǒng)圖。明確靜壓――速壓――位壓的關系。才能應用到風量計算中去，解決生產(chǎn)實際中的問題。

五、復習思考題與習題

２－１說明影響空氣密度大小的主要因素，壓力和溫度相同的干空氣與濕空氣相比，哪種空氣的密度大，為什么？

２－２何謂空氣靜壓，它是怎樣產(chǎn)生的？說明其物理意義。

２－３試述能量方程中各項的物理意義

２－４抽出式通風礦井的主要通風機為什么要外接擴散器？

２－５在斷面不同的水平巷道中，用壓差什法測兩斷面的靜壓差為７０Ｐa，斷面１的斷面積為８m2，其平均風速3.5m/s，斷面２斷面積5m2，空氣平均密度為1.25kg/m3，求該段巷道的通風阻力。(hR1-2=58Pa)

第三章 井巷通風阻力
一、本章基本內(nèi)容和要求

井巷通風阻力可分為兩類：磨擦阻力和局部阻力，本章將討論通風阻力產(chǎn)生的原因，計算方法以及降低通風阻力措施，也是進行礦井通風設計，加強通風管理，改善通風狀況基礎。

二、自學重點

１、磨擦風阻與阻力

hf=λL/d*ρv2*Pa （３－１）

此公式不是嚴格的理論式，人們把復雜的能量損失計算總是轉(zhuǎn)化為阻力系數(shù)λ。由于井巷風流均呈紊流狀態(tài)，此時λ＝f(Re,ε/r)關系比較復雜。可用當直徑de=4s/U代替d,則井巷磨擦阻力可簡化為 hf=λ＊ρ/８＊Ｌ*Ｕ／s3*Q2

對常見的礦井井巷斷面而言，誤差很小，可不予考慮。

２、局部風阻

３、降低礦井通風阻力的措施

１）減小磨擦阻力系數(shù)a

２）選用周長較小的井巷斷面

３）保證有足夠的井巷斷面

４）減少巷道長度

５）避免巷道內(nèi)風量過于集中

三、自學難點

１、礦井風阻與礦井等孔

在紊流條件下，磨擦風阻和局部阻力，均與風量平方成正比，故可寫成一般形式h=RQ2Pa

２、等積孔

用礦井總風阻來表示礦井通風難易程度。不夠形象，但單位又復雜，因此常用等積孔作為衡量礦井通風難易程度的指標。

假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為Ａ（m2）的孔口，當孔口通過的風量等于礦井風量，而且孔口兩側(cè)的風壓等于礦井通風阻力時，則也口面積Ａ為該礦井的等積孔。

四、自學方法：自學時做好筆記，尤其是遇到疑難問題，以待面授時向老師請教，教師也應該個別輔導答疑，認真對待學生提出的問題，認真批改作業(yè)。

五、例題

六、復習思考題與習題

3-1何謂層流，紊流？如何判別流體的流動狀態(tài)？

3-2何謂風速分布系數(shù)？它與哪些因素有關？

3-3磨擦阻力系數(shù)α與哪些因素有關？

3-4某半圓拱巷道，采用砌碹支護，巷道寬3.2m，中心處高度3.4m。通過風量Q=600m3/mi試判別風流流態(tài)。

3-5磨擦阻力hf與磨擦風阻Rf有何區(qū)別

3-6已知某礦總風阻R=0.5Ns2/m8，試繪制阻力特性曲線？

第四章 通風動力
一、本章的基本內(nèi)容和要求

本章將對通風機壓力和自然風壓對礦井通風的作用，及其影響因素和特性，進行分析研究，以便合理地使用通風動力，從而使礦井通風達到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全可靠。

二、自學重點

1、自然風壓，及其形成計算

2、自然風壓影響因素

3、自然風壓控制和利用

4、通風機類型及構(gòu)造

5、主要通風相附屬裝置

6、設備選型

三、自學難點

1、通風機實際特性曲線

2、通風機個體特性曲線

3、通風機工況點及其經(jīng)濟運行

四、自學方法

首先，確定本章學習目標，是為了設備選型，并使所選擇風機參數(shù)，滿足生產(chǎn)的需要，就要明確風機的特性曲線，確定合理的工況點，才能實現(xiàn)風機經(jīng)濟運行，安全可靠。也可以通過對礦井風機實際調(diào)研，加深理解積各參數(shù)的關系，使復雜的問題簡單化。

五、例

根據(jù)實際工況點，從電耗大小考慮選2K-60，從可調(diào)性上看2K-60風機較好，但可反轉(zhuǎn)反風，故選擇2K-60N018風機

六、思考題與習題

4-1自然風壓是怎樣產(chǎn)生的？進排風井井口標高相同的井巷系流內(nèi)會產(chǎn)生自然風壓嗎？

4-2影響自然風壓大小和方向的主要因素是什么？能否用人為的方法產(chǎn)生或增加自然風壓

4-3主要通風機附屬裝置各有什么作用？設計和施工時應符合哪些要求？

4-4試述通風機串聯(lián)或并聯(lián)工作的目的及其適用條件

4-5某礦抽出式通風，主要通風機型號為4-72-11N020型，n=630r/min，Rm=0.735NS2/m8，擴散器出口斷面Sdv=6.72m2，風阻Rd=0.035試用圖解法求主要通風機工況點。

第五章 礦井通風網(wǎng)絡中風量分配與調(diào)節(jié)
一、本章基本內(nèi)容和要求

本章將介紹通風網(wǎng)絡的形式與特性，風量分配的基本規(guī)律，通風網(wǎng)絡中風流變化的規(guī)律，風量調(diào)節(jié)方法，應用計算機解算復雜，通風網(wǎng)絡的算法及軟件應用。

二、自學重點

1、風量平衡定律

2、能量平衡定律

3、通風網(wǎng)絡（串聯(lián)風路，并聯(lián)風網(wǎng)角聯(lián)風網(wǎng)）

4、礦井風量調(diào)節(jié)

5、風流穩(wěn)定性分析

三、自學難點

教育處機解處復雜通風網(wǎng)絡，難點之一是數(shù)學模型建立，難點之二是計算機應用能力。

四、自學方法

針對上述問題，學生在自學前，必須熟悉計算機應用知識，和工程數(shù)學，才能解決通風網(wǎng)絡解算，才能合理調(diào)節(jié)礦井風量，有針對性服務于生產(chǎn)。

五、思考題與習題

5-1什么是通風網(wǎng)絡，其主要構(gòu)成元素是什么？

5-2礦井通風網(wǎng)絡中風流流動基本規(guī)律有幾個？寫出其數(shù)學表達式。

5-3比較串聯(lián)風路與并聯(lián)風路的特點

5-4礦井風量調(diào)節(jié)措施可為哪幾類？比較它們優(yōu)缺點。

第六章 局部通風
一、本章基本內(nèi)容和要求

本章討論局部通風方法，局部通風需要風量計算，局部通風設備及其選型，局部通風技術(shù)管理，及其安全裝備毓化內(nèi)容。這些內(nèi)容直接關系到掘進工作面安全。所以在學習時要精益求精。

二、自學重點

1、局部通風機通風：分為壓入式通風，抽出式通風，壓入和抽出式混合通風。通過分析不同的通風方法，當以排除CH4為主的煤巷，半煤巷掘進時應采用壓式，而當以排除粉塵為主的井筒掘進時宣采用抽出式通風。

2、礦井全風壓通風

3、引射器通風

4、局部通風裝備

三、自學難點

掘進工作面風量計算，掘進工作面所需風量，應滿足《規(guī)程》對作業(yè)地點空氣的成分，含塵量，氣溫，風速等規(guī)定的要求，一般按下列因素計算

1、排除炮火因，所需風量

2、排出瓦斯所需風量

3、排出礦塵所需風量

4、按風速驗算風量

四、自學方法

教材中關于風量計算的公式，公供參考。在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)具體地質(zhì)條件進行選擇。為了提高應變能力，學生可參閱掘進面通風設計的作業(yè)規(guī)程，從中可受到啟發(fā)。

五、思考題與習題

6-1全風壓通風有哪些布置方式？簡述其優(yōu)缺點及適用條件？

6-2試述混合式通風特點與要求？

6-3試述局部通風特點和要求

6-4局部通風設備選型的一般原則是什么？

6-5某巖巷掘進長度1000m，采用長抽短壓通風，斷面為8m2，一次煤破炸藥量10Kg，抽出式風筒距工作面40m，通風時間20min，計算工作面所需風量。

第七章 通風系統(tǒng)與通風設計
一、本章基本內(nèi)容和要求

礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，其設計合理與否對全礦井的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟效益具有長期的影響，礦井通風設計是礦井設計的主要內(nèi)容之一，是反映礦井設計質(zhì)量和水平的主要因素。本章討論通風系的類型，及適用條件；采區(qū)通風及通風構(gòu)筑物；礦井通風設計的內(nèi)容、方法與步驟。

二、自學重點

1、礦井通風系統(tǒng)

2、各類礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)缺點及適用條件

3、礦井通風系統(tǒng)選擇

4、采區(qū)