中国矿业大学矿井通风与安全课后题答案

矿井通风与安全课后习题解答1-1 地面空气的主要成分是什么?矿井空气与地面空气有何区别？地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成分种类增多，各种成分浓度改变1-2 氧气有哪些性质?造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因有哪些？主要原因：煤、岩、坑木等缓慢氧化耗氧，煤层自燃，人员呼吸，爆破1-3 矿井空气中常见的有害气体有哪些?《规程》对矿井空气中有害气体的最高容许浓度有哪些具体现定？有害气体：CH4、CO2、CO、NO2、SO2、H2S、NH3、H2、N2体积浓度：CH4 ≤ 0.5% CO2 ≤ 0.5% CO ≤ 0.0024% NO2 ≤ 0.00025% SO2 ≤ 0.0005% H2S ≤ 0.00066%NH3 ≤ 0.004%1-4 CO有哪些性质?试说明CO对人体的危害以及矿井空气中CO的主要来源。

CO是无色、无臭、无味的有毒有害气体，比重为0.967，比空气轻，不易溶于水，当浓度在13~75%时可发生爆炸CO比O2与血色素亲和力大250~300倍，它能够驱逐人体血液中的氧气使血液缺氧致命井下爆炸工作、火区氧化、机械润滑油高温分解等都能产生CO1-5 什么是矿井气候?简述井下空气温度的变化规律。

矿井气候指井内的温度、湿度、风速等条件在金进风路线上：冬季，冷空气进入井下，冷气温与地温进行热交换，风流吸热，地温散热，因地温随深度增加且风流下行受压缩，故沿线气温逐渐升高；夏季，与冬季情况相反，沿线气温逐渐降低在采掘工作面内：由于物质氧化程度大，机电设备多，人员多以及爆破工作等，致使产生较大热量，对风流起着加热的作用，气温逐渐上升，而且常年变化不大1-6 简述风速对矿内气候的影响。

矿井温度越高，所需风量就越多，风速也越大；风速越大，蒸发水分越快，井内湿度也越大，矿井温度、湿度、风速间有着直接的联系1-7 简述湿度的表示方式以及矿内湿度的变化规律。

绝对湿度—单位容积或质量的湿空气中所含水蒸气质量的绝对值（g/m或g/k）绝对饱和湿度—单位容积或质量湿空气所含饱和水蒸气质量的绝对值（g/m或g/kg）相对湿度—在同温同压下空气中的绝对湿度和绝对饱和湿度的百分比，即矿井进风路线上冬干下湿；在采掘工作面和回风路线上，因气温常年几乎不变，故其湿度亦几乎不变，而且其相对湿度都接近100%。

2-1 何谓空气的静压，它是怎样产生的？说明其物理意义和单位。

绝对静压：单位容积风流的压能绝对静压：它是指管道内测点的绝对静压与管道外和测点同标高的大气压力之和，静压是油空气分之热运动产生的，反映了分子运动的剧烈程，单位Pa2-2 何谓空气的重力位能？说明其物理意义和单位。

能量变化方程中任一断面上单位体积风流对某基准面的位能，是指风流受地球引力作用对该基准面产生的重力位能，习惯叫做位压物理意义：某一端面到基准面的空气柱的重量单位：Pa2-3 简述绝对压力和相对压力的概念。

为什么在正压通风中断面上某点的相对全压大于相对静压，而在负压通风中断面某点的相对全压小于相对静压？绝对压力：单位容积风流的压能相对压力：管道内测点的绝对静压与管道外和测点同标高的大气压力之差正压通风时，风流在风压测任一点的相对静压是正值，ht=hs+hv，故ht>hs负压通风时，风流在抽风测任一点的相对静压是负值，ht=hs-hv，故ht<hs2-4 试述能量方程中各项的物理意义。

2-5 分别叙述在单位质量和单位体积流体能量方程中，风流的状态变化过程是怎样反映的？单位质量能量方程表示单位质量的流体在通过1,2两端面的过程中，因克服阻力而消耗的机械功，故通过机械功的变化反应风流状态变化过程单位体积流体能量方程是风流在起末两断面的压能差，位能差和动能差之和，即风流在起末两断面上的总能量之差，可通过总能量的变化来反映风流状态变化。

3-1 解释层流、紊流的概念，并介绍判别流体的流动状态的方法。

层流是指流体各层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行紊流是指流体的质点强烈相互混合，质点的流动轨迹极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直于流动方向的位移，且在流体内部存在着时而产生，时而消失的涡旋判别方法：对于圆形巷道，雷诺数Re=Vd/v对于非圆形巷道，风流雷诺数Re=4VS/vU当Re≤ 2300时，层流；当Re>100000时，紊流3-2 通风阻力和风压损失在概念上是否相同？它们之间有什么关系?不相同；通风阻力的大小等于风压损失量；通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类，它们与风流的流动状态有关；风压损失指风流的静压、动压、位压损失之和3-3 通风阻力有几种形式？产生阻力的物理原因是什么?两种形式：①摩擦阻力是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，引起内外摩擦因而产生阻力；②局部阻力是风流再井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地点产生一种附加的阻力3-4 通风阻力与井巷风阻有什么不同？通风阻力是风流在巷道中流动所产生的局部阻力和摩擦阻力，而井巷风阻是反映井巷特征的物理量，它只受l、u、s和a的影响，二者的关系为：3-6 降低通风阻力有什么意义?降低摩擦阻力和局部阻力可以采用的措施有哪些？降低矿井通风阻力，对管理自然发火和瓦斯，减少通风电费方面都有重要意义降低摩擦阻力的措施：降低局部阻力损失的措施：在巷道内尽可能避免巷道断面的突然扩大或突然缩小，尽可能避免转90度的弯，在拐弯处的内侧或外侧要做成斜面或圆弧形，拐弯的弯曲半径尽可能加大，还可以设置导风板等。

4-1 自然风压是怎样产生的？进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压？由于空气进入井下后必与各种热源进行热交换，致使井下各段空气密度不断发生变化，造成进风和回风两侧空气柱的重力不平衡，因而产生能量差，推动风流沿井巷流动，形成自然风压会产生自然风压，因为进排风井内密度不同致使两端空气柱重量不同4-2 影响自然风压大小和方向的主要因素是什么？能否用人为的方法产生或增加自然风压？主要因素：矿井进风和出风两侧空气柱的高度和平均密度可以，如把回风井井口安置在高处，把进风井井口或平峒口安置在低处；在回风井口修建风塔；多掘和高地表相同的回风井；在回风井和风塔内安装暖气管道等4-3 什么叫通风机的工况点？通风机工况点就是通风机实际工作点4-4 试述通风机串联或并联工作的目的及适用条件。

通风机串联的目的是增加风压，保持风量不变；适用于风网阻力较大的情况；通风机并联的目的是保持风压不变，提高风量；适用于风网阻力较小的情况4-5 描述主要通风机特性主要参数有哪些？物理意义是什么？风压：是风流在起点终点间的能量差，是矿井通风的动力风量：是单位的时间内通过某断面上的风的容积功率：输入功率（单位时间内输给通风机的电能）输出功率（单位时间内通风机把电能转化为风流压能的大小）效率：通风机输出功率与输入功率之比，反映了通风机的实际工作质量4-6 轴流式通风机和离心式通风机的风压和功率特性曲线各有什么特点？在启动时应注意什么问题？离心式通风机风压随着风量的增加而增加，而下降较慢，使功率随风量的增加而增加，即矿用离心式通风机的个体功率特性曲线是逐渐上升的，在启动通风机时，为避免启动电流过大而烧毁电机，离心式通风机应关闭闸门在风量最小时启动，启动后再打开闸门；轴流式通风机风压特性曲线和功率特性曲线都是先减小后增大，最后又减小，在特性曲线的实用阶段，风压随风量的增加而较大地下降，使功率随着风量的增加而减少，即轴流式通风机的个体功率特性曲线的实用段是逐渐下降的，在启动通风机时，应打开闸门在风量最大时启动4-7 主要通风机附属装置各有什么作用？设计和施工时应符合哪些要求？反风装置：使正常风流反向，当发生火灾和瓦斯爆炸时使用；要求在10min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的60%防爆门：当井下发生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将防爆门掀起，从而起到保护主扇的作用；要求防爆门不得小于出风井口的断面面积，并正对出风口的风流方向风峒:矿井主扇和出风井之间的一段联络巷道；①风峒断面不宜太小，其风速以10m/s为宜，最大不应超过15m/s②风峒的风阻应不大于0.0196Ns/m，风峒的阻力不大于100～200Pa③风峒及其闸门等装置，结构要严密，以防止大量漏风④风峒内应安设测量风速和风流压力的装置扩散器：将通风机出风口的速压大部分转变为静压，以减少通风机出口的速压损失，提高通风机的静压消音装置：为了保护环境，降低噪音；通风机的噪音不得超过90dB。

5-1 全风压通风有哪些布置方式？试简述其优缺点及适用条件。

总风压通风方法：利用纵向风墙导风，利用风筒导风，利用平行巷道通风缺点及适用条件：总风压通风法的最大优点是安全可靠，管理方便，但要有足够的总风压，以克服导风设施的阻力，否则不能采用5-2 简述引射器通风的原理、优缺点及适用条件。

引射器通风原理：利用压力水力或压缩空气经喷咀高速射出产生射流，周围的空气被卷吸到射流中，为了减少射流与卷吸空气间冲击损失，在混合管内掺混，整流后共同向前运动，使风筒内有风流不断流过引射器通风具有设备简单、安全，水引射器有利于除尘和降温的优点。

但产生的风压低、送风量小、效率低、费用高，只有在用水砂充填采煤法德矿井中，才可以顺便使用水风扇，为满足掘进通风的风压与风量要求，可用多喷咀进行串联通风5-3 简述压入式通风的排烟过程及其技术要求。

工作面爆破后，烟、尘充满迎头，形成一个炮烟抛掷区，风流由风筒射出后按紊动射流的特性使炮烟被卷吸到射出的风流中，二者掺混共同先前移动为了能有效地排出炮烟，风筒出口与工作面的距离不能超过有效射柱，否则会在工作面附近出现烟流停滞区，压入式通风风筒出口到工作面的距离约为≤ lj=（4～5）s，lj–有效射程，s–掘进巷道净断面面积，5-4 试述压入式、抽出式通风的优缺点及其适用条件。

优缺点：对于压入式通风，由于局扇和启动装置都位于新鲜风流中，在瓦斯矿井运转安全；风筒出口风流的有效射程长，排烟能力强，工作面的通风时间短，而且可用柔性风筒。

但污风沿巷道排出，污染范围广，巷道的通风时间长。

抽出式的优缺点恰遇上述相反适用于断面不大，要求风量不大的巷道中掘进5-5 试述混合式通风的特点与要求？长压断抽式：特点：主要适用于柔性风筒，成本低，除尘器常移动且增大抽出式通风机的通风阻力，除尘效果差时，可使巷道承受一定程度的污染要求：以压入式通风为主，靠近工作面一段用抽出式通风，抽出式通风要配备除尘装置，风筒重叠段风速V>0.5m/s（排瓦斯）；或V>0.15m/s（除尘）长抽断压式：①前压后抽式：特点：不需配备除尘装置，不会增加通风阻力，能解决巷道污染问题，整个巷道通风状况较好，抽出式风筒要用带刚性骨架的柔性风筒或硬质风筒，成本高要求：以抽出式为主，靠工作面设一段用压入式通风，压入风筒靠近工作面，抽出风筒口在压入风筒的后面，不需配备除尘装置②前抽后压式：特点：工作面污染范围短，但清洗工作面炮烟的能力差，其他特点同前压后抽式要求：以抽出式为主，抽出风筒口靠近工作面，巷道中设一段压入式风筒，该风筒出风口在抽出的后面压入式风筒口与工作面的距离，炮掘进时按lp≤ lj=（4～5）s估算；机掘时应该在机组转载点后面一定的距离，吸入式风筒吸口应靠近工作面5米左右。