矿井通风与安全课后习题答案

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
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：①降低摩擦阻力系数
②扩大巷道断面
③选用周界较小的井巷
④减少巷道长度
⑤避免巷道内风量过大
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
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
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 CO
1-5 什么是矿井气候?简述井下空气温度的变化规律。
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
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
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
4-3
什么叫通风机的工况点？如何用图解法求单一工作或联合工作通风机的工
况点，举例说明。
通风机工况点就是通风机实际工作点
以轴流式通风机抽出式通风为例：
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
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
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
5-6 有效射程、有效吸程、炮烟抛掷长度及稀释安全长度的含义是什么？
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
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 Pa
2-2 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：Pa
2-3 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
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
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
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；
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<hs
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：�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；�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，
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
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
2-4 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
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？
N2(78%) O2(20.96%) CO2(0.03%) Ar(1%) 其他稀有气体（0.01%）
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？
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
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
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
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？
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
物理性质：氧是无色、无臭、无味、无毒和无害的气体，比重为 1.105，是人和
其他动物呼吸所必需的物质
化学性质：氧是很活跃的元素，易使其他物质氧化，并能助燃
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？
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
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，
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。
因而在该局部地点产生一种附加的阻力
3-4
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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：
3-5
矿井等积孔的含义是什么？如何计算？
等积孔表示井巷或矿井通风难易程度的假象孔口
3-6