第8次课 矿井通风动力(1)

• 1、自然风压：因二井筒平均温度，平均
密度和重力的不同，二井筒空气柱作
用在某一水平面单位面积上的重力差
• 2、自然风压形成的原因
5
冬季时：
0
夏季时：
2
5
HN 0 1gdZ 3 2gdZ 1
• 如果把地表视为断面 1 dZ
无限大，风阻为零的 2
2
dZ
4Z
3
假想风路。则 HN gdZ
• （1）设专用反风道反风 抽出轴流式风机利用反风道反风 正常通风时：风门1、7、5处于水平位置；反风时：风门如 图所示，新风流为1-7-2-3-5-6-回风道-井下 离心式抽出式风机利用专用反风道反风 正常通风时：风门1、2均在实线位置；反风时：风门1、2在 需线处
设专用反风道反风的优缺点 优点：反风后风机性能不变，维持正常风量，符合
1m3空气的能量（ N • m / m3 或Pa)。扇风机的全压等于风
机出口全压与入口全压之差，在没有自然风压的情况下，
全压 Ht 用以克服管网通风阻力 HR及风机出口动能损失 HV 即： Ht = HR + HV – 4）扇风机的静压H S ：克服管网阻力的风压称为扇风机的静 压 H S= HR =RQ 2 – 5）扇风机的有效功率 Nt ：指扇风机的输出功率，又称空气
– 4）轴流风机的叶片安装角不太大时，在稳定工作段内，功率随Q增大而减少，所 以轴流风机在风阻最小时启动，以减小启动负荷
• 4、矿用扇风机的型号
– 1）矿用离心式扇风机的型号：G4-73、K4-73、4-72-11、4-62等
–2）矿用轴流式风机型号 –目前我国生产的主要轴流式风机：1K58、2K58、GAF
– 集中并联 – （1）二台风压特性曲线不同风机并联作业：二风机的吸风口（或出风
口）可视为连接在同一点，因此二风机装置的静压相等且等于管网风 阻，通过巷道的风量为二风机风量之和。
h H s1 H s2 Q Q1 Q2
– 并联工作等效风机的合成曲线III可根据风压相等、风量相加的原则得 到
一、扇风机实际特性曲线
• 1、概念
– 1）扇风机的主要工作参数：是指风压H、风量Q、风机轴功 率N、
效率
– 2）风机的实际流量（体积流量）Q：一般指单位时间内通过
风机入口空气的体积，单位 m3 / h ，m3 / min ， m3 / s – 3）扇风机的全压（ Ht ）：是扇风机对空气作功，消耗于
3、在多井口通风的山区，尤其是高瓦斯矿井， 要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风 压作用造成某些巷道无风或风流反向而发生 事故。 4、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜 利用自然风压，表土施工、主副井与风井贯 通 时可以利用自然通风；有条件时可以利用 钻孔构成风路，形成自然风压通风。 5、利用自然风压做好非常时期通风，如风机 有问题时,制定应急救援预案时要注意这点。
Tm1Tm2— 分别为进回风侧空气柱的平均气温 。
R—空气的气体常数，干空气R=287J/（kg·K)
湿空气R=461J/（kg·K)
5、自然风压的利用
1）新井设计时，应使自然风压与机械风压的作用方向一 致。（增加进回井的标高差，进风井布置在阴凉处）举例： 虎头要塞
2）根据自然风压变化规律，适时调整风扇工况 点，保证 风量同时，节约能源
– 2）轴流式风机的风压特性曲线一般有马鞍形驼峰存在，且同一台扇风机的驼峰区 随叶片安装角的增大而增大，驼峰点D以右的特性曲线单调下降 ，是稳定工作区； 点D以左是不稳定工作段。（分析不稳定工作区）
– 3）离心式风机的功率N随Q增大而增大，因此为了保证风机安全启动，避免因起动 负荷过大而烧坏电机，因此离心式风机在启动时要将闸门全部关闭，达到正常工 作转速后，再开闸门
三 通风机的类型和构造
• (一)矿用通风机（煤矿之肺）分类 1、按服务范围的不同分为 • 主要扇风机（主扇）：服务于全矿或矿井的 某一翼 • 辅助通风机（辅扇）：用于矿井通风网路的 某一分支(采区划工作面)，帮助主扇工作， 保证分支所需的风量 • 局部通风机（局扇）：服务于掘进巷道。 2、 按扇风机的构造和工作原理分为 • 离心式扇风机 • 轴流式扇风机
• 3、小结 –1）自然风压受地面气候影响，冬夏两季 大，春季较小，甚至趋近于零。冬夏 两季可能相反。 –2）对于机械通风的矿井，自然风压仍然 存在。 –3）每一矿井必须采用机械通风。
• 4、自然风压的影响因素
1）矿井最低水平以上两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。 2）空气成分和温度影响空气密度，对自然风压HN有一定影响。 3）自然风压HN与进回风井的高差、进回风井平均密度差成正比。 4）扇风机影响自然风压HN大小与方向
– （2）风压特性曲线相同风机并联作业：根据并联风阻相等的原理， 通过风阻曲线与III的交点M作等压线与风机风压特性曲线交于m点。 m点即为风机工况点。
– 对角并联：两风机除有单独 工作的风路OA与OB外，还有 公共风路CO，因此每个风机 均有自己的特性曲线，
《煤矿安全规程》的规定。 缺点：基建、维护费用大，反风时操作复杂，维护困
难，漏风大，冬季易结冰，开启困难。 （2）轴流式风机反转反风
使风机电源反相，使电机反转，改变风机动轮的旋转方向， 使风流反向。 轴流式风机反转反风优缺点
优点：无反风闸门，漏风量小，风机有效风量提高， 基建费 用少，反风方便。
缺点：风机反转后，风机性能改变，反风量不符合煤 矿安全规程》的规定。
– 调节工况点的方法
–改变风阻特性曲线：风机特性曲线不变，改变其工作风阻 ，工况 点沿风机特性曲线移动。
• 1）增风调节
–减少矿井风阻方法：并联巷道、缩短风路、扩大断面减少 局部阻力等
–堵塞地面的外部漏风，当地面外部漏风较大时采用，
• 2）减风调节
–增加矿井风阻的方法
–增大外部漏风的方法
– 改变风机特性曲线：矿井总风阻不变，改变风机特性，工况点沿 风阻特性曲线移动。
为纵坐标
的直角坐标系上，并用光滑曲线把同名参数点连接起来，即
得 Ht — Q、
N —Q、
t — Q曲线
这组曲线称为扇风机在该转速条件下的个体特性曲线。
• 3、扇风机特性曲线的分析
– 1）扇风机厂家提供的特性曲线，一般是不带扩散器的情况下进行实验的。产品说 明书中，大中型矿井轴流式风机大多是静压特性曲线，而离心式风机大多是全压 特性曲线。
• 5、扇风机的工况点
–1）工况点：风机在一定转速和一定风阻条件下的工作参数，N、 Q、 、H，一般指Q、H两参数。
–2）工况点的确定方法
已知扇风机的特性曲线，自然风压不计时有二种确定方法
图解法：当官网上只有一台扇风机工作时，在H—Q曲线上，
按同比例作了风阻R曲线，它与H—Q曲线的交点就是扇风机
• 1）轴流式风机改变叶片安装角
• 2）装有前导器的离心式风机，改变前导器叶片转角调节风量
• 3）改变风机转速
二、扇风机的联合运转
– 1）扇风机的联合工作：一个以上的风机在一个官网上工作 – 2）扇风机联合工作的种类：扇风机串联、扇风机并联 – 3）扇风机串联工作的特点与工况分析
• 扇风机串联：一个扇风机的吸风口直接或通过一段巷道或风筒联 接到另一风机的出口，进行同时运转。
HN

RQBiblioteka 2 N试中：R—矿井总风阻，N.S2/m8(kg/m7)
Q、QN— 分别为开停风机时测得风量 HS—扇风机的静压，P a
4)简略计算法
H N gZ (m1 m2 )
m1

P RTm1
,
m2

P RTm2
HN

gZ
P( 1 R Tm1
1) Tm2
试中：P—矿井最高水平与最低水平间的平均气压
• （3）利用备用风机风道反风 二台轴流式风机并排布置，工作扇风机可利用另一台扇风机 的风道作为反风道进行反风。
• （4）调整动叶片安装角进行反风 对于动叶可以同时偏转的轴流式风机，把叶片偏转一定角度 （1200），不必改变动轮转向就可实现反风（质量有问题， 这种方式使用不多）
• 3、反风装置应满足的要求 –定期进行检修，确保反风装置处于良好状态。 –动作灵活可靠，能在10分钟内改变风流方向。 –结构要坚固，漏风少。 –反风量不小于正常风量的60%。如果，连续反风2小时后， 风流中的瓦斯浓度不超过2%时，经矿务局总工程师批准可 采用小于正常风量60%的反风设备。 –每年至少要进行一次反风演习。
• 5、自然风压计算方法
–1）间接测算法
H N gdZ
H N gZ (m1 m2 )
试中：
m1 m2—分别为最低水平以上左右两侧空气柱的平均密度
2）直接测定法 自然风压可通过主扇停转时直接测定
5 0
1
1
dZ
2
dZ
Z
M
4
2
3
3）停开主扇测算法
对于单一风机工作系统
HS H N RQ 2
• 风机串联工作特点：通过网路的总风量等于每台扇风机的工作风 量；两台风机的工作风压这和等于所克服官网的阻力。
• 风压特性曲线不同的风机 串联时的特性曲线
h H s1 H s2 Q Q1 Q2
– 风压特性曲线相同的二台风机串联工作特性曲线 – 扇风机与自然风压串联工作特性曲线分析
– 4）扇风机的并联工作：二台风机的吸风口（或出风口）直接或经过 一段井巷连接在一起的工作方式 叫扇风机并联作业。 • 风机并联工作方式：集中并联、对角并联
《通风安全学》
第8次课 通风动力
刘永立
一、通风动力
• 1、矿井通风动力：克服空气沿矿井巷道不断流 动 时所受通风阻力的能量或压力。
• 2、通风动力的种类：扇风机所产生的机械风压 与 自然风压。
• 3、机械通风：靠扇风机产生的机械风压进行的 通 风
• 4、自然通风：靠自然风压进行的通风
二、自然风压
功率或全压功率
• 2、扇风机的个体特性曲线
– 1）扇风机的工况点：当风机以某一转速、在风阻为R的管网上工作时，
可测算出一组相应的扇风机工作参数这就是该扇风机在管网风阻为R时
的工况点。
Ht Q N t
– 扇风机的个体特性曲线：通过改变管网风阻R，可得一系列工况参数，
将这些工况参数对应地描写在以Q这横坐标，以H，N和
的工作风压和风量。通过交点向Q轴作垂线，与N—Q， —
Q曲线相交，交点纵坐标即为轴功率N和效率

• 图解法理论依据：风机风压特性曲线的函数式为
H f (Q)
管网风阻特性曲线的函数式为 h RQ2
，风机
风压是用来克服风阻力 h的，因此H= h，二曲线的交点即
为工况参照点。
–解方程法：这种方法是利用计算机进行解算，现场应用不多。
• 扇风机的合理工作范围
–经济角度：扇风机的运转效率不应低于60%；
–安全角度：工况点必须位于驼峰点右侧，单调下降的直线段。
为防止工况点进入不稳定区，实际风压为得超过最高风压90%， 轴流式风机的动轮转速不得超 过其额定转速。
一、主扇工况点的调节
– 在煤矿生产过程中，采掘工作面的个数、瓦斯涌出量、风机本身 性能时刻在发生变化，为了保证矿井安全通风和经济运行的要求， 就得适时地对工况点进行调节。工况点的调节，实质就是供风量 的调节。
2、主扇的附属装置及设计施工要求 1）扇风机组成：主机、附属装置。 2）附属装置 风 硐：连接风机与井筒的一段巷道。 扩散器：风机出口处外接的一定长度、断面逐渐扩大的构 筑物,无论抽出式还是压入式风机，无论离心式还是轴流式 风机均有扩散器，作用是降低风机出口速压提高静压。 防爆门（防爆井盖）：在装有扇风机的井口设防爆门（斜 井）、防爆井盖（立井），作用是当井下发生瓦斯爆炸事 故时，防爆门自动打开，防止风机受高压气流作用而受到 破坏。 3)反风装置 作用：使矿井风流反向的一种设施，以防止进风系统发生 火灾时 产生的有害气体进入作业区。 类型：专用反风道反风、风机反转反风、利用备用风机作 反风道反风、调节动叶安装角反风。
–设专用反风道反风的优缺点 • 优点：反风后风机性能不变，维持正常风量，符合 《煤矿安全规程》的规定。 • 缺点：基建、维护费用大，反风时操作复杂，维护困 难，漏风大，冬季易结冰，开启困难。
• （2）轴流式风机反转反风 使风机电源反相，使电机反转，改变风机动轮的旋转向， 使风流反向。 –轴流式风机反转反风优缺点 • 优点：无反风闸门，漏风量小，风机有效风量提高， 基建费 用少，反风方便。 • 缺点：风机反转后，风机性能改变，反风量不符合煤 矿安全规程》的规定。