矿井通风与安全(中国矿业大学 课件)

自然风压的控制和利用
自然风压作用的两面性－积极和消极措施： （1）新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，
应使在全年大部分时间内自然风压方向与机械通风风压的方 向一致，以便利用自然风压。例如，在山区要尽量增大进、 回风井井口的高差；进风井井口布置在背阳处等。
（2）适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿 井通风需要，又可节约电能。例如在冬季自然风压帮助机械 通风时，可采用减小叶片角度或转速方法降低机械风压。
4.2 通风机类型和构造
1、通风机类型 按服务范围分：主要通风机、辅助通风机与局部通风机。
主扇是矿井的“肺脏”，必须昼夜运转保证矿井安全生产。 按构造矿用通风机Βιβλιοθήκη Baidu分为离心式和轴流式通风机。
4.2.1 离心式通风机
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，
径向式
后倾式
前倾式
4.2.2 轴流式通风机
轴流式通风机主要由 动轮l、圆筒形机壳3、集 风器4、整流器5、流线体 6和环形扩散器7所组成。 集风器是外壳呈曲线形且 断面收缩的风筒。流线体 是一个遮盖动轮轮毂部分 的曲面圆锥形罩，它与集 风器构成环形入风口，以 减少入口对风流的阻力。
动轮由固定在轮 上的轮毂和等间距 安装的叶片2组成。
要通风机叶轮时的方向，以调节主要通风机所产生的风 压和风量。 制动器10可使主要通风机紧急停转。 通风机房13中通常设有能反映通风机工作状况的各种仪 表和电力拖动装置等。
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，β2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β2 为90°，后倾式β2大于90°，而前倾式的β2则小于90°。
4.1 自然风压
自然风压形成和计算 自然风压特性 自然风压参数计算 自然风压测定
自然风压的形成和计算
形成原因 由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得进、回
风井内的气温出现差异，回风井里面的空气密度比进风井 里的空气密度较小，因而两个井筒底部的空气压力不相等， 其压差就是自然风压。 自然通风是在自然风压作用下，风流不断流过矿井的现象。
（3）在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要防 止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。
自然风压测定
• 直接测定法
对于任一矿井，还可 用另一种方法测算矿井的 自然风压。如在矿井中任 一地点制做临时密闭，堵 截风流，主要通风机停止 运转后，用压差计测出密 闭两侧的压差，即为该矿 的hn。要求是密闭不漏风， 否则测值不准。
矿井通风与安全
中国矿业大学
第四章 通风动力
4.1 自然风压 4.2 通风机类型和构造 4.3 通风机特性曲线 4.4 通风机联合运转 4.5 通风机设备选型 4.6 通风机性能测定
通风动力基本概念
机械风压 由通风机造成的能量差
自然风压 由矿井自然条件产生的能量差
机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井 的通风阻力，促使空气流动
叶片的安装角θ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。
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。
4.2.3 对旋式通风机
自然风压的计算 如图所示矿井通风系统：
p为井口的大气压，Pa；Z为井深，m；ρ为空气密度， kg/m3，则自然风压为：
h0 p1 p2 gZ (12 34 )
自然风压特性
1、自然风压变化规律 自然风压的大小和方向，主要受地面空气温度变化的影
响。如图所示分别为浅井和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。
自然风压特性
（3）主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一 定影响。由于风流与围岩的热交换，冬季回风井气温高于进 风井，风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时 期内仍存在温差，从而仍有一定的自然风压起作用。有时甚 至会干扰通风系统改变后的正常通风工作。
（4）地面大气压、空气成分和湿度影响空气的密度， 因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。
对旋式通风机在构造上属于轴流式，采用双级双电机驱 动结构，两机叶轮相对并反向旋转，相当于两台同型号轴流 风机对接在一起串联工作，称为对旋式风机。这种结构可省 去中间及后置固定导叶，涡流损失较小，具有传动损耗小、 压力高、高效范围较宽、效率较高的特点。
浅井自然风压示意图
深井自然风压示意图
自然风压特性
2、自然风压影响因素 1）两侧空气柱的温度差 矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响的主要因素。
影响气温差的主要因素是地面入风气温和风流与围岩的热 交换。其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理 位置的不同而有所不同。
2）矿井深度 当两侧空气柱温差一定时，自然风压与矿井或回路最 高与最低点间的高差Z成正比。深1000m的矿井，“自然通 风能”占总通风能量的30%。
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 1-动轮；2-蜗壳体；3-扩散器；4-主轴；5-止推轴
出。
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
动轮1由若干个叶片构成，在主轴4带动下旋转。 前导器7（有的通风机没有前导器）用来调节风流进入主