【正文】 礦井通風(fēng)與安全 中國礦業(yè)大學(xué) 第四章 通風(fēng)動力 ? 自然風(fēng)壓 ? 通風(fēng)機類型和構(gòu)造 ? 通風(fēng)機特性曲線 ? 通風(fēng)機聯(lián)合運轉(zhuǎn) ? 通風(fēng)機設(shè)備選型 ? 通風(fēng)機性能測定 通風(fēng)動力基本概念 ? 機械風(fēng)壓 ? 由通風(fēng)機造成的能量差 ? 自然風(fēng)壓 ? 由礦井自然條件產(chǎn)生的能量差 ? 機械風(fēng)壓和自然風(fēng)壓 均是礦井通風(fēng)的動力，用以克服礦井的通風(fēng)阻力，促使空氣流動 自然風(fēng)壓 ? 自然風(fēng)壓形成和計算 ? 自然風(fēng)壓特性 ? 自然風(fēng)壓參數(shù)計算 ? 自然風(fēng)壓測定 自然風(fēng)壓的形成和計算 ? 形成原因 ? 由于風(fēng)流流過井巷時與巖石發(fā)生了熱量交換，使得進(jìn)、回風(fēng)井內(nèi)的氣溫出現(xiàn)差異，回風(fēng)井里面的空氣密度比進(jìn)風(fēng)井里的空氣密度較小，因而兩個井筒底部的空氣壓力不相等，其壓差就是自然風(fēng)壓。 ? 自然通風(fēng)是在自然風(fēng)壓作用下，風(fēng)流不斷流過礦井的現(xiàn)象。 ?自然風(fēng)壓的計算 ? 如圖所示礦井通風(fēng)系統(tǒng)： p為井口的大氣壓， Pa； Z為井深， m； ρ為空氣密度，kg/m3， 則自然風(fēng)壓為： )( 4321210 ?? ???? ??gZpph自然風(fēng)壓變化規(guī)律 自然風(fēng)壓的大小和方向，主要受地面空氣溫度變化的影響。如圖所示分別為淺井和我國北部地區(qū)深井的自然風(fēng)壓隨季節(jié)變化的情形。由圖可以看出，對于淺井，夏季的自然風(fēng)壓出現(xiàn)負(fù)值；而對于我國北部地區(qū)的一些深井，全年的自然風(fēng)壓都為正值。 淺井自然風(fēng)壓示意圖 深井自然風(fēng)壓示意圖 自然風(fēng)壓特性 自然風(fēng)壓特性 ?自然風(fēng)壓影響因素 1）兩側(cè)空氣柱的溫度差 礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差是影響的主要因素。影響氣溫差的主要因素是地面入風(fēng)氣溫和風(fēng)流與圍巖的熱交換。其影響程度隨礦井的開拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。 2）礦井深度 當(dāng)兩側(cè)空氣柱溫差一定時，自然風(fēng)壓與礦井或回路最高與最低點間的高差 Z成正比。深 1000m的礦井，“自然通風(fēng)能”占總通風(fēng)能量的 30%。 自然風(fēng)壓特性 （ 3）主要通風(fēng)機工作對自然風(fēng)壓的大小和方向也有一定影響。由于風(fēng)流與圍巖的熱交換，冬季回風(fēng)井氣溫高于進(jìn)風(fēng)井，風(fēng)機停轉(zhuǎn)或通風(fēng)系統(tǒng)改變，這兩個井筒之間在一定時期內(nèi)仍存在溫差，從而仍有一定的自然風(fēng)壓起作用。有時甚至?xí)蓴_通風(fēng)系統(tǒng)改變后的正常通風(fēng)工作。 （ 4）地面大氣壓、空氣成分和濕度影響空氣的密度，因而對自然風(fēng)壓也有一定影響，但影響較小。 自然風(fēng)壓的控制和利用 自然風(fēng)壓作用的兩面性－積極和消極措施： （ 1）新設(shè)計礦井在選擇開拓方案、擬定通風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)使在全年大部分時間內(nèi)自然風(fēng)壓方向與機械通風(fēng)風(fēng)壓的方向一致，以便利用自然風(fēng)壓。例如，在山區(qū)要盡量增大進(jìn)、回風(fēng)井井口的高差；進(jìn)風(fēng)井井口布置在背陽處等。 （ 2）適時調(diào)整主要通風(fēng)機的工況點，使其既能滿足礦井通風(fēng)需要，又可節(jié)約電能。例如在冬季自然風(fēng)壓幫助機械通風(fēng)時，可采用減小葉片角度或轉(zhuǎn)速方法降低機械風(fēng)壓。 （ 3）在多井口通風(fēng)的山區(qū)，尤其在高瓦斯礦井，要防止因自然風(fēng)壓作用造成某些巷道無風(fēng)或反向而發(fā)生事故。 自然風(fēng)壓測定 ? 直接測定法 對于任一礦井 ， 還可用另一種方法測算礦井的自然風(fēng)壓 。 如在礦井中任一地點制做臨時密閉 ， 堵截風(fēng)流 ， 主要通風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)后 ， 用壓差計測出密閉兩側(cè)的壓差 ， 即為該礦的 hn。 要求是密閉不漏風(fēng) ，否則測值不準(zhǔn) 。 通風(fēng)機類型和構(gòu)造 通風(fēng)機類型 ? 按服務(wù)范圍分：主要通風(fēng)機、輔助通風(fēng)機與局部通風(fēng)機。主扇是礦井的 “ 肺臟 ” ，必須晝夜運轉(zhuǎn)保證礦井安全生產(chǎn)。 ? 按構(gòu)造礦用通風(fēng)機可分為離心式和軸流式通風(fēng)機。 離心式通風(fēng)機 ? 離心式通風(fēng)機主要由動輪、蝸殼體、主軸、錐形擴散器和電動機等構(gòu)成。葉輪轉(zhuǎn)動時，靠離心力作用，空氣由吸風(fēng)口 12進(jìn)入，經(jīng)前導(dǎo)器 7進(jìn)入葉輪的中心，折轉(zhuǎn) 90176。 沿徑向離開葉輪流入機殼 2，經(jīng)擴散器 3排出。 1動輪； 2蝸殼體； 3擴散器； 4主軸； 5止推軸承； 6徑向軸承； 7前導(dǎo)器； 8機架； 9聯(lián)軸節(jié)；10制動器； 11機座； 12吸風(fēng)口； 13通風(fēng)機房；14電動機； 15風(fēng)硐 ? 動輪 1由若干個葉片構(gòu)成，在主軸 4帶動下旋轉(zhuǎn)。 ? 前導(dǎo)器 7（有的通風(fēng)機沒有前導(dǎo)器）用來調(diào)節(jié)風(fēng)流進(jìn)入主要通風(fēng)機葉輪時的方向，以調(diào)節(jié)主要通風(fēng)機所產(chǎn)生的風(fēng)壓和風(fēng)量。 ? 制動器 10可使主要通風(fēng)機緊急停轉(zhuǎn)。 ? 通風(fēng)機房 13中通常設(shè)有能反映通風(fēng)機工作狀況的各種儀表和電力拖動裝置等。 徑向式 后傾式 前傾式 ? 根據(jù)通風(fēng)機的葉片角度的不同，離心式通風(fēng)機可分為徑向式、后傾式和前傾式三種， β2為葉片出口的構(gòu)造角，即為風(fēng)流沿葉片移動的切線 W2與圓周速度 u2的夾角。對于徑向式 β2為 90176。 ，后傾式 β2大于 90176。 ，而前傾式的 β2則小于 90176。 。 軸流式通風(fēng)機 軸流式通風(fēng)機主要由動輪 l、 圓筒形機殼 集風(fēng)器 整流器 流線體6和環(huán)形擴散器 7所組成 。集風(fēng)器是外殼呈曲線形且斷面收縮的風(fēng)筒 。 流線體是一個遮蓋動輪輪轂部分的曲面圓錐形罩 ， 它與集風(fēng)器構(gòu)成環(huán)形入風(fēng)口 ， 以減少入口對風(fēng)流的阻力 。 動輪由固定在輪上的輪轂和等間距安裝的葉片 2組成。 ? 葉片的安裝角 θ可以根據(jù)需要來調(diào)整，國產(chǎn)軸流式通風(fēng)機的葉片安裝角一般可調(diào)為 15176。、 25176。、 30176。、 35176。、40176。和 45176。七種，使用時可以每隔 176。調(diào)一次。 ? 葉片按等間距 t安裝在動輪上，當(dāng)動輪的機翼形葉片在空氣中快速掃過時，由于葉片的凹面與空氣沖擊，給空氣以能量，產(chǎn)生正壓，將空氣從葉道壓出，葉片的凸面牽動空氣，產(chǎn)生負(fù)壓，將空氣吸入葉道。如此一壓一吸便造成空氣流動。 ? 一個動輪和它后面一個有固定葉片的整流器組成一段。整流器用來整理動輪流出的旋轉(zhuǎn)氣流，以減少渦流損失。為了提高通風(fēng)機的風(fēng)壓，有些軸流式通風(fēng)機安裝兩段動輪。 ? 環(huán)形擴散器是軸流式通風(fēng)機特有的部件，其作用是使環(huán)狀氣流過渡到柱狀氣流時，速壓逐漸減少，以減少沖擊損失，同時使靜壓逐漸增加。 對旋式通風(fēng)機 對旋式通風(fēng)機在構(gòu)造上屬于軸流式，采用雙級雙電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)，兩機葉輪相對并反向旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于兩臺同型號軸流風(fēng)機對接在一起串聯(lián)工作，稱為對旋式風(fēng)機。這種結(jié)構(gòu)可省去中間及后置固定導(dǎo)葉，渦流損失較小，具有傳動損耗小、壓力高、高效范圍較寬、效率較高的特點。 1集流器 2前消聲器 3前機殼 4進(jìn)氣翼 5電機 6Ⅰ 級葉輪 7Ⅱ 級葉輪 8出氣翼 9后機殼 10后消聲器 通風(fēng)機附屬裝置 ? 通風(fēng)機的附屬裝置包括反風(fēng)裝置、防爆門、風(fēng)峒和擴散器、消音裝置等。 ? 《規(guī)程》規(guī)定生產(chǎn)礦井主風(fēng)機必須裝有反風(fēng)裝置，要求在 10min內(nèi)能反轉(zhuǎn)礦井風(fēng)流方向，反風(fēng)