第四章 矿井通风动力

,第四章 矿井通风动力,第一节 自然风压,一、自然风压及其形成和计算,1,、自然通风,由自然因素作用而形成的通风叫,自然通风,。,自然风压：,作用在最低水平两侧,空气柱重力差。,2,、自然风压的计算,根据自然风压定义，上图所,示系统的自然风压,H,N,可用下式计算：,0,1,2,3,4,5,dz,1,dz,2,z,为了简化计算，一般采用测算出,0-1-2,和,5-4-3,井巷中空气密度的平均值,m1,和,m2,，,用其分别代替上式的,1,和,2,，,则上式可写为：,注意,：,1,）自然风压的计算必须取一闭合系统。,2,）进风系统和回风系统必须取相同的标高。,3,）一般选取最低点作为基准面。,第四章 矿井通风动力,二、自然风压的影响因素及变化规律,自然风压影响因素,H,N,=f (,Z,）,=f ,(T,P,R,),，,Z,1,、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响,H,N,的主要因素。,2,、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。,3,、井深。,HN,与矿井或回路最高与最低点间的高差,Z,成正比。,4,、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响,。,第四章 矿井通风动力,10,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,12,月份,H,N,三、,自然风压的控制和利用,1,、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点。,2,、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。,3,、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。,4,、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。,5,、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，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反向而发生事故,。,第四章 矿井通风动力,第二节 矿用通风机的类型及构造,按其服务范围可分为三种：,1,、,主要通风机,，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）；,2,、,辅助通风机,，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量；,3,、,局部通风机,，服务于独头掘进井巷道等局部地区。,按构造和工作原理可分为：,离心式通风机,和,轴流式通风机,。,第四章 矿井通风动力,一、离心式通风机的构造和工作原理,1,、风机构造。,离心式通风机一般由：,进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和扩散器,等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有,前导器,。吸风口有：,单吸和双吸,两种。,叶片出口构造角：,风流相对速度,W,2,的方向与圆周速度,u,2,的反方向夹角称为,叶片出口构造角,，以,2,表示。,离心式风机可分为：,前倾式（,2,90,),、径向式（,2,=90,),和后倾式（,2,90,),三种。,2,不同，通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。,第四章 矿井通风动力,2,、工作原理,3,、常用型号,目前我国煤矿使用的离心式风机主要有,G4-73,、,4-73,型和,K4-73,型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。,型号参数的含义举例说明如下：,w,2,c,2,u,2,c,2u,2,w,2,c,2,u,2,2,u,2,c,2,w,2,2,第四章 矿井通风动力,G 4,73,1 1 25 D,代表通风机的用途，,K,表示 表示传动方式,矿用通风机，,G,代表鼓风机 通风机叶轮直径（,25dm),表示通风机在最高效率点时,设计序号,(1,表示第一次设计）,全压系数,10,倍化整,表示通风机比转速,(n,s,),化整 表示进风口数,1,为单吸,0,为双吸,二、轴流式风机的构造和工作原理,1,、风机构造,主要由,进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器和传动部,件等部分组成。叶轮有,一级,和,二级,两种,第四章 矿井通风动力,2,、工作原理,（,1,）特点,（,2,）叶片安装角,在叶片迎风侧作一外切线称为,弦线,。弦线与动轮旋转方向（,u),的夹角称为,叶片安装角,，以,表示。,可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角,必需保持一致。,（,3,）工作原理,u,第四章 矿井通风动力,3,、常用型号,目前我国煤矿在用的轴流式风机有,1K58,、,2K58,、,GAF,和,BD,或,BDK,（,对旋式）等系列轴流式风机。轴流式风机型号的一般含义是：,1 K,58,4 25,表示表示叶轮级数,1,表示 通风机叶轮直径（,25dm),单级，,2,表示双级,表示设计序号,表示用途，,K,表示矿用，,T,表示通用 表示通风机轮毂比,0.58,化整,B D K 65 8 24,防爆型 叶轮直径（,24dm),对旋结构 电机为,8,极（,740r/min,）,表示用途，,K,为矿用 轮毂比,0.65,的,100,倍化整,4,、对旋风机的特点,第四章 矿井通风动力,第三节 通风机附属装置,一、风硐,风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大，应尽量降低其风阻，并减少漏风,。,二、扩散器,(,扩散塔,),作用,：是降低出口速压以提高,风机静压。扩散器四面张角的大小,应视风流从叶片出口的绝对速度,方向而定。总的原则是,:,扩散器的,阻力小，出口动压小并无回流。,第四章 矿井通风动力,三、防爆门,(,防爆井盖,),在斜井井口安设防爆门，在立井井口安设防爆井盖。,作用：,当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆 炸时，受高压气浪的冲击作用，自动打开，以保护主通风机免受毁坏；在正常情况下它是气密的，以防止风流短路。,四、反风装置和功能,作用：,使井下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；有时为了适应救护工作也需要进行反风。,第四章 矿井通风动力,反风方法,因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有：,1,）设专用反风道反风；,2,）利用备用风机作反风道反风；,3,）轴流式风机反转反风,4,）调节动叶安装角反风。,要求：,定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在,10min,内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的,40%,；每年至少进行一次反风演习。,第四章 矿井通风动力,第四节 通风机实际特性曲线,一、通风机的工作参数,表示通风机性能的主要参数是,风压,H,、,风量,Q,、,风机轴功率,N,、,效率,和转速,n,等。,1,、风机,(,实际,),流量,Q,风机的实际流量,一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量。单位为,m,3,/h,m,3,/min,或,m,3,/s,。,2,、风机,(,实际,),全压,H,f,与静压,H,s,全压,H,t,:,是通风机对空气作功，消耗于每,1m,3,空气的能量（,N,m/m,3,或,Pa,），,其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。忽略自然风压时，,H,t,用以克服通风管网阻力,h,k,和风机出口动能损失,h,v,，即,:H,t,=,h,R,+h,V,Pa,第四章 矿井通风动力,静压,:,克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压,H,S,（,Pa,）。,H,S,=,h,R,=RQ,2,因此,H,t,=,H,S,+h,V,3,、通风机的功率,全压功率：,通风机的输出功率以全压计算时称全压功率,N,t,。计算式：,N,t,=H,t,Q,10,-3,KW,静压功率,：用风机静压计算输出功率，称为静压功率,N,S,。计算式：,N,S,=H,S,Q,10,3,KW,第四章 矿井通风动力,风机的轴功率,，即通风机的输入功率,N,（,kW,）。计算式：,或,式中,t,、,S,分别为风机的全压和静压效率。,电动机的输入功率（,N,m,）：,设电动机的效率为,m,传动效率为,tr,时,则,第四章 矿井通风动力,二、通风系统主要参数关系 风机房水柱计示值含义,1,、抽出式通风矿井,（,1,）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系,水柱计示值,:,即为,4,断面相,对静压,h,4,，,故,h,4,（,负压）,=P,4,-P,04,沿风流方向，对,1,、,4,两断面,列伯努力方程，,经推导：,z,1,2,3,5,6,h,4,4,4,5,6,第四章 矿井通风动力,h,R14,=|h,4,|-h,v4,+H,N,即,|h,4,|=h,R14,+h,v4,-H,N,即：,风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的系。,（,2,）风机房水柱计示值与风机风压之间关系,类似地对,4,、,5,断面,(,扩散器出口）列伯努力方程，忽略两断面之间的位能差。,扩散器的阻力：,h,Rd,=(P,5,+h,v5,)-(P,6,+h,v6,),风流出口边界条件：,P,6,=P,06,=P,05,=P,04,风机全压：,H,t,=P,t5,-P,t4,=(,h,Rd,P,04,h,v6,)-(P,4,+h,v4,),H,t,=,|h,4,|,h,v4,+h,Rd,+h,v6,若忽略,h,Rd,不计，则,H,t,|h,4,|,h,v4,+h,v6,风机静压,H,s,|h,4,|,h,v4,（,3,）,H,t,、,H,N,、,h,R,之间的关系,综合上述两式：即,H,t,H,N,h,R14,+,h,Rd,+h,v6,表明：,扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力，以及扩器出口动能损失。,第四章 矿井通风动力,2,、压入式通风的系统,对,1,、,2,两断面列伯努力方程得：,h,R12,=(P,1,+h,v1,+,m1,gZ,1,)-(P,2,+h,v2,+,m2,gZ,2,),边界条件及,1,、,2,同标高,：,P,2,=P,02,P,01,即,h,1,=h,R12,+h,v2,-h,V1,-H,N,又,H,t,=P,t1,-P,t1,=P,t1,-P,01,=P,1,+h,v1,-P,01,=h,1,+h,v1,同理可得：,H,t,+H,N,=h,R12,+h,v2,1,z,2,2,h,1,m1,m2,1,1,第四章 矿井通风动力,三、通风机的个体特性曲线,1,、,工况点,：当风机以某,一转速,、在,风阻的管网,上工作时、可测算出一组工作参数（,风压、风量、功率、和效率,），这就是该风机在管网风阻为时的工况点。,2,、,个体特性曲线,：不断改变,R,，,得到许多的,Q,、,H,、,N,、,。以,Q,为横坐标，分别以,H,、,N,、,为纵坐标，将同名的点用光滑的曲线相连，即得到个体特性曲线。,3,、,通风机装置,：把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。,第四章 矿井通风动力,第四章 矿井通风动力,4,、,通风机装置的全压,td,：,扩散器出口与风机入口风流的全压之差，与风机的全压,t,之关系为：,式中,h,d,扩散器阻力,5,、,通风机装置的静压,sd,：,6,、,H,s,和,H,sd,的关系,H,s,H,t,h,vd,而,只有当,h,d,+h,Vd,s,，即通风机装置 阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。,7,、,H,t,、,H,td,、,H,s,和,H,sd,之间,的关系图,Q,H,H,t,-Q,H,td,-Q,H,S,-Q,H,sd,-Q,第四章 矿井通风动力,8,、,离心式通风机个体特性曲线,特点：,（,1,）离心式风机风压曲线驼峰,不明显，且随叶片后倾角度,增大逐渐减小，其风压曲线,工作段较轴流式风机平缓；,（,2,）当管网风阻作相同量的,变化时，其风量变化比轴,流式风机要大。,（,3,）离心式风机的轴功率随增加而增大，只有,在接近风流短路时功率才略有下降。,H/,daPa,Q/m,3,/s,N/kW,/%,Ht,H,S,N,t,S,第四章 矿井通风动力,风机开启方式：,离心式风机在启动时应将风硐中的,闸门全闭,，待其达到