西安科技大学通风安全学XXXX-XXXX第一学期考试题及参考答案.docx

西 安 科 技 大 学2010—2011学 年 第一学 期 期末 考 试 试 题（卷）
院系： 能源学院 班级： 姓名： 学号：
装 订 线 装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记 装 订 线
科 目
矿井通风与安全
考试性质
考试
命题
安全系
审批

2、如图1所示的并联风网，已知各分支风阻：R1＝0.96，R2＝0.56 N·s2/m8，总风量Q＝35 m3/s，巷道断面的面积均为4.5 m2，若分支1需风量为10 m3/s，分支2需风量为25 m3/s，若采用风窗调节，试确定风窗的位置和开口面积。（5分）

图1
3、某倾斜巷道如图2所示，测得1、2两断面的绝对静压分别为98480Pa和97980Pa；平均风速分别为4m/s和3m/s；空气密度分别为1.14kg/m3和1.12 kg/m3；两断面的标高差为50m。求1、2两断面间的通风阻力并判断风流方向。（10分）

图2
试卷类型
B
考试地点
雁塔校区
学生班级
采矿07级
成绩

1．命题时尽量采用计算机激光打印，手写必须字迹工整、清晰。审批由教研室主任负责；
2．（考试）科目应与教学计划保持一致，不能用简写或别称，考试性质为＂考试＂或＂考查＂；
3．试卷类型注明A、B、C、D等字样，考试地点注明雁塔（校区）或临潼（校区）；
4．试题（卷）内容不要超出线格范围，以免影响试题印制和考生阅题。
一、名词解释（30分；每个2分）
1、局部阻力；2、绝对湿度；3、矿井等积孔；4、矿井通风；5、呼吸性粉尘；6、煤与瓦斯突出；7、内因火灾；8、煤层瓦斯压力；9、均压防灭火；10、相对瓦斯涌出量；11、矿尘；12、自然风压；13、瓦斯喷出；14、火风压；15、邻近层。
二、简答题（30分；每个5分）
1、简述造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是什么。《煤矿安全规程》对矿井采掘工作进风流中的氧气浓度有何规定。
2、简述轴流式通风机合理的工作区域？
3、比较掘进工作面压入式和抽出式通风方式的优、缺点。
4、简述矿井局部风量调节的方法有哪些。
5、地面防水措施主要有哪些?
6、简述煤炭自燃要具备哪些条件。
三、论述题（20分，每个10分）
1、煤尘爆炸的条件、特征? 如何判断煤尘是否参与了井下的爆炸? （10分）
2、对比分析目前的煤层防灭火技术主要有哪些？（10分）
四、计算题（20分）
1、已知某矿井总回风量为4500 m3/min，瓦斯浓度为0.6%，日产量为5200 t，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。（5分）

一、名词解释（每题2分，共30分）
1、局部阻力：由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。
2、绝对湿度；指单位容积或单位质量湿空气中含有水蒸汽的质量。
3、矿井等积孔；为了形象化，习惯引用一个和风阻的数值相当、意义相同的假想的面积值（m2）来表示井巷或矿井的通风难易程度。这个假想的孔口称作井巷或矿井的等积孔（又称当量孔）。
4、通风机工况点；以同样的比例把矿井总风阻R曲线绘制于通风机个体特性曲线图中，则风阻R曲线与风压曲线交于A点，此点就是通风机的工况点或工作点。
4、矿井通风：利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风。
5、呼吸性粉尘；呼吸性粉尘是指能在人体肺泡内沉积的，粒径在5~7μm以下的粉尘，特别是2μm以下的粉尘。
6、煤与瓦斯突出: 煤矿地下采掘过程中，在极短的时间内（几秒到几分钟），从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤（岩）和瓦斯的现象。
7、内因火灾：自燃物在一定的外部（适量的通风供氧）条件下，自身发生物理化学变化，产生并积聚热量，使其温度升高，达到自燃点而形成的火灾称之为内因火灾。
7、外因火灾：是由于外部热源如明火、瓦斯煤尘爆炸、放炮、机械冲击与摩擦、电流短路、静电、烧焊、吸烟等引燃可燃物造成的火灾。
8、煤层瓦斯压力；煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力。
9、均压防灭火 ；均压防灭火就是采用风窗、风机、连通管、调压气室等调压手段，改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差，减少漏风，从而达到抑制和熄灭火区的目的。
10、绝对瓦斯涌出量：单位时间涌出的瓦斯量，单位为m3/d或m3/min。
10、相对瓦斯涌出量：平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。
11、矿尘：指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。
12、自然风压：在一通风回路中，由于相对于最低点两侧空气柱的密度不同，导致重力不等，重力之差就是自然风压。
13、保护层；在突出矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。
13、瓦斯喷出：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。
14、火风压；因火灾而产生的自然风压变化量，在灾变通风中称之为火风压。
15、邻近层；能向开采煤层采空区涌出瓦斯的煤层或夹层，就叫做邻近层。
二、简答题（每题5分，共30分）
1、简述造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是什么。《煤矿安全规程》对矿井采掘工作进风流中的氧气浓度有何规定。
答:造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是:人员呼吸;煤岩和其他有机物的缓慢氧化;煤炭自燃;瓦斯、煤尘爆炸。此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。(4分)
《煤矿安全规程》对矿井采掘工作进风流中的氧气浓度有如下规定:采掘工作面进风流的氧气浓度不得低于20%。(1分)
2、简述轴流式通风机合理的工作区域？
答:（1）试验证明，如果轴流式通风机的工作点位于风压曲线“驼峰”的左侧时，通风机的运转就可能产生不稳定状况，即工作点发生跳动，风量忽大忽小，声音极不正常，所以通风机的工作风压不应大于最大风压的0.9倍；（2）为了经济，主通风机的效率不应低于0.6；（3）还有动轮叶片安装角的限制，对于一级动轮的轴流式通风机，最大的为45°，越过最大的角，运行就不易稳定；（4）又考虑到通风机工作的经济性，一级动轮的轴流风机，其角不小于10°；二级动轮的轴流风机，其角不小于15°。（5分，每条1分，全对得5分）
3 比较掘进工作面压入式和抽出式通风方式的优、缺点。
答：掘进工作面压入式和抽出式通风方式均具有自己的优、缺点，现分析比较如下：
（1）压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机防爆性能出现问题，则非常危险。（1分）
（2）压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。而抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。与压入式通风相比，抽出式风量小，工作面排污风所需时间长、速度慢。（1分）
（3）压入式通风时，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，而用抽出式通风时，巷道壁面涌出的瓦斯随风流流向工作面，安全性较差。（1分）
（4）抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，掘进巷道越长，排污风速越慢，受污染时间越久。这种情况在大断面长距离巷道掘进中尤为突出。（1分）
（5）压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。（1分）
基于上述分析，当以排除瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进时应采用压入式通风，而当以排除粉尘为主的井巷掘进时，宜采用抽出式通风。
4、简述矿井局部风量调节的方法有哪些。
答:（1)增阻调节法； (2)减阻调节法； (3)增压调节法
评分标准:6分，1个2分。
5 地面防水措施主要有哪些?
答：主要有以下措施：合理选择井筒位置（1分）；河流改道（1分）；铺整河底（1分）；填堵通道（1分）；挖沟排(截)洪（1分）；排除积水（1分）；加强雨季前的防讯工作（1分）。（全对给5分，少1~2个扣1分）
6、简述煤炭自燃要具备哪些条件。
答:煤炭自燃的必要充分条件是:
(1)有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态。
(2)有较好的蓄热条件。
(3)有适量通风供氧，通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应自动加速的前提。
(4)上述三个条件共存的时间大于煤的自然发火期。
上述四个条件缺一不可，前三个条件是煤炭自燃的必要条件，最后一个条件是充分条件。
评分标准:1, 2, 3, 4指标各1分，最后一句话1分。
3、目前我国煤矿掘进通风广泛采用压入式局部通风机通风方式，为什么？（6分）
解：1) 抽出式通风时，污浊风流必须通过局部通风机，极不安全。而压入式通风时，局部通风机安设在新鲜风流中，通过局部通风机的为新鲜风流，故安全性高；（1分）
2)压入式通风风筒出口射流的有效射程大，排出工作面炮烟和瓦斯的能力强。而抽出式通风有效吸程小，排出工作面炮烟的能力较差；（1分）
3)压入式通风时炮烟沿巷道流动，劳动卫生条件较差，而且排出炮烟的时间较长。而抽出式通风由于炮烟从风筒中排出，不污染巷道中的空气，故劳动卫生条件好；（1分）
4)压入式通风可以使用柔性风筒，便于搬运，抽出式通风只能使用刚性风筒或带刚性圈的柔性风筒；（1分）
从以上比较可以看出，两种通风方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好，故在煤矿中得到广泛应用。（1分）
4试分析采煤工作面采用上行风的优缺点。
答：上行通风的优点：采煤工作面和回风巷道风流中的瓦斯以及从煤壁及采落的煤炭中不断放出的瓦斯，由于其比重小，有一定的上浮力，瓦斯自然流动的方向和通风方向一致，有利于较快地降低工作面的瓦斯浓度，防止在低风速地点造成瓦斯局部积聚。(2分)
上行通风的缺点：采煤工作面为逆向通风，容易引起煤尘飞扬，增加了采煤工作面风流中的煤尘浓度；煤炭在运输过程中放出的瓦斯，又随风流带到采煤工作面，增加了采煤工作面的瓦斯浓度；运输设备运转时所产生的热量随进风流散发到采煤工作面，使工作面气温升高。(3分)
5、简述瓦斯爆炸的基本条件有哪些。
答：瓦斯浓度在爆炸范围内，瓦斯在空气中的爆炸下限为5-6%，上限为14-16%;氧气浓度大于12%;高于最低点燃能量的热源存在的时间大于瓦斯的引火感应期。(全对5分，少一个扣2分)
三、论述题（每题10分，共20分）
1、煤尘爆炸的条件，特征? 如何判断煤尘是否参与了井下的爆炸? （10分）
答:
1）煤尘爆炸必须同时具备三个条件:（1）煤尘本身具有爆炸性;（2）煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度;（3）存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。(3个条件每个1分)
2）煤尘爆炸特征：(5个特征每个1分)
（1）形成高温、高压、冲击波；（2）煤尘爆炸具有连续性；
(3)煤尘爆炸的感应期；（4）挥发分减少或形成“粘焦”；（5）产生大量的CO。
3）如何判断煤尘是否参与了井下的爆炸
对于结焦性煤尘，看是否形成“粘焦”现象，可以判断煤尘是否参与了井下的爆炸；对于非结焦性煤尘，看挥发份是否减少。(2分)
2、对比分析目前的煤层防灭火技术主要有哪些？
答：目前煤矿井下常用的防灭火技术主要有：堵漏、均压、惰气、惰泡、三相泡沫、阻化剂、用水灭火、灌浆、胶体防灭火技术等。这些技术按其主要作用和功能可归纳为以下几类：（2分）
1）控制漏风技术（2分）
主要目的是：减少或杜绝松散煤体氧气的供给。技术手段有：水泥喷浆；泡沫喷涂；纳米改性弹性体材料涂抹；均压。
2）火区惰化技术（2分）
主要目的是：主要是降低火区氧浓度，窒息火区。主要技术手段为N2、CO2等惰性气体；惰气泡沫；三相泡沫。
3）煤体阻化（2分）
主要目的是：降低煤体的氧化活性，抑制煤氧结合。主要技术手段为：喷注CaCl2；雾化阻化剂；惰化阻化剂。
4）吸热降温（2分）
主要目的是：降低煤温，彻底熄灭火区，防止复燃。注水；灌浆；液氮；液态CO2。
2、均压防火的实质是什么，试述风压调节法防火的具体措施。（10分）
答:均压防灭火的实质是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施，改变漏风区域的压力分布，降低漏风压差，减少漏风，从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区，或熄灭火源的日的。(5分)
具体措施:调节风窗调压;风机调压;风窗-风机联合调压;调压气室-连通管调压。(5分)
四、计算题（1题5分，2题5分，3题10分，共20分）
1、已知某矿井总回风量为4500 m3/min，瓦斯浓度为0.6%，日产量为5200 t，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。（5分）
解：绝对瓦斯涌出量：Qg=4500×0.6%=27m3/min（2分）
相对瓦斯涌出量：qg=（4500×60×24×0.6%）/5200=7.48m3/t（2分）
因为：Qg<40m3/min，且qg<10m3/t，故此矿为低瓦斯矿井（1分）
2、如图1所示的并联风网，已知各分支风阻：R1＝0.96，R2＝0.56 N·s2/m8，总风量Q＝35 m3/s，巷道断面的面积均为4.5 m2，若分支1需风量为10 m3/s，分支2需风量为25 m3/s，若采用风窗调节，试确定风窗的位置和开口面积。（5分）
解：（1） （1分）
（1分）
因为，所以调节风门加在1支路上。面积为：
（1分）
m2 （2分）
3、某倾斜巷道如图2所示，测得1、2两断面的绝对静压分别为98480Pa和97980Pa；平均风速分别为4 m/s和3 m/s；空气密度分别为1.14kg/m3和1.12 kg/m3；两断面的标高差为50m。求1、2两断面间的通风阻力并判断风流方向。（10分）
解：取标高较低的1断面为位压基准面，并假设风流方向为1→2，
根据能量方程：
（Z1ρ1‘g－Z2ρ2’g）（5分）
＝（98480－97980）＋（1.14×42/2－1.12×32/2）＋[0－50×(1.14＋1.12)/2×9.8] ＝-49.62Pa （4分）
风流方向为2→1（1分）

图1 图2