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矿井通风
一、名词解释
矿井通风：利用机械或自然通风为动力，使地面空气进入井下，并在井巷中做定向和定量的流动，最后将污浊空气排出矿井的全过程称为矿井通风。
矿井空气：地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。
矿井气候：矿井气候是指矿井空气的温度、湿度和流速这三个参数的综合作用状态。
矿井气候条件：矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用。
相对湿度：单位体积空气中实际含有的水蒸汽量与其同温度下的饱和水蒸气含量之比。
含湿量：含有1干空气的湿空气中所含水蒸气的质量。
通风阻力：当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成的阻力。
摩擦阻力：当空气沿井巷运动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力。
局部阻力：在风流运动过程中，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。
矿井总风阻：从入风井口到主要通风机入口顺序连接的各段井巷的通风阻力之和。
矿井等积孔：假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A的孔口，当孔口通过的风量等于矿井风量，而且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积A称为该矿井的等积孔。
通风动力：克服通风阻力的能量或压力叫做通风动力。
通风机装置：主机和风硐、扩散器、防爆盖以及反风设施等附属装置总称为通风机装置。
通用特性曲线：在一个坐标图上描述一个系列产品的压力、风量和转速、直径、功率和效率等相互关系的曲线。
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
矿井通风系统：向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的前、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网路和风流控制设施的总称。
树：树是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。
局部通风机通风：利用局部通风机作动力，通过风筒导风的通风方法称为局部通风机通风。（压入、抽出、混合）
可控循环通风：在局部通风系统的进、回风之间安置通风设备、设施和监控设备，对回风进行合理循环控制加以再利用，以增加用风地点的实际风量的通风方法。
矿井全风压通风：是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把主导风流的新鲜空气引入掘进工作面。
通风构筑物：通风网路中安设隔断、引导和控制风流的设施和装置统称为通风构筑物。
瓦斯涌出量预测：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，推算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。
煤与瓦斯突出：煤矿地下采掘过程中，在极短的时间内，从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤和瓦斯，并伴有巨响及气浪等现象，称为煤与瓦斯突出。
瓦斯抽采：指向煤层和瓦斯积聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上，用抽采设备将煤层和采空区中的瓦斯抽至地面，加以利用或排放至总回风流中。
瓦斯爆炸：是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。
均压防灭火：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，或熄灭火源的目的。
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。
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。
矿山综合防尘：指采用各种技术手段减少矿山粉尘的产生量、降低空气中的粉尘浓度，以防止粉尘对人体、矿山等产生危害的措施。
矿井水灾：凡影响、威胁矿井安全生产、使矿井局部或全部被淹没并造成人员伤亡和经济损失的矿井涌水事故都称为矿井水灾。
2.简答题
1.《煤矿安全规程》对矿井空气的质量有哪些具体规定？
一氧化碳最高容许浓度为0.0024%，氧化氮（换算成二氧化氮）最高容许浓度为0.00025%，二氧化硫最高容许浓度为0.0005%，硫化氢最高容许浓度为0.00066%，氨最高容许浓度为0.004%
2. 试述能量方程中各项的物理意义。
（1）单位质量流体能量方程
表示断面1流至断面2过程中的静压能变化，表示动压能变化，表示位能变化，表示断面间压源。
（2）单位体积流体能量方程
表示断面1流至断面2过程中的静压能变化，表示动压能变化，表示位能变化，表示断面间压源。
3.抽出式通风矿井的主要通风机为什么要外接扩散器，扩散器安装有效的条件是什么？
安装扩散器回收动能。就是在风流出口加设一段断面逐渐扩大的风道，使得出口风速变小，从而达到减小流入大气的风流动能。扩散器安设的是否有效，可用回收的动能值与扩散器自身的通风阻力相比较来确定，即：
合理； 不合理。
4.摩擦阻力hf与摩擦风阻Rf有何区别？
摩擦阻力hf反应风流在井巷中作沿程流动时的压能损失，，其单位为；摩擦风阻Rf是空气密度、断面积、周长、沿程长度等诸参数的函数，在正常条件下当某一段井巷中的空气密度变化不大时，可将Rf看作是反应井巷几何特征的参数，，单位为，他们之间的关系为：。

5.降低摩擦阻力采用的措施有哪些？
（1）提高井巷壁面的平整光滑度，降低摩擦阻力系数；
（2）优化设计，准确施工，缩短井巷长度；
（3）合理的选择井巷断面形状，减少周边长度；
（4）扩大巷道断面，降低摩擦风阻；
（5）风量不宜过大，满足设计要求即可
6.降低局部阻力采用的措施有哪些？
尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。尽可能避免井巷直角转弯，在转弯处的内侧和外侧要做成圆弧形，有一定的曲率半径，必要时可在转弯处设置导风板。主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等，行内堆积物要及时清除或排列整齐，尽量少堵塞井巷断面。要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。
7.自然风压是怎样产生的，进、回风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压？
由于空气进入井下后必与各种热源进行热交换，致使井下各段空气密度不断发生变化，造成进风和回风两侧空气柱的重力不平衡，因而产生能量差，推动风流沿井巷流动，形成自然风压；会产生自然风压，因为进排风井内密度不同致使两端空气柱重量不同。
8.试述通风机串联或并联工作的目的及其适用条件？
通风机串联的目的是增加风压，保持风量不变；通风机并联的目的是保持风压不变，提高风量。
适用条件：
（1） 并联适用于管网风阻较小，但因风机能力小导致风量不足的情况，串联适用于官网风阻较大；
（2） 风压相同的风机并联运行较好；
（3） 轴流式风机并联作业时，若风阻过大则可能出现不稳定运行。所以，使用轴流式风机并联工作时，除要考虑并联效果外，还要进行稳定性分析。
9.描述主要通风机特性的主要参数有哪些？其物理意义是什么？

风压：是风流在起点终点间的能量差，是矿井通风的动力；
风量：是单位的时间内通过某断面上的风的容积；
功率：输入功率（单位时间内输给通风机的电能）；
输出功率（单位时间内通风机把电能转化为风流压能的大小）；
效率：通风机输出功率与输入功率之比，反映了通风机的实际工作质量。
10.矿井通风网络中风流流动的基本规律有哪几个？写出其数学表达式。
（1）风量平衡定律
指在稳态通风条件下，单位时间内流入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零，即：

（2） 能量平衡定律
指通风网络中的任一闭合回路中，各分支的通风阻力的代数和等于该回路中通风机风压与自然风压的代数和，即：

（3） 摩擦阻力定律

11.比较串联风路与并联风网的特点。
（1）串联风路 （2）并联风路
①风量：……
②风压：
③风阻：
④等积孔：
在一个矿井通风网络中，一般都同时存在串联风路与并联风网。从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并联风网具有明显的优点。此外，在同样的分支风阻和总风量条件下，若干分支并联时的总阻力也远小于它们串联时的总阻力。因此在有条件的情况下，应尽量采用并联风网，以降低矿井通风阻力。
12.试述压入式、抽出式通风的优缺点及其适用条件。
（1）压入式通风
①优点：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，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，安全性好；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；可用柔性风筒，其成本低，重量轻，便于运输。
②缺点：污风沿巷道缓慢排除，掘进巷道越长，排污风速度越慢，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。
③适用条件：适用于以排除瓦斯为主的煤巷、半煤巷掘进。
（2）抽出式通风
①优点：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。
②缺点：含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机不具备防爆性能，则是非常危险的；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；风量小，工作面排污风所需时间长，速度慢；巷道壁面涌出的瓦斯随风流流向工作面，安全性较差；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。
③适用条件：适用于以排除粉尘为主的井筒掘进。
13.可控循环通风的含义及其优缺点、适用条件是什么？
在局部通风系统的进、回风之间安置通风设备、设施和监控设备，对回风进行合理循环控制加以再利用，以增加用风地点的实际风量的通风方法。
（1）优点
①采用混合式可控循环通风时，掘进巷道风流循环区内的风速较高，避免了瓦斯层状积聚，同时也降低了等效温度，改善了掘进巷道中的气候条件。
②当在局部通风机前配置除尘器时，可降低矿尘浓度。
③在供给掘进工作面相同风量条件下，可降低通风能耗。
（2）缺点
①由于流经局部通风机的风流中含有一定浓度的瓦斯和粉尘，因此，必须研制新型防爆除尘风机。
②循环风流通过运转风机的加热，再返回掘进工作面，使风温上升。
③当工作面附近发生火灾时，烟流会返回掘进工作面，故安全性差，抗灾能力弱，灾变时有循环风流通过的风机应立即进行控制，停止循环通风，恢复常规通风。
（3） 适用条件
①在可控循环通风系统中，必须装有瓦斯、风量、粉尘自动监测装置及可靠的报警装置，同时还必须进行常规环境监测分析。
②对循环风机实现自动开关和风量控制。对使用可控循环风的混合式通风，抽出式与压入式的两台风机间需设闭锁装置，保证主要的局部通风机启动后，有循环风通过的风机再启动，以免形成闭路循环风流。同时必须适当的控制抽出式与压入式两台局部通风机的风量比，以获得可控循环通风的最佳除尘和降温效果。
14.掘进通风安全装备系列化包括哪些内容？并有何安全作用？
（1）保证局部通风机稳定可靠运转
①双风机、双电源、自动换机和风筒自动导风装置；②“三专两闭锁”装置；③局部通风机摇讯装置；④积极推行使用局部通风机消声装置
（2）加强瓦斯检查和监测
①安设瓦斯自动报警断电装置，实现瓦斯遥测；②爆破人员配备瓦斯监测器，坚持“一炮三检”；③实行专职瓦斯检查员随时检查瓦斯制度。
（3）综合防尘措施
用钻眼爆破法掘进时，以凿岩产尘量最高；用综掘机掘进时，要做到湿式煤电钻打眼，爆破使用水炮泥，综掘机内外喷雾，要有完善的洒水除尘和灭火两用的供水系统。
（4）防火防爆安全措施
机电设备严格采用防爆型及安全火花型；局部通风机、装岩机和煤电钻都要采用综合保护装置；移动式和手持式电气设备必须使用专用的不延燃性橡胶电缆；照明、通讯、信号和控制专用导线必须使用橡套电缆。
（5）隔爆与自救措施
设置安全可靠的隔爆设施，所有人员必须携带自救器。煤与瓦斯突出矿井的煤巷掘进，应安设防瓦斯逆流灾害设施，并安装直通地面调度室的电话。
作用：
提高了矿井防灾和抗灾能力，降低了矿尘浓度与噪声，改善了掘进工作面的作业环境。尤其是煤巷掘进工作面的安全性得到了很大提高。
15.何为下行风？试从防止瓦斯积聚、防尘及降温角度分析上行风和下行风的优缺点。
当采煤工作面进风巷道水平高于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向下流动，称为下行通风。
优缺点：
（1）上行风：正常风速下，瓦斯分层流动和局部积存的可能性较小.下行风：不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。（2）上行风比下行风工作面风流中的瓦斯浓度大； （3）上行风比下行风工作面风流中的煤尘浓度大； （4）上行风比下行风工作面的气温要高；
（5）采用下行风时，运输设备在回风巷运转，安全性较差；（6）上行风比上行风所需要的机械风压要大； （7）工作面万一起火，下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性大。（１分）
16.测定煤层瓦斯压力有何意义？如何测定？
煤层的瓦斯压力，是煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动撞击所产生的作用力。煤层瓦斯压力是瓦斯在煤层中流动和发生动力现象的动力。在研究与评价瓦斯相关问题时，都要事先掌握准确的瓦斯压力数据。《规程》规定，开采有煤与瓦斯突出危险煤层时，必须测定煤层的瓦斯压力。
测定方法：
一般情况下，未受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律的增加，可以大于、等于或小于静水压。通过不同深度煤层瓦斯压力测定，求出该煤层在一定范围内的瓦斯压力梯度，就可以预测较深处的瓦斯压力。

式中：
——瓦斯压力梯度，；
——预测的甲烷带内深处的瓦斯压力，；
——甲烷带内深度为处的瓦斯压力，；

17.矿井通风系统主要有哪几种类型？说明其特点及其使用条件。

混合式
回风井数量较多，通风能力大，布置较灵活，适应性强
通风设备较多
井田范围大，地质和地面地形复杂；或产量大，瓦斯涌出量大的矿井

18.试述煤炭自燃的充要条件。
（1）有自燃倾向的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度一般要大于0.4m；
（2）有较好的储热条件；
（3）有适量的通风供氧。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燃发火期。
19.煤尘爆炸与瓦斯爆炸有和异同？
（1）相同点
1煤尘和瓦斯一样，它在空气中的浓度有燃烧爆炸的低限度和高限度。
2从爆炸时的温度看，煤尘和瓦斯爆炸也很相似，瓦斯爆炸可达摄氏2150-2650度，煤尘爆炸可达摄氏2300-2500度。
3瓦斯爆炸引燃温度为摄氏650-750度，细的干燥的煤粉引燃温度为摄氏700-800度。
（2） 不同点
1瓦斯爆炸时几乎全部生成二氧化碳，而煤尘爆炸则总是生成大量一氧化碳。
2瓦斯从煤层内发散出来就全部与巷道内空气混合在一起，而煤层内部产生的飞扬在巷道空气内的煤尘，其主要部分却是落在巷道两边和底板上，只有这些煤尘扬到空气内时，才能造成爆炸性尘云。
3巷道空气内的瓦斯含量，即使比瓦斯爆炸的最低限度小几倍，通过仪器也能发现，可是巷道内的煤尘量即使已到达危险程度，往往也很难发现。
4瓦斯爆炸无论在任何地点，它的引燃性和爆炸性大致相同，而煤尘引燃性的伸缩范围很大，有的不会引燃有的不亚于瓦斯爆炸，煤尘的引燃行和爆炸性与其粒度粗细，含可燃性物质的多少，以及灰分水分等因素有很大关系。
20. 简述井下防治水的主要措施。
查、探、放、排、堵、截。
（1）做好矿井水文观测与水文地质工作
水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据，包括水文观测工作和矿井水文质工作。
（2） 井下探水
”有疑必探，先探后掘“是采掘工作必须遵循的原则，也是防止井下水害事故发生的重要方法。当采掘工作面接近充水的小窑、老空、含水量大的断层等水体时，必须采用探放水方法，查明采掘工作面前放的水情，并将水有控制的放出，以保证采掘工作面安全生产。
（3） 放水
有计划地将威胁性水源全部或部分疏放掉，是消除水患的有效措施之一。根据不同类型的水源分为疏放老空水、疏放含水层水。
（4） 截水
截水是利用水闸墙、水闸门和防尘煤柱等物体，临时或永久的截住涌水i，将采掘区与水源隔离，使某一地点突水不致危及其他地区，减轻水灾伤害的重要措施。
（5） 矿井注浆堵水
注浆堵水就是将配置的浆液压入井下岩层孔隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性而达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。