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礦井通風(fēng)與安全

		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月09日
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礦井通風(fēng)與安全
主 編
參 編
中國礦業(yè)大學(xué)出版社
內(nèi)容提要
本書是根據(jù)煤炭高等院校采礦工程和安全工程專業(yè)的“礦井通風(fēng)與安全”教學(xué)大綱并結(jié)合“‘十二五’全國煤炭高等教育‘專升本’教材編
寫工作會議紀(jì)要”編寫而成的。書中系統(tǒng)闡述了礦井通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)的基本理論、技術(shù)管理、測試設(shè)計等內(nèi)容，分析討論了煤礦瓦斯、火、礦
塵、水、冒頂?shù)任宕笞匀粸?zāi)害發(fā)生的原因及其防治措施。內(nèi)容精練、深入淺出，適合作為煤炭成人高校“專升本”學(xué)生教材，也可供采礦工程
技術(shù)人員參考。
前言
- 1 -
前言
前言
- 2 -
i
目錄
第一章 礦井空氣............................................................................................................................................- 1 -
第一節(jié)礦井空氣成份............................................................................................................................- 1 -
第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體............................................................................................................- 2 -
第三節(jié)礦井氣候....................................................................................................................................- 3 -
本章復(fù)習(xí)思考題......................................................................................................................................- 4 -
第二章礦井空氣流動的基本理論................................................................................................................- 6 -
第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)................................................................................................................- 6 -
第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力.................................................................................................................. - 11 -
第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程..........................................................................................................- 15 -
第四節(jié)能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用..............................................................................................- 20 -
本章復(fù)習(xí)思考題....................................................................................................................................- 23 -
第三章井巷通風(fēng)阻力..................................................................................................................................- 26 -
第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布..............................................................................................................- 26 -
第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力......................................................................................................................- 27 -
第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力......................................................................................................................- 30 -
第四節(jié)礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔......................................................................................................- 33 -
第五節(jié)降低礦井通風(fēng)阻力措施..........................................................................................................- 34 -
本章復(fù)習(xí)思考題....................................................................................................................................- 35 -
第四章礦井通風(fēng)動力..................................................................................................................................- 40 -
第一節(jié)自然風(fēng)壓..................................................................................................................................- 40 -
第二節(jié)礦用通風(fēng)機(jī)的類型及構(gòu)造......................................................................................................- 42 -
第三節(jié)通風(fēng)機(jī)附屬裝置......................................................................................................................- 43 -
第四節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線..............................................................................................................- 44 -
第五節(jié)通風(fēng)機(jī)工況點及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行..................................................................................................- 49 -
第六節(jié)通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)..................................................................................................................- 51 -
本章復(fù)習(xí)思考題....................................................................................................................................- 55 -
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)..................................................................................................- 58 -
第一節(jié)風(fēng)量分配基本規(guī)律..................................................................................................................- 58 -
第二節(jié)簡單網(wǎng)絡(luò)特性..........................................................................................................................- 60 -
第三節(jié)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特性分析..........................................................................................................- 65 -
第四節(jié)礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)..........................................................................................................................- 66 -
第五節(jié)應(yīng)用計算機(jī)解算復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)..............................................................................................- 69 -
本章復(fù)習(xí)思考題....................................................................................................................................- 69 -
第六章局部通風(fēng)..........................................................................................................................................- 72 -
第一節(jié)局部通風(fēng)方法..........................................................................................................................- 72 -
第二節(jié)掘進(jìn)工作面需風(fēng)量計算..........................................................................................................- 75 -
第三節(jié)局部通風(fēng)裝備..........................................................................................................................- 76 -
第四節(jié)局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計..................................................................................................................- 77 -
第五節(jié)掘進(jìn)安全技術(shù)裝備系列化......................................................................................................- 78 -
本章復(fù)習(xí)思考題....................................................................................................................................- 79 -
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計..............................................................................................................- 83 -
第一節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)..........................................................................................................................- 83 -
第二節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)..........................................................................................................................- 84 -
第三節(jié)通風(fēng)構(gòu)筑物及漏風(fēng)..................................................................................................................- 85 -
第四節(jié)礦井通風(fēng)設(shè)計..........................................................................................................................- 87 -
第五節(jié)可控循環(huán)通風(fēng)概述..................................................................................................................- 92 -
本章復(fù)習(xí)思考題....................................................................................................................................- 93 -
ii
第八章 礦井空氣調(diào)節(jié)概論..........................................................................................................................- 96 -
第一節(jié)井口空氣加熱..........................................................................................................................- 96 -
第二節(jié)礦井主要熱源及其散熱量......................................................................................................- 99 -
第三節(jié)礦井風(fēng)流熱濕計算................................................................................................................- 101 -
第四節(jié)礦井降溫的一般技術(shù)措施....................................................................................................- 105 -
第五節(jié)礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計簡介........................................................................................................- 106 -
本章復(fù)習(xí)思考題..................................................................................................................................- 108 -
第九章礦井瓦斯........................................................................................................................................- 109 -
第一節(jié)概述........................................................................................................................................- 109 -
第二節(jié)煤層瓦斯賦存與含量............................................................................................................- 109 -
第三節(jié)礦井瓦斯涌出........................................................................................................................ - 110 -
第四節(jié)瓦斯噴出................................................................................................................................ - 112 -
第五節(jié)煤與瓦斯突出及其預(yù)防........................................................................................................ - 112 -
第六節(jié)爆炸及其預(yù)防........................................................................................................................ - 114 -
第七節(jié)瓦斯抽放................................................................................................................................ - 115 -
本章復(fù)習(xí)思考題.................................................................................................................................. - 119 -
第十章礦井火災(zāi)防治................................................................................................................................- 122 -
第一節(jié)概述........................................................................................................................................- 122 -
第二節(jié)礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防........................................................................................................- 122 -
第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)............................................................................................................- 123 -
第四節(jié)礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報............................................................................................................- 125 -
第五節(jié)開采技術(shù)防火措施................................................................................................................- 126 -
第六節(jié)均壓防滅火............................................................................................................................- 127 -
第七節(jié)惰氣防滅火............................................................................................................................- 130 -
第八節(jié)礦井火災(zāi)時期通風(fēng)................................................................................................................- 131 -
第九節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制............................................................................................................- 132 -
本章復(fù)習(xí)思考題..................................................................................................................................- 134 -
第十一章礦山防塵....................................................................................................................................- 138 -
第一節(jié)礦塵及其性質(zhì)........................................................................................................................- 138 -
第二節(jié)礦山塵肺病............................................................................................................................- 139 -
第三節(jié)煤塵爆炸及預(yù)防....................................................................................................................- 140 -
第四節(jié)礦山綜合防塵........................................................................................................................- 142 -
本章復(fù)習(xí)思考題..................................................................................................................................- 143 -
第十二章礦山防水....................................................................................................................................- 145 -
第一節(jié)地面防治水............................................................................................................................- 145 -
第二節(jié)井下防治水............................................................................................................................- 145 -
第三節(jié)礦井突水及其處理................................................................................................................- 146 -
本章復(fù)習(xí)思考題..................................................................................................................................- 147 -
第十三章礦山救護(hù)....................................................................................................................................- 148 -
第一節(jié)礦山救護(hù)隊............................................................................................................................- 148 -
第二節(jié)礦工自救................................................................................................................................- 150 -
第三節(jié)現(xiàn)場急救................................................................................................................................- 151 -
本章復(fù)習(xí)思考題..................................................................................................................................- 152 -
第一章礦內(nèi)空氣
- 1 -
第一章礦井空氣
【本章重點】
1、空氣成分；
2、礦井有害氣體、來源及最高允許濃度；
3、礦井氣候條件。
利用機(jī)械或自然通風(fēng)動力，使地面空氣進(jìn)入井下，并在井巷中作定向和定量地流動，最后排出礦井
的全過程稱為礦井通風(fēng)。
目的、主要任務(wù)—保證礦井空氣的質(zhì)量符合要求。
第一節(jié) 礦井空氣成份
定義：地面空氣進(jìn)入礦井以后即稱為礦井空氣。
一、地面空氣的組成
地面空氣是由干空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。
干空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的
混合氣體。干空氣的組成成分比較穩(wěn)定，其主要成分見表1-1。
濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會引起濕空氣的物理性質(zhì)和狀態(tài)變化。
表 1-1 干空氣主要成分
氣體成分按體積計/% 按質(zhì)量計/% 備注
氧氣（O2） 20.96 23.17
氮?dú)猓∟2） 79.0 76.78
二氧化碳（CO2） 0.04 0.05
惰性稀有氣體氦、氖、氬等
計在氮?dú)庵?
二、礦井空氣的主要成分及基本性質(zhì)
新鮮空氣：井巷中用風(fēng)地點以前、受污染程度較輕的進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)的空氣。
污濁空氣：通過用風(fēng)地點以后、受污染程度較重的回風(fēng)巷道內(nèi)的空氣。
1．氧氣(O2)
氧氣是維持人體正常生理機(jī)能所需要的氣體,人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決于人的體
質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動強(qiáng)度等。
表 1-2 人體輸氧量與勞動強(qiáng)度的關(guān)系
勞動強(qiáng)度呼吸空氣量（L/min） 氧氣消耗量（L/min）
休 息 6-15 0.2－0.4
輕勞 動 20-25 0.6-1.0
中度勞動30-40 1.2-2.6
重勞 動 40-60 1.8-2.4
極重勞動40-80 2.5-3.1
當(dāng)空氣中的氧濃度降低時，人體就可能產(chǎn)生不良的生理反應(yīng)，出現(xiàn)種種不舒適的癥狀，嚴(yán)重時可能
導(dǎo)致缺氧死亡。
礦井空氣中氧濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖和其他有機(jī)物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、
煤塵爆炸；此外，煤巖和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對降低。
2．二氧化碳(CO2)
二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風(fēng)速較
礦井通風(fēng)與安全
- 2 -
小的巷道中底板附近濃度較大；在風(fēng)速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。
礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機(jī)物的氧化；人員呼吸；碳酸性巖石分解；炸藥爆破；
煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。
3．氮?dú)?N2)
氮?dú)馐且环N惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含
氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因為氮?dú)饩哂械亩栊裕?
因此可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。
礦井空氣中氮?dú)庵饕獊碓词牵壕卤坪蜕锏母癄€，有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍?滅火人為注氮。
三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)
采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中的氧氣濃度不得低于20％；二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風(fēng)流中不得超
過0.75％；當(dāng)采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5％或采區(qū)、采掘工作面回風(fēng)道風(fēng)流中二氧化碳濃
度超過1.5％時，必須停工處理。
第二節(jié) 礦井空氣中的有害氣體
空氣中常見有害氣體：CO、NO2、SO2、NH3、H2。
一、基本性性質(zhì)
１、一氧化碳（CO）
一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一
氧化碳能燃燒，當(dāng)空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內(nèi)時有爆炸的危險。
主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細(xì)胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的
親合力比氧大250～300 倍。一旦一氧化碳進(jìn)入人體后，首先就與血液中的血紅素相結(jié)合，因而減少了
血紅素與氧結(jié)合的機(jī)會，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。0.08%，40分鐘引起頭
痛眩暈和惡心；0.32%，5~10 分鐘引起頭痛、眩暈，30 分鐘引起昏迷，死亡。
主要來源：爆破；礦井火災(zāi)；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。
２、硫化氫（H2S）
硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001％即可嗅到，但當(dāng)濃度較高時，
因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶于水，在常溫、常壓下一個體積的水
可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～
45.5％時有爆炸危險。
主要危害：硫化氫劇毒，有強(qiáng)烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當(dāng)空氣中硫化氫
濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。0.005~0.01%，1~2 小
時后出現(xiàn)眼及呼吸道刺激；0.015~0.02%，惡心、嘔吐、頭暈、四肢無力、反應(yīng)遲鈍，眼和呼吸道有強(qiáng)
烈刺激癥狀。
主要來源：有機(jī)物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區(qū)和舊巷積水中放出。
３、二氧化氮（NO2）
二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強(qiáng)烈的刺激氣味，相對密度為1.59，易溶于水。
主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蝕性很強(qiáng)的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強(qiáng)烈的刺激及
腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現(xiàn)黃色斑點。0.01%出現(xiàn)嚴(yán)重中毒。
主要來源：井下爆破工作。
4.二氧化硫(SO2)
二氧化硫無色、有強(qiáng)烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達(dá)到0.0005％即可嗅到。其相對密度為2.22，
易溶于水。
主要危害：遇水后生成硫酸，對眼睛及呼吸系統(tǒng)粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用， 可引起喉炎和肺水腫。
當(dāng)濃度達(dá)到0.002％時，眼及呼吸器官即感到有強(qiáng)烈的刺激；濃度達(dá)0.05％時，短時間內(nèi)即有致命危險。
主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中涌出。
5.氨氣(NH3)
無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶于水?？諝鉂舛戎羞_(dá)30％時有爆炸危險。
主要危害：氨氣對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。
主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；部分巖層中也有氨氣涌出。
6.氫氣(H2)
第一章礦內(nèi)空氣
- 3 -
無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點燃溫度比沼氣低100～200℃。
主要危害：當(dāng)空氣中氫氣濃度為4～74％時有爆炸危險。
主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質(zhì)的煤層中也有氫氣涌出、或煤氧化。
二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)
礦井空氣中有害氣體對井下作業(yè)人員的生命安全危害極大，因此，《規(guī)程》對常見有害氣體的安全
標(biāo)準(zhǔn)做了明確的規(guī)定，見表1-3。
表 1-3 礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度
有害氣體名稱符號最高容許濃度/%
一氧化碳CO 0.0024
氧化氮（折算成二氧化氮） NO2 0.00025
二氧化硫SO2 0.0005
硫化氫 H2S 0.00066
氨NH3 0.004
第三節(jié)礦井氣候
礦井氣候：礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數(shù)的綜合作用。這三個參數(shù)也稱為礦井氣候條件的
三要素。
一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響
新陳代謝是人類生命活動的基本過程之一。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對流、輻射
和汗液蒸發(fā)這三種基本形式進(jìn)行的。對流散熱取決于周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決于環(huán)境
溫度；蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的相對濕度和流速。
人體熱平衡關(guān)系式：
m w d z f ch q - q = q + q + q + q （1-1）
式中m q ——人體在新陳代謝中產(chǎn)熱量，取決于人體活動量；
w q ——人體用于做功而消耗的熱量， m w q - q 人體排出的多余熱量；
d q ——人體對流散熱量，低于人體表面溫度，為負(fù)，否則，為正；
z q ——汗液蒸發(fā)或呼出水蒸氣所帶出的熱量；
f q ——人體與周圍物體表面的輻謝散熱量，可正，可負(fù)；
ch q ——人體由熱量轉(zhuǎn)化而沒有排出體外的能量；人體熱平衡時， ch q =0；
當(dāng)外界環(huán)境影響人體熱平衡時，人體溫度升高ch q >0，人體溫度降低， ch q <0
礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素。
空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。
相對濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。
風(fēng)速：影響人體的對流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。同時濕交換效果也隨
風(fēng)速增大而加強(qiáng)。如有風(fēng)的天氣，涼衣服干得快。
二、衡量礦井氣候條件的指標(biāo)
1.干球溫度
干球溫度是我國現(xiàn)行的評價礦井氣候條件的指標(biāo)之一。
特點：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標(biāo)比較簡單，使用方便。但這個指標(biāo)只反
映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。
2.濕球溫度
濕球溫度是可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個指標(biāo)
仍沒有反映風(fēng)速對人體熱平衡的影響。
3.等效溫度
等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎(chǔ)來評價礦井氣候條件的指標(biāo)。
4 同感溫度
礦井通風(fēng)與安全
- 4 -
同感溫度（也稱有效溫度）是1923 年由美國采暖工程師協(xié)會提出的。這個指標(biāo)是通過實驗，憑受
試者對環(huán)境的感覺而得出的同感溫度計算圖。
5.卡他度
卡他度是1916 年由英國L.希爾等人提出的?？ㄋ扔每ㄋ嫓y定。
卡他度分為：干卡他度、濕卡他度。
干卡他度：反映了氣溫和風(fēng)速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測出溫度、濕
度和風(fēng)速三者的綜合作用效果。
K 41.868F / t , (W /m2 ) d = （1-2）
濕卡他度（Kw）：是在卡他計貯液球上包裹上一層濕紗布時測得的卡他度，其實測和計算方法完全
與干卡他度相同。
三、礦井氣候條件的安全標(biāo)準(zhǔn)
我國現(xiàn)行評價礦井氣候條件的指標(biāo)是干球溫度。1982年國務(wù)院頒布的《礦山安全條例》第53 條規(guī)
定，礦井空氣最高容許干球溫度為28℃。
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、礦井空氣主要是由、 和二氧化碳等氣體組成的。
2、礦井通風(fēng)的主要任務(wù)是： ；稀釋和排出有毒有害氣體和礦塵等；調(diào)節(jié)礦井氣候。
3、礦井空氣氧氣百分含量減少的原因有：爆破工作、井下火災(zāi)和爆炸、各種氣體的混入以及。
4、影響礦井空氣溫度的因素有： 、 、氧化生熱、水分蒸發(fā)、空氣壓縮與膨脹、地下水、
通風(fēng)強(qiáng)度、其他因素。
5、礦井空氣中常見有害氣體有、硫化氫、二氧化硫、二氧化氮和等。
6、檢定管檢測礦井有害氣體濃度的方式有兩種，一種叫比色式；另一種叫。
7、礦井氣候是礦井空氣的、 和風(fēng)速的綜合作用。
8、《規(guī)程》規(guī)定：在采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中，氧氣的濃度不得低于％，二氧化碳濃度不得超％。
9、通常認(rèn)為最適宜的井下空氣溫度是℃，較適宜的相對濕度為％。
10、一氧化碳是一種無色無味無臭的氣體，微溶于水，相對空氣的密度是0.97，不助燃但有。
一氧化碳極毒，能優(yōu)先與人體的起反應(yīng)使人體缺氧，引起窒息和死亡，濃度在13%～75%之間時
遇高溫而爆炸。
11、井下最適宜的氣候條件是濕度在、溫度和適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速。
12、礦井通風(fēng)的主要任務(wù)就是把新鮮空氣源源不斷地送入井下，達(dá)到、 、 目的。
13、礦井空氣中有害氣體主要有、 、 、 以及氨氣氫氣等。
14、《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定，礦井空氣中以下主要有害氣體的允許濃度上限值分別為CO 、
H2S 、SO2 、NO2 。
15、地面空氣中，按體積比，氧氣約有%，氮?dú)饧s有%。
16、檢定管的檢測原理是，被檢測氣體通過檢定管時，與發(fā)生反應(yīng)，使得其顏色發(fā)生改變。
二、選擇題
1、下列氣體中不屬于礦井空氣的主要成分的是。
A 氧氣 B 二氧化碳 C 瓦斯
2、下列不屬于一氧化碳性質(zhì)的是。
A 燃燒爆炸性B 毒性 C 助燃性
3、礦井空氣的主要組成成分有。
A、N2、O2和CO2 B、N2、O2和CO C、N2、O2和CH4
4、下列氣體中不屬于礦井空氣的主要有害氣體的是。
A 瓦斯 B 二氧化碳 C 一氧化碳
5、井下氮?dú)獾闹饕獊碓词恰?
A．通風(fēng)系統(tǒng) B．老空區(qū) C．呼吸排氣 D．爆破后產(chǎn)生
6、下列三項中不屬于礦井空氣參數(shù)的是。
A、密度 B、粘性 C、質(zhì)量
7、空氣中一氧化碳濃度達(dá)時具有爆炸性。
A．13％～75％ B.13％～65％ C．20％～50％
8、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井有害氣體硫化氫允許濃度為。
第一章礦內(nèi)空氣
- 5 -
A．0.000 66％ B．0.000 67％ C．0.006％
9、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：井下一氧化碳允許濃度為。
A．0.002 5％ B．0.002 4％ C．0.002 6％
10、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：井下二氧化氮的允許濃度為。
A．0.002 4％ B．0.002 3％ C．0.000 25％
11、《規(guī)程》規(guī)定，采掘工作面空氣的溫度不得超過。
A、26℃ B、30℃ C、34℃
12、下列哪種氣體易溶于水。
A、氮?dú)?B、二氧化氮 C、瓦斯 D、二氧化碳
13、下列氣體有刺激性氣味的是。
A、一氧化碳 B、氨氣 C、瓦斯 D、二氧化碳
14、下列氣體屬于助燃?xì)怏w的是。
A、氮?dú)?B、二氧化碳 C、瓦斯 D、氧氣
15、采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中，按體積計算，氧氣濃度不得低于。
A．16％ B．18％ C．20％
16、下列氣體不屬于瓦斯礦井主要?dú)怏w的是。
A、氮?dú)?B、氧氣 C、瓦斯 D、二氧化碳
17、下列氣體屬于混合物的是。
A、硫化氫 B、二氧化氮 C、瓦斯 D、氨氣
三、判斷題
1、新風(fēng)與地面空氣的性質(zhì)差別不大。
2、礦井空氣的主要成分有：氮?dú)?、氧氣和瓦斯?
3、一氧化碳的濃度越高，爆炸強(qiáng)度就越大。
4、測定不同的氣體必須使用不同的檢定管。
5、壓力與溫度相同的干空氣比濕空氣輕。
6、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中，氧氣不得低于18% 。
7、采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中，氧氣濃度不得低于20％。
8、煤礦井下的氫氣不是有害氣體。
9、煤礦井下一氧化碳?xì)怏w的安全濃度為0.0024.
10、二氧化氮對人體的危害很小。
11、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：井下空氣中一氧化碳的濃度不得超過0.5％。
12、井下空氣中二氧化氮的濃度不得超過0.00025％。
13、井下巷道風(fēng)流中氧氣濃度小于17％時，不準(zhǔn)人員入內(nèi)。
14、礦井通風(fēng)可以改善井下氣候條件，供給人員呼吸。
四、簡答題
1、地面空氣的主要成分是什么?礦井空氣與地面空氣有何區(qū)別？
2、氧氣有哪些性質(zhì)?造成礦井空氣中氧濃度減少的主要原因有娜些？
3、礦井空氣中常見的有害氣體有哪些?《規(guī)程》對礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度有哪些具體現(xiàn)定？
4、CO 有哪些性質(zhì)? 試說明CO對人體的危害以及礦井空氣中CO 的主要來源．
5、什么叫礦井氣候? 簡述井下空氣溫度的變化規(guī)律。
五、計算題
1．某礦井冬季總進(jìn)風(fēng)流的溫度為5℃，相對濕度為70%，礦井總回風(fēng)流的溫度為20℃，相對濕度為90%，
礦井總進(jìn)、總回風(fēng)量平均為2500 m3/min。試求風(fēng)流在全天之內(nèi)從井下帶走多少水分？（已知總進(jìn)、回
空氣的飽和濕度為4.76 和15.48 g/m3）
2．某礦一采煤工作面CO2的絕對涌出量為7.56 m3/min，當(dāng)供風(fēng)量為850 m3/min時，問該工作面回風(fēng)流
中CO2濃度為多少?能否進(jìn)行正常工作。
3．井下空氣中，按體積計CO 濃度不得超過0.0024%．試將體積濃度(%)換算為0℃壓力為101325 Pa
狀態(tài)的質(zhì)量濃度 (mg/m3)。
4．在井下某處測得：空氣溫度18℃、相對濕度80%，絕對壓力100kPa，試求該處的空氣密度。（注：
溫度在18℃時得飽和水蒸氣壓力為2.065kPa）。
礦井通風(fēng)與安全
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第二章礦井空氣流動的基本理論
【本章重點】
1、空氣的物理參數(shù)—T、P、j、m、r ；
2、風(fēng)流的能量與點壓力—靜壓，靜壓能；動壓、動能；位能；全壓；抽出式和壓入式相對靜壓、相對
全壓與動壓的關(guān)系；
3、能量方程—連續(xù)性方程；單位質(zhì)量能量方程、單位體積能量方程；
4、能量方程在礦井中的應(yīng)用—邊界條件、壓力坡度圖。
【本章難點】
點壓力之間的關(guān)系
能量方程及其在礦井中的應(yīng)用
主要研究內(nèi)容：礦井空氣沿井巷流動過程中宏觀力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。介紹空
氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)，討論空氣在流動過程中所具有的能量（壓力）及其能量的變化。根據(jù)熱力學(xué)
第一定律和能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，結(jié)合礦井風(fēng)流流動的特點，推導(dǎo)了礦井空氣流動過程中的能量方程，
介紹了能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。
第一節(jié) 空氣的主要物理參數(shù)
一、溫度
溫度是描述物體冷熱狀態(tài)的物理量。礦井表示氣候條件的主要參數(shù)之一。熱力學(xué)絕對溫標(biāo)的單位K，
攝式溫標(biāo)
T = 273.15 + t （2-1）
二、壓力（壓強(qiáng)）
空氣的壓力也稱為空氣的靜壓，用符號P 表示。壓強(qiáng)在礦井通風(fēng)中習(xí)慣稱為壓力。它是空氣分子
熱運(yùn)動對器壁碰撞的宏觀表現(xiàn)。
P = 2 3n(1 2mu2 ) （2-2）
礦井常用壓強(qiáng)單位：Pa、Mpa、mmHg、mmH20、mmbar、bar、atm等。
換算關(guān)系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa
１mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20
１mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa
三、濕度
表示空氣中所含水蒸汽量的多少或潮濕程度。表示空氣濕度的方法：絕對濕度、相對濕度和含濕量
三種。
１、絕對濕度
每立方米空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量叫空氣的絕對濕度。其單位與密度單位相同（Kg/m3），其值等
于水蒸汽在其分壓力與溫度下的密度。
M V v v r = （2-3）
飽和空氣：在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所能容納水蒸汽量是有極限的，超過這一極限
值，多余的水蒸汽就會凝結(jié)出來。這種含有極限值水蒸汽的濕空氣叫飽和空氣，這時水蒸氣分壓力叫飽
和水蒸分壓力s P ，其所含的水蒸汽量叫飽和濕度s r 。
２、相對濕度
單位體積空氣中實際含有的水蒸汽量（ v r ）與其同溫度下的飽和水蒸汽含量（ s r ）之比稱為空氣
標(biāo)準(zhǔn)分享網(wǎng) www.bzfxw.com 免費(fèi)下載
第二章礦井空氣流動的基本理論
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的相對濕度j ，即
v s j = r r （2-4）
反映空氣中所含水蒸汽量接近飽和的程度。j 愈小，空氣愈干爆，j ＝０為干空氣；j 愈大，空
氣愈潮濕，j ＝１為飽和空氣。
溫度下降，其相對濕度增大，冷卻到j(luò) =1時的溫度稱為露點。
【例 2-1】：甲地：t = 18℃， v r ＝0.0107 Kg/m3；乙地：t = 30℃， v r ＝0.0154 Kg/m3
解：查下表2-1得，
當(dāng)t=18℃， s r ＝0.0154Kg/m3,
當(dāng)t=30℃， s r ＝0.03037Kg/m3,
∴甲地： = = 0.7 = 70% v s j r r
乙地： = = 0.51 = 51% v s j r r
乙地的絕對濕度大于甲地，但甲地的相對濕度大于乙地，故乙地的空氣吸濕能力強(qiáng)。
露點：將不飽和空氣冷卻時，隨著溫度逐漸下降，相對濕度逐漸增大，當(dāng)達(dá)到100％時，此時的溫
度稱為露點。
問：上例甲地、乙地的露點分別為多少？
飽和絕對濕度s r :單位容積或質(zhì)量濕空氣所含飽和水蒸氣質(zhì)量（或水蒸氣最大質(zhì)量）的絕對值（g/m3
或g/kg)。空氣溫度升高時，容積增大，空氣分子間的間隙增大，容納水蒸氣量增大。即氣溫愈高， s r
值愈大。在標(biāo)準(zhǔn)大氣的情況下，不同氣溫時的s r 值如下表2-1所示。
表2-1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下飽和濕空氣的絕對濕度
水蒸氣的絕對壓力水蒸氣的絕對壓力
干溫度
（℃）
在1立方
米空氣內(nèi)
（g/m3）
在1公斤
空氣內(nèi)
（g/kg） (mmHg) (Pa)
干溫度
（℃）
在1立方
米空氣內(nèi)
（g/m3）
在1公斤
空氣內(nèi)
（g/kg） (mmHg) (Pa)
-20 1.1 0.8 0.96 127.894 14 12.0 9.8 11.99 1597.337
-15 1.6 1.1 1.45 193.172 15 12.8 10.5 12.79 1703.914
-10 2.3 1.7 2.16 287.760 16 13.6 11.2 13.64 1817.154
-5 3.4 2.6 3.17 422.315 17 14.4 11.9 14.5 1931.725
0 4.9 3.8 4.58 610.159 18 15.3 12.7 15.5 2064.947
1 5.2 4.1 4.92 655.454 19 16.2 13.5 16.5 2198.170
2 5.6 4.3 5.29 704.746 20 17.2 14.4 17.5 2331.392
3 6.0 4.7 5.68 756.703 21 18.2 15.3 18.7 2491.259
4 6.4 5.0 6.09 811.324 22 19.3 16.3 19.8 2637.804
5 6.8 5.4 6.53 869.942 23 20.4 17.3 21.1 2801.993
6 7.3 5.7 7.00 932.557 24 21.6 18.4 22.4 2984.182
7 7.7 6.1 7.49 997.836 25 22.9 19.5 23.8 3170.693
8 8.3 6.6 8.02 1068.444 26 24.2 20.7 25.2 3357.204
9 8.8 7.0 8.58 1143.048 27 25.6 22.0 26.7 3557.038
10 9.4 7.5 9.21 1226.978 28 27.0 23.4 28.4 3783.516
11 9.9 8.0 9.84 1310.908 29 28.5 24.8 30.1 4009.994
12 10.6 8.6 10.52 1401.500 30 30.1 26.3 31.8 4236.472
13 11.3 9.2 11.23 1496.088 31 31.8 27.3 33.7 4489.595
空氣濕度的測算
測算空氣濕度時，先用儀表測出相對濕度，再算出絕對濕度。構(gòu)造簡單的常用儀表是手搖濕度計(圖
2-1)和風(fēng)扇濕度計(圖2-2)，二者都是由干球溫度計和濕球溫度計組成，前者要用手搖，后者用自帶的發(fā)
條轉(zhuǎn)動小風(fēng)扇。用前者測量時，手握住把手，以大120r/min的轉(zhuǎn)數(shù)均勻旋轉(zhuǎn)儀表1～2min，然后從兩支
溫度計上分別讀出空氣的干溫度(又名干球溫度)td和濕溫度(又名濕球溫度)tw(℃)，含水量較少的空氣容
易吸收濕紗布上的水分，或者說濕紗布上的水分比較容易蒸發(fā)，水分被蒸發(fā)越多，被紗布包著水銀球的
溫度就越降低，則td和tw之差越大，表示空氣越干燥或其相對濕度越小。根據(jù)實測的td和td﹣tw兩個數(shù)
值在表2-2 中查出空氣的相對濕度j 值；又據(jù)td在表2-1 中查出s r 的近似值，然后用 v s j = r r 式算
出絕對濕度v r 值。
例如，測得某礦總進(jìn)風(fēng)量為4000m3/min，其干溫度的平均值td=22℃，濕溫度的平均值tw=21℃，
則查表2-2 得其相對濕j =91%；又據(jù)td值查表2-1得出飽和絕對濕度s r =19.3g/m3，故其絕對濕度約：
礦井通風(fēng)與安全
- 8 -
v r =91%×19.3=17.6g/m3
圖2-1 手搖濕度計圖2-2 風(fēng)扇濕度計
表2-2 干濕溫度與相對濕度的關(guān)系表
干、濕溫度計讀數(shù)差（℃） 干、濕溫度計讀數(shù)差（℃）
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
干溫度
計讀數(shù)
（℃） 相對濕度%
干溫度
計讀數(shù)
（℃） 相對濕度%
0 100 81 63 46 28 12 — — 18 100 90 80 72 63 55 48 41
5 100 86 71 58 43 31 17 4 19 100 91 81 72 64 57 50 41
6 100 86 72 59 46 33 21 8 20 100 91 81 73 65 58 50 42
7 100 87 74 60 48 36 24 14 21 100 91 82 74 66 58 50 44
8 100 87 74 62 50 39 27 16 22 100 91 82 74 66 58 51 45
9 100 88 75 63 52 41 30 19 23 100 91 83 75 67 59 52 46
10 100 88 77 64 53 43 32 22 24 100 91 83 75 67 59 53 47
11 100 88 79 65 55 45 35 25 25 100 92 84 76 68 60 54 48
12 100 89 79 67 57 47 37 27 26 100 92 84 76 69 62 55 50
13 100 89 79 68 58 49 39 30 27 100 92 84 77 69 62 56 51
14 100 89 79 69 59 50 41 32 28 100 92 84 77 70 64 57 52
15 100 90 80 70 61 51 43 34 29 100 92 85 78 71 65 58 53
16 100 90 80 70 61 53 45 37 30 100 92 85 79 72 66 59 53
17 100 90 80 71 62 55 47 40
若該礦總回風(fēng)量是4400m3/min,其干溫度平均值d t¢ =14℃，濕溫度平均值w t¢ =14℃，則查表2-2得其
相對濕度j ′=100%，又據(jù)d t¢ 值查表2-1 得其飽和絕對濕度s r¢ =12g/m3，故其絕對濕度為v r¢ =100%×
12=12g/m3。因v r ＞ v r¢，故知一天沉積在該礦井下的水分量約為：(17.56×4000-12×4400) ×60×
24=251026g/d≈25t/d
礦內(nèi)空氣濕度的變化規(guī)律
冷天時，當(dāng)含有一定量水蒸汽的冷空氣進(jìn)入井下，由于氣溫逐漸升高，容積逐漸增大，其飽和能力
逐漸變大，沿途要吸收井巷中的水分；熱天時，熱空氣進(jìn)入井下，氣溫逐漸降低，容積逐漸減少，其飽
和能力逐漸變小，使其中一部分水蒸汽量沿途掉下來。故礦井進(jìn)風(fēng)路線上有冬干夏濕的現(xiàn)象，在采掘工
作面和回風(fēng)路線上，因氣溫幾乎常年不變，故其濕度也幾乎常年不變，而且其相對濕度接近100％。
３、含濕量
含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量（kg）稱為空氣的含濕量。
v d d = r / r （2-5）
P T v s r = j / 461 （2-6）
P P T d s r = ( -j ) 287 （2-7）
0.622 ( ) s s d = jP P -jP （2-8）
四、焓
焓是一個復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，它是內(nèi)能u和壓力功PV之和，焓也稱熱焓。
i i d i 1.0045t d(2501 1.85t) d v = + × = + + （2-9）
實際應(yīng)用焓-濕圖（圖2-3)，現(xiàn)將應(yīng)用較多的焓濕圖(圖2-3)加以介紹。
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第二章礦井空氣流動的基本理論
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圖2-3不僅可以表示濕空氣的狀態(tài)，確定狀態(tài)參數(shù)，而且可以方便地表示濕空氣的狀態(tài)變化過程。
圖2-3 焓-濕圖
1、等焓線和等焓濕量線的繪制
濕空氣的焓濕圖是以1kg干空氣的濕空氣為基準(zhǔn)，在一定的大氣壓力下，取焓i與焓濕量d為坐標(biāo)
繪圖為使圖線清晰，焓坐標(biāo)與焓濕量坐標(biāo)同成135°的夾角，如上圖所示。在縱坐標(biāo)軸上標(biāo)出零點，令
其i＝0，d＝0，則縱坐標(biāo)軸即為d＝0 的等焓濕量線。焓濕圖中，自左向右d值逐漸增加;自下向上焓值
逐漸增加。
2、等溫線
等溫線是根據(jù)公式2-9 制作而成的。當(dāng)溫度等于常數(shù)時，此式為與i、d 對應(yīng)的直線方程，因此，
只需已知兩個點即可繪出等溫線。若溫度常數(shù)值分別為-10、0、10、20℃…時，則得一系列對應(yīng)的等溫
線。顯然，等溫線為一組不平行的直線。公式中第一項為截距，第二項系數(shù)為斜率，由于t值不同，每
一等溫線的斜率是不相同的。但是由于1.85t遠(yuǎn)小于2501，溫度對斜率的影響并不顯著，故可認(rèn)為等溫
線近乎平行。
3、等相對濕度線
根據(jù)公式2-8 可以繪制出等相對濕度線。在一定的大氣壓力B 下，當(dāng)相對濕度為常數(shù)，焓濕量d
值取決于飽和水蒸汽分壓力Ps,而Ps又是溫度t 的單值函數(shù)，其值可查表得出。因此，根據(jù)t、d 的對應(yīng)
關(guān)系就可以在i-d圖上找到若干點，連接各點即成等j 線。當(dāng)相對濕度常數(shù)值分別為0％，10％…l00％
時，則可得到一組等相對濕度線。顯然，j ＝0％的相對濕度線即是縱軸線，j ＝l00％就是飽和濕度線。
公式表明，等j 線為曲線，因此對應(yīng)點取得愈多．曲線愈準(zhǔn)確。
以j ＝100％的相對濕度線為界，以下為過飽和區(qū)，由于過飽和狀態(tài)是不穩(wěn)定；通常都有凝結(jié)現(xiàn)象，
所以又稱為“有霧區(qū)”；曲線以上為濕空氣區(qū)(又稱“未飽和區(qū)”)。在濕空氣區(qū)，水蒸汽處于過熱狀態(tài)。
此外，在i-d圖上還有水蒸氣分壓力(Pw)線等。這樣，i-d圖上任一點都表示空氣的一個狀態(tài)，它的
各個狀態(tài)參數(shù)的值均能在圖上查出。i-d 圖上還標(biāo)有熱濕比線，它可以表示空氣由一個狀態(tài)到另一個狀
態(tài)的熱濕變化過程。
如圖 2-4 所示，由t=20℃與j ＝60％的交點可查得(按圖中白箭頭所指)：濕球溫度tw＝15．2℃，
露點溫度tdu＝12℃，焓i=42.5kj/kg干空氣(10.1kcal/kg干空氣)，d=8.8g/kg干空氣，空氣在20℃時水蒸
氣分壓力Pw=1380Pa(10.33mmHg)，同溫度下飽和水蒸汽分壓力Psa=2300Pa(17.2mmHg)。
礦井通風(fēng)與安全
- 10 -
圖2-4等相對濕度線
五、粘性
流體抵抗剪切力的性質(zhì)。當(dāng)流體層間發(fā)生相對運(yùn)動時，在流體內(nèi)部兩個流體層的接觸面上，便產(chǎn)生
粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以阻止相對運(yùn)動，流體具有的這一性質(zhì)，稱作流體的粘性。其大小主要取決于溫度。
圖2-5 動力粘性示意圖
根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律有：
dy
f = m · S · du （2-10）
式中μ－比例系數(shù)，代表空氣粘性，稱為動力粘性或絕對粘度。其國際單位：帕.秒，寫作：Pa· S。
運(yùn)動粘度為：溫度是影響流體粘性主要因素，氣體，隨溫度升高而增大，液體而降低。
六、密度
單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，與P、t、濕度等有關(guān)。濕空氣密度為干空氣密度和
水蒸汽密度之和，即：
d a v r = r + r × （2-11）
根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可推出空氣密度計算公式：
) , / 3
0.378
0.003484 (1 kg m
P
P
T
P sat j
r = - （2-12）
式中 P為大氣壓；
Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位Pa；
j 為相對濕度；
Ｔ為空氣絕對溫度，T=t+273,K。
) , / 3
0.378
0.46457 (1 kg m
P
P
T
P sat j
r = - （2-13）
式中 P為大氣壓；
Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：mmHg。
注意：Ｐ和Ｐsat 單位一致。
空氣比容：
n = V M = 1 r （2-14）
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 11 -
第二節(jié) 風(fēng)流的能量與壓力
能量與壓力是通風(fēng)工程中兩個重要的基本概念，壓力可以理解為：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν?
作功的機(jī)械能。
一、風(fēng)流的能量與壓力
1.靜壓能－靜壓
（1）靜壓能與靜壓的概念
空氣的分子無時無刻不在作無秩序的熱運(yùn)動。這種由分子熱運(yùn)動產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能
夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，J／m3，在礦井通風(fēng)中，壓力的概念與物理學(xué)中的壓強(qiáng)相同，即單位面
積上受到的垂直作用力。靜壓Pa=N/m2也可稱為是靜壓能，值相等。
（２）靜壓特點
①、無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力；
②、風(fēng)流中任一點的靜壓各向同值，且垂直于作用面；
③、風(fēng)流靜壓的大?。梢杂脙x表測量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多
少。如說風(fēng)流的壓力為101332Pa，則指風(fēng)流1m3具有101332J 的靜壓能。
（３）壓力的兩種測算基準(zhǔn)（表示方法）
根據(jù)壓力的測算基準(zhǔn)不同，壓力可分為：絕對壓力和相對壓力。
①、絕對壓力：以真空為測算零點（比較基準(zhǔn)）而測得的壓力稱之為絕對壓力，用P表示。
②、相對壓力：以當(dāng)時當(dāng)?shù)赝瑯?biāo)高的大氣壓力為測算基準(zhǔn)(零點)測得的壓力稱之為相對壓力，即通
常所說的表壓力，用h表示。
風(fēng)流的絕對壓力（P）、相對壓力（h）和與其對應(yīng)的大氣壓（P0）三者之間的關(guān)系如圖2-6 所示：
h = P - P0 （2-15）
圖2-6 風(fēng)流的絕對壓力（P）、相對壓力（h）和與其對應(yīng)的大氣壓（P0）三者之間的關(guān)系圖
i P與i H 比較：
I、絕對靜壓總是為正，而相對靜壓有正負(fù)之分；
II、同一斷面上各點風(fēng)流的絕對靜壓隨高度的變化而變化，而相對靜壓與高度無關(guān)。
III、i P可能大于、等于或小于與該點同標(biāo)高的大氣壓( i P0 )。
2、重力位能
（1)重力位能的概念
物體在地球重力場中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡稱位能，
用 EPO表示。
如果把質(zhì)量為M（kg）的物體從某一基準(zhǔn)面提高Z（m），就要對物體克服重力作功M.g.Z（J），物
體因而獲得同樣數(shù)量（M.g.Z）的重力位能。即：
E M g Z p = × × 0 （2-16）
重力位能是一種潛在的能量，它只有通過計算得其大小，而且是一個相對值。實際工作中一般計算
位能差。
（２）位能計算
重力位能的計算應(yīng)有一個參照基準(zhǔn)面。
p i i E = ò r gdz 012 （2-17）
如圖 2-7所示，1－２兩斷面之間的位能差：
礦井通風(fēng)與安全
- 12 -
圖2-7 兩斷面之間的位能差計算
（3)位能與靜壓的關(guān)系
當(dāng)空氣靜止時（v=0），由空氣靜力學(xué)可知：各斷面的機(jī)械能相等。設(shè)以2-2 斷面為基準(zhǔn)面：
1-1 斷面的總機(jī)械能
1 01 1 E E P p = + （2-18）
2-2 斷面的總機(jī)械能
2 02 2 E E P p = + （2-19）
由 1 2 E = E 得：
01 1 02 2 E P E P p p + = + （2-20）
由于0 02 = p E （2-2 斷面為基準(zhǔn)面），所以：
2 01 1 12 12 1 P E P g Z P p = + = r × × + （2-21）
說明Ｉ、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化；
II、在礦井通風(fēng)中把某點的靜壓和位能之和稱之為勢能。
（4)位能的特點
①、位能是相對某一基準(zhǔn)面而具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化。但位能差為定值。
②、位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應(yīng)，即不呈現(xiàn)壓力，故不能象靜壓那樣用儀表
進(jìn)行直接測量。
③、位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化時遵循能量守恒定律。
3.動能－動壓
（1)動能與動壓的概念
當(dāng)空氣流動時，除了位能和靜壓能外，還有空氣定向運(yùn)動的動能，用Ev 表示，J/m3；其動能所轉(zhuǎn)
化顯現(xiàn)的壓力叫動壓或稱速壓，用符號hv表示，單位Pa。
（2)動壓的計算
單位體積空氣所具有的動能為：
= r ´u2 ´ 0.5 vi i E （2-22）
式中i r －I點的空氣密度，Kg/m3；
u －I點的空氣流速，m/s。
vi E 對外所呈現(xiàn)的動壓vi h ，其值相同。
（3)動壓的特點
①、只有作定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。
②、動壓總是大于零。垂直流動方向的作用面所承受的動壓最大（即流動方向上
的動壓真值）；當(dāng)作用面與流動方向有夾角時，其感受到的動壓值將小于動壓真值。
③、在同一流動斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點的風(fēng)速不相等，所以其
動壓值不等。
④、某斷面動壓即為該斷面平均風(fēng)速計算值。圖2-8
（４）全壓
風(fēng)道中任一點風(fēng)流，在其流動方向上同時存在靜壓和動壓，兩者之和稱之為該點風(fēng)流的全壓，即：
全壓＝靜壓＋動壓。
由于靜壓有絕對和相對之分，故全壓也有絕對和相對之分。
①、絕對全壓（ ti P ）
ti i vi P = P + h （2-23）
②、相對全壓（ ti h ）
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 13 -
ti i vi ti oi h = h + h = P - P （2-24）
說明①、相對全壓有正負(fù)之分；
②、無論正壓通還是負(fù)壓通風(fēng)， ti P > i P、ti h ＞ i h 。
二、風(fēng)流的點壓力之間相互關(guān)系
風(fēng)流的點壓力是指測點的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風(fēng)管道中流動的風(fēng)流的點壓力可分
為：靜壓、動壓和全壓。
風(fēng)流中任一點i 的動壓、絕對靜壓和絕對全壓的關(guān)系為：
vi ti i h = P - P （2-25）
vi h 、i h 和ti h 三者之間的關(guān)系為：
vi h h h ti i = + （2-26）
壓入式通風(fēng)（正壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點的相對全壓恒為正。
∵ ti P and i P > oi P
∴ i h ＞０， ti h ＞0 且ti h ＞ i h ， ti h = i h + vi h
壓入式通風(fēng)的實質(zhì)是使風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的能量增加，即出口風(fēng)流的絕對壓力大于風(fēng)機(jī)進(jìn)口的壓力。
抽出式通風(fēng)（負(fù)壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點的相對全壓恒為負(fù)，對于抽出式通風(fēng)由于ti h 和i h 為負(fù)，實
際計算時取其絕對值進(jìn)行計算。
∵ ti P and i P < oi P
ti h <０且ti h ＞ i h ，但ti h < i h
實際應(yīng)用中，因為負(fù)通風(fēng)風(fēng)流的相對全壓和相對靜壓均為負(fù)值，故在計算過程中取其絕對值進(jìn)行計
算。即：
ti h = i h - vi h （2-27）
抽出式通風(fēng)的實質(zhì)是使風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的能量降低，即入口風(fēng)流的絕對壓力小于風(fēng)機(jī)進(jìn)口的壓力。
風(fēng)流點壓力間的關(guān)系，如圖2-9所示。
圖2-9風(fēng)流點壓力間的關(guān)系
【例 2-2】如圖2-9所示，壓入式通風(fēng)風(fēng)筒中某點i的i h =1000Pa， vi h =150Pa，風(fēng)筒外與i點同標(biāo)高的
oi P =101332Pa，求：
(1)i點的絕對靜壓i P；
(2)i點的相對全壓ti h ；
(3)i點的絕對靜壓ti P 。
解：(1) i i i P = P + h 0 =101332+1000=102332 Pa
(2) vi h h h ti i = + =1000+150=1150 Pa
(3) ti i ti i vi P = P + h = P + h 0 =101332+1150=102482 Pa
【例2-3】如圖2-9所示，抽出式通風(fēng)風(fēng)筒中某點i的i h =1000Pa， vi h =150Pa，風(fēng)筒外與i點同標(biāo)高的
礦井通風(fēng)與安全
- 14 -
oi P =101332Pa，求：
(1)i點的絕對靜壓i P；
(2)i點的相對全壓ti h ；
(3)i點的絕對靜壓ti P 。
解：(1) i i i P = P + h 0 =101332.5-1000=100332 Pa
(2) ti h = i h - vi h ＝1000-150=850 Pa
ti h ＝－850 Pa
(3) ti i ti P = P + h 0 =101332.5-850=100482 Pa
三、風(fēng)流點壓力的測定
１、礦井主要壓力測定儀器儀表
（１）絕對壓力測量：空盒氣壓計、精密氣壓計、水銀氣壓計等。
（２）壓差及相對壓力測量：恒溫氣壓計、“Ｕ”水柱計、補(bǔ)償式微壓計、傾斜單管壓差計。
（３）感壓儀器：皮托管，承受和傳遞壓力，+ - 測壓
２、壓力測定
（１）絕對壓力－直接測量讀數(shù)。
（２）相對靜壓(以如圖2-10 正壓通風(fēng)為例) （注意連接方法）：
圖2-10 正壓通風(fēng)相對靜壓力測定
問：推導(dǎo)如圖h = hi?
以水柱計的等壓面0’－0’為基準(zhǔn)面，
設(shè):i點至基準(zhǔn)面的高度為Z，膠皮管內(nèi)的空氣平均密度為ρm，膠皮管外的空氣平均密度為ρm
’；與
i 點同標(biāo)高的大氣壓P0i。
則水柱計等壓面 0’－0’兩側(cè)的受力分別為：
水柱計左邊等壓面上受到的力：
P P gh P g z h gh 左 水 i m 水 = + r = + r ' ( - ) + r
0 0 （2-28）
水柱計右邊等壓面上受到的力：
P P gZ i m = + r 右（2-29）
由等壓面的定義有：P 左＝P 右，即：
P g z h gh i m 水 + r ' ( - ) + r
0 ＝P gZ i m + r （2-30）
若 ρm＝ρm
’ 有：
h p p g
m
i i ´
-
-
=
r r 水
0 （2-31）
∵ ρ水＞＞ρm，所以有，
( ) ( ) ( ) 0 2
h p p01 g p p g h g Pa h mmH O i i i i
i ´ = - ´ = ´ =
-
=
水r
（2-32）
對于負(fù)壓通風(fēng)的情況請自行推導(dǎo)（注意連接方法，見圖2-11）：
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 15 -
圖2-11 負(fù)壓通風(fēng)連接方法
說明：
①、水柱計上下移動時，hi 保持不變；
②、在風(fēng)筒同一斷面上、下移動皮托管，水柱計讀數(shù)不變，說明同一斷面上hi相同。
（３）相對全壓、動壓測量
測定連接如圖2-12（說明連接方法及水柱高度變化）
圖2-12 測定連接方法及水柱高度變化
【本節(jié)課重點】
能量方程及在礦井中的應(yīng)用
第三節(jié) 礦井通風(fēng)中的能量方程
當(dāng)空氣在井巷中流動時，將會受到通風(fēng)阻力的作用，消耗其能量；為保證空氣連續(xù)不斷地流動，就
必需有通風(fēng)動力對空氣作功，使得通風(fēng)阻力和通風(fēng)動力相平衡。
一、空氣流動連續(xù)性方程
在礦井巷道中流動的風(fēng)流是連續(xù)不斷的介質(zhì)，充滿它所流經(jīng)的空間。在無點源或點匯存在時，根據(jù)
質(zhì)量守恒定律：對于穩(wěn)定流，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其的流體質(zhì)量。
圖2-13 空氣流動示意圖
如圖 2-13所示，井巷中風(fēng)流從1 斷面流向2斷面，作定常流動時，有：
M const i = （2-33）
1 1 1 2 2 2 r V S = r V S （2-34）
1 r 、2 r －1、2 斷面上空氣的平均密度，kg/m3 ；
1 V 、2 V －1、2 斷面上空氣的平均流速，m/s；
1 S 、2 S －1、２斷面面積，m2。
兩種特例：
礦井通風(fēng)與安全
- 16 -
（I）若S1 = S2，則 1 1 2 2 r V = r V ；
（II）若1 r = 2 r ，則 1 1 2 2 V S = V S 。
對于不可壓縮流體，通過任一斷面的體積流量相等，即
Q V S const i i = = （2-35）
二、可壓縮流體的能量方程
能量方程表達(dá)了空氣在流動過程中的壓能、動能和位能的變化規(guī)律，是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在礦井
通風(fēng)中的應(yīng)用。
（一）、單位質(zhì)量(1kg)流量的能量方程
在井巷通風(fēng)中，風(fēng)流的能量由機(jī)械能（靜壓能、動壓能、位能）和內(nèi)能組成，常用1kg空氣或1m3
空氣所具有的能量表示。
機(jī)械能：靜壓能、動壓能和位能之和。
內(nèi)能：風(fēng)流內(nèi)部所具有的分子內(nèi)動能與分子位能之和?？諝獾膬?nèi)能是空氣狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，即：
u = f (T, P) （2-36）
能量分析如圖2-14所示。
圖2-14 可壓縮的流體能量分析
任一斷面風(fēng)流總機(jī)械能：壓能＋動能＋位能
任一斷面風(fēng)流總能量：壓能＋動能＋位能＋內(nèi)能
所以，對單位質(zhì)量流體有：
1-1 斷面總能量：
1 1
2
1
1
1
2
P v gZ u + + +
r
（2-37）
2-2 斷面總能量：
2 2
2
2
2
2
2
P v gZ u + + +
r
（2-38）
假設(shè)：1kg空氣由1 斷面流至2 斷面的過程中，LR（J/kg）：克服流動阻力消耗的能量；qR（J/kg）：
LR部分轉(zhuǎn)化的熱量(這部分被消耗的能量將轉(zhuǎn)化成熱能仍存在于空氣中）；q（J/kg）：外界傳遞給風(fēng)流的
熱量（巖石、機(jī)電設(shè)備等）。根據(jù)能量守恒定律：
R P v gZ u q q + + + + + 1 1
2
1
1
1
r 2
= R P v gZ u L + + + + 2 2
2
2
2
2
r 2
（2-39）
根據(jù)熱力學(xué)第一定律，傳給空氣的熱量（qR+q），一部分用于增加空氣的內(nèi)能，一部分使空氣膨脹
對外作功，即：
+ = - + ò2
2 1 1 q q u u P dv R （2-40）
式中：v為空氣的比容，m3/kg。
又因為：
- = - = ò ( ) = ò +ò2
1
2
1
2
2 2 1 1 1
1
1
2
P2 P P v Pv d Pv P dv v dP
r r
（2-41）
上述三式整理得：
( )1 2
2
2
2
2 1
1 2 2
L v dP v v g Z Z R - + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= -ò + - （2-42）
即為：單位質(zhì)量可壓縮空氣在無壓源的井巷中流動時能量方程的一般形式。
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 17 -
式中ò = ò2
1
2
1
v dP 1 dP
r
稱為伯努力積分項，它反映了風(fēng)流從1 斷面流至2 斷面的過程中的靜壓能
變化，它與空氣流動過程的狀態(tài)密切相關(guān)。對于不同的狀態(tài)過程，其積分結(jié)果是不同的。
對于多變過程，過程指數(shù)為n，對伯努利積分進(jìn)行積分計算，可得到單位質(zhì)量可壓縮空氣在無壓源
的井巷中流動時能量方程可寫成如下一般形式：
( )1 2
2
2
2
1
1
1
2
2
1 2 2
P P v v g Z Z
n
L n R - + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
- + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
=
r r
（2-43）
其中過程指數(shù)n按下式計算：
1 2
1 2
2 1
1 2
ln ln
ln ln
ln ln
ln ln
ln
ln
ln
ln
r - r
-
=
-
-
=
D
D
= - = P P
v v
P P
v
P
d v
n d P （2-44）
有壓源Lt在時，單位質(zhì)量可壓縮空氣井巷中流動時能量方程可寫成如下一般形式：
( ) R t P P v v g Z Z L
n
L n + - + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
- + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
= 1 2
2
2
2
1
1
1
2
2
1 r r 2 2
（2-45）
令
m
P P P P
n
n
r r r
1 2
1
1
2
2
1
-
= ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
，式中rm表示1，2 斷面間按狀態(tài)過程考慮的空氣平均密度，得
÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
=
÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
-
=
1
1
2
2
2 2
1 1
2
1
1 2
1
1
2
2
1 2
ln
ln
1
r r
r
r
r r
r
P P
P
P
P
P
P P
P P
n
n
P P
m （2-46）
則單位質(zhì)量流量的能量方程式又可寫為
( )1 2
2
2
2
1 2 1
2 2
L P P v v g Z Z
m
R - + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
+ -
-
=
r
（2-47）
L P P v v g(Z Z ) Lt
m
R + - + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
+ -
-
= 1 2
2
2
2
1 2 1
r 2 2
（2-48）
（二）、單位體積(1m3)流量的能量方程
我國礦井通風(fēng)中習(xí)慣使用單位體積（1m3）流體的能量方程。在考慮空氣的可壓縮性時，那么1m3 空
氣流動過程中的能量損失（hR，J/m3（Pa），即通風(fēng)阻力）可由1kg空氣流動過程中的能量損失（LR J/Kg）
乘以按流動過程狀態(tài)考慮計算的空氣密度rm，即：
R R m h = L × r （2-49）
則單位體積(1m3)流量的能量方程的書寫形式為：
( )1 2
2
2
2
1
1 2 2 2
h P P v v g Z Z R m m - + ÷
÷ø
ö
ç çè æ = - + - r r （2-50）
幾點說明：
1、1m3空氣在流動過程中的能量損失（通風(fēng)阻力）等于兩斷面間的機(jī)械能差。
2、grm（Z1-Z2）是1、2 斷面的位能差。當(dāng)1、2 斷面的標(biāo)高差較大的情況下，該項數(shù)值在方程中
往往占有很大的比重，必須準(zhǔn)確測算。其中，關(guān)鍵是rm的計算，及基準(zhǔn)面的選取。
rm的測算原則：將1－2 測段分為若干段，計算各測定斷面的空氣密度(測定P、t、φ)，求其幾何
平均值。
基準(zhǔn)面選?。喝y段之間的最低標(biāo)高作為基準(zhǔn)面。
礦井通風(fēng)與安全
- 18 -
圖2-15
例如：如圖2-15 所示的通風(fēng)系統(tǒng)，如要求1、2斷面的位能差，基準(zhǔn)面可選在2 的位置。其位能差
為：
12 12
1
012 2 E gdZ gZ p m = ò r = r (2-51)
而要求1、3兩斷面的位能差，其基準(zhǔn)面應(yīng)選在0-0位置。其位能差為：
10 10 30 30
1
013 3 E gdZ gZ gZ p m m = ò r = r - r (2-52)
３、m
v v r ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
-
2 2
2
2
2
1 是1、2兩斷面上的動能差
A、在礦井通風(fēng)中，因其動能差較小，故在實際應(yīng)用時，式中可分別用各自斷面上的密度代替計算
其動能差。即上式寫成：
2
2
2
1
2
1
12 2 2
r r h v v v = - (2-53)
其中：ρ１、ρ2分別為1、２斷面風(fēng)流的平均氣密度。
B、動能系數(shù)：是斷面實際總動能與用斷面平均風(fēng)速計算出的總動能的比。即：
v S
u ds
v vS
u uds
K s s
v 3
3
2
2
2
ò 2 ò
= =
r
r
(2-54)
因為能量方程式中的v1、v2分別為1、2 斷面上的平均風(fēng)速。由于井巷斷面上風(fēng)速分布的不均勻性，
用斷面平均風(fēng)速計算出來的斷面總動能與斷面實際總動能不等。需用動能系數(shù)Kv加以修正。在礦井條
件下，Kv一般為1.02～1.05。由于動能差項很小，在應(yīng)用能量方程時，可取Kv為1。因此，在進(jìn)行了
上述兩項簡化處理后，單位體積流體的能量方程可近似的寫成：
( ) ( 3 )
1 2
2
2
1
2
1
1 2 , /
2 2
( ) g Z g Z J m h P P v v R m m r r r r - + ÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
» - + - (2-55)
或
( ) ( 3 )
1 1 2 2
2
2
1
2
1
1 2 , /
2 2
( ) g Z g Z H J m h P P v v R m m t + - + ÷
÷ø ö
ç çè
æ
= - + r - r r r (2-56)
（三）、關(guān)于能量方程使用的幾點說明
1.能量方程的意義是，表示1kg（或1m3）空氣由1 斷面流向2 斷面的過程中所消耗的能量（通風(fēng)
阻力），等于流經(jīng)1、2 斷面間空氣總機(jī)械能（靜壓能、動壓能和位能）的變化量。
2.風(fēng)流流動必須是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時間的變化而變化；所研究的始、末斷面要選在緩
變流場上。
3.風(fēng)流總是從總能量（機(jī)械能）大的地方流向總能量小的地方。在判斷風(fēng)流方向時，應(yīng)用始末兩斷
面上的總能量來進(jìn)行，而不能只看其中的某一項。如不知風(fēng)流方向，列能量方程時，應(yīng)先假設(shè)風(fēng)流方向，
如果計算出的能量損失（通風(fēng)阻力）為正，說明風(fēng)流方向假設(shè)正確；如果為負(fù)，則風(fēng)流方與假設(shè)相反。
4.正確選擇求位能時的基準(zhǔn)面。
5.在始、末斷面間有壓源時，壓源的作用方向與風(fēng)流的方向一致，壓源為正，說明壓源對風(fēng)流做功；
如果兩者方向相反，壓源為負(fù)，則壓源成為通風(fēng)阻力。
6.應(yīng)用能量方程時要注意各項單位的一致性。
7．對于流動過程中流量發(fā)生變化（如圖2-16），則按總能量守恒與轉(zhuǎn)換定律列方程：
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 19 -
3 2 12 3 13
2
3
2 3 3 3 3
2
2
1 2 2 2 2
2
1
1 1m 1 1 2 m 2 m 2 R R Q h Q h
v
P g Z Q v P g Z Q v P g Z Q + + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
+ + + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
+ + = ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
r + + r r r r r
(2-57)
圖2-16有流量變化的情況圖2-17
【例2-4】如圖2-17 所示，在某一通風(fēng)井巷中，測得1、2 兩斷面的絕對靜壓分別為101324.7 Pa和101858
Pa，若S1=S2，兩斷面間的高差Z1-Z2=100 米，巷道中rm12=1.2kg/m3，求：1、2 兩斷面間的通風(fēng)阻力，
并判斷風(fēng)流方向。
解：假設(shè)風(fēng)流方向1®2，列能量方程：
( ) 1 2 12
2
2
1
2
1
12 1 2 2 2
R ( ) m g Z Z v v P P h r r r - + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= - + -
=（101324.7－101858）＋0＋100×9.81×1.2
=643.9J/m3。
由于阻力值為正，所以原假設(shè)風(fēng)流方向正確，1®2。
【例 2-5】在進(jìn)風(fēng)上山中測得1、2 兩斷面的有關(guān)參數(shù)，絕對靜壓P1=106657.6Pa，P2=101324.72Pa；標(biāo)
高差Z1-Z2=－400m；氣溫t1=15℃，t2=20℃；空氣的相對濕度j1=70%，j2=80%；斷面平均風(fēng)速v1=5.5m/s，
v2=5m/s；求通風(fēng)阻力LR、hR。
解：查飽和蒸汽表得；t1=15℃時，PS1=1704Pa；t2=20℃時，PS2=2337Pa；
3
1 1.2841 /
106657.6
1 0.378 0.7 1704
288.15
0.003484 106657.6 = kg m ÷ø
ö
çè
æ ´ ´
r = ´ ´ -
3
2 1.1958 /
10132472
1 0.378 0.8 2337
293.15
0.003484 10132472 = kg m ÷ø
ö
çè
æ ´ ´
r = ´ ´ -
0.72
ln1.2841 ln1.1958
ln106657.6 ln101324.27
ln ln
ln ln
1 2
1 2 =
-
-
=
-
-
=
r r
n P P
( )
( )
J kg
P P v v g Z Z
n
L n R
382.26 /
9.81 400
2
5
2
5.5
1.1958
101324.72
1.2841
106657.6
0.72 1
0.72
1 2 2
2 2
1 2
2
2
2
1
1
1
2
2
=
- ´ + ÷
÷ø ö
ç çè
æ
- + ÷ø
ö
çè
æ -
-
=
- + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
- + ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
=
r r
又 ∵
÷ø
ö
çè
æ -
-
=
÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
=
÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
-
-
-
=
1.1958
101324.72
1.2841
106657.6
101324.72 /1.1958
ln 106657.6 /1.2841
101324.72
ln 106657.6
106657.6 101324.72
ln
ln
1
1
1
2
2
2 2
1 1
2
1
1 2
1
1
2
2
1 2
r r
r
r
r r
r
P P
P
P
P
P
P P
P P
n
n
P P
m
= 1.23877 kg/m3
∴
( )
1.23877 9.81 1.23877 ( 400)
2
5
2
106657.6 101324.72 5.5
g Z
2
v
2
v
h P P
2 2
m 1 2
22
2
1
R 1 2
- ´ ´ + ´ ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= - + -
- + ÷
÷ø
ö
ç çè æ
= - + - Z m r r
= 475.19 J/m3
礦井通風(fēng)與安全
- 20 -
或 hR=LR×rm=382.26×1.23877= 473.53 J/m3。
第四節(jié) 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用
一、水平風(fēng)道的通風(fēng)能量（壓力）坡度線
（一）、能量（壓力）坡度線的作法
意義：掌握壓力沿程變化情況；有利于通風(fēng)管理。
如圖 2-18所示的通風(fēng)機(jī)－水平風(fēng)道系統(tǒng)，繪制能量（壓力）坡度線。
圖2-18 通風(fēng)機(jī)－水平風(fēng)道系統(tǒng)
１、風(fēng)流的邊界條件
入口斷面處：風(fēng)流入口斷面處的絕對全壓等于大氣壓（可用能量方程加以證明，對入口斷面的內(nèi)外
側(cè)列能量方程并忽略極小的入口流動損失），即：Ptin=P0，所以，htin= 0，hin= -hvin；
出口斷面處：風(fēng)流出口斷面處的絕對靜壓等于大氣壓（可用能量方程加以證明，對出口斷面的內(nèi)
外側(cè)列能量方程并忽略極小的出口流動損失），即：Pex=P0，所以，hex=0，htex=hvex；
２、作圖步驟
（１）、以縱坐標(biāo)為壓力（相對壓力或絕對壓力），橫坐標(biāo)為風(fēng)流流程。
（２）、根據(jù)邊界條件確定起始點位置。
（３）、將各測點的相對靜壓和相對全壓與其流程的關(guān)系描繪在坐標(biāo)
（４）、最后將圖上的同名參數(shù)點用直線或曲線連接起來，就得到所要繪制的能量（壓力）坡度線。
（二）、能量（壓力）坡度線的分析
1、通風(fēng)阻力與能量（壓力）坡度線的關(guān)系
由于風(fēng)道是水平的，故各斷面間無位能差，且大氣壓相等。由能量方程知，任意兩斷面間的通風(fēng)阻
力就等于兩斷面的全壓差：
= ( - )+ ( - )= - = hti - htj Ri~ j i j vi vj ti tj h P P h h P P （2-58）
（∵P0i = P0j）
a、抽出段
求入口斷面至i斷面的通風(fēng)阻力，由上式得：
, ( 0) 0~ 0 0 = - = - = R i t ti ti t h h h h h （2-59）
即：入口至任意斷面i的通風(fēng)阻力（hR0～i）就等于該斷面的相對全壓（hti）的絕對值。
求負(fù)壓段任意兩斷面（i、j）的通風(fēng)阻力：
Ri j ti tj h = P - P - （2-60）
∵ ti ti i h P P0 = - 又∵ ti i vi h = h - h
代入上式得： ti i i vi P = P - h - h 0
同理： tj j j vj P = P - h - h 0
∴ ( ) Ri j i i vi P = P - h - h - 0 - ( ) j j vj P - h - h 0 j i vj vi = h - h + h - h tj ti = h - h
若 vj vi h = h ， Ri j j i h = h - h -
b、壓入段
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 21 -
求任意斷面i至出口的通風(fēng)阻力，由上式得：
, ( 0) 10 10 10 10 = - = - = - h h h h h h Ri ti t ti v （2-61）
即：壓入段任意斷面i至出口的通風(fēng)阻力（hRi～10）等于該斷面的相對全壓（hti）減去出口斷面的動
壓（hv10）。
求正壓段任意兩斷面（i、j）的通風(fēng)阻力：
同理可推導(dǎo)兩斷面之間的通風(fēng)阻力為：
Ri j ti tj h = h - h - （2-62）
2、能量（壓力）坡度線直觀明了地表達(dá)了風(fēng)流流動過程中的能量變化
絕對全壓（相對全壓）沿程是逐漸減小的；
絕對靜壓（相對靜壓）沿程分布是隨動壓的大小變化而變化。
3、擴(kuò)散器回收動能（相對靜壓為負(fù)值）
所謂擴(kuò)散器回收動能，就是在風(fēng)流出口加設(shè)一段斷面逐漸擴(kuò)大的風(fēng)道，使得出口風(fēng)速變小，從而達(dá)
到減小流入大氣的風(fēng)流動能。擴(kuò)散器安設(shè)的是否合理，可用回收的動能值（Dhv）與擴(kuò)散器自身的通風(fēng)
阻力（hRd）相比較來確定，即：
Dhv= hvex－h(huán)vex’> hRd 合理
Dhv= hvex－h(huán)vex’< hRd 不合理
圖2-19 擴(kuò)散器回收動能示意圖
在壓入段出現(xiàn)相對靜壓為負(fù)值的現(xiàn)象分析，如圖2-19，對9～10段列能量方程：
hR9～10 = (P9＋hv9)－( P10+ hv10) =P9＋hv9－P0－h(huán)v10= h9＋hv9－h(huán)v10
∴h9 = hR9～10－（hv9－h(huán)v10）
如果：hv9－h(huán)v10 > hR9～10，則，h9<0（為負(fù)值）
因此，測定擴(kuò)散器中的相對靜值就可判斷擴(kuò)散器的安裝是否合理，相對靜壓的負(fù)值越大，其擴(kuò)散器
回收動能的效果越好。
（三）、通風(fēng)機(jī)全壓（Ht）
1、通風(fēng)機(jī)全壓的概念
通風(fēng)機(jī)的作用：就是將電能轉(zhuǎn)換為風(fēng)流的機(jī)械能，促使風(fēng)流流動。通風(fēng)機(jī)的全壓Ht等于通風(fēng)機(jī)出
口全壓與入口全壓之差：
t t6 t5 H = P - P （2-63）
2、通風(fēng)機(jī)全壓Ht與風(fēng)道通風(fēng)阻力、出口動能損失的關(guān)系
由能量方程和能量（壓力）坡度線可以看出：
hR6～10 = Pt6－Pt10 ∴ Pt6 = hR6～10＋Pt10，
hR0～5 = Pt 0－Pt5 ∴ Pt5 = Pt 0－h(huán)R0～5，
Ht = Pt6－Pt5 = hR6～10＋Pt10－（Pt 0－h(huán)R0～5）=hR6～10＋P0＋hv10－（P0－h(huán)R0～5）=hR6～10＋hv10＋hR0～5
Ht= hR0～10＋hv10
∴通風(fēng)機(jī)全壓是用以克服風(fēng)道通風(fēng)阻力和出口動能損失。
通風(fēng)機(jī)用于克服風(fēng)道阻力的那一部分能量叫通風(fēng)機(jī)的靜壓Hs。
0-10 = s R H h （2-64）
t s v10 H = H + h （2-65）
兩個特例：
a）、無正壓通風(fēng)段（6 斷面直接通大氣）
通風(fēng)機(jī)全壓仍為：Ht = Pt6－Pt5
∵Pt5=Pt０－h(huán)R０～5 ；Pt6= P0＋hv6
∴Ht=hR０～5＋hv6
b）、無負(fù)壓通風(fēng)段（５斷面直接通大氣）
礦井通風(fēng)與安全
- 22 -
∵Pt6=hR6～10＋Pt10，Pt10=P0＋hv10；Pt5=P0
∴Ht=hR6～10＋hv10
（1） （2）
圖2-20 抽出式通風(fēng)方式與壓入式通風(fēng)方式
無論通風(fēng)機(jī)作何種工作方式，通風(fēng)機(jī)的全壓都是用于克服風(fēng)道的通風(fēng)阻力和出口動能損失；其中通
風(fēng)機(jī)靜壓用于克服風(fēng)道的通風(fēng)阻力。
二、通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線
(一) 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線
繪制礦井通風(fēng)系統(tǒng)的能量（壓力）坡度線(一般用絕對壓力)的方法：是沿風(fēng)流流程布設(shè)若干測點，
測出各點的絕對靜壓、風(fēng)速、溫度、濕度、標(biāo)高等參數(shù)，計算出各點的動壓、位能和總能量；然后在壓
力（縱坐標(biāo)）－風(fēng)流流程（橫坐標(biāo)）坐標(biāo)圖上描出各測點，將同名參數(shù)點用折線連接起來，即是所要繪
制的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線。
以圖2-20所示簡化通風(fēng)系統(tǒng)為例，說明礦井通風(fēng)系統(tǒng)中有高度變化的風(fēng)流路線上能量(壓力)坡度線
的畫法。
圖2-21 簡化的通風(fēng)系統(tǒng)
作圖步驟：
1.確定基準(zhǔn)面。一般地，以最低水平(如2-3)為基準(zhǔn)面。
2.測算出各斷面的總壓能(包括靜壓、動壓和相對基準(zhǔn)面的位能)。
3.選擇坐標(biāo)系和適當(dāng)?shù)谋壤?。以壓能為縱坐標(biāo)，風(fēng)流流程為橫坐標(biāo)，把各斷面的靜壓、動壓和位能
描在坐標(biāo)系中，即得1、2、3、4 斷面的總能量。
4.把各斷面的同名參數(shù)點用折線連接起來，即得1－２－３－４流程上的壓力坡度線。
圖2-22 礦井通風(fēng)系統(tǒng)中有高度變化的風(fēng)流路線上能量(壓力)坡度線的畫法
(二) 礦井通風(fēng)系統(tǒng)能量（壓力）坡度線的分析
1、能量（壓力）坡度線（a-b-c-d）清楚地反映了風(fēng)流在流動過程中，沿程各斷面上全能量與通風(fēng)
阻力hR之間的關(guān)系。全能量沿程逐漸下降，從入風(fēng)口至某斷面的通風(fēng)阻力就等于該斷面上全能量的下
降值（如b0b），任意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于這兩個斷面全能量下降值的差。
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 23 -
2、絕對全壓和絕對靜壓坡度線的坡度線變化有起伏（如1~2段風(fēng)流由上向下流動，位能逐漸減小，
靜壓逐漸增大；在3~4段其壓力坡度線變化正好相反，靜壓逐漸減小，位能逐漸增大）。說明，靜壓和
位能之間可以相互轉(zhuǎn)化。
3、1、４斷面的位能差(EP01-EP04)叫做自然風(fēng)壓(HN)。HN和通風(fēng)機(jī)全壓（Ht)共同克服礦井通風(fēng)阻力
和出口動能損失。
( ) ( ) ( ~ ) 2 0 1 2 H H d d d d N t e d + = + - - （2-66）
４、能量（壓力）坡度線可以清楚的看到風(fēng)流沿程各種能量的變化情況。特別是在復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，
利用能量（壓力）坡度線可以直觀地比較任意兩點間的能量大小，判斷風(fēng)流方向。這對分析研究局部系
統(tǒng)的均壓防滅火和控制瓦斯涌出是有力的工具。
【例 2-6】如圖2-23 所示的同采工作面簡化系統(tǒng)，風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)上山經(jīng)繞道1 分為二路；一路流經(jīng)1－２
－３－４(2－３為工作面Ⅰ)；另一路流經(jīng)１－５－６－４（５－６為工作面Ⅱ）。兩路風(fēng)流在回風(fēng)巷匯
合后進(jìn)入回風(fēng)上山。如果某一工作面或其采空區(qū)出現(xiàn)有害氣體是否會影響另一工作面？
圖2-23 同采工作面簡化系統(tǒng)
解：要回答這一問題，可以借助壓力坡度線來進(jìn)行分析。為了繪制壓力坡度線，必須對該局部系統(tǒng)進(jìn)行
有關(guān)的測定。根據(jù)系統(tǒng)特點，沿風(fēng)流流經(jīng)的兩條路線分別布置測點，測算出各點的總壓能。根據(jù)測算的
結(jié)果即可繪出壓力坡度線見圖2-4-5。由壓力坡度線可見，1－２－３－４線路上各點風(fēng)流的全能量大于
１－５－６－４線路上各對應(yīng)點風(fēng)流的全能量。所以工作面Ⅰ通過其采空區(qū)向工作面Ⅱ漏風(fēng)，如果工作
面Ⅰ或其采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)時其有害氣體將會流向工作面Ⅱ，影響工作面Ⅱ的安全生產(chǎn)。
三、通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對壓能圖和相對等熵靜壓圖
對于較復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)，由于井巷分支多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用壓力坡度線表示就會出現(xiàn)坡度線相互交錯，
給使用帶來不便。為此提出了使用通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對壓能圖或相對等熵靜壓圖。
實質(zhì)：就是節(jié)點賦于壓能值的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。壓能圖各節(jié)點的壓能值是相對于某一基準(zhǔn)面所具有
的總能量值；或是相對某一參考面（如進(jìn)風(fēng)井口等）之間的通風(fēng)阻力。
壓能圖的繪制與能量（壓力）坡度線的繪制基本相同。
波蘭學(xué)者提出了用相對等熵靜壓圖來表示通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流各點的能位關(guān)系，因為某一節(jié)點的相對靜
壓hi = Pi-P0i ，而井巷風(fēng)流的P0i 未知。假設(shè)大氣壓隨高度變化屬理想的絕熱等熵過程，根據(jù)氣態(tài)方程
可推算P0i ，記為Pi 。
1
0
0
0
1 1
-
úû
ù
êë
é
÷ø
ö
çè
æ -
= +
n
n
i
i P
gZ
n
P P n
r
（2-67）
只要實測出通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流i點的絕對靜壓Pi，它與對應(yīng)高度的等熵靜壓之差就是相對等熵靜：
i i i h = P - P （2-68）
以相對等熵靜壓為縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)無標(biāo)量，按通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置，即可畫出相對等熵靜壓圖。
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、礦井測量相對壓力的儀器主要有、 、 、 和 等幾種。
2、井巷中任意斷面上的總壓力是、 和 之和。
3、測定風(fēng)流中點壓力的常用儀器是和皮托管。皮托管的用途是承受和傳遞壓力，其“＋”管腳
傳遞絕對全壓，“－”管腳傳遞絕對靜壓。使用時皮托管的中心孔必須風(fēng)流方向。
4、一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約為Pa。
5、用風(fēng)表在井下巷道中測風(fēng)，采用側(cè)身法時其校正系數(shù)公式是，主要考慮。
6、測量井巷風(fēng)速的儀表稱風(fēng)表（風(fēng)速計），煤礦風(fēng)表按結(jié)構(gòu)和原理不同分為、 、 和 等
礦井通風(fēng)與安全
- 24 -
幾種。
7、常見的井下測風(fēng)儀器、儀表有、 、 。
8、機(jī)械式風(fēng)表按風(fēng)速的測量范圍不同分為、 和 三種。
9、井巷風(fēng)流中任一斷面上的空氣壓力，按其呈現(xiàn)形式不同可分為、 和位壓。
10、礦井某斷面的絕對全壓是指與動壓之和。
11、礦井某斷面的總壓力包括、動壓和三種壓力。
12、井巷中的風(fēng)速常用風(fēng)表測定。我國煤礦測風(fēng)員通常使用測風(fēng)，其方法是：測風(fēng)員背向巷壁，
手持風(fēng)表在斷面上按一定線路均勻移動。
13、井下空氣常用的物理參數(shù)有： 、粘性、溫度、濕度和壓力。
14、已知某礦大氣相對濕度為60%，氣溫為19℃，對應(yīng)的飽和水蒸氣量是16.2 g/m3，則絕對濕度
是。一般工作面回風(fēng)流中的濕度比進(jìn)風(fēng)流要。
15、絕對濕度的單位是，相對濕度單位是。
二、選擇題
1、井巷任一斷面相對某一基準(zhǔn)面具有三種壓力。
A、靜壓、動壓和位壓 B、靜壓、動壓和勢壓 C、勢壓、動壓和位壓
2、下列選項不屬于礦井任一斷面上的三種壓力的是。
A、靜壓 B、動壓 C、全壓 D、位壓
3、皮托管中心孔感受的是測點的。
A、絕對靜壓 B、相對全壓 C、絕對全壓
4、風(fēng)壓的國際單位是。
A 牛頓 B 帕斯卡C 公斤力 D 毫米水柱
三、判斷題
1、兩測點的風(fēng)速相同，則動壓也會相等。
2、全壓包括靜壓、動壓和位壓。
3、風(fēng)流總是從壓力大的地點流向壓力小的地點。
4、動壓永為正值，分為相對動壓和絕對動壓。
四、簡答題
1、何謂空氣的靜壓，它是怎樣產(chǎn)生的？說明其物理意義和單位。
2、何謂空氣的重力位能？說明其物理意義和單位。
3、簡述絕對壓力和相對壓力的概念。為什么在正壓通風(fēng)中斷面上某點的相對全壓大于相對靜壓，而在
負(fù)壓通風(fēng)中斷面某點的相對全壓小于相對靜壓？
4、試述能量方程中各項的物理意義。
5、分別敘述在單位質(zhì)量和單位體積流體能量方程中，風(fēng)流的狀態(tài)變化過程是怎樣反映的？
6、簡述用風(fēng)表測風(fēng)的具體操作方法。
7、給礦井或各用風(fēng)點配風(fēng)時，所配給的風(fēng)量需要符合《規(guī)程》的哪些規(guī)定？
8、簡述濕度的表示方式以及礦內(nèi)濕度的變化規(guī)律。
9、簡述風(fēng)速對礦內(nèi)氣候的影響。
五、判斷、作圖與設(shè)計
1、如下題圖2-1(a)、(b)，兩個不同的管道通風(fēng)系統(tǒng)，試判斷它們的通風(fēng)方式，區(qū)別各壓差計的壓力
種類，并填涂液面高差和讀數(shù)。
題圖2-1 兩個不同的管道通風(fēng)系統(tǒng)
2、井下某測風(fēng)站的斷面為9.4 m2，用側(cè)身法測得三次風(fēng)表讀數(shù)分別為285、281、287，測定時間為1min，
該風(fēng)表的校正曲線表達(dá)式為v 真= 0.229+1.0021v 表(m/s)，試求該處的風(fēng)速和通風(fēng)量。
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第二章礦井空氣流動的基本理論
- 25 -
題圖2-2
六、計算題
1．在壓入式通風(fēng)的風(fēng)筒中，測得風(fēng)流中某點i 的相對靜壓hsi＝600 Pa，速壓hv＝100 Pa，已知風(fēng)筒外
與i 點同標(biāo)高處的壓力為100kPa。求：（1）i 點的相對全壓、絕對全壓和絕對靜壓；（2）將上述壓力之
間的關(guān)系作圖表示（壓力為縱坐標(biāo)軸，真空為0點）。
2．在抽出式通風(fēng)風(fēng)筒中，測得風(fēng)流中某點i 的相對靜壓＝1000 Pa，速壓＝150 Pa，風(fēng)筒外與i 點同標(biāo)
高的＝101332.32 Pa，求：（1）i 點的絕對靜壓；（2）i 點的相對全；（3）i 點的絕對全壓。（4）將上
述壓力之間的關(guān)系作圖表示（壓力為縱坐標(biāo)軸，真空為0 點）。
3．用壓差計和皮托管測得風(fēng)筒內(nèi)一點的相對全壓為300Pa，相對靜壓為240 Pa，已知空氣密度為
1.2kg/m3，試求A點的風(fēng)流速度，并判斷通風(fēng)方式。
礦井通風(fēng)與安全
- 26 -
第三章井巷通風(fēng)阻力
【本章重點和難點】
摩擦阻力和局部阻力產(chǎn)生的原因和測算
當(dāng)空氣沿井巷運(yùn)動時，由于風(fēng)流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風(fēng)流的阻滯、擾動作用而形成通
風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。井巷通風(fēng)阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部
阻力。
第一節(jié) 井巷斷面上風(fēng)速分布
一、風(fēng)流流態(tài)
1、管道流
同一流體在同一管道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態(tài)。當(dāng)流速較低時，流體質(zhì)點互
不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運(yùn)動，稱為層流(或滯流)。當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點的運(yùn)動速度
在大小和方向上都隨時發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為紊流(或湍流)。
（１）雷諾數(shù)－Re
v
ud
Re =
（3-1）
式中平均流速u 、管道直徑d和流體的運(yùn)動粘性系數(shù)v。
在實際工程計算中，為簡便起見，通常以Re=2300作為管道流動流態(tài)的判定準(zhǔn)數(shù)，即：Re≤2300 層
流，Re＞2300 紊流。
（２）當(dāng)量直徑
對于非圓形斷面的井巷，Re數(shù)中的管道直徑d應(yīng)以井巷斷面的當(dāng)量直徑de來表示：
U
de = 4 S
（3-2）
因此，非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)可用下式表示：
vU
uS
Re = 4
（3-3）
對于不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的關(guān)系，可用下式表示：
U = C S （3-4）
式中：C—斷面形狀系數(shù)：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。
2、孔隙介質(zhì)流
在采空區(qū)和煤層等多孔介質(zhì)中風(fēng)流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)為：
lv
uK
Re = 4
（3-5）
式中：K—冒落帶滲流系數(shù)，m2；
l—濾流帶粗糙度系數(shù)，m。
層流，Re≤0.25； 紊流，Re＞2.5；過渡流0.25>δ，砂
粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核心中，故Re 對λ值的影響極小，略去不計，相對糙度成為λ的唯一影
響因素。故在該區(qū)段，λ與Re無關(guān)，而只與相對糙度有關(guān)。摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力
平方區(qū)，尼古拉茲公式：
2
1.74 2lg
1
÷ø
ö
çè
æ +
=
e
g
l （3-9）
2．層流摩擦阻力
當(dāng)流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導(dǎo)出摩擦阻力計算式：
u
m
2
32
d
h L f = （3-10）
綜合公式3-1得，
Re 2
64 u2
= × × r
d
h L f （3-11）
可得圓管層流時的沿程阻力系數(shù)：
Re
l = 64 （3-12）
古拉茲實驗所得到的層流時λ與Re 的關(guān)系，與理論分析得到的關(guān)系完全相同，理論與實驗的正確
性得到相互的驗證。
層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。
3、紊流摩擦阻力
對于紊流運(yùn)動，λ=f (Re，ε/r)，關(guān)系比較復(fù)雜。用當(dāng)量直徑de=4S/U 代替d，代入阻力通式，則
得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式：
2
3
2
8 8
Q
S
LU
S
h LU f ×
×
× =
×
=
l r
u
l r
（3-13）
二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻
1．摩擦阻力系數(shù)α
礦井中大多數(shù)通風(fēng)井巷風(fēng)流的Re值已進(jìn)入阻力平方區(qū)，λ值只與相對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和
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第三章礦井通風(fēng)阻力
- 29 -
支護(hù)已定型的井巷，相對糙度一定，則λ可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度ρ=1.2kg/m3。
對公式3-13，令：
8
l r
a
×
= （3-14）
α稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為kg/m3 或 N.s2/m4。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：
2
3 Q
S
h LU f = a × （3-15）
標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)：
0 1.8
r
a = a （3-16）
通過大量實驗和實測所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂
標(biāo)準(zhǔn)值α0值，當(dāng)井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時，其α值應(yīng)進(jìn)行修正。
2．摩擦風(fēng)阻Rf
對于已給定的井巷，L、U、S 都為已知數(shù)，故可把公式3-14 中的α、L、U、S 歸結(jié)為一個參數(shù)
Rf：
S 3
R LU f = a × （3-17）
Rf 稱為巷道的摩擦風(fēng)阻，其單位為：kg/m7 或N.s2/m8。工程單位：kgf .s2/m8 ，或?qū)懗桑簁μ。1 N.s2/m8=
9.8 kμ
Rf＝f ( ρ,ε,S,U,L) 。在正常條件下當(dāng)某一段井巷中的空氣密度ρ一般變化不大時，可將R f 看作
是反映井巷幾何特征的參數(shù)。
則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：
h R Q2 f f = （3-18）
此式就是完全紊流(進(jìn)入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。
三、井巷摩擦阻力計算方法
新建礦井：查表得α0 →α→ Rf → hf
生產(chǎn)礦井：hf→Rf→α→α0
四、生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測定
1、壓差計法
用壓差計法測定通風(fēng)阻力的實質(zhì)是測量風(fēng)流兩點間的勢能差和動壓差，計算出兩測點間的通阻力。
( )2 1 1 2 2
2
2
1
2
1
1 2 2 2
h (P P ) g Z g Z R m m r r r
u
r
u
- + ÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
» - + + （3-19）
其中：右側(cè)的第二項為動壓差，通過測定１、２兩斷面的風(fēng)速、大氣壓、干濕球溫度，即可計算出
它們的值。第一項和第三項之和稱為勢能差，需通過實際測定。
（1）布置方式及連接方法
圖3-4 生產(chǎn)礦井一段巷道布置方式及連接方法
（２）阻力計算
壓差計“＋”感受的壓力： ( ) 1 1 1 2 P g Z Z m + r¢ +
壓差計“－”感受的壓力： 2 2 2 P Z m + r¢
故壓差計所示測值：
礦井通風(fēng)與安全
- 30 -
1 1 ( 1 2 ) ( 2 2 2 ) h P g Z Z P gZ m m = + r + - + r （3-20）
設(shè) ( ) 1 1 2 2 2 12 Z Z Z Z m m m r¢ + - r¢ = r¢ 且與 1、2斷面間巷道中空氣平均密度相等，則：
h (P P ) Z g m r 1 2 12 = - + （3-21）
式中：Z12為1、2 斷面高差，h 值即為1、2兩斷面壓能與位能和的差值。
根據(jù)能量方程，則1、2 巷道段的通風(fēng)阻力hR12為：
2
2
2
1
2
1
12 2 2
r
u
r
u
h = h + - R （3-22）
問：把壓差計放在1、2 斷面之間，測值是否變化？
2、氣壓計法
由能量方程：
2 12 12
2
2
1
2
1
12 1 2 2 2
h (P P ) g Z R m r r
u
r
u
+ ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= - + - （3-23）
式中用精密氣壓計分別測得1，2 斷面的靜壓P1，P2；
用干濕球溫度計測得t1,t2,t1’,t2’,和j1,j2，進(jìn)而計算r1，r2；
用風(fēng)表測定1，2 斷面的風(fēng)速v1,v2；
rm12為1，2 斷面的平均密度，若高差不大，就用算術(shù)平均值，若高差大，則有加權(quán)平均值；
Z12——1，2 斷面高差，從采掘工程平面圖查得。
可用逐點測定法，一臺儀器在井底車場監(jiān)視大氣壓變化，然后對上式進(jìn)行修正。
2 12 12
2
2
1
2
1
12 1 2 12 2 2
h (P P ) P g Z R m r r
u
r
u
+ ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= - + D + - （3-24）
【例 3-1】某設(shè)計巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，采用工字鋼棚支護(hù)，支架截面高度d0=14cm，縱
口徑Δ=5，計劃通過風(fēng)量Q=1200m3/min，預(yù)計巷道中空氣密度ρ=1.25kg/m3，求該段巷道的通風(fēng)阻力。
解 根據(jù)所給的d0、Δ、S值，由附表查得:α0 =284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4
則：巷道實際摩擦阻力系數(shù) 0.026
1.2
0.025 1.25
0 1.2 = = ´ =
r
a a Ns2／m4
巷道摩擦風(fēng)阻 Ns m
S
L S
S
R LU f 0.598 /
8
4.6 0.026 1000 11.77 2
3 3 3 =
´ ´
= × = =
a
a
巷道摩擦阻力 h R Q Pa f f 239.2
60
0.598 1200
2
2 = ÷ø
ö
çè
= = ´æ
第三節(jié) 局部風(fēng)阻與阻力
由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引
起風(fēng)流速度場分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。由于局部阻力
所產(chǎn)生風(fēng)流速度場分布的變化比較復(fù)雜性，對局部阻力的計算一般采用經(jīng)驗公式。
一、局部阻力及其計算
和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動壓的倍數(shù)來表示：
2
2
u
r
= x l h （3-25）
Re
x = B （3-26）
式中：ξ—局部阻力系數(shù)，無因次。層流ξ計算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因v=Q/S,當(dāng)ξ
確定后，便可用
2
2 2
Q
s
hl
r
= x （3-27）
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第三章礦井通風(fēng)阻力
- 31 -
幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：
１、突變
紊流通過突變部分時，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，
從而增加能量損失。
圖3-5 突變部位阻力的產(chǎn)生
２、漸變
主要是由于沿流動方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。壓差的作用方向與流動方向相反，
使邊壁附近，流速本來就小，趨于0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動，面渦漩。
圖3-6 漸變方向阻力的產(chǎn)生
３、轉(zhuǎn)彎處
流體質(zhì)點在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用，在外側(cè)出現(xiàn)減速增壓，出現(xiàn)渦漩。
圖3-7 轉(zhuǎn)彎處、分叉與匯合處阻力的產(chǎn)生
４、分岔與會合
如圖 3-7所示。
5、上述的綜合
∴局部阻力的產(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關(guān)，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。
二、局部阻力系數(shù)和局部風(fēng)阻
(一)局部阻力系數(shù)ξ
紊流局部阻力系數(shù)ξ一般主要取決于局部阻力物的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。
1．突然擴(kuò)大
2
2
1
1
2
1 1
2
1
2
2
1
2 2 2
1 Q
S S
h S l
r
u x
r
u x
r
= = ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= - （3-28）
或
2
2
2
2
2
2 2
2
2
2
2
1
2 2 2
1 Q
S S
h S l
r
u x
r
u x
r
= = ÷
÷ø ö
ç çè
æ
= - （3-29）
式中v1、v2——分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/s；
S1、S2——分別為小斷面和大斷面的面積，m；
ρm——空氣平均密度，kg/m3。
對于粗糙度較大的井巷，可進(jìn)行修正
÷ø
ö
çè
¢ = æ +
0.01
1
a
x x （3-30）
2．突然縮小
對應(yīng)于小斷面的動壓
2
2
2 ru
，ξ值可按下式計算：
礦井通風(fēng)與安全
- 32 -
÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
= -
1
0.5 1 2
S
S x （3-31）
÷ø
ö
çè
¢ = æ +
0.013
1
a
x x （3-32）
3．逐漸擴(kuò)大
逐漸擴(kuò)大的局部阻力比突然擴(kuò)大小得多，其能量損失可認(rèn)為由摩擦損失和擴(kuò)張損失兩部分組成。
當(dāng)Θ＜20°時，漸擴(kuò)段的局部阻力系數(shù)ξ可用下式求算：
2
2
1 sin 1 1
2
sin
÷ø
ö
çè
+ æ - ÷ø
ö
çè
= æ -
n n
a
q
r
a
x （3-33）
式中α—風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)，Ns2/m4；
n—風(fēng)道大、小斷面積之比，即Ｓ2／Ｓ1；
θ—擴(kuò)張角。
4．轉(zhuǎn)彎
巷道轉(zhuǎn)彎時的局部阻力系數(shù)(考慮巷道粗糙程度)可按下式計算：
當(dāng)巷高與巷寬之比H/b=0.2～1.0 時，
x (x a) b
ú ú ú ú
û
ù
ê ê ê ê
ë
é
+
¢ = +
b
0.35 0.65 H
28 1 0 （3-34）
當(dāng) H/b=1～2.5 時
( ) b a x x úû
ù
êë
¢ = é +
b
28 H 0 （3-35）
式中ξ0—假定邊壁完全光滑時，90°轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)，其值查表獲得；
α—巷道的摩擦阻力系數(shù)，N.s2/m4；
β—巷道轉(zhuǎn)彎角度影響系數(shù)，其值查表獲得。
5．風(fēng)流分叉與匯合
（1） （2）
3-8 風(fēng)流分叉與匯合
（1)風(fēng)流分叉
典型的分叉巷道如圖3-8（1）所示，1～2 段的局部阻力hl１～2和1～3 段的局部阻力hl１～3分別用下
式計算：
( 2 cos )
2
2
1 2 2 2
2
1 2 1 u u u q u
r
a = - + - h K l （3-36）
( 2 3 )
2
22
3
2
1 3 1 u u w u
r
a = - + - h K l （3-37）
(2)風(fēng)流匯合
如圖 3-8（2）所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl１～3、hl2～3分別按下式計算：
( 2 )
1 3 3 3
2
1~3 1 2 cos
2
h K v v v v l = - q +
r
a （3-38）
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第三章礦井通風(fēng)阻力
- 33 -
( 2 )
3 3
2
2~3 2 2
2
h K v v v l = - w +
r
a (3-39)
式中：
2 2
3
2
1 1
2
w 1 cosq v cosq
Q
v Q
Q
= Q + (3-40)
(二)局部風(fēng)阻
在局部阻力計算式中，令l R
S
= 2 2
r
x ，則有：
l R
S
= 2 2
r
x (3-41)
式中Rl稱為局部風(fēng)阻，其單位為N.s2/m8或kg/m7。
此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風(fēng)量的平方成正比
第四節(jié) 礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔
一、井巷阻力特性
在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風(fēng)量的平方成正比。故可寫成一般形式：
h = RQ2 (Pa) (3-42)
對于特定井巷，R為定值。用縱坐標(biāo)表示通風(fēng)阻力(或壓力)，橫坐標(biāo)表示通過風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)阻為R時，
則每一風(fēng)量Qi值，便有一阻力hi值與之對應(yīng)，根據(jù)坐標(biāo)點（Qi,hi）即可畫出一條拋物線。這條曲線就
叫該井巷的阻力特性曲線。風(fēng)阻R 越大，曲線越陡。
圖3-9 井巷的阻力曲線
二、礦井總風(fēng)阻
從入風(fēng)井口到主要通風(fēng)機(jī)入口，把順序連接的各段井巷的通風(fēng)阻力累加起來，就得到礦井通風(fēng)總阻
力hRm，這就是井巷通風(fēng)阻力的疊加原則。
已知礦井通風(fēng)總阻力hRm和礦井總風(fēng)量Q，即可求得礦井總風(fēng)阻：
,( 2 / 8 )
2 Ns m
Q
R hRm
m = （3-43）
Rm是反映礦井通風(fēng)難易程度的一個指標(biāo)。Rm越大，礦井通風(fēng)越困難；
三、礦井等積孔
我國常用礦井等積孔作為衡量礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)。
假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為A(m2)的孔口。當(dāng)孔口通過的風(fēng)量等于礦井風(fēng)量，
且孔口兩側(cè)的風(fēng)壓差等于礦井通風(fēng)阻力時，則孔口面積A 稱為該礦井的等積孔。
礦井通風(fēng)與安全
- 34 -
圖3-10 礦井等積孔
設(shè)風(fēng)流從I→II，且無能量損失，則有：
2
2 2
2
1 2 1 2
P v P v r r
+ = + (3-44)
得：
( )Rm Rm P P v h v r h
r
, 2 /
2 2
2
1 2 2 - = = = (3-45)
風(fēng)流收縮處斷面面積A2 與孔口面積A 之比稱為收縮系數(shù)φ，由水力學(xué)可知，一般φ=0.65，故
A2=0.65A。則v2＝Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：
( )Rm h
A Q
0.65 2 / r
= (3-46)
取ρ=1.2kg/m3，則：
Rm h
A =1.19 Q (3-47)
因Rm=hＲm／Ｑ2，故有
m R
A = 1.19 (3-48)
由此可見，A 是Rm的函數(shù)，故可以表示礦井通風(fēng)的難易程度。當(dāng)A＞２，容易；A＝１~2，中等；
A＜１困難。
【例 3-2】某礦井為中央式通風(fēng)系統(tǒng)，測得礦井通風(fēng)總阻力hRm=2800Pa，礦井總風(fēng)量Q=70m3/s，求礦
井總風(fēng)阻Rm和等積孔A，評價其通風(fēng)難易程度。
解：R h /Q2 2800 / 702 0.571Ns2 / m8 m Rm = = =
A 1.19 / R 1.19 / 0.571 1.57m2 m = = =
對照表可知，該礦通風(fēng)難易程度屬中等。
1、對于多風(fēng)機(jī)工作的礦井，應(yīng)根據(jù)各主要通風(fēng)機(jī)工作系統(tǒng)的通風(fēng)阻力和風(fēng)量，分別計算各主要通
風(fēng)機(jī)所擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的等積孔，進(jìn)行分析評價。
2、必須指出，相應(yīng)表所列衡量礦井通風(fēng)難易程度的等積孔值，是1873年繆爾格(Murgue)根據(jù)當(dāng)時
的生產(chǎn)情況提出的，一直沿用至今。由于現(xiàn)代的礦井規(guī)模、開采方法、機(jī)械化程度和通風(fēng)機(jī)能力等較以
前已有很大的發(fā)展和提高，表中的數(shù)據(jù)對小型礦井還有一定的參考價值，對大型礦井或多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)
的礦井，衡量通風(fēng)難易程度的指標(biāo)還有待研究。
第五節(jié) 降低礦井通風(fēng)阻力措施
降低礦井通風(fēng)阻力，對保證礦井安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。
一、降低井巷摩擦阻力措施
1．減小摩擦阻力系數(shù)α。
2．保證有足夠大的井巷斷面。在其它參數(shù)不變時，井巷斷面擴(kuò)大33%，Rf值可減少50%。
3．選用周長較小的井巷。在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長最小，拱形斷面次之，矩形、
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第三章礦井通風(fēng)阻力
- 35 -
梯形斷面的周長較大。
4．減少巷道長度。
5．避免巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中。
二、降低局部阻力措施
局部阻力與ξ值成正比，與斷面的平方成反比。因此，為降低局部阻力，應(yīng)盡量避免井巷斷面的突
然擴(kuò)大或突然縮小，斷面大小懸殊的井巷，其連接處斷面應(yīng)逐漸變化。盡可能避免井巷直角轉(zhuǎn)彎或大于
90°的轉(zhuǎn)彎，主要巷道內(nèi)不得隨意停放車輛、堆積木料等。要加強(qiáng)礦井總回風(fēng)道的維護(hù)和管理，對冒頂、
片幫和積水處要及時處理。
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、在法定單位制中，摩擦阻力系數(shù)α 、運(yùn)動粘性系數(shù)μ 、局部阻力系數(shù)ξ 、等積
孔A 、雷諾數(shù)Re 、地溫度率g 。
2、衡量礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)是和 。
3、按等積孔指標(biāo)，礦井通風(fēng)的難易程度分為、 和 三種。
4、礦井通風(fēng)阻力包括和 。
5、表征礦井通風(fēng)難易程度的物理量有風(fēng)阻和。
6、當(dāng)巷道的發(fā)生變化或風(fēng)流的發(fā)生變化時，會導(dǎo)致局部阻力的產(chǎn)生。
7、風(fēng)速在井巷斷面上的分布是不均勻的。一般說來，在巷道的軸心部分風(fēng)速，而靠近巷道壁風(fēng)
速，通常所說的風(fēng)速都是指。
8、空氣的流動狀態(tài)有和 兩種，井巷中風(fēng)流流動狀態(tài)基本都是。
9、在井巷風(fēng)流中，兩端面之間的是促使空氣流動的根本原因。
10、根據(jù)測算基準(zhǔn)不同，空氣壓力可分為和 。
11、礦井通風(fēng)壓力就是進(jìn)風(fēng)井與回風(fēng)井之間的總壓力，它是由和 造成的。
二、選擇題
1、巷道摩擦阻力系數(shù)的大小和無關(guān)。
A、巷道斷面面積 B、巷道長度 C、支護(hù)方式 D、巷道周長
2、下列選項能反映礦井通風(fēng)難易程度指標(biāo)的是。
A、等積孔 B、風(fēng)速 C、風(fēng)量 D、風(fēng)壓
3、通風(fēng)壓力與通風(fēng)阻力的關(guān)系是。
A 通風(fēng)壓力大于通風(fēng)阻力 B作用力與反作用力 C 通風(fēng)阻力大于通風(fēng)壓力
4、礦井通風(fēng)口局部阻力系數(shù)為。
A．0.5 B．0.6 C．0.8
5、巷道斷面上各點風(fēng)速是。
A 軸心部位小，周壁大；B 上部大，下部??；C 一樣大；D 軸心大，周壁小；
6、采煤工作面風(fēng)流的劃定，是以距煤壁頂、底兩幫各和以采空區(qū)切頂線為界的采煤工作面工作
空間的風(fēng)流。
A．200 mm B．300 mm C．100 mm D．250 mm
三、判斷題
1、風(fēng)阻是表征通風(fēng)阻力大小的物理量。
2、巷道長，則風(fēng)阻一定大。
3、礦井等積孔小，說明礦井的通風(fēng)阻力小。
4、阻力h 與風(fēng)阻R 的一次方成正比，也與風(fēng)量Q 的一次方成正比。
5、井巷風(fēng)流的兩端面之間的通風(fēng)阻力等于兩端面之間的絕對全壓之差。
6、等積孔是表示礦井通風(fēng)難易程度的方法，但礦井并不存在實型的等積孔
7、降低局部阻力地點的風(fēng)速能夠降低局部阻力。
四、簡答題
1、何謂層流、紊流？如何判別流體的流動狀態(tài)？
2、某半圓拱巷道．采用砌碹支護(hù)．巷道寬3.2 m，中心處高度3.4 m，巷道中通過風(fēng)量為600 m3/min。
試判別風(fēng)流流態(tài)。(Re＝225307，紊流)
3、尼古拉弦實驗曲線可分為哪幾個區(qū)? 各區(qū)有何特征?
4、摩擦阻力系數(shù)與哪些因素有關(guān)?
礦井通風(fēng)與安全
- 36 -
5、摩擦阻力與摩擦風(fēng)阻有何區(qū)別?
6、局部阻力是如何產(chǎn)生的？
7、礦井等積孔的含義是什么？如何計算？
8、降低摩擦阻力和局部阻力采用的措施有哪些？
9、礦井通風(fēng)阻力包括哪兩種，如何降低摩擦阻力？
五、計算題
1．知某梯形巷道康探阻力系數(shù)＝0.0177 Ns2/m4，巷道長L＝200 m，凈斷面積S＝5 m2，通過風(fēng)量Q=720
m3/min，試求摩擦風(fēng)阻與摩擦阻力。
2．(1)有一木支架梯形巷道，長1500 m，斷面積為6m2，木柱直徑do＝0.22 m，支架縱口徑=6，通過
風(fēng)量為900 m3/min，巷道中空氣平均密度為1.25 kg/m3，求：(1) 摩擦風(fēng)阻，(2) 摩擦阻力，(3) 該巷
通風(fēng)所消耗的功率N (設(shè)風(fēng)機(jī)效率為0.6)。
(2)條件同上題，但通過風(fēng)量Q=600 m3/min，求hf和N。
3．某巷道摩擦阻力系數(shù)＝0.004 Ns2/m4，通過風(fēng)量Q=40 m3/s，空氣密度1.25 kg/m3。在突然擴(kuò)大段，
巷道斷面由S1＝6 m2變?yōu)镾2＝12m2。求：(1)突然擴(kuò)大的局部阻力；(2)若風(fēng)流由2 流向1，則局部阻力
為多少？
4．某礦總回風(fēng)道斷面S＝8m2，高寬比H/b＝1.2，有一直角拐彎，通過風(fēng)量Q=60 m3/s．空氣密度1.24 kg/m3，
摩擦阻力系數(shù)＝0.015 Ns2/m4，求：(1)拐彎的局部阻力；（2）若拐彎處內(nèi)角做成圓弧形，曲率半徑
0.7 b，則局部阻力是多少?(3)設(shè)風(fēng)機(jī)設(shè)備效率0.6，內(nèi)角抹圓后每年可節(jié)約用電多少度?
5．如題圖3-1所示一傾斜巷道，已知1、2兩點的標(biāo)高分別為-450m 與-600m，絕對靜壓分別為P1=89977
Pa，P2=88245 Pa，斷面積分別為S1=9 m2，S2=6 m2，空氣密度ρ1=1.24kg/m3，ρ2=1.16kg/m3。通過該段
巷道的風(fēng)量為Q=36m3/s。試求點1、2 間的通風(fēng)阻力，并判斷風(fēng)流方向。
題圖3-1
6．已知某一進(jìn)風(fēng)井井口斷面的大氣壓力P 靜1=9980 Pa，井深度Z=500m，井筒內(nèi)空氣的平均密度ρ=1.18
kg/m3，井筒的通風(fēng)阻力h阻=85 Pa，問立井井底的絕對靜壓P 靜2有多大？
7．如題圖3-2所示，在斷面不等的水平通風(fēng)巷道中，測得1 斷面的絕對靜壓P 靜1=96170 Pa，斷面積
S1= 4 m2，空氣密度ρ1=1.16 kg/m3，2 斷面的絕對靜壓P 靜2=96200 Pa，斷面積S2= 8 m2，空氣密度ρ
2=1.16 kg/m3，通過風(fēng)量Q=40 m3/s。試判斷巷道的風(fēng)流方向，并求其通風(fēng)阻力h 阻有多大？
題圖3-2
7．某條巷道如題圖3-3 所示，通過的風(fēng)量為18 m3/s，S1= S3=4.5m2，S2=9m2，空氣的密度ρ=1.2 kg/m3，
查表得到局部阻力系數(shù)ξ2——1=0.25、ξ1——3=1.4。試分別計算巷道斷面突然縮小處和轉(zhuǎn)彎處的局部阻力。
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第三章礦井通風(fēng)阻力
- 37 -
題圖3-3
9．某水平巷道如題圖3-4所示，用壓差計和膠皮管測得1—2及1—3之間的阻力分別為295Pa和440Pa，
巷道的斷面積均等于6 m2，周長10m，通過的風(fēng)量為40m3/s，空氣密度1.2 kg/m3。求巷道的摩擦阻力
系數(shù)及拐彎處的局部阻力系數(shù)。
題圖3-4
10．某片盤斜井通風(fēng)系統(tǒng)如題圖3-5 所示，進(jìn)入井下的總風(fēng)量Q=24m3/s，已知井巷各段的風(fēng)阻為R1—
2=0.2255、R2—3=0.3726、R3—4=0.176、R4—5=0.431、R2—6=0.441、R6—7=0.176、R7—5=0.51、R5—8=0.245 N·s2/m8，
試求
(1) 畫出片盤斜井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖；
(2) 計算礦井的總風(fēng)阻、總阻力、總等積孔；
(3) 計算每翼自然分配的風(fēng)量；
題圖3-5 題圖3-6
11．如題圖3-6 所示的（抽出式）通風(fēng)礦井，實測結(jié)果：通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中的相對靜壓h 靜=2 256 Pa，風(fēng)硐
4 斷面的平均風(fēng)速v4=14 m/s，斷面S4=9 m2，擴(kuò)散器斷面S5=14 m2，Z01=150 m，Z12=200 m，ρ01=1.22 kg/m3，
ρ12=1.25 kg/m3，ρ34=1.2 kg/m3。試求該礦井的自然風(fēng)壓H 自、礦井通風(fēng)的總阻力h 阻和通風(fēng)機(jī)的靜壓H
通靜、動壓h 通動、全壓H 通全各為多少？
12．如題圖3-6 所示的通風(fēng)礦井，試證明礦井通風(fēng)阻力h 阻礦=h 全4 ± h 自。
13．如題圖3-6 所示的通風(fēng)礦井，試證明通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與礦井通風(fēng)阻力的關(guān)系為h 通靜± h 自= h 阻礦。
14．如題圖3-7 所示的（壓入式）通風(fēng)礦井，試證明礦井通風(fēng)阻力h 阻礦= h 全2 +h 全3 ± h 自。
礦井通風(fēng)與安全
- 38 -
題圖3-7 題圖3-8
15．如題圖3-7 所示的通風(fēng)礦井，已知h 阻礦= h 全2 +h 全3 ± h 自。試證明通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與礦井通風(fēng)阻力
的關(guān)系為h 通全± h 自= h 阻礦。
16．采用多風(fēng)井通風(fēng)的礦井，聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)的各主要通風(fēng)機(jī)之間彼此聯(lián)系，相互影響。如題圖3-8 簡化的礦
井通風(fēng)系統(tǒng)中，其中進(jìn)風(fēng)井和兩翼的礦井巷道風(fēng)阻分別為R1—2，R2—3—4，R2—5—6，通風(fēng)機(jī)風(fēng)量為QⅠ和QⅡ，
RⅠ和RⅡ 是通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻。試：
(1) 畫出該通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖；
(2) 證明 RⅠ= R2—3—4 + R1—2 (1+ QⅡ/ QⅠ)2 ；
(3) 指出兩翼相互影響關(guān)系。
17．采用多風(fēng)井通風(fēng)的礦井，聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)的各主要通風(fēng)機(jī)之間彼此聯(lián)系，相互影響。如題圖3-9 簡化的礦
井通風(fēng)系統(tǒng)中，R1—2=0.04 N·s2/m8，R2—3—4=0.35 N·s2/m8，R2—5—6=0.36 N·s2/m8，風(fēng)量QⅠ=40 m3/s，Q
Ⅱ=60 m3/s。試求：
(1) 計算兩個風(fēng)井Ⅰ、Ⅱ主要通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻RⅠ和RⅡ；
(2) 因生產(chǎn)任務(wù)加大，Ⅱ通風(fēng)機(jī)增加風(fēng)量到90 m3/s，計算Ⅰ、Ⅱ通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和工作風(fēng)阻；
(3) 指出兩翼相互影響關(guān)系。
題圖3-9 題圖3-10
18．某采區(qū)兩個采煤工作面，如題圖3-10 所示，已知兩風(fēng)路的風(fēng)阻R1= 0.8 N·s2/m8，R2=1.0 N·s2/m8，
若總通風(fēng)量Q = 22 m3/s，按生產(chǎn)要求，1 分支（工作面）需要的風(fēng)量為14 m3/s，2 分支（工作面）需
要的風(fēng)量為8 m3/s，試問
(1)計算兩分支的自然分風(fēng)風(fēng)量，能否滿足通風(fēng)要求？
(2)給出調(diào)節(jié)風(fēng)量的技術(shù)措施及調(diào)節(jié)參數(shù)；
(3)指出調(diào)節(jié)后對通風(fēng)系統(tǒng)的影響。
題圖3-11
19．某巷道通風(fēng)系統(tǒng)如題圖3-11 所示，總通風(fēng)量為Q1=30 m3/s，已知各分支風(fēng)阻為R1=1.2，R2=0.4，
R3=R4=3.2，R5=0.6，R5=2.8，R5=0.3，單位為N·s2/m8。若工作面（分支6）需要風(fēng)量20 m3/s，2分支
需要的風(fēng)量為10 m3/s，試計算輔助通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓及調(diào)節(jié)后系統(tǒng)的總阻力。（940Pa，1530Pa）
20．某采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)如題圖3-12，已知風(fēng)阻R1=0.49，R2=1.47，R3=0.98，R4=1.47，R5=0.49，R6=
0.6，單位為N·s2/m8，該系統(tǒng)的總風(fēng)壓h16=80 Pa。
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第三章礦井通風(fēng)阻力
- 39 -
（1）風(fēng)門K關(guān)閉時，求工作面風(fēng)量；
（2）當(dāng)風(fēng)門K 打開時，總風(fēng)壓保持不變的情況下，求工作面風(fēng)量及流過風(fēng)門K 的風(fēng)量。
（3）當(dāng)風(fēng)門K 打開時，求該區(qū)段的總風(fēng)阻。
六、名詞解釋
通風(fēng)局部阻力
礦井通風(fēng)與安全
- 40 -
第四章礦井通風(fēng)動力
【本章重點與難點】
1、自然風(fēng)壓的產(chǎn)生、計算、利用與控制
2、軸流式和離心式主要通風(fēng)機(jī)特性
3、主要通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)
4、主要通風(fēng)機(jī)的合理工作范圍
第一節(jié) 自然風(fēng)壓
一、自然風(fēng)壓及其形成和計算
1、自然通風(fēng)
由自然因素作用而形成的通風(fēng)叫自然通風(fēng)。
圖4-1 簡化礦井通風(fēng)系統(tǒng)
冬季：如圖4-1所示，空氣柱0-1-2比5-4-3的平均溫度較低，平均空氣密度較大，導(dǎo)致兩空氣柱
作用在2-3 水平面上的重力不等。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口5 流出。
夏季：相反。
自然風(fēng)壓：作用在最低水平兩側(cè)空氣柱重力差
2、自然風(fēng)壓的計算
根據(jù)自然風(fēng)壓定義，上圖所示系統(tǒng)的自然風(fēng)壓HN可用下式計算：
H gdZ gdZ z
N = ò -ò5
0 1 3 2 r r （4-1）
為了簡化計算，一般采用測算出0-1-2 和5-4-3 井巷中空氣密度的平均值ρm1和ρm2，用其分別代
替上式的ρ1和ρ2，則上式可寫為：
( ) N m1 m2 H = Zg r - r （4-2）
注意：1）自然風(fēng)壓的計算必須取一閉合系統(tǒng)。
2）進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)必須取相同的標(biāo)高。
3）一般選取最低點作為基準(zhǔn)面。
二、自然風(fēng)壓的影響因素及變化規(guī)律
自然風(fēng)壓影響因素
H f ( ,Z) f [ (T,P,R, ),Z] N = r = r F (4-3)
1、礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差是影響HN的主要因素。
2、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。
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第四章礦井通風(fēng)動力
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圖4-2 深井與淺井自然風(fēng)壓示意圖
3、井深。HN與礦井或回路最高與最低點間的高差Z成正比。
4、主要通風(fēng)機(jī)工作對自然風(fēng)壓的大小和方向也有一定影響。
三、自然風(fēng)壓的控制和利用
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)充分考慮利用地形和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c。
2、根據(jù)自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，應(yīng)適時調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的工況點，使其既能滿足礦井通風(fēng)需要，又可
節(jié)約電能。
3、在建井時期，要注意因地制宜和因時制宜利用自然風(fēng)壓通風(fēng)，如在表土施工階段可利用自然通
風(fēng)；在主副井與風(fēng)井貫通之后，有時也可利用自然通風(fēng)；有條件時還可利用鉆孔構(gòu)成回路。
4、利用自然風(fēng)壓做好非常時期通風(fēng)。一旦主要通風(fēng)機(jī)因故遭受破壞時，便可利用自然風(fēng)壓進(jìn)行通
風(fēng)。
圖4-3 自然風(fēng)壓使風(fēng)流反向示意圖
5、在多井口通風(fēng)的山區(qū)，尤其在高瓦斯礦井，要掌握自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，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。如圖是四川某礦因自然風(fēng)壓使風(fēng)流反向示意圖。
ABB’CEFA系統(tǒng)的自然風(fēng)壓為：
( ) NA CB' AF H = Zg r - r （4-4）
DBB’CED 系統(tǒng)的自然風(fēng)壓為：
( ) ND CB' BE H = Zg r - r （4-5）
自然風(fēng)壓與主要通風(fēng)機(jī)作用方向相反。相當(dāng)于在平硐口A 和進(jìn)風(fēng)立井口D 各安裝一臺抽風(fēng)機(jī)
（向外）。
設(shè) AB風(fēng)流停滯，對回路ABDEFA 和ABB’CEFA 可分別列出壓力平衡方程：
H H R Q2 NA ND D - = （4-6）
H H R Q2 S NA C - = （4-7）
式中 HS—風(fēng)機(jī)靜壓，Pa；
Q—DBB’C風(fēng)路風(fēng)量，m3/S;
RD、RC—分別為DB和BB’C分支風(fēng)阻，N·S2/m8。
兩式相除：
C
D
S NA
NA ND
R
R
H H
H H =
-
-
（4-8）
此即AB段風(fēng)流停滯條件式。
當(dāng)上式變?yōu)?
C
D
S NA
NA ND
R
R
H H
H H >
-
-
（4-9）
則 AB段風(fēng)流反向。
由此可知防止AB風(fēng)路風(fēng)流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大HS ；（3）在A 點安裝風(fēng)機(jī)向巷
礦井通風(fēng)與安全
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道壓風(fēng)。
第二節(jié) 礦用通風(fēng)機(jī)的類型及構(gòu)造
礦用通風(fēng)機(jī)按其服務(wù)范圍可分為三種：
1、主要通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于全礦或礦井的某一翼（部分）；
2、輔助通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于礦井網(wǎng)絡(luò)的某一分支（采區(qū)或工作面），幫助主通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，以保證該分支
風(fēng)量；
3、局部通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于獨(dú)頭掘進(jìn)井巷道等局部地區(qū)。
按構(gòu)造和工作原理可分為：離心式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)。
一、離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理
1、風(fēng)機(jī)構(gòu)造。
離心式通風(fēng)機(jī)一般由：進(jìn)風(fēng)口、工作輪（葉輪）、螺形機(jī)殼和擴(kuò)散器等部分組成。有的型號通風(fēng)機(jī)
在入風(fēng)口中還有前導(dǎo)器。
吸風(fēng)口有：單吸和雙吸兩種。
葉片出口構(gòu)造角：風(fēng)流相對速度W2的方向與圓周速度u2的反方向夾角稱為葉片出口構(gòu)造角，以β
2表示。
圖4-4 離心式通風(fēng)機(jī)葉輪
離心式風(fēng)機(jī)可分為：前傾式（β2>90º)、徑向式（β2=90º)和后傾式（β2<90º)三種。β2 不同，通
風(fēng)機(jī)的性能也不同。礦用離心式風(fēng)機(jī)多為后傾式。
2、工作原理
當(dāng)電機(jī)通過傳動裝置帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，獲得離心力。經(jīng)葉端
被拋出葉輪，進(jìn)入機(jī)殼。在機(jī)殼內(nèi)速度逐漸減小，壓力升高，然后經(jīng)擴(kuò)散器排出。與此同時，在葉片入
口（葉根）形成較低的壓力（低于吸風(fēng)口壓力），于是，吸風(fēng)口的風(fēng)流便在此壓差的作用下流入葉道，
自葉根流入，在葉端流出，如此源源不斷，形成連續(xù)的流動。
3、常用型號
目前我國煤礦使用的離心式風(fēng)機(jī)主要有G4-73、4-73型和K4-73 型等。這些品種通風(fēng)機(jī)具有規(guī)格齊
全、效率高和噪聲低等特點。
型號參數(shù)的含義舉例說明如下：
二、軸流式風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理
1、風(fēng)機(jī)構(gòu)造
主要由進(jìn)風(fēng)口、葉輪、整流器、風(fēng)筒、擴(kuò)散（芯筒）器和傳動部件等部分組成。葉輪有一級和二級
兩種。
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第四章礦井通風(fēng)動力
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圖4-5 軸流式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造
2、工作原理
（1）特點：在軸流式風(fēng)機(jī)中，風(fēng)流流動的特點是，當(dāng)動輪轉(zhuǎn)動時，氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流
出。
（2）葉片安裝角
在葉片迎風(fēng)側(cè)作一外切線稱為弦線。弦線與動輪旋轉(zhuǎn)方向（u)的夾角稱為葉片安裝角，以θ表示。
圖4-6 軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片安裝示意圖
可根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整。但每個動輪上的葉片安裝角θ必需保持一致。
（3）工作原理
當(dāng)動輪旋轉(zhuǎn)時，翼柵即以圓周速度u 移動。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；與此同時，
葉片背的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運(yùn)動，于是葉片迎面的高壓氣流由
葉道出口流出，翼背的低壓區(qū)“吸引”葉道入口側(cè)的氣體流入，形成穿過翼柵的連續(xù)氣流。
3、常用型號
目前我國煤礦在用的軸流式風(fēng)機(jī)有1K58、2K58、GAF 和BD 或BDK（對旋式）等系列軸流式風(fēng)
機(jī)。軸流式風(fēng)機(jī)型號的一般含義是：
4、對旋風(fēng)機(jī)的特點
一級葉輪和二級葉輪直接對接，旋轉(zhuǎn)方向相反；機(jī)翼形葉片的扭曲方向也相反，兩級葉片安裝角一
般相差3º；電機(jī)為防爆型安裝在主風(fēng)筒中的密閉罩內(nèi)，與通風(fēng)機(jī)流道中的含瓦斯氣流隔離，密閉罩中
有扁管與大氣相通，以達(dá)到散熱目的。
第三節(jié) 通風(fēng)機(jī)附屬裝置
一、風(fēng)硐
風(fēng)硐是連接風(fēng)機(jī)和井筒的一段巷道。通過風(fēng)量大、內(nèi)外壓差較大，應(yīng)盡量降低其風(fēng)阻，并減少漏風(fēng)。
二、擴(kuò)散器(擴(kuò)散塔)
作用：是降低出口速壓以提高風(fēng)機(jī)靜壓。
礦井通風(fēng)與安全
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擴(kuò)散器四面張角的大小應(yīng)視風(fēng)流從葉片出口的絕對速度方向而定?？偟脑瓌t是，擴(kuò)散器的阻力小，
出口動壓小并無回流。
三、防爆門(防爆井蓋)
圖4-7 防爆門
在斜井井口安設(shè)防爆門，在立井井口安設(shè)防爆井蓋。
作用：當(dāng)井下一旦發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸時，受高壓氣浪的沖擊作用，自動打開，以保護(hù)主通風(fēng)機(jī)免
受毀壞；在正常情況下它是氣密的，以防止風(fēng)流短路。
四、反風(fēng)裝置和功能
作用：使井下風(fēng)流反向的一種設(shè)施，以防止進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)入作業(yè)區(qū)；有時
為了適應(yīng)救護(hù)工作也需要進(jìn)行反風(fēng)。
反風(fēng)方法因風(fēng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)不同而異。目前的反風(fēng)方法主要有：
（1）設(shè)專用反風(fēng)道反風(fēng)；
（2）利用備用風(fēng)機(jī)作反風(fēng)道反風(fēng)；
（3）軸流式風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)
（4）調(diào)節(jié)動葉安裝角反風(fēng)。
要求：
定期進(jìn)行檢修，確保反風(fēng)裝置處于良好狀態(tài)；動作靈敏可靠，能在10min內(nèi)改變巷道中風(fēng)流方向；
結(jié)構(gòu)要嚴(yán)密，漏風(fēng)少；反風(fēng)量不應(yīng)小于正常風(fēng)量的40%；每年至少進(jìn)行一次反風(fēng)演習(xí)。
【本次課的重點和難點】
1、主要通風(fēng)機(jī)的實際工作參數(shù)及工作特性；
2、主要通風(fēng)機(jī)水柱計讀數(shù)；
3、類型風(fēng)機(jī)曲線與比例定律
4、風(fēng)機(jī)的工況點和合理工作范圍；
5、風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)
第四節(jié) 通風(fēng)機(jī)實際特性曲線
一、通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)
表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、風(fēng)機(jī)軸功率N、效率h和轉(zhuǎn)速n等。
（一）風(fēng)機(jī)(實際)流量Q
風(fēng)機(jī)的實際流量一般是指實際時間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量。單位為
m3/h,m3/min或m3/s 。
（二）風(fēng)機(jī)(實際)全壓Hf與靜壓Hs
全壓Ht:是通風(fēng)機(jī)對空氣作功，消耗于每1m3 空氣的能量（N·m/m3 或Pa），其值為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的
全壓與入口風(fēng)流全壓之差。
忽略自然風(fēng)壓時，Ht用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力hk 和風(fēng)機(jī)出口動能損失hv，即:
H h h (Pa) t R v = + , (4-10)
靜壓:克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機(jī)的靜壓HS（Pa），
H h RQ2 s R = = (4-11)
因此
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第四章礦井通風(fēng)動力
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t s v H = H + h (4-12)
(三）通風(fēng)機(jī)的功率
全壓功率：通風(fēng)機(jī)的輸出功率以全壓計算時稱全壓功率Nt。計算式：
H H Q kW t t
= ´10-3 (4-13)
靜壓功率：用風(fēng)機(jī)靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率NS。計算式：
H H Q kW s s
= ´10-3 (4-14)
風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率N（kW）。計算式：
t
t
t
t N N H Q
h 1000h
= = (4-15)
或
s
s
s
s N N H Q
h 1000h
= = (4-16)
式中ht、hS分別為風(fēng)機(jī)的全壓和靜壓效率。
電動機(jī)的輸入功率（Nm）：
設(shè)電動機(jī)的效率為hm,傳動效率為htr時,則
t m tr
t
m tr
m
N N H Q
h h 1000h h h
= = (4-17)
二、通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系－風(fēng)機(jī)房水柱計示值含義
1、抽出式通風(fēng)礦井
（1）水柱（壓差）計示值與礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)靜壓之間關(guān)系
圖4-8 抽出式礦井水柱計示意圖
水柱計示值:即為4 斷面相對靜壓h4，故
( ) 4 4 04 h 負(fù)壓 = P - P (4-18)
沿風(fēng)流方向，對1、4兩斷面，列伯努力方程:
( ) ( ) 14 1 1 12 12 4 4 34 34 h P h gZ P h gZ R v m v m = + + r - + + r (4-19)
由風(fēng)流入口邊界條件：Pt1＝P01，即
1 v1 t1 o1 P + h = P = P (4-20)
又因1與4斷面同標(biāo)高，所以P01＝P04，且：
12 12 gZ m r - gZ m34 r = N H (4-21)
故上式可寫為:
R v N h = P - P - h + H 14 04 4 4 (4-22)
R v N h = h - h + H 14 4 4 (4-23)
即
R v N h = h + h - H 4 14 4 (4-24)
即：風(fēng)機(jī)房水柱計示值反映了礦井通風(fēng)阻力和自然風(fēng)壓等參數(shù)的關(guān)系。
（2）風(fēng)機(jī)房水柱計示值與風(fēng)機(jī)風(fēng)壓之間關(guān)系
類似地對4、5 斷面(擴(kuò)散器出口）列伯努力方程，忽略兩斷面之間的位能差。
擴(kuò)散器的阻力
礦井通風(fēng)與安全
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( ) ( ) Rd 5 v5 6 v6 h = P + h - P + h (4-25)
風(fēng)流出口邊界條件：
6 06 05 04 P = P = P = P (4-26)
故
5 5 04 6 5 04 6 ( ) ( ) Rd v v t v h = P + h - P + h = P - P - h (4-27)
即
t5 Rd 04 v6 h = h + P + h (4-28)
因為風(fēng)機(jī)全壓
( ) ( ) t t 5 t 4 Rd 04 v6 4 v4 H = P - P = h + P + h - P + h (4-29)
t 4 v4 Rd v6 H = h - h + h + h (4-30)
若忽略hRd不計，則
t 4 v4 v6 H @ h - h + h (4-31)
風(fēng)機(jī)靜壓
s 4 v4 H @ h - h (4-32)
（3）Ht、HN、hR 之間的關(guān)系
綜合上述兩式：
R Rd v N
t v Rd v R v N v Rd v
h h h H
H h h h h h h H h h h
= + + -
= - + + = + - - + +
14 6
4 4 6 14 4 4 6 ( )
（4-33）
即
t H ＋ N H ＝ R14 Rd v6 h + h + h （4-34）
表明：扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和自然風(fēng)壓聯(lián)合作用，克服礦井和擴(kuò)散器的阻力，以及擴(kuò)器出口動能損失。
2、壓入式通風(fēng)的系統(tǒng)
對 1、2 兩斷面列伯努力方程得：
( ) ( ) 12 1 1 1 1 2 2 2 2 h P h gz P h gz R v m v m = + + r - + + r （4-35）
∵邊界條件及1、2 同標(biāo)高：
∴ 2 02 01 P = P = P
故有： 1 2 1 01 1 P - P = P - P = h
( ) ( ) v m v m N P + h + gz - P + h + gz = H 1 1 1 1 2 2 2 2 r r
故上式可寫為
R v v N h = h + h - h + H 12 1 1 2 （4-36）
即
1 R12 v2 N v1 h = h + h - H - h （4-37）
又
t t1 t1 t1 01 1 v1 01 1 v1 H = P - P = P - P = P + h - P = h + h ¢ （4-38）
同理可得：
t N R12 v2 H + H = h + h （4-39）
三、通風(fēng)機(jī)的個體特性曲線
1、工況點
當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、在風(fēng)阻Ｒ的管網(wǎng)上工作時、可測算出一組工作參數(shù)（風(fēng)壓Ｈ、風(fēng)量Ｑ、功率Ｎ、
和效率η），這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為Ｒ時的工況點。
2、個體特性曲線
不斷改變R，得到許多的Q、H、N、η。以Q 為橫坐標(biāo)，分別以H、N、η為縱坐標(biāo)，將同名的
點用光滑的曲線相連，即得到個體特性曲線。
3、通風(fēng)機(jī)裝置
把外接擴(kuò)散器看作通風(fēng)機(jī)的組成部分，總稱之為通風(fēng)機(jī)裝置。
4、通風(fēng)機(jī)裝置的全壓Ｈtd
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擴(kuò)散器出口與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機(jī)的全壓Ｈt之關(guān)系為：
td t d H = H - h （4-40）
式中 hd—擴(kuò)散器阻力。
5、通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓Ｈsd
( ) sd td vd t d vd H = H - h = H - h + h （4-41）
6、Hs和Hsd的關(guān)系
∵ s t vd H = H - h
而 ( ) sd td vd t d vd H = H - h = H - h + h
∴只有當(dāng) d vd v h + h < h 時，才有 sd s H > H ，
即通風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動能損失之和小于通風(fēng)機(jī)出口動能損失時，通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才會因加
擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收動能的作用。
7、Ht、Htd、Hs和Hsd之間的關(guān)系圖
圖4-9 Ht、Htd、Hs和Hsd之間的關(guān)系圖
8、離心式通風(fēng)機(jī)個體特性曲線
圖4-10 離心式通風(fēng)機(jī)個體特性曲線
特點：
（1）離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸
流式風(fēng)機(jī)平緩；
（2）當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時，其風(fēng)量變化比軸流式風(fēng)機(jī)要大；
（3）離心式風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ隨Ｑ增加而增大，只有在接近風(fēng)流短路時功率才略有下降。
風(fēng)機(jī)開啟方式：離心式風(fēng)機(jī)在啟動時應(yīng)將風(fēng)硐中的閘門全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打
開。
說明：
（1）離心式風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線。
（2）當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。
9、軸流式通風(fēng)機(jī)個體特性曲線
礦井通風(fēng)與安全
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圖4-11軸流式通風(fēng)機(jī)個體特性曲線
特點：
（1）軸流式風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在；
（2）駝峰點Ｄ以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；
（3）點Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動）現(xiàn)象；
（4）軸流式風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率隨Ｑ增加而減小。
風(fēng)機(jī)開啟方式：軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最?。ㄩl門全開）時啟動，以減少啟動負(fù)荷。
說明：軸流式風(fēng)機(jī)給出的大多是靜壓特性曲線。
三、無因次系數(shù)與類型特性曲線
（一）無因次系數(shù)
⒈通風(fēng)機(jī)的相似條件
比例系數(shù)：兩個通風(fēng)機(jī)相似是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)流動過程相似，或者說它們之間在任一對應(yīng)點的同名
物理量之比保持常數(shù)，這些常數(shù)叫相似常數(shù)或比例系數(shù)。
幾何相似是風(fēng)機(jī)相似的必要條件，動力相似則是相似風(fēng)機(jī)的充分條件。
2、無因次系數(shù)
（1）壓力系數(shù)H
同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)，可用下式表示：
= H =常數(shù)
u
H
r 2
（4-42）
式中 u為圓周速度，H 為壓力系數(shù)。
（2）流量系數(shù)Q
= =常數(shù)
-Q D
u
Q
2
4
p （4-43）
（3）功率系數(shù)
-N
風(fēng)機(jī)軸功率
1000h
N = HQ ，計算公式中的H 和Q分別上式代入得：
=常數(shù)
-
= =
---
HQ N
D u
N
p r 2 3 h
4
1000 （4-44）
同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點的效率相等，功率系數(shù)為常數(shù)。H 、Q、
-N
三個參數(shù)都不含有因次，因
此叫無因次系數(shù)。
（二）類型特性曲線
根據(jù)風(fēng)機(jī)模型的幾何尺寸、實驗條件及實驗時所得的工況參數(shù)Q、H、N 和η。利用上三式計算出
該系列風(fēng)機(jī)的H 、Q、
-N
和η。然后以Q為橫坐標(biāo)，以H 、
-N
和η為縱坐標(biāo)，繪出Q- H 、Q -
-N
和η-Q曲線，此曲線即為該系列風(fēng)機(jī)的類型特性曲線。
四、比例定律與通用特性曲線
1、比例定律
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第四章礦井通風(fēng)動力
- 49 -
同類型風(fēng)機(jī)它們的壓力H、流量Q 和功率N 與其轉(zhuǎn)速n、尺寸D 和空氣密度ρ成一定比例關(guān)系，
這種比例關(guān)系叫比例定律。
將轉(zhuǎn)速u=πDn/60 代入無因次系數(shù)關(guān)系式得：
H = 0.00274rD2n2H （4-45）
Q = 0.04108D3nQ （4-46）
N =1.127´107 rD5n3N （4-47）
對于 1、2 兩個相似風(fēng)機(jī)而言， 1 2 Q = Q 、H1 = H2、N1 = N2，
∴
2
2
1
2
2
1
2
1
2
2
2
2
2 2
1
2
1
2
1 1
2
1
0.00274
0.00274
÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
× ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= = ×
n
n
D
D
D n H
D n H
H
H
r
r
r
r
（4-48）
2
1
3
2
1
2 2
3
2
1 1
3
1
2
1
0.04108
0.04108
n
n
D
D
D n Q
D n Q
Q
Q × ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= = （4-49）
3
2
1
5
2
1
2
1
2
3
2
5
2 2
1
3
1
5
1 1
2
1
1.127
1.127
÷ ÷ø
ö
ç çè
æ
× ÷
÷ø
ö
ç çè
æ
= = ×
n
n
D
D
D n N
D n N
N
N
r
r
r
r
（4-50）
2、通用特性曲線
根據(jù)比例定律，把一個系列產(chǎn)品的性能參數(shù)H、Q、n、D、N、和h等相互關(guān)系同畫在一個坐標(biāo)圖
上，叫通用曲線
【例 4-1】某礦使用主要通風(fēng)機(jī)為4-72-11№20B離心式風(fēng)機(jī)，圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的Ht--Q 曲線。
轉(zhuǎn)速為n1=630r/min,風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻R=0.0547×9.81=0.53657N．s2/m8，工況點為M0 （Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，
后來，風(fēng)阻變?yōu)镽’=0.7932 N．s2/m8，礦風(fēng)量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風(fēng)量
Q=58 m3/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？
解：
圖4-12
同型號風(fēng)機(jī)，故其直徑相等。由比例定律有：
n2＝n1 Q2/Q1＝630×58/51.5＝710r/min
即轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)至n2=710r/min，可滿足供風(fēng)要求。
第五節(jié) 通風(fēng)機(jī)工況點及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
一、工況點的確定方法
工況點：風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)阻條件下的工作參數(shù)，如Ｑ、Ｈ、Ｎ和η等，一般是指Ｈ和
Ｑ兩參數(shù)。
求風(fēng)機(jī)工況點的方法：
1、圖解法
理論依據(jù)是：風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線的函數(shù)式為Ｈ＝f(Ｑ)，管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線函數(shù)式是h=ＲＱ2，風(fēng)機(jī)
風(fēng)壓Ｈ是用以克服阻力h，所以Ｈ＝h，因此兩曲線的交點，即兩方程的聯(lián)立解。可見圖解法的前提是
風(fēng)壓與其所克服的阻力相對應(yīng)。
方法：在風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性（Ｈ─Ｑ）曲線的坐標(biāo)上，按相同比例作出工作管網(wǎng)的風(fēng)阻曲線，與風(fēng)壓曲
礦井通風(fēng)與安全
- 50 -
線的交點之坐標(biāo)值，即為通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓和風(fēng)量。通過交點作Ｑ軸垂線，與Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線相交，
交點的縱坐標(biāo)即為風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ和效率η。
( ) s m v d vd R = R - R - R - R （4-51）
式中Ｒv──相當(dāng)于風(fēng)機(jī)出口動能損失的風(fēng)阻，
2 2 v
v S
R r
= ；
ＳV──風(fēng)機(jī)出口斷面，即外接擴(kuò)散器入口斷面；
Ｒd──擴(kuò)散器風(fēng)阻；
ＲVd──相當(dāng)于擴(kuò)散器出口動能損失的風(fēng)阻，
2 2 vd
vd S
R r
= ；
ＳVd──為擴(kuò)散器出口斷面。
若使用通風(fēng)機(jī)全壓特性曲線Ｈt─Ｑ，則需用全壓風(fēng)阻Ｒt 作曲線，且若使用通風(fēng)機(jī)裝置全壓特性曲
線Ｈtd─Ｑ，則裝置全壓風(fēng)阻應(yīng)為Ｒtd，且
t m d vd R = R + R + R （4-52）
應(yīng)當(dāng)指出，在一定條件下運(yùn)行時，不論是否安裝外接擴(kuò)散器，通風(fēng)機(jī)全壓特性曲線是唯一的，而通
風(fēng)機(jī)裝置的全壓和靜壓特性曲線則因所安擴(kuò)散器的規(guī)格、質(zhì)量而有所變化。
2、解方程法
隨著電子計算機(jī)的應(yīng)用，復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算已成為可能。風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓曲線可用下面多項式擬合
3
3
2
0 1 2 H = a + a Q+ a Q + a Q （4-53）
式中 a1、a2、a3──曲線擬合系數(shù)。
對于某一特定礦井，可列出通風(fēng)阻力方程
h = RQ2 （4-54）
式中Ｒ為通風(fēng)機(jī)工作管網(wǎng)風(fēng)阻。
聯(lián)立上述兩方程，即可得到風(fēng)機(jī)工況點。
二、通風(fēng)機(jī)工點的合理工作范圍
1、從經(jīng)濟(jì)角度，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不低于60%。
2、從安全角度，工況點必須位于駝峰點右側(cè)，單調(diào)下降的直線段。
3、實際工作風(fēng)壓不得超過最高風(fēng)壓的90％。
4、風(fēng)機(jī)的運(yùn)輪轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速。
三、主要通風(fēng)機(jī)工況點調(diào)節(jié)
圖4-13 風(fēng)阻特性曲線
工點調(diào)節(jié)方法主要有：
1、改變風(fēng)阻特性曲線
當(dāng)風(fēng)機(jī)特性曲線不變時，改變工作風(fēng)阻，工況點沿風(fēng)機(jī)特性曲線移動。
１）增風(fēng)調(diào)節(jié)。
為了增加礦井的供風(fēng)量，可以采取下列措施：
（１）減少礦井總風(fēng)阻。
（２）當(dāng)?shù)孛嫱獠柯╋L(fēng)較大時，可以采取堵塞地面的外部漏風(fēng)措施。
２）減風(fēng)調(diào)節(jié)。
當(dāng)?shù)V井風(fēng)量過大時，應(yīng)進(jìn)行減風(fēng)調(diào)節(jié)。其方法有：
（１）增阻調(diào)節(jié)。
（２）對于軸流式通風(fēng)機(jī)，可以用增大外部漏風(fēng)的方法，減小礦井風(fēng)量。
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第四章礦井通風(fēng)動力
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⒉、改變風(fēng)機(jī)特性曲線
這種調(diào)節(jié)方法的特點是礦井總風(fēng)阻不變，改變風(fēng)機(jī)特性，工況點沿風(fēng)阻特性曲線移動。
圖4-14 風(fēng)機(jī)特性曲線
調(diào)節(jié)方法有：
１）軸流風(fēng)機(jī)可采用改變?nèi)~片安裝角度達(dá)到增減風(fēng)量的目的。
２）裝有前導(dǎo)器的離心式風(fēng)機(jī)，可以改變前導(dǎo)器葉片轉(zhuǎn)角進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。
３）改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。無論是軸流式風(fēng)機(jī)還是離心式風(fēng)機(jī)都可采用。調(diào)節(jié)的理論依據(jù)是相似定律，即
3
0 0 0 0 N
N
H
H
Q
Q
n
n = = = （4-55）
（１）改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。
（２）利用傳動裝置調(diào)速。
調(diào)節(jié)方法的選擇，取決于調(diào)節(jié)期長短、調(diào)節(jié)幅度、投資大小和實施的難易程度。調(diào)節(jié)之前應(yīng)擬定多
種方案，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)選用。選用時，還要考慮實施的可能性。有時，可以考慮采用綜合
措施。
第六節(jié) 通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)
兩臺或兩臺以上風(fēng)機(jī)在同一管網(wǎng)上工作,叫風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作。風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩大類。
一、風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作
一個風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口直接或通過一段巷道（或管道）聯(lián)結(jié)到另一個風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口上同時運(yùn)轉(zhuǎn)，稱為風(fēng)
機(jī)串聯(lián)工作。
圖4-15 風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作原理
特點：
1、通過管網(wǎng)的總風(fēng)量等于每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，即Q=Q1=Q2。
2、總風(fēng)壓等于兩臺風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓之和，即H＝H1＋H2。
（一）、兩臺風(fēng)壓特性曲線不同風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作分析
1、串聯(lián)風(fēng)機(jī)的等效特性曲線。
作圖方法：按風(fēng)量相等，風(fēng)壓疊加的原則。
2、風(fēng)機(jī)的實際工況點。
在風(fēng)阻為R管網(wǎng)上風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作，各風(fēng)機(jī)的實際工況點按下述方法求得：
在等效風(fēng)機(jī)特性曲線Ⅰ+Ⅱ上作管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線R1，兩者交點為M0，過M0作橫坐標(biāo)垂線，分
別與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于M1和 M2，此兩點即是兩風(fēng)機(jī)的實際工況點。
礦井通風(fēng)與安全
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圖4-16 風(fēng)機(jī)實際工作點分析
效果分析：
用等效風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量Q 與能力較大風(fēng)機(jī)的F2單獨(dú)工作產(chǎn)生風(fēng)量QⅡ之差表示。
（1）R=R1>R’,工況點位于A點以上，ΔQ=Q-QⅡ>0，則表示串聯(lián)有效；
（2）R=R’工況點與A點重合，ΔQ=Q’-Q’Ⅱ=0，則串聯(lián)無增風(fēng)；
（3）R=R”< R’,工況點位于A點以下，ΔQ=Q”-Q”Ⅱ<0，則表示串聯(lián)有害。
（二）、風(fēng)壓特性曲線相同風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作
4-17 兩臺特性曲線相同的風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作
兩臺特性曲線相同的風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。由圖4-17 可見，臨界點A位于Q軸上。這就意味著在整個合
成曲線范圍內(nèi)串聯(lián)工作都是有效的，不過工作風(fēng)阻不同增風(fēng)效果不同而已。
結(jié)論：
1、風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作適用于因風(fēng)阻大而風(fēng)量不足的管網(wǎng)；
2、風(fēng)壓特性曲線相同的風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作較好；
3、串聯(lián)合成特性曲線與工作風(fēng)阻曲線相匹配，才會有較好的增風(fēng)效果。
4、串聯(lián)工作的任務(wù)是增加風(fēng)壓，用于克服管網(wǎng)過大阻力，保證按需供風(fēng)。
（三）、風(fēng)機(jī)與自然風(fēng)壓串聯(lián)工作
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第四章礦井通風(fēng)動力
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圖4-18 風(fēng)壓與自然風(fēng)壓串聯(lián)示意圖
1、自然風(fēng)壓特性
自然風(fēng)壓特性是指自然風(fēng)壓與風(fēng)量之間的關(guān)系。自然風(fēng)壓隨風(fēng)量增大略有增大。風(fēng)機(jī)停止工作時自
然風(fēng)壓依然存在。故一般用平行Q 軸的直線表示自然風(fēng)壓的特性。
2、自然風(fēng)壓對風(fēng)機(jī)工況點影響
自然風(fēng)壓對機(jī)械風(fēng)壓的影響，類似于兩個風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。
結(jié)論：當(dāng)自然風(fēng)壓為正時，機(jī)械風(fēng)壓與自然風(fēng)壓共同作用克服礦井通風(fēng)阻力，使風(fēng)量增加；當(dāng)自然
風(fēng)壓為負(fù)時，成為礦井通風(fēng)阻力。
二、通風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作
兩臺風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口直接或通過一段巷道連結(jié)在一起工作叫通風(fēng)機(jī)并聯(lián)。風(fēng)機(jī)并聯(lián)分為：集中并聯(lián)和
對角并聯(lián)之分。
（一）集中并聯(lián)
特點：
（1）、H = H1 = H2
（2）、Q = Q1 + Q2
1、風(fēng)壓特性曲線不同風(fēng)機(jī)集中并聯(lián)工作
（1）作圖方法
原則：風(fēng)壓相等，風(fēng)量相加的原則。
方法：根據(jù)上述原則在同一坐標(biāo)系中將兩條風(fēng)機(jī)特性曲線（I，II）合成。
圖4-19 通風(fēng)機(jī)并聯(lián)示意圖
（2）工況分析
用并聯(lián)等效風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量Q 與能力較大風(fēng)機(jī)的F1單獨(dú)工作產(chǎn)生風(fēng)量Q1 之差來分析Ⅰ+Ⅱ合成
曲線與Ⅰ風(fēng)機(jī)曲線交點，臨界點A，R’臨界風(fēng)阻
①、當(dāng)工作風(fēng)阻R=R時，工況點位于A點右下側(cè)，ΔQ=Q-Q1>0，并聯(lián)有效；
②、當(dāng)工作風(fēng)阻R=R’時，工況點與A點重合，ΔQ=Q-Q1＝0，并聯(lián)增風(fēng)無效；
③、當(dāng)工作風(fēng)阻R=R”> R’時，工況點位于A點左上側(cè)，=Q-Q1＜0，并聯(lián)有害。
礦井通風(fēng)與安全
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圖4-20 工況分析
2、風(fēng)壓特性曲線相同風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作
M1為風(fēng)機(jī)的實際工況點；M 為并聯(lián)合成工況點。
由圖4-21可見，總有ΔQ=Q-Q1>0，且R越小，ΔQ越大。
結(jié)論：
（1）、風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作適用于因風(fēng)機(jī)能力小，風(fēng)阻小而風(fēng)量不足的管網(wǎng)；
（2）、風(fēng)壓特性曲線相同的風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作較好；
（3）、并聯(lián)合成特性曲線與工作風(fēng)阻曲線相匹配，才會有較好的增風(fēng)效果。
（4）、并聯(lián)工作的任務(wù)是增加風(fēng)量， 用于風(fēng)機(jī)能力小，保證按需供風(fēng)。
圖4-21風(fēng)壓特性曲線相同風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作
（二）對角并聯(lián)工況分析
兩臺不同型號風(fēng)機(jī)F1和F2的特性曲線分別為Ⅰ、Ⅱ，各自單獨(dú)工作的管網(wǎng)分別為OA（風(fēng)阻為R1）
和OB（風(fēng)阻為R2），共同工作于公共風(fēng)路OC（風(fēng)阻為R0）。分析方法：
（1）、按等風(fēng)量條件下把風(fēng)機(jī)F1的風(fēng)壓與風(fēng)路OA 的的阻力相減的原則，求風(fēng)機(jī)F1為風(fēng)路OA服
務(wù)后的剩余特性曲線Ⅰ’。
（2）、同理得到剩余特性曲線Ⅱ’。
（3）、按風(fēng)壓相等風(fēng)量相加原理求得等效風(fēng)機(jī)F1’和F2’集中并聯(lián)的特性曲線Ⅲ’。
（4）、特性曲線Ⅲ’，它與風(fēng)路OC的風(fēng)阻R0曲線交點M0，由此可得OC風(fēng)路的風(fēng)量Q0。
（5）、過M0作Q 軸平行線與特性曲線Ⅰ’和Ⅱ’分別相交于MⅠ’和MⅡ’點。
（6）、過MⅠ’和MⅡ’點作Q 軸垂線與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于MⅠ和MⅡ，此即在兩個風(fēng)機(jī)的實際工況點。
結(jié)論：每個風(fēng)機(jī)的實際工況點MⅠ和MⅡ，既取決于各自風(fēng)路的風(fēng)阻，又取決于公共風(fēng)路的風(fēng)阻。
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第四章礦井通風(fēng)動力
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圖4-22 對角并聯(lián)工況分析
三、并聯(lián)與串聯(lián)工作的比較
以一離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線為例。
圖4-23 并聯(lián)與串聯(lián)工作比較
當(dāng)風(fēng)阻R2 通過B 點時，兩者增風(fēng)效果相同（兩者實際工況點分別為 MI 和 MII），但串聯(lián)功率大
于并聯(lián)功率，即Q 并=Q 串，NS > NP 。當(dāng)風(fēng)阻為 R1 時，Q 并＞Q 串，N 串>N 并。當(dāng)風(fēng)阻為 R3 時，Q 串
＞Q 并， N 串>N 并。
結(jié)論：
（1）并聯(lián)適用于管網(wǎng)風(fēng)阻較小，但因風(fēng)機(jī)能力小導(dǎo)致風(fēng)量不足的情況；
（2）風(fēng)壓相同的風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行較好；
（3）軸流式風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)時，若風(fēng)阻過大則可能出現(xiàn)不穩(wěn)定運(yùn)行。所以，使用軸流式風(fēng)機(jī)并聯(lián)工
作時，除要考慮并聯(lián)效果外，還要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、通風(fēng)機(jī)性能試驗的內(nèi)容是測量通風(fēng)機(jī)的、 、 和 ，并計算通風(fēng)機(jī)的，然
后繪出通風(fēng)機(jī)實際運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、主要通風(fēng)機(jī)的附屬裝置包括、 、 、 、 。
礦井通風(fēng)與安全
- 56 -
3、礦用通風(fēng)機(jī)按服務(wù)范圍和起的作用分為三種，即、 和 。
4、反映通風(fēng)機(jī)工作特性的基本參數(shù)有、 、 和 。
5、防爆門是指裝有通風(fēng)機(jī)的井筒為防止瓦斯爆炸時毀壞風(fēng)機(jī)的安全設(shè)施。作用有三：一是；二
是當(dāng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)是，打開防爆門，可使礦井保持自然通風(fēng)；三是防止風(fēng)流短路的作用；
6、礦井通風(fēng)阻力包括摩擦阻力和局部阻力。用以克服通風(fēng)阻力的通風(fēng)動力包括和自然風(fēng)壓。
7、礦用通風(fēng)機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理不同可分為軸流式和兩種；按服務(wù)范圍不同可為、
輔助通風(fēng)機(jī)和。
8、礦井主要通風(fēng)機(jī)有和 兩大類。
9、礦井通風(fēng)機(jī)必須裝有，要求在10 min 內(nèi)改變巷道中風(fēng)流方向。
10、礦井通風(fēng)方式是指和 的布置方式。
11、安裝在地面的，向全礦井、一翼或1 個分區(qū)供風(fēng)的通風(fēng)機(jī)是。
12、礦用風(fēng)機(jī)按其用途，可分為、 、 三種。
13、礦井通風(fēng)設(shè)施按其作用不同可分為和 。
14、礦井的通風(fēng)動力包括機(jī)械風(fēng)壓和。
二、選擇題
1、兩條風(fēng)阻值相等的巷道，若按串聯(lián)和并聯(lián)2種不同的連接方式構(gòu)成串聯(lián)和并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其總阻值相差
倍。
A 2 B 4 C 8
2、三條風(fēng)阻值相等的巷道，若按串聯(lián)和并聯(lián)2 種不同的連接方式構(gòu)成串聯(lián)和并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其總阻值相倍。
A 16 B 24 C 27 D 32
3、下列選項的變化不會對自然風(fēng)壓造成影響的是。
A、溫度 B、通風(fēng)方式 C、開采深度 D、風(fēng)量
三、判斷題
1、局部通風(fēng)機(jī)一般用220V 和380V 兩種電壓工作。
2、機(jī)械通風(fēng)礦井不存在自然風(fēng)壓。
3、防爆門在正常情況下應(yīng)是半開的，以便在事故發(fā)生時發(fā)揮作用。
4、防爆門是指裝有通風(fēng)機(jī)的井筒為防止瓦斯爆炸時毀壞通風(fēng)機(jī)的安全設(shè)施。
5、并聯(lián)風(fēng)路的總風(fēng)壓等于任一條風(fēng)路的分風(fēng)壓。
6、通風(fēng)機(jī)串聯(lián)通風(fēng)可以增大通風(fēng)的壓力。
7、礦長應(yīng)組織有關(guān)部門每季度至少檢查3 次反風(fēng)設(shè)施。
8、主要通風(fēng)機(jī)的附屬風(fēng)硐內(nèi)風(fēng)速要小于15 m/s。
9、防爆門的作用不僅起到保護(hù)風(fēng)機(jī)的作用，還能起到防止風(fēng)流短路的作用；
10、礦井反風(fēng)能夠起到防止災(zāi)害擴(kuò)大，所以，礦井要經(jīng)常進(jìn)行反風(fēng)操作。
11、并聯(lián)網(wǎng)路的總風(fēng)壓等于任一分支的風(fēng)壓，總風(fēng)量等于并聯(lián)分支風(fēng)量之和。
12、串聯(lián)網(wǎng)路的總風(fēng)壓等于任一分支的風(fēng)壓，總風(fēng)量等于串聯(lián)分支風(fēng)量之和。
四、簡答題
1、自然風(fēng)壓是怎樣產(chǎn)生的？進(jìn)、排風(fēng)井井口標(biāo)高相同的井巷系統(tǒng)內(nèi)是否會產(chǎn)生自然風(fēng)壓？
2、影響自然風(fēng)壓大小和方向的主要因素是什么？能否用人為的方法產(chǎn)生或增加自然風(fēng)壓？
3、如圖4-1所示的井巷系統(tǒng)，當(dāng)井巷中空氣流動時，2、3 兩點的絕對靜壓力之差是否等于自然風(fēng)壓？
為什么？
4、什么叫通風(fēng)機(jī)的工況點？如何用圖解法求單一工作或聯(lián)合工作通風(fēng)機(jī)的工況點，舉例說明。
5、試述通風(fēng)機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)工作的目的及其適用條件。
6、描述主要通風(fēng)機(jī)特性的主要參數(shù)有哪些？其物理意義是什么？
7、軸流式通風(fēng)機(jī)和離心式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和功率特性曲線各有什么特點？在啟動時應(yīng)注意什么問題？
8、主要通風(fēng)機(jī)附屬裝置各有什么作用？設(shè)計和施工時應(yīng)符合哪些要求？
9、礦井反風(fēng)的目的是什么?
10、試分析串、并聯(lián)通風(fēng)的優(yōu)缺點，《煤礦安全規(guī)程》中對采、掘煤工作面之間的串、并聯(lián)通風(fēng)有何要
求？
11、為什么要降低通風(fēng)阻力？用什么方法減少通風(fēng)阻力？
12、比較串聯(lián)風(fēng)路與并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的特點。
五、計算題
1．如題表4-1所示的井巷系統(tǒng)，各點空氣的物理參數(shù)如下表，求該系統(tǒng)的自然風(fēng)壓。
題表4-1
第四章礦井通風(fēng)動力
- 57 -
2．某礦抽出式通風(fēng)，主要通風(fēng)機(jī)型號為4-72-11 16型，轉(zhuǎn)速n＝630 r/min，礦井風(fēng)阻＝0.73575
N·s2/m8 ，擴(kuò)散器出口斷面＝6.72 m2，風(fēng)阻＝0.03576 N·s2/m8 (自然風(fēng)壓忽略)。用作圖法求主要
通風(fēng)機(jī)的工況點。
3．某礦主要通風(fēng)機(jī)為4-72-11 16離心風(fēng)機(jī)，n＝800 r/min，主要通風(fēng)機(jī)的全壓工作風(fēng)阻＝1.962 N·s2/m8，
在冬季自然風(fēng)壓＝196.2 Pa．夏季＝98.1 Pa。求冬夏兩季主要通風(fēng)機(jī)的實際工況點
4．某礦通風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)Ⅰ為4-72-11 20，n＝630 r/min，Ⅱ為4-72-11 16，n＝710 r/min， ＝0.2943
N·s2/m8， ＝0.981 N·s2/m8， ＝1.4715 N·s2/m8，試用圖解法求兩翼風(fēng)機(jī)的工況點及各段風(fēng)路的通
風(fēng)阻力。（忽略自然風(fēng)壓和主要通風(fēng)機(jī)裝置各部分阻力損失）
5．如題表4-1所示，1、2 兩點分別安裝風(fēng)機(jī)F1和F2，進(jìn)風(fēng)井A和B 的入風(fēng)量擬定為＝40 m3/s， =30
m3/s，已知＝0.981 N·s2/m8， ＝1.4715 N·s2/m8， ＝2.943 N·s2/m8， ＝0.249 N·s2/m8，用做圖
法求主要通風(fēng)機(jī)工況點及風(fēng)路C 中風(fēng)流流向。
6．如題表4-1 所示，圖中F1和F2的型號同題4-9，風(fēng)阻、 、 、 和 之值如題表4-1，用做圖法求風(fēng)
機(jī)工況點和風(fēng)路C 中風(fēng)流方向。
7．某礦對軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能試驗。通風(fēng)機(jī)的葉片安裝角度為30°，轉(zhuǎn)數(shù)為910 r/min，在處A—A
進(jìn)行工況點調(diào)節(jié)，在1—1 處用風(fēng)表測定風(fēng)量，在2—2 處設(shè)靜壓管，測定相對靜壓。S1=S2=4.88 m2，擴(kuò)
散器斷面積S3=7.36 m2，v1=9.86 m/s，h 靜2=397 mmH2O；空氣密度ρ=1.2 kg/m3；h 自=200 Pa（幫助通
風(fēng)）。同時測得電動機(jī)電流I=27 A，電壓U=6270 V，功率因數(shù)cosφ=0.83，電動機(jī)的效率η電=0.9。試
求：
(1) 通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q 通；
(2) 通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓（h 通靜、h 通全）；
(3) 通風(fēng)機(jī)的輸入功率；
(4) 通風(fēng)機(jī)的輸出功率（P 全出、P 靜出）；
(5) 通風(fēng)機(jī)的效率（η全、η靜）；
(6) 礦井的通風(fēng)總阻力h 阻礦。
六、名詞解釋
1、自然通風(fēng)
2、反風(fēng)
測點0 1 2 3 4 5 6
t/℃ －5 －3 10 15 23 23 20
P/Pa 98924.9 100178.2 102751.2 105284.4 102404.6 100071.5 98924.9
/% 0.5 0.95
礦井通風(fēng)與安全
- 58 -
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
【本章主要內(nèi)容及重點和難點】
1、風(fēng)量分配基本定律—三大定律
2、網(wǎng)絡(luò)圖及網(wǎng)絡(luò)特性
1)簡單網(wǎng)絡(luò)
2)角聯(lián)及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)
3、網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)分析
4、礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)
5、計算機(jī)解算復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)
礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由縱橫交錯的井巷構(gòu)成的一個復(fù)雜系統(tǒng)。用圖論的方法對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行抽象描述，
把通風(fēng)系統(tǒng)變成一個由線、點及其屬性組成的系統(tǒng)，稱為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。
第一節(jié) 風(fēng)量分配基本規(guī)律
一、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)圖
(一）礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)
圖5-1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖
通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖：用直觀的幾何圖形來表示通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。
（1）、分支（邊、?。罕硎疽欢瓮L(fēng)井巷的有向線段，線段的方向代表井巷中的風(fēng)流方向。每條
分支可有一個編號，稱為分支號。
（2）、節(jié)點（結(jié)點、頂點）：是兩條或兩條以上分支的交點。
（3）、路（通路、道路）：是由若干條方向相同的分支首尾相連而成的線路。如圖5-1 中，1－2－5、
1－2－4－6和1－3－6 等均是通路。
（4）、回路：由兩條或兩條以上分支首尾相連形成的閉合線路稱為回路。如圖中，2－4－3、2－5
－6－3 和1－3－6－7。
（5）、樹：是指任意兩節(jié)點間至少存在一條通路但不含回路的一類特殊圖。由于這類圖的幾何形狀
與樹相似，故得名。樹中的分支稱為樹枝。包含通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的全部節(jié)點的樹稱為其生成樹，簡稱樹。
（二）礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖
特點：
（1）、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖只反映風(fēng)流方向及節(jié)點與分支間的相互關(guān)系，節(jié)點位置與分支線的形狀可以任意
改變。
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
- 59 -
（2）、能清楚地反映風(fēng)流的方向和分合關(guān)系，并且是進(jìn)行各種通風(fēng)計算的基礎(chǔ)，因此是礦井通風(fēng)管
理的一種重要圖件。
網(wǎng)絡(luò)圖兩種類型：一種是與通風(fēng)系統(tǒng)圖形狀基本一致的網(wǎng)絡(luò)圖；另一種是曲線形狀的網(wǎng)絡(luò)圖。但一
般常用曲線網(wǎng)絡(luò)圖。
繪制步驟：
(1)節(jié)點編號
在通風(fēng)系統(tǒng)圖上給井巷的交匯點標(biāo)上特定的節(jié)點號。
(2)繪制草圖
在圖紙上畫出節(jié)點符號，并用單線條（直線或弧線）連接有風(fēng)流連通的節(jié)點。
(3)圖形整理
按照正確、美觀的原則對網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行修改。
通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖的繪制原則：
(1)用風(fēng)地點并排布置在網(wǎng)絡(luò)圖中部，進(jìn)風(fēng)節(jié)點位于其下邊；回風(fēng)節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)圖的上部，風(fēng)機(jī)出口
節(jié)點在最上部；
(2)分支方向基本都應(yīng)由下至上；
(3)分支間的交叉盡可能少；
(4)網(wǎng)絡(luò)圖總的形狀基本為“橢圓”形。
(5)合并節(jié)點，某些距離較近、阻力很小的幾個節(jié)點，可簡化為一個節(jié)點。
(6)并分支，并聯(lián)分支可合并為一條分支。
二、風(fēng)量平衡定律
風(fēng)量平衡定律是指在穩(wěn)態(tài)通風(fēng)條件下，單位時間流入某節(jié)點的空氣質(zhì)量等于流出該節(jié)點的空氣質(zhì)
量；或者說，流入與流出某節(jié)點的各分支的質(zhì)量流量的代數(shù)和等于零，即
å i = 0 M （5-1）
若不考慮風(fēng)流密度的變化，則流入與流出某節(jié)點的各分支的體積流量（風(fēng)量）的代數(shù)和等于零，即：
å i = 0 Q （5-2）
圖5-2 風(fēng)量平衡圖
如圖 5-2a，節(jié)點4 處的風(fēng)量平衡方程為：
0 1 4 2 4 3 4 4 5 4 6 + + - - = - - - - - Q Q Q Q Q （5-3）
將上述節(jié)點擴(kuò)展為無源回路，則上述風(fēng)量平衡定律依然成立。如圖5-2b所示，回路2-4-5-7-2的各
鄰接分支的風(fēng)量滿足如下關(guān)系：
0 1 2 3 4 5 6 7 8 + - - = - - - - Q Q Q Q （5-4）
三、能量平衡定律
假設(shè)：一般地，回路中分支風(fēng)流方向為順時針時，其阻力取“＋”，逆時針時，其阻力取“－”。
（一）無動力源（Hn、Hf）
通風(fēng)網(wǎng)路圖的任一回路中，無動力源時，各分支阻力的代數(shù)和為零，即：
å Ri = 0 h （5-5）
0 6 3 4 2 - - - = R R R R h h h h （5-6）
如圖 5-3，對回路２－３－４—6 中有：
（二）有動力源
設(shè)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓Hf ，自然風(fēng)壓HN 。
礦井通風(fēng)與安全
- 60 -
圖5-3 有動力源示意圖
如圖 5-3，對回路１－2－3－4—5—1 中有：
f N R1 R2 R3 R4 R5 H + H = h + h + h + h + h （5-7）
一般表達(dá)式為：
± =å f N Ri H H h （5-8）
即：能量平衡定律是指在任一閉合回路中，各分支的通風(fēng)阻力代數(shù)和等于該回路中自然風(fēng)壓與通風(fēng)機(jī)風(fēng)
壓的代數(shù)和。
第二節(jié) 簡單網(wǎng)絡(luò)特性
一、串聯(lián)風(fēng)路
由兩條或兩條以上分支彼此首尾相連，中間沒有風(fēng)流分匯點的線路稱為串聯(lián)風(fēng)路。如圖5-2-1所示，
由1，2，3，4，5五條分支組成串聯(lián)風(fēng)路。
（一）串聯(lián)風(fēng)路特性
圖5-4 串聯(lián)風(fēng)路特性
1.總風(fēng)量等于各分支的風(fēng)量，即
s n M = M = M = × × × × ×× = M 1 2 （5-9）
當(dāng)各分支的空氣密度相等時，
s n Q = Q1 = Q2 =?= Q （5-10）
2.總風(fēng)壓（阻力）等于各分支風(fēng)壓（阻力）之和，即:
å=
= + + ××××××+ =
n
i
s n i h h h h h
1
1 2 （5-11）
3.總風(fēng)阻等于各分支風(fēng)阻之和，即：
å=
= = + + + = + +××××××+ =
n
i
n i
s
n
s s s R R R R
Q
R h Q h h h
1
2 1 2
2 1 2 ... （5-12）
4.串聯(lián)風(fēng)路等積孔與各分支等積孔間的關(guān)系：
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
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2 2
2
2
1
1 1 1
1
n
s
A A A
A
+ +××××××+
= （5-13）
其中，
2
1.19
i
i R
A = （5-14）
2
1.192
i
i A
A = （5-15）
å å å
= = =
2 2
2 2 1
1
1.19
1.19 1.19 1.19
i i
i i
s
A A
R R
A （5-16）
（二）串聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線的繪制
根據(jù)以上串聯(lián)風(fēng)路的特性，可以繪制串聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線。
圖5-5 串聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線
方法：
（1）、首先在h—Q坐標(biāo)圖上分別作出串聯(lián)風(fēng)路1、2的阻力特性曲線R1、R2；
（2）、根據(jù)串聯(lián)風(fēng)路“風(fēng)量相等，阻力疊加”的原則，作平行于h 軸的若干條等風(fēng)量線，在等風(fēng)量線
上將1、2 分支阻力h1、h2疊加，得到串聯(lián)風(fēng)路的等效阻力特性曲線上的點；
（3）、將所有等風(fēng)量線上的點聯(lián)成曲線R3，即為串聯(lián)風(fēng)路的等效阻力特性曲線。
二、并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)
由兩條或兩條以上具有相同始節(jié)點和末節(jié)點的分支所組成的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，稱為并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)。如圖5-6所
示并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)由5條分支并聯(lián)
圖5-6 并聯(lián)風(fēng)路示意圖
（一）并聯(lián)風(fēng)路特性
1.總風(fēng)量等于各分支的風(fēng)量之和，即
å=
= + +××××××+ =
n
i
s n i M M M M M
1
1 2 （5-17）
當(dāng)各分支的空氣密度相等時,
å=
= + +××××××+ =
n
i
s n i Q Q Q Q Q
1
1 2 （5-18）
礦井通風(fēng)與安全
- 62 -
2.總風(fēng)壓等于各分支風(fēng)壓
即
s n h = h = h = ×××××× = h 1 2 （5-19）
注意：當(dāng)各分支的位能差不相等，或分支中存在風(fēng)機(jī)等通風(fēng)動力時，并聯(lián)分支的阻力并不相等。
3.并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)阻與各分支風(fēng)阻的關(guān)系
∵ 2
s s S h = R Q
s
s
s R
Q = h
∴ S n Q = Q +Q +...+Q 1 2
又∵
n
n
s
s
R
h
R
h
R
h
R
h
= + + × × × × × × +
2
2
1
1
∴
s n R R R R
1 1 1 1
1 2
+ + × × × ×× × +
即：
2
1 2
2
1 1 1
1
÷ ÷
ø
ö
ç ç
è
æ
+ + × × × × × × +
= =
n
s s s
R R R
R h Q （5-20）
4.并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)等積孔等于各分支等積孔之和，即
÷ ÷
ø
ö
ç ç
è
æ
= = + +¼+
c n
s R R R R
A 1.19 1.19 1 1 1
1 1
（5-21）
s n A = A + A +××××××+A 1 2 （5-22）
5.并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)量分配
若已知并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的總風(fēng)量，在不考慮其它通風(fēng)動力及風(fēng)流密度變化時，可由下式計算出分支i的風(fēng)
量。
圖5-7 并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)量分配示意圖
∵ i s h = h
即 2 2
i i s s RQ = R Q
S
s
i Q
R
Q = R
∴
÷ ÷
ø
ö
ç ç
è
æ
+ +¼+
= =
n
s s
i
R R R
R
Q
R
R
Q Q
1 1 1
1 1
2 1
1
（5-23）
（二）并聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線的繪制
根據(jù)以上并聯(lián)風(fēng)路的特性，可以繪制并聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線。
方法：
（1）、首先在h—Q坐標(biāo)圖上分別作出并聯(lián)風(fēng)路1、2的阻力特性曲線R1、R2；
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
- 63 -
（2）、根據(jù)并聯(lián)風(fēng)路“風(fēng)壓（阻力）相等，風(fēng)量疊加”的原則，作平行于Q 軸的若干條等風(fēng)壓線，
在等風(fēng)壓線上將1、2分支阻力h1、h2疊加，得到并聯(lián)風(fēng)路的等效阻力特性曲線上的點；
（3）、將所有等風(fēng)壓線上的點聯(lián)成曲線R3，即為并聯(lián)風(fēng)路的等效阻力特性曲線。
圖5-8 并聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線的繪制
三、串聯(lián)風(fēng)路與并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的比較
在任何一個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，都同時存在串聯(lián)與并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)。在礦井的進(jìn)、回風(fēng)風(fēng)路多為串聯(lián)風(fēng)路，
而采區(qū)內(nèi)部多為并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)。
并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的優(yōu)點：
（1）、從提高工作地點的空氣質(zhì)量及安全性出發(fā)，采用并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)具有明顯的優(yōu)點。
（2）、在同樣的分支風(fēng)阻條件下，分支并聯(lián)時的總風(fēng)阻小于串聯(lián)時的總風(fēng)阻。
圖5-9串聯(lián)風(fēng)路與并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的比較
例如：若R1=R2=0.04 kg/m7
串聯(lián)：Rs１= R1+ R2= 0.08 kg/m7
并聯(lián)：
( 7 )
0.04
1
0.04
2 1 1 1 ( ) 0.01 , /
1
( )
1
1 2
R kg m
R R
S = + = + = （5-24）
∴ Rs１ ：Rs１＝８：１
即在相同風(fēng)量情況下，串聯(lián)的能耗為并聯(lián)的8 倍。
四、角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)
（一）幾個概念
a、簡單角聯(lián)風(fēng)網(wǎng) b、復(fù)雜角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)
圖5-10 角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)示意圖
角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)：是指內(nèi)部存在角聯(lián)分支的網(wǎng)絡(luò)。
角聯(lián)分支（對角分支）：是指位于風(fēng)網(wǎng)的任意兩條有向通路之間、且不與兩通路的公共節(jié)點相連的
分支，如圖5-10（a）。
簡單角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)：僅有一條角聯(lián)分支的風(fēng)網(wǎng)。
復(fù)雜角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)：含有兩條或兩條以上角聯(lián)分支的風(fēng)網(wǎng)。
（二）角聯(lián)分支風(fēng)向判別
礦井通風(fēng)與安全
- 64 -
原則：分支的風(fēng)向取決于其始、末節(jié)點間的壓能值。風(fēng)流由能位高的節(jié)點流向能位低的節(jié)點；當(dāng)兩
點能位相同時，風(fēng)流停滯；當(dāng)始節(jié)點能位低于末節(jié)點時，風(fēng)流反向。
判別式（以簡單角聯(lián)為例）：
1、分支5 中無風(fēng)
圖5-11 分支5中無風(fēng)角聯(lián)接
∵Q5 = 0 ∴ 1 3 Q = Q ， 2 4 Q = Q
由風(fēng)壓平衡定律： 1 2 h = h ， 3 4 h = h
由阻力定律： 2
2 2
2
1 1 R Q = R Q 2
4 4
2
3 3 R Q = R Q
兩式相比得：
2
4 4
2
2 2
2
3 3
2
1 1
R Q
R Q
R Q
R Q =
即
4
2
3
1
R
R
R
R = （5-25）
或?qū)憺椋?
1
2 3
= 1 4 =
R R
K R R （5-26）
２、當(dāng)分支5 中風(fēng)向由2→3
節(jié)點②的壓能高于節(jié)點③，則hR2＞hR1 即： 2
1 1
2
2 2 R Q > RQ 、 2
2
2
3 5
2
2
2
1
1
2 ( )
Q
Q Q
Q
Q
R
R > = +
即
2
4 4
2
3 3 R Q > R Q （5-27）
同理，hR3＞hR4
即
( )2
2
2
3
2
4
2
3
3
4
Q Q
Q
Q
Q
R
R
s +
< = （5-28）
又∵
2
3 5
2 5
3
( ) Q
Q Q
Q Q
Q +
+ <
∴
1
2
2
2
2
3 5
2
5 2
2
3
3
4 ( )
( ) R
R
Q
Q Q
Q Q
Q
R
R < < + <
+
即
4
2
3
1
R
R
R
R < （5-29）
或?qū)憺椋?
1
2 3
= 1 4 <
R R
K R R （5-30）
３、分支5中的風(fēng)向由3→2
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
- 65 -
圖5-12 分支5的風(fēng)向由3→2示意圖
同理可得：
4
2
3
1
R
R
R
R > （5-31）
或?qū)憺椋?
1
2 3
= 1 4 >
R R
K R R （5-32）
∴ 改變角聯(lián)分支兩側(cè)的邊緣分支的風(fēng)阻就可以改變角聯(lián)分支的風(fēng)向。對圖示簡單角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，可推
導(dǎo)出如下角聯(lián)分支風(fēng)流方向判別式：
ïî
ïí
ì
< ®
=
> ®
=
，分支 中風(fēng)向由 。
，分支 中風(fēng)流停滯；
，分支 中風(fēng)向由 ；
1 5 2 3
1 5
1 5 3 2
2 3
1 4
R R
K R R （5-33）
第三節(jié) 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特性分析
一、井巷風(fēng)阻變化引起風(fēng)流變化的規(guī)律
1.變阻分支本身的風(fēng)量與風(fēng)壓變化規(guī)律
當(dāng)某分支風(fēng)阻增大時，該分支的風(fēng)量減小、風(fēng)壓增大；當(dāng)風(fēng)阻減小時，該分支的風(fēng)量增大、風(fēng)壓降
低。
2.變阻分支對其它分支風(fēng)量與風(fēng)壓的影響規(guī)律
圖5-13變阻分支對其它分支風(fēng)量與風(fēng)壓的影響規(guī)律
（1）當(dāng)某分支風(fēng)阻增大時，包含該分支的所有通路上的其它分支的風(fēng)量減小，風(fēng)壓亦減小；與該
分支并聯(lián)的通路上的分支的風(fēng)量增大，風(fēng)壓亦增大；當(dāng)風(fēng)阻減小時與此相反。
（2）對于一進(jìn)一出的子網(wǎng)絡(luò)，若外部分支調(diào)阻引起其流入（流出）風(fēng)量變化，其內(nèi)部各分支的風(fēng)
量變化趨勢相同。
（3）風(fēng)網(wǎng)內(nèi)，某分支風(fēng)阻變化時，各分支風(fēng)量、風(fēng)壓的變化幅度，以本分支為最大，鄰近分支次
之，離該分支越遠(yuǎn)的分支變化越小。
（4）風(fēng)網(wǎng)內(nèi)，不同類型的分支風(fēng)阻變化引起的風(fēng)量變化幅度和影響范圍是不同的。一般地說，主
干巷道變阻引起的風(fēng)量變化幅度和影響范圍大，末支巷道變阻引起的風(fēng)量變化幅度和影響范圍小。
礦井通風(fēng)與安全
- 66 -
（5）風(fēng)網(wǎng)內(nèi)某分支增阻時，增阻分支風(fēng)量減小值比其并聯(lián)分支風(fēng)量增加值大；某分支減阻時，減
阻分支風(fēng)量增加值比其并聯(lián)分支風(fēng)量減小值大。
3．巷道密閉與貫通對風(fēng)流的影響
巷道密閉相當(dāng)于該分支的風(fēng)阻增大至∞，故本分支風(fēng)量減少到趨近于0；對其它分支的影響規(guī)律與
分支增阻相同。
巷道貫通時要修改網(wǎng)絡(luò)圖，即在網(wǎng)絡(luò)圖中增加貫通后的分支。風(fēng)流方向取決于巷道兩端點間壓能差；
對其它分支的影響規(guī)律與分支減阻相同。
二、風(fēng)流穩(wěn)定性分析
(一)穩(wěn)定性的基本概念
穩(wěn)定性是指當(dāng)系統(tǒng)受到外界瞬時干擾，系統(tǒng)狀態(tài)偏離了平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)狀態(tài)自動回復(fù)到該平衡狀
態(tài)的能力。
按照這種穩(wěn)定性的概念，除非在主要通風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行（工作在軸流式風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線的駝峰區(qū)）
等特殊情況下，礦井通風(fēng)系統(tǒng)一般都是穩(wěn)定的。
通風(fēng)管理中所說的風(fēng)流穩(wěn)定性，一般是指井巷中風(fēng)流方向發(fā)生變化或風(fēng)量大小變化超過允許范圍的
現(xiàn)象；且多指風(fēng)流方向發(fā)生變化的現(xiàn)象。
(二)影響風(fēng)流穩(wěn)定性的因素
1.風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)對風(fēng)流穩(wěn)定性的影響
僅由串、并聯(lián)組成的風(fēng)網(wǎng)，其穩(wěn)定性強(qiáng)；角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，其對角分支的風(fēng)流易出現(xiàn)不穩(wěn)定。
2.風(fēng)阻變化對風(fēng)流穩(wěn)定性的影響
在角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)中，邊緣分支的風(fēng)阻變化可能引起角聯(lián)分支風(fēng)流改變。
在實際生產(chǎn)礦井，大多數(shù)采掘工作面都是在角聯(lián)分支中。應(yīng)采取安裝調(diào)節(jié)風(fēng)門的措施，保證風(fēng)流的
穩(wěn)定性。
3.通風(fēng)風(fēng)動力變化對風(fēng)流穩(wěn)定性的影響
礦井風(fēng)網(wǎng)內(nèi)主要通風(fēng)機(jī)、輔助通風(fēng)機(jī)數(shù)量和性能的變化，不僅會引起風(fēng)機(jī)所在巷道的風(fēng)量變化，而
且會使風(fēng)網(wǎng)內(nèi)其他分支風(fēng)量也發(fā)生變化，并影響風(fēng)網(wǎng)內(nèi)其他風(fēng)機(jī)的工況點。
(三)具體如下
（1) 單主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)網(wǎng)，當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)性能發(fā)生變化時，風(fēng)網(wǎng)內(nèi)各分支風(fēng)量按主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量變
化的趨勢和比率而變化。
（2) 多主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)某主要通風(fēng)機(jī)性能發(fā)生變化時，整個風(fēng)網(wǎng)內(nèi)各分支風(fēng)量不按比例變
化。
（3) 多主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)網(wǎng)內(nèi)，即使風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和分支風(fēng)阻不變，當(dāng)某主要通風(fēng)機(jī)性能發(fā)生變化時，由
于風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)量和各主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量配置發(fā)生了變化，因此，各主要通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻與風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)阻也有
所變化。
（4) 風(fēng)網(wǎng)內(nèi)，某巷道安設(shè)輔助通風(fēng)機(jī)后，不僅該巷道本身風(fēng)流發(fā)生變化，其他巷道風(fēng)流也變化。
當(dāng)某輔助通風(fēng)機(jī)風(fēng)量增大時，輔助通風(fēng)機(jī)所在巷道風(fēng)量增加，包含輔助通風(fēng)機(jī)在內(nèi)的閉合回路中，與輔
助通風(fēng)機(jī)風(fēng)向一致的各巷風(fēng)量增加，與其風(fēng)向相反的各巷風(fēng)量減小。
當(dāng)輔助通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓過高或風(fēng)量過大時，可引起其并聯(lián)分支風(fēng)量不足、停風(fēng)、甚至反向。引起并聯(lián)分
支風(fēng)流反向的條件是輔助通風(fēng)機(jī)風(fēng)量大于回路的總風(fēng)量或輔助通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓大于回路內(nèi)其同向分支的風(fēng)
壓損失。
（5) 自然風(fēng)壓引起的風(fēng)流變化，與輔助通風(fēng)機(jī)相似。
第四節(jié) 礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)
隨著生產(chǎn)的發(fā)展和變化，工作面的推進(jìn)和更替，巷道風(fēng)阻、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及所需的風(fēng)量均在不斷變化，
要求及時進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。
從調(diào)節(jié)設(shè)施來看，有通風(fēng)機(jī)、射流器、風(fēng)窗、風(fēng)幕和增加并聯(lián)井巷或擴(kuò)大通風(fēng)斷面等。按其調(diào)節(jié)的
范圍，可分為局部風(fēng)量調(diào)節(jié)與礦井總風(fēng)量調(diào)節(jié)。從通風(fēng)能量的角度看，可分為增能調(diào)節(jié)、耗能調(diào)節(jié)和節(jié)
能調(diào)節(jié)。
一、局部風(fēng)量調(diào)節(jié)
局部風(fēng)量調(diào)節(jié)是指在采區(qū)內(nèi)部各工作面間，采區(qū)之間或生產(chǎn)水平之間的風(fēng)量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方法：增阻
法、減阻法及輔助通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)法。
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
- 67 -
(一)增阻調(diào)節(jié)法
增阻調(diào)節(jié)法是在通過在巷道中安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗等設(shè)施，增大巷道中的局部阻力，從而降低與該巷道處
于同一通路中的風(fēng)量，或增大與其關(guān)聯(lián)的通路上的風(fēng)量。增阻調(diào)節(jié)是一種耗能調(diào)節(jié)法
主要措施：(1)調(diào)節(jié)風(fēng)窗；(2)臨時風(fēng)簾；(3)空氣幕調(diào)節(jié)裝置等。使用最多的是調(diào)節(jié)風(fēng)窗。
風(fēng)窗調(diào)節(jié)法原理分析
圖5-14 風(fēng)窗調(diào)節(jié)法原理分析示意圖
如圖 5-14 １，２分支風(fēng)阻分別為 R1和R2，風(fēng)量分別為Q1,Q2。則兩分支的阻力為：h1=R1Q1
2，
h2=R2Q2
2，且h1= h2。若分支２風(fēng)量不足?？稍冢狈种е性O(shè)置調(diào)節(jié)窗。設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗產(chǎn)生的局部風(fēng)阻為△
R。
∵(R1+△R)Q1
’2= R2Q2
’2
∴
1 2 2'1
2'2 R R R Q
D = Q - （5-34）
但增阻后，并聯(lián)系統(tǒng)總風(fēng)阻增大。使Q’＜Q，由于Q’未知，實際計算過程中，假設(shè)Q’＝Q。已知,
△R后，可計算調(diào)節(jié)風(fēng)窗面積。
使用條件：增阻分支風(fēng)量有富余。
特點：增阻調(diào)節(jié)法具有簡單、方便、易行、見效快等優(yōu)點；但增阻調(diào)節(jié)法會增加礦井總風(fēng)阻，減少
總風(fēng)量。
圖5-15 調(diào)節(jié)風(fēng)窗開口面積示意圖
調(diào)節(jié)風(fēng)窗開口面積計算：
當(dāng) Sc/S＜＝0.5 時，
c
c Q S h
S QS
0.65 + 0.84
= （5-35）
c
c S R
S S
0.65 + 0.84
= （5-36）
當(dāng) Sc/S＞＝0.5 時，
c
c Q S h
S QS
+ 0.759
= （5-37）
c
c S R
S S
1+ 0.759
= （5-38）
式中Sc—調(diào)節(jié)風(fēng)窗的斷面積，m2；
S—巷道的斷面積，m2；
Q—通達(dá)風(fēng)量，m3/s；
hc—調(diào)節(jié)風(fēng)窗阻力，Pa；
礦井通風(fēng)與安全
- 68 -
Rc—調(diào)節(jié)風(fēng)窗的風(fēng)阻，N·s2/m8；Rc＝hc /Q2。
(二)減阻調(diào)節(jié)法
減阻調(diào)節(jié)法是在通過巷道中采取降阻措施，降低巷道的通風(fēng)阻力，從而增大與該巷道處于同一通路
中的風(fēng)量，或減小與其關(guān)聯(lián)通路上的風(fēng)量。
主要措施：
(1)擴(kuò)大巷道斷面；
(2)降低摩擦阻力系數(shù)；
(3)清除巷道中的局部阻力物；
(4)采用并聯(lián)風(fēng)路；
(5)縮短風(fēng)流路線的總長度等。
特點：可以降低礦井總風(fēng)阻，并增加礦井總風(fēng)量；但降阻措施的工程量和投資一般都較大，施工工
期較長，所以一般在對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行較大的改造時采用。
(三)增能調(diào)節(jié)法
增能調(diào)節(jié)法主要是采用輔助通風(fēng)機(jī)等增加通風(fēng)能量的方法，增加局部地點的風(fēng)量。
主要措施：(1)輔助通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)法。(2)利用自然風(fēng)壓調(diào)節(jié)法。
特點：增能調(diào)節(jié)法的施工相對比較方便，不須降低礦井總風(fēng)阻，增加礦井總風(fēng)量，同時可以減少礦
井主通風(fēng)機(jī)能耗。但采用輔助通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)時設(shè)備投資較大，輔助通風(fēng)機(jī)的能耗較大，且輔助通風(fēng)機(jī)的安
全管理工作比較復(fù)雜，安全性較差。
二、礦井總風(fēng)量的調(diào)節(jié)
當(dāng)?shù)V井（或一翼）總風(fēng)量不足或過剩時，需調(diào)節(jié)總風(fēng)量，也就是調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的工況點。采取的措
施是：改變主通風(fēng)機(jī)的工作特性，或改變礦井風(fēng)網(wǎng)的總風(fēng)阻。
(一)改變主通風(fēng)機(jī)工作特性
改變主通風(fēng)機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)速、軸流式風(fēng)機(jī)葉片安裝角度和離心式風(fēng)機(jī)前導(dǎo)器葉片角度等，可以改變通
風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)所在系統(tǒng)總風(fēng)量的目的。
圖5-16 主通風(fēng)機(jī)工作特性曲線圖
(二)改變礦井總風(fēng)阻值
1.風(fēng)硐閘門調(diào)節(jié)法
如果在風(fēng)機(jī)風(fēng)硐內(nèi)安設(shè)調(diào)節(jié)閘門，通過改變閘門的開口大小可以改變風(fēng)機(jī)的總工作風(fēng)阻，從而可調(diào)
節(jié)風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量。
2.降低礦井總風(fēng)阻
圖5-17 礦井總風(fēng)阻曲線圖
當(dāng)?shù)V井總風(fēng)量不足時，如果能降低礦井總風(fēng)阻，則不僅可增大礦井總風(fēng)量，而且可以降低礦井總阻
力。
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
- 69 -
第五節(jié) 應(yīng)用計算機(jī)解算復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)
目的：已知風(fēng)網(wǎng)各分支風(fēng)阻和主通風(fēng)機(jī)的特性，求算主要通風(fēng)機(jī)的工況點，各分支的風(fēng)量和風(fēng)向，
以便驗算各用風(fēng)地點的風(fēng)量和風(fēng)整速是否符合規(guī)程要求。
原理：依據(jù)風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律、阻力定律
方法：
（1）回路法
假設(shè)風(fēng)網(wǎng)中每一回路內(nèi)各分支的風(fēng)向和風(fēng)量開始，逐漸修正風(fēng)量，使之滿足風(fēng)壓平衡定律。
（2）節(jié)點法
假設(shè)風(fēng)網(wǎng)中每一回路內(nèi)各分支節(jié)點壓力值開始，逐漸修正壓力分布，使之滿足風(fēng)量平衡定律。
一、改進(jìn)的斯考德－恒斯雷試算法——回路法
回路風(fēng)量：把風(fēng)流在風(fēng)網(wǎng)中的流動看成是在一些互不重復(fù)的獨(dú)立的閉合回路中各有一定的風(fēng)量在循
環(huán)，這種風(fēng)量稱為回路風(fēng)量。
圖5-18 回路法示意圖
如圖：回路：ABDEF(風(fēng)量q1)、BCDB(q2)、DCED(q3)
獨(dú)立分支：
只屬于一個回路的分支。反之，為非獨(dú)立分支。且滿足：獨(dú)立分支(M)＝分支總數(shù)(B)－節(jié)點數(shù)(J)
＋１如：BC、CE、EFAB－獨(dú)立分支， BD、DE、CD－非獨(dú)立分支
基本思路：
初擬風(fēng)網(wǎng)中各回路風(fēng)量(如q1 q2 q3)，使其滿足風(fēng)網(wǎng)中節(jié)點風(fēng)量風(fēng)量平衡定律，然后利用風(fēng)壓平衡定
律對其逐一進(jìn)行修正，從而得各分支假設(shè)風(fēng)量，經(jīng)把迭代計算修正，各回路風(fēng)壓逐漸趨于平衡，這樣各
分支風(fēng)量逐漸接真實值。
回路風(fēng)量修正值（△Q）：
å
å
D =
=
=
-
n
i
i i
n
i
i i
R Q
R Q
Q
1
1
2
2
（5-39）
回路中各分支阻力代數(shù)和，當(dāng)分支流向與回路流向一致時，取“＋”，反之，取“－”。
當(dāng)回路中有Hf 和Hn 時：
'
1
1
2
2 f
n
i
i i
n
i
i i f n
R Q H
R Q H H
Q
-
- -
å
å
D =
=
=
?
（5-40）
故分支風(fēng)量為：
Q Q Q i i ' = ± D （5-41）
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算依據(jù)的三個基本定律是、 和 。
2、串聯(lián)巷道各處的風(fēng)量是的；并聯(lián)巷道各分支的風(fēng)壓是。
3、通風(fēng)網(wǎng)路中各分支的基本聯(lián)結(jié)形式有、 和角聯(lián)，不同的聯(lián)接形式具有不同的通風(fēng)特
性和安全效果。
二、選擇題
1、下列選項不屬于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基本連接形式的是。
礦井通風(fēng)與安全
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A、串聯(lián) B、并聯(lián); C、混聯(lián) D、角聯(lián)
2、進(jìn)、回風(fēng)井之間和主要進(jìn)、回風(fēng)巷之間的每個聯(lián)絡(luò)巷中，必須砌筑。
A、兩道風(fēng)門 B、三道風(fēng)門 C、臨時擋風(fēng)墻 D、永久擋風(fēng)墻
3、兩條并聯(lián)的巷道，風(fēng)阻大的。
A、風(fēng)壓大 B、風(fēng)速小 C、風(fēng)量大 D、風(fēng)量小
4、任一閉合回路中，無通風(fēng)機(jī)時各井巷中的的代數(shù)和為零。
A．風(fēng)壓 B．風(fēng)速 C．風(fēng)流
三、判斷題
角聯(lián)風(fēng)路的風(fēng)向容易發(fā)生逆轉(zhuǎn)是由于該風(fēng)路的風(fēng)阻太大。
四、簡答題
1、什么是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)？其主要構(gòu)成元素是什么？
2、如何繪制通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖？對于給定礦井其形狀是否固定不變？
3、簡述節(jié)點、路、回路、網(wǎng)孔、生成樹、余樹的基本概念的含義。
4、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流流動的基本規(guī)律有哪幾個？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。
5、簡述礦井通風(fēng)風(fēng)量的增阻調(diào)節(jié)法。
6、寫出角聯(lián)分支的風(fēng)向判別式，分析影響角聯(lián)分支風(fēng)向的因素。
7、礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)的措施可分為哪幾類？比較它們的優(yōu)缺點。
8、比較各種風(fēng)量調(diào)節(jié)計算方法的特點。
9、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算問題的實質(zhì)是什么？
五、判斷、作圖與設(shè)計
題圖5-1 題圖5-2
1、如題圖5-1 所示簡單角聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，已知各分支風(fēng)阻為，R1=0.75，R2=0.876，R3=0.787，R4=0.67，單位
為N·s2/m8，試判斷該角聯(lián)風(fēng)路的風(fēng)流方向。
2、如題圖5-2所示的角聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，已知各分支風(fēng)阻為，R1=0.75，R2=0.876，R3=0.787，R4=0.67，
單位為N·s2/m8，試畫出該通風(fēng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，并推判風(fēng)路5 的風(fēng)流方向。
六、計算題
1．如題圖5-3 所示并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，已知各分支風(fēng)阻： R1=1.186 ， R2=0.794 ，單位為Ns2/m8 ；總風(fēng)量
Q = 40 m3/s 。求： （1 ）分支1 和2 中的自然分風(fēng)量和； （2 ）若分支1 需風(fēng)10 m3/s ，分支
2 需風(fēng)30m3/s ；采用風(fēng)窗調(diào)節(jié)，風(fēng)窗應(yīng)設(shè)在哪個分支？風(fēng)窗風(fēng)阻和開口面積各為多少？
題圖5-3
2．某局部通風(fēng)網(wǎng)路（題圖5-4），已知各巷道的風(fēng)阻R1=0.12，R2=0.25，R3=0.3，R4= 0.06 Ns2/m8，AB
間的總風(fēng)壓為 600 Pa，求各巷道的風(fēng)量及AB 間的總風(fēng)阻為多少？
第五章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)
- 71 -
3．某角聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)（題圖5-5），各巷道的風(fēng)阻為R1=0.06，R2=0.06，R3=0.105，R4=0.03，R5=0.105 Ns2/m8，
各巷道需要的風(fēng)量為Q1=14，Q2=16，Q3=3.2，Q4=17.2，Q5=12.8 m3/s，求用風(fēng)窗調(diào)節(jié)時風(fēng)窗安設(shè)位置及
其阻力。
4．如圖題5-6所示的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，已知各巷道的阻力 h1＝80，h2＝100，h3＝30，h5＝140，h6=100 Pa，
求巷道4、7、8 的阻力及巷道4、7、8的風(fēng)流方向
2
D
E
F
6
5
1
3 7
8
A
C
4
B
題圖5-4 題圖5-5 題圖5-6
七、名詞解釋
擴(kuò)散通風(fēng)
礦井通風(fēng)與安全
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第六章局部通風(fēng)
【本章主要內(nèi)容】
1、局部通風(fēng)方法—壓入式、抽出式、混合式、可控循環(huán)風(fēng)，全風(fēng)通風(fēng)
2、掘進(jìn)工作面需風(fēng)量計算—壓入式、抽出式、混合式、按瓦斯、粉塵、炸藥等。
3、局部通風(fēng)裝備—風(fēng)筒種類、阻力、漏風(fēng)、安裝；局部通風(fēng)機(jī)性能、聯(lián)合運(yùn)行
4、局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計—原則、步驟
5、掘進(jìn)安全技術(shù)裝備系列化
利用局部通風(fēng)機(jī)或主要通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓對井下獨(dú)頭巷道進(jìn)行通風(fēng)的方法稱為局部通風(fēng)（又稱掘進(jìn)
通風(fēng)）。
第一節(jié) 局部通風(fēng)方法
一、局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)
利用局部通風(fēng)機(jī)作動力，通過風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)的通風(fēng)方法稱局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，它是目前局部通風(fēng)最主要的
方法。
常用通風(fēng)方式：壓入、抽出和混合式。
1.壓入式
布置方式：
圖6-1 壓入式布置方式
Le －氣流貼著巷壁射出風(fēng)筒后,由于卷吸作用,射流斷面逐漸擴(kuò)張，直至射流的斷面達(dá)到最大值，此段稱
為擴(kuò)張段；La－射流斷面逐漸減少，直到為零，此段稱收縮段。Ls－－從風(fēng)筒出口至射流反向的最遠(yuǎn)距
離（即擴(kuò)張段和收縮段總長）稱射流有效射程。
在巷道條件下，一般有：
L S S = (4 ~ 5) （6-1）
式中S——巷道斷面,m2。
特點：
（１）局扇及電器設(shè)備布置在新鮮風(fēng)流中；
（２）有效射程遠(yuǎn)，工作面風(fēng)速大，排煙效果好；
（３）可使用柔性風(fēng)筒，使用方便；
（４）由于Ｐ內(nèi)＞Ｐ外，風(fēng)筒漏風(fēng)對巷道排污有一定作用。
要求：
（１）Ｑ局＜Ｑ巷，避免產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)；
（２）局扇入口與掘進(jìn)巷道距離大于10m；
（３）風(fēng)筒出口至工作面距離小于Ls。
2.抽出式
布置方式：
第六章局部通風(fēng)
- 73 -
圖6-2 抽出式布置方式
有效吸程Le:風(fēng)筒吸口吸入空氣的作用范圍。
在巷道邊界條件下，其一般計算式為：
L S e =1.5 （6-2）
式中 S——巷道斷面，m2。
特點：
（１）新鮮風(fēng)流沿巷道進(jìn)入工作面，勞動條件好；
（２）污風(fēng)通過風(fēng)機(jī)；
（３）有效吸程小，延長通風(fēng)時間，排煙效果不好；
（４）不通使用柔性風(fēng)筒。
3.壓入式和抽出式通風(fēng)的比較
（1)壓入式通風(fēng)時，局部通風(fēng)機(jī)及其附屬電氣設(shè)備均布置在新鮮風(fēng)流中，污風(fēng)不通過局部通風(fēng)機(jī)，
安全性好；而抽出式通風(fēng)時，含瓦斯的污風(fēng)通過局部通風(fēng)機(jī)，若局部通風(fēng)機(jī)不具備防爆性能，則是非常
危險的。
（2)壓入式通風(fēng)風(fēng)筒出口風(fēng)速和有效射程均較大，可防止瓦斯層狀積聚，且因風(fēng)速較大而提高散熱
效果。然而，抽出式通風(fēng)有效吸程小，掘進(jìn)施工中難以保證風(fēng)筒吸入口到工作面的距離在有效吸程之內(nèi)。
與壓入式通風(fēng)相比，抽出式風(fēng)量小,工作面排污風(fēng)所需時間長、速度慢。
（3)壓入式通風(fēng)時,掘進(jìn)巷道涌出的瓦斯向遠(yuǎn)離工作面方向排走,而用抽出式通風(fēng)時,巷道壁面涌出
的瓦斯隨風(fēng)流向工作面，安全性較差。
（4)抽出式通風(fēng)時,新鮮風(fēng)流沿巷道進(jìn)向工作面，整個井巷空氣清新，勞動環(huán)境好；而壓入式通風(fēng)
時，污風(fēng)沿巷道緩慢排出，當(dāng)掘進(jìn)巷道越長，排污風(fēng)速度越慢，受污染時間越久。
（5)壓入式通風(fēng)可用柔性風(fēng)筒，其成本低、重量輕，便于運(yùn)輸，而抽出式通風(fēng)的風(fēng)筒承受負(fù)壓作用，
必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，成本高，重量大，運(yùn)輸不便。
4.混合式通風(fēng)
混合式通風(fēng)是壓入式和抽出式兩種通風(fēng)方式的聯(lián)合運(yùn)用,按局部通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的布設(shè)位置，分為:長
壓短抽、長抽短壓和長抽長壓。
（1)長抽短壓（前壓后抽）
（a） （b）
圖6-3 長抽短壓通風(fēng)
工作面的污風(fēng)由壓入式風(fēng)筒壓入的新風(fēng)予以沖淡和稀釋，由抽出式主風(fēng)筒排出。其中抽出式風(fēng)筒須
用剛性風(fēng)筒或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，若采用柔性風(fēng)筒，則可將抽出式局部通風(fēng)機(jī)移至風(fēng)筒入風(fēng)口，
改為壓出式，由里向外排出污風(fēng)(如圖6-3b）。
（2)長壓短抽(前抽后壓)
礦井通風(fēng)與安全
- 74 -
圖6-4 長壓短抽通風(fēng)
工作方式：新鮮風(fēng)流經(jīng)壓入式長風(fēng)筒送入工作面, 工作面污風(fēng)經(jīng)抽出式通風(fēng)除塵系統(tǒng)凈化,被凈化后
的風(fēng)流沿巷道排出。
混合式通風(fēng)的主要特點：
①、通風(fēng)是大斷面長距離巖巷掘進(jìn)通風(fēng)的較好方式；
②、主要缺點是降低了壓入式與抽出式兩列風(fēng)筒重疊段巷道內(nèi)的風(fēng)量，當(dāng)掘進(jìn)巷道斷面大時,風(fēng)速
就更小,則此段巷道頂板附近易形成瓦斯層狀積聚。
5.可控循環(huán)通風(fēng)
圖6-5 可循環(huán)通風(fēng)
當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)的吸入風(fēng)量大于全風(fēng)壓供給設(shè)置通風(fēng)機(jī)巷道的風(fēng)量時，則部分由局部用風(fēng)地點排出的
污濁風(fēng)流，會再次經(jīng)局部通風(fēng)機(jī)送往用風(fēng)地點，故稱其為循環(huán)風(fēng)。
循環(huán)通風(fēng)方式：循環(huán)通風(fēng)分為摻有適量外界新風(fēng)的循環(huán)通風(fēng)和不摻有外界新風(fēng)的循環(huán)通風(fēng)。前者即
為可控制循環(huán)通風(fēng)，也稱為開路循環(huán)通風(fēng)；后者稱為閉路循環(huán)通風(fēng)。
在煤礦掘進(jìn)通風(fēng)中當(dāng)使用閉路循環(huán)系統(tǒng)時，因既無任何出口，也無法除去這些氣體，在封閉的循環(huán)
區(qū)域中的污染物濃度必然會越來越大。因此，《規(guī)程》嚴(yán)禁采用循環(huán)通風(fēng)。
如果循環(huán)通風(fēng)是在一個敞開的區(qū)域內(nèi)，且連續(xù)不斷地有適量的新鮮風(fēng)流摻入到循環(huán)風(fēng)流中,經(jīng)理論
與實踐證明，這部分有控制的循環(huán)風(fēng)流中的污染物濃度僅僅取決于該地區(qū)內(nèi)污染物的產(chǎn)生率及流過該地
區(qū)的新鮮風(fēng)量的大小，故循環(huán)區(qū)域中任何地點的污染物濃度，都不會無限制地增大，而是趨于某一限值。
可控循環(huán)局部通風(fēng)優(yōu)點:
(1)采用混合式可控循環(huán)通風(fēng)時,掘進(jìn)巷道風(fēng)流循環(huán)區(qū)內(nèi)側(cè)的風(fēng)速較高，避免了瓦斯層狀積聚,同時也
降低了等效溫度，改善了掘進(jìn)巷道中的氣候條件。
(2)當(dāng)在局部通風(fēng)機(jī)前配置除塵器時，可降低礦塵濃度。
(3)在供給掘進(jìn)工作面相同風(fēng)量條件下，可降低通風(fēng)能耗。
缺點：
(1)由于流經(jīng)局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)流中含有一定濃度的瓦斯與粉塵，因此，必須研制新型防爆除塵風(fēng)機(jī)。
(2)循環(huán)風(fēng)流通過運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的加熱,再返回掘進(jìn)工作面，使風(fēng)溫上升。
(3)當(dāng)工作面附近發(fā)生火災(zāi)時，煙流會返回掘進(jìn)工作面，故安全性差，抗災(zāi)能力弱，災(zāi)變時有循環(huán)
風(fēng)流通過的風(fēng)機(jī)應(yīng)立即進(jìn)行控制,停止循環(huán)通風(fēng),恢復(fù)常規(guī)通風(fēng)。
二、礦井全風(fēng)壓通風(fēng)
全風(fēng)壓通風(fēng)是利用礦井主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，借助導(dǎo)風(fēng)設(shè)施把主導(dǎo)風(fēng)流的新鮮空氣引入掘進(jìn)工作面。
其通風(fēng)量取決于可利用的風(fēng)壓和風(fēng)路風(fēng)阻。
按其導(dǎo)風(fēng)設(shè)施不同可分為：
1.風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)
在巷道內(nèi)設(shè)置擋風(fēng)墻截斷主導(dǎo)風(fēng)流，用風(fēng)筒把新鮮空氣引入掘進(jìn)工作面，污濁空氣從獨(dú)頭掘進(jìn)巷道
中排出。
第六章局部通風(fēng)
- 75 -
圖6-6 風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)示意圖
特點：此種方法輔助工程量小，風(fēng)筒安裝、拆卸比較方便，通常用于需風(fēng)量不大的短巷掘進(jìn)通風(fēng)中。
２.平行巷道導(dǎo)風(fēng)
在掘進(jìn)主巷的同時，在附近與其平行掘一條配風(fēng)巷，每隔一定距離在主、配巷間開掘聯(lián)絡(luò)巷，形成
貫穿風(fēng)流，當(dāng)新的聯(lián)絡(luò)巷溝通后，舊聯(lián)絡(luò)巷即封閉。兩條平行巷道的獨(dú)頭部分可用風(fēng)幛或風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)，巷
道的其余部分用主巷進(jìn)風(fēng)，配巷回風(fēng)。
圖6-7 平行巷道導(dǎo)風(fēng)示意圖
特點：此方法常用于煤巷掘進(jìn)，尤其是厚煤層的采區(qū)巷道掘進(jìn)中，當(dāng)運(yùn)輸、通風(fēng)等需要開掘雙巷時。
此法也常用于解決長巷掘進(jìn)獨(dú)頭通風(fēng)的困難。
3.鉆孔導(dǎo)風(fēng)
離地表或鄰近水平較近處掘進(jìn)長巷反眼或上山時，可用鉆孔提前溝通掘進(jìn)巷道，以便形成貫穿風(fēng)流。
這種通風(fēng)方法曾被應(yīng)用于煤層上山的掘進(jìn)通風(fēng)，取得了良好排瓦斯效果。
4.風(fēng)幛導(dǎo)風(fēng)
在巷道內(nèi)設(shè)置縱向風(fēng)幛，把風(fēng)幛上游一側(cè)的新風(fēng)引入掘進(jìn)工作面，清洗后的污風(fēng)從風(fēng)幛下游一側(cè)排
出。這種導(dǎo)風(fēng)方法，構(gòu)筑和拆除風(fēng)幛的工程量大。適用于短距離或無其它好方法可用時采用。
6-8 風(fēng)幛導(dǎo)風(fēng)示意圖
三、引射器通風(fēng)
利用引射器產(chǎn)生的通風(fēng)負(fù)壓,通過風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)的通風(fēng)方法稱引射器通風(fēng)。引射器通風(fēng)一般都采用壓入
式。
優(yōu)點：無電氣設(shè)備，無噪音;還具有降溫、降塵作用;在煤與瓦斯突出嚴(yán)重的煤層掘進(jìn)時，用它代替
局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，設(shè)備簡單，安全性較高。
缺點：風(fēng)壓低、風(fēng)量小、效率低，并存在巷道積水問題。
第二節(jié) 掘進(jìn)工作面需風(fēng)量計算
一、排除炮煙所需風(fēng)量
1.壓入式通風(fēng)
前蘇聯(lián)В.Н.沃洛寧公式，當(dāng)風(fēng)筒出口到工作面的距離Lop≤Ls＝(4～5)時，工作面所需風(fēng)量或風(fēng)
筒出口的風(fēng)量應(yīng)為：
0.465 , ( 3 /min)
1/ 3
2
2 2
m
p C
AbS L
t
Q
q p
kp ÷
÷
ø
ö
ç ç
è
æ
= （6-3）
2.抽出式通風(fēng)
礦井通風(fēng)與安全
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前蘇聯(lián)В.Н.沃洛寧公式,當(dāng)風(fēng)筒末端至工作面的距離 oe e L £ L 時, 工作面所需風(fēng)量或風(fēng)筒入口風(fēng)量
應(yīng)為：
0.254 (m3 /min )
C
AbSL
t
Q
a
t
he = ， （6-4）
3.混合式通風(fēng)
在長抽短壓混合式布置時，為防止循環(huán)風(fēng)和維持風(fēng)筒重疊段巷道內(nèi)具有最低的排塵或稀釋瓦斯風(fēng)
速，則抽出式風(fēng)筒的吸風(fēng)量應(yīng)大于壓入式風(fēng)筒出口風(fēng)量,即
ec pc Q = (1.2 ~ 1.25)Q （6-5）
式中Ｑpc按壓入式風(fēng)量計算。
二、排除瓦斯所需風(fēng)量
在有瓦斯涌出的巷道掘進(jìn)工作面內(nèi)，其所需風(fēng)量應(yīng)保證巷道內(nèi)任何地點瓦斯?jié)舛炔怀?，其值可?
下式計算：
p i
q q
hg C C
K Q
Q
-
=
100
（6-6）
三、排除礦塵所需風(fēng)量
風(fēng)流的排塵風(fēng)量可按下式計算：
p i
hd G G
Q G
-
= （6-7）
四、按風(fēng)速驗算風(fēng)量
巖巷按最低風(fēng)速0.15m/s 或風(fēng)量Q³9S(m3/min);半煤巖巷和煤巷按不能形成瓦斯層的最低風(fēng)速
0.25m/s或Q ³15S (m3/min);驗算
第三節(jié) 局部通風(fēng)裝備
局部通風(fēng)裝備是由局部通風(fēng)動力設(shè)備、風(fēng)筒及其附屬裝置組成。
一、風(fēng)筒
風(fēng)筒是最常見的導(dǎo)風(fēng)裝置。對風(fēng)筒的基本要求是漏風(fēng)小、風(fēng)阻小、重量輕、拆裝簡便。
1.風(fēng)筒種類
風(fēng)筒按其材料力學(xué)性質(zhì)可分為剛性和柔性兩種。
剛性風(fēng)筒是用金屬板或玻璃鋼材制成。玻璃鋼風(fēng)筒比金屬風(fēng)筒輕便、抗酸、堿腐蝕性強(qiáng)、摩擦阻力
系數(shù)小。
柔性風(fēng)筒是應(yīng)用更廣泛的一種風(fēng)筒，通常用橡膠、塑料制成。其最大優(yōu)點是輕便，可伸縮、拆裝運(yùn)
搬方便。
2.風(fēng)筒接頭
剛性風(fēng)筒一般采用法蘭盤連接方式。柔性風(fēng)筒的接頭方式有插接、單反邊接頭、雙反邊接頭、活三
環(huán)多反邊接頭、羅圈接頭等多種形式。
3.風(fēng)筒的阻力
計算公式參見第三章。
4.風(fēng)筒漏風(fēng)
剛性風(fēng)筒風(fēng)筒的漏風(fēng)，主要發(fā)生在接頭處，柔性風(fēng)筒不僅接頭而且全長的壁面和縫合針眼都有漏風(fēng)，
故風(fēng)筒漏風(fēng)屬連續(xù)的均勻漏風(fēng)。因此，應(yīng)用始末端風(fēng)量的幾何平均值作為風(fēng)筒的風(fēng)量Q,即：
Q Q Q , (m3 /min ) a h = × （6-8）
式中局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量Qa與風(fēng)筒出口風(fēng)量Qh不等， Qa 與Qh之差就是風(fēng)筒的漏風(fēng)量Ql，
（1)漏風(fēng)率
風(fēng)筒漏風(fēng)量占局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)稱為風(fēng)筒漏風(fēng)率ηl。
100% ´100%
-
= ´ =
a
a h
a
l
l Q
Q Q
Q
h Q （6-9）
第六章局部通風(fēng)
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ηl雖能反映風(fēng)筒的漏風(fēng)情況，但不能作為對比指標(biāo)。故常用百米漏風(fēng)率ηl100表示：
1100 1 100 h = h L ´ （6-10）
式中 L為風(fēng)簡長度。
（2)有效風(fēng)量率
掘進(jìn)工作面風(fēng)量占局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)稱為有效風(fēng)量率pe。
100% ´100% = (1- )´100%
-
= ´ = l
a
a l
a
h
al Q
Q Q
Q
P Q h （6-11）
（3)漏風(fēng)系數(shù)
風(fēng)筒有效風(fēng)量率的倒數(shù)稱為風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)pq。
金屬風(fēng)筒的pq值可按下式計算：
2
0 3
1 1 ÷ø
ö
çè
p = æ + KD R L q n （6-12）
式中 K—相當(dāng)于直徑為1m的金屬風(fēng)筒每個接頭的漏風(fēng)率。
D—風(fēng)筒直徑,m;
n—風(fēng)筒接頭數(shù),個;
L—風(fēng)筒全長,m。
R0—每米長風(fēng)筒的風(fēng)阻,N·s2/m8;
柔性風(fēng)筒的pq值：
j
q n
p
- h
=
1
1 （6-13）
式中 n—接頭數(shù)；
ηj—個接頭的漏風(fēng)率。
三、局部通風(fēng)機(jī)
井下局部地點通風(fēng)所用的通風(fēng)機(jī)稱為局部通風(fēng)機(jī)。
要求：體積小、風(fēng)壓高、效率高、噪聲低、性能可調(diào)、堅固防爆。
1.局部通風(fēng)機(jī)的種類和性能
目前我國煤礦大部分仍延用六十年代研制的JBT 系列軸流式局部通風(fēng)機(jī)。具有低效率、低風(fēng)量風(fēng)
壓、高噪聲。
近年來，我國已研制開發(fā)了一些新產(chǎn)品，如沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠研制的BKJ66-11，對旋風(fēng)機(jī)等。
2.局部通風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作
（１）局部通風(fēng)機(jī)串聯(lián)
圖6-9 局部通風(fēng)機(jī)串聯(lián)示意圖
(2)局部通風(fēng)機(jī)并聯(lián)
當(dāng)風(fēng)筒風(fēng)阻不大，用一臺局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)不足時，可采用。
第四節(jié) 局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計
一、局部通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計原則
(1)礦井和采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)為局部通風(fēng)創(chuàng)造條件；
(2)局部通風(fēng)系統(tǒng)要安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)。
(3)盡量采用技術(shù)先進(jìn)的低噪、高效型局部通風(fēng)機(jī)。
(4)壓入式通風(fēng)宜用柔性風(fēng)筒，抽出式通風(fēng)宜用帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒或完全剛性的風(fēng)筒。風(fēng)筒
礦井通風(fēng)與安全
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材質(zhì)應(yīng)選擇阻燃、抗靜電型。
(5)當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)不能滿足通風(fēng)要求時可考慮選用兩臺或多臺風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行。
二、局部通風(fēng)設(shè)計步驟
(1)確定局部通風(fēng)系統(tǒng)，繪制掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)系統(tǒng)布置圖。
(2)按通風(fēng)方法和最大通風(fēng)距離，選擇風(fēng)筒類型與直徑；
(3)計算風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)筒出口風(fēng)量；
(4)按掘進(jìn)巷道通風(fēng)長度變化，分階段計算局部通風(fēng)系統(tǒng)總阻力；
(5)按計算所得局部通風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)量和風(fēng)壓，選擇局部通風(fēng)機(jī)；
(6)按礦井災(zāi)害特點，選擇配套安全技術(shù)裝備。
第五節(jié) 掘進(jìn)安全技術(shù)裝備系列化
一、掘進(jìn)工作面產(chǎn)生事故的原因
(1)掘進(jìn)工作面是最先揭露煤層，它破壞了煤層中的瓦斯靜平衡狀態(tài)，使大量瓦斯從煤壁和頂板向
巷道內(nèi)涌入。當(dāng)穿地質(zhì)構(gòu)造帶時，瓦斯涌出也會增大，因此，在掘進(jìn)工作面易形成瓦斯積聚超限。
(2)掘進(jìn)工作面是依靠局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行獨(dú)頭巷道通風(fēng)的，其可靠性差，容易發(fā)生無計劃突然停電停
風(fēng)，形成瓦斯積聚。
(3)掘進(jìn)巷道斷面有限、空間狹窄，打眼放炮、機(jī)掘落煤、裝煤運(yùn)輸?shù)雀魃a(chǎn)環(huán)節(jié)均不斷地產(chǎn)生大
量煤塵，若防塵效果不良，就會潛伏煤塵爆炸危險。
(4)掘進(jìn)巷道可燃物集中，有風(fēng)筒、電纜等，機(jī)電設(shè)備多，容易發(fā)生機(jī)電事故和違章放炮，從而形
成多種火源，導(dǎo)致瓦斯煤塵爆炸，造成火災(zāi)。
掘進(jìn)安全技術(shù)裝備系列化，對于保證掘進(jìn)工作面通風(fēng)安全可靠性具有重要意義。掘進(jìn)安全技術(shù)裝備
系列化是在治理瓦斯、煤塵、火災(zāi)等災(zāi)害的實踐中不斷發(fā)展起來的多種安全技術(shù)裝備，是預(yù)防與治理相
結(jié)合的防止掘進(jìn)工作面瓦斯、煤塵爆炸與火災(zāi)等災(zāi)害的行之有效的綜合性安全措施。
二、保證局部通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)
1、雙風(fēng)機(jī)、雙電源、自動換機(jī)和風(fēng)筒自動倒風(fēng)裝置
正常通風(fēng)時由專用開關(guān)供電，使局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)通風(fēng);一旦常用局部通風(fēng)機(jī)因故障停機(jī)時，電源開
關(guān)自動切換，備用風(fēng)機(jī)即刻啟動，繼續(xù)供風(fēng)，從而保證了局部通風(fēng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于雙風(fēng)機(jī)共用一趟
主風(fēng)筒，風(fēng)機(jī)要實現(xiàn)自動倒臺，則連接兩風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒也必須能夠自動倒風(fēng)。風(fēng)筒自動倒風(fēng)裝置有以下兩
種結(jié)構(gòu):
（1)短節(jié)倒風(fēng)
將連接常用風(fēng)機(jī)風(fēng)筒一端的半圓與連接備用風(fēng)機(jī)風(fēng)筒一端的半周膠粘、縫合在一起(其長度為風(fēng)簡
直徑的1~2 倍)，套入共用風(fēng)筒，并對接頭部進(jìn)行粘聯(lián)防漏風(fēng)處理，即可投入使用。常用風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，
由于風(fēng)機(jī)風(fēng)壓作用，連接常用風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒被吹開，將與此并聯(lián)的備用風(fēng)機(jī)風(fēng)筒緊壓在雙層風(fēng)筒段內(nèi)，關(guān)
閉了備用風(fēng)機(jī)風(fēng)筒。若常用風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，備用風(fēng)機(jī)啟動，則連接常用風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒被緊壓在雙層風(fēng)簡段內(nèi)，
關(guān)閉了常用風(fēng)機(jī)風(fēng)筒。從而達(dá)到自動倒風(fēng)換流的目的。
（2)切換片倒風(fēng)
在連接常用風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒與連接備用風(fēng)機(jī)的風(fēng)簡之間平面夾粘一片長度等于風(fēng)簡直徑1，5~3·0 倍、
寬度大于1/風(fēng)筒周長的倒風(fēng)切換片，將其嵌套在共用風(fēng)簡內(nèi)并膠粘在一起，經(jīng)防漏風(fēng)處理后便可投入使
用。常用風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，由于風(fēng)機(jī)風(fēng)壓作用，倒風(fēng)切換片將連接備用風(fēng)機(jī)的風(fēng)簡關(guān)閉。若常用風(fēng)機(jī)停機(jī)，
備用風(fēng)機(jī)啟動，則倒風(fēng)切換片又將連接常用風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒關(guān)閉，從而達(dá)到自動倒風(fēng)換流的目的。
2、“三專二閉鎖”裝置
"三專"是指專用變壓器、專用開關(guān)、專用電纜，"兩閉鎖"則指風(fēng)、電閉鎖和瓦斯、電閉鎖。
其功能是:只有在局部通風(fēng)機(jī)正常供風(fēng)、掘進(jìn)巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛炔怀^規(guī)定限值時，方能向巷道內(nèi)
機(jī)電設(shè)備供電;當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)時，自動切斷所控機(jī)電設(shè)備的電源;當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定限值時，系統(tǒng)
能自動切斷瓦斯傳感器控制范圍內(nèi)的電源，而局部通風(fēng)機(jī)仍可照常運(yùn)轉(zhuǎn)。若局部通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)、停風(fēng)區(qū)內(nèi)
瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定限值時，局部通風(fēng)機(jī)便自行閉鎖，重新恢復(fù)通風(fēng)時，要人工復(fù)電，先送風(fēng)，當(dāng)瓦斯?jié)?
度降到安全容許值以下時才能送電。從而提高了局部通風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)供風(fēng)的安全可靠性。
3、局部通風(fēng)機(jī)遙訊裝置
其作用是監(jiān)視局部通風(fēng)機(jī)開停運(yùn)行狀態(tài)。高瓦斯和突出礦井所用的局部通風(fēng)機(jī)要安設(shè)載波遙迅器，
以便實時監(jiān)視其運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
第六章局部通風(fēng)
- 79 -
4、積極推行使用局部通風(fēng)機(jī)消聲裝置
其作用是降低局部通風(fēng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部氣流沖擊產(chǎn)生的噪聲。
三、加強(qiáng)瓦斯檢查和監(jiān)測
(1)安設(shè)瓦斯自動報警斷電裝置，實現(xiàn)瓦斯遙測。當(dāng)掘進(jìn)巷道中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時，通過低濃度瓦
斯傳感器自動報警;瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1·5%時，通過瓦斯斷電儀自動斷電。高瓦斯和突出礦井要裝備瓦斯斷
電儀或瓦斯遙測儀，對炮掘工作面迎頭5m內(nèi)和巷道冒頂處瓦斯積聚地點要設(shè)置便攜式瓦斯檢測報警儀，
班組長下井時也要隨身攜帶這種儀表，以便隨時檢查可疑地點的瓦斯?jié)舛取?
(2)放炮員配備瓦斯檢測器，堅持"一炮三檢"在掘進(jìn)作業(yè)的裝藥前、放炮前和放炮后都要認(rèn)真檢查放
炮地點附近的瓦斯。
(3)實行專職瓦斯檢查員隨時檢查瓦斯制度。
四、綜合防塵措施
掘進(jìn)巷道的礦塵來源，當(dāng)用鉆眼爆破法掘進(jìn)時，主要產(chǎn)生于鉆眼、爆破、裝巖工序，其中以鑿巖產(chǎn)
塵量最高;當(dāng)用綜掘機(jī)掘進(jìn)時，切割和裝載工序以及綜掘機(jī)整個工作期間，礦塵產(chǎn)生量都很大。因此，
要做到濕式煤電鉆打眼，爆破使用水炮泥，綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧。要有完善的灑水除塵和滅火兩用的供水系
統(tǒng)，實現(xiàn)放炮噴霧、裝煤巖灑水和轉(zhuǎn)載點噴霧，安設(shè)噴霧水幕凈化風(fēng)流，定期用預(yù)設(shè)軟管沖刷清潔巷道。
從而達(dá)到減少礦塵的飛揚(yáng)各堆積。
五、防火防爆安全措施
機(jī)電設(shè)備嚴(yán)格采用防爆型及安全火花型;局部通風(fēng)機(jī)、裝巖機(jī)和煤電鉆都要采用綜合保護(hù)裝置1 移
動式和手持式電氣設(shè)備必須使用專用的不延燃性橡膠電纜;照明、通訊、信號和控制專用導(dǎo)線必須用橡
套電纜。高瓦斯及突出礦井要使用乳化炸藥，逐步推廣屏蔽電纜和阻燃抗靜電風(fēng)簡。
六、隔爆與自救措施
設(shè)置安全可靠的隔爆設(shè)施，所有人員必須攜帶自救器。煤與瓦斯突出礦井的煤巷掘進(jìn)，應(yīng)安設(shè)防瓦
斯逆流災(zāi)害設(shè)施，如防突反向風(fēng)門、風(fēng)筒和水溝防逆風(fēng)裝置以及壓風(fēng)急救袋和避難碉室，并安裝直通地
面調(diào)度室的電話。
實施掘進(jìn)安全技術(shù)裝備系列化的礦井，提高了礦井防災(zāi)和抗災(zāi)能力，降低了礦塵濃度與噪聲，改善
了掘進(jìn)工作面的作業(yè)環(huán)境。
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、壓入式局部通風(fēng)機(jī)和啟動裝置，必須安裝在巷道中，距掘進(jìn)巷道回風(fēng)口不得小于米。
2、通風(fēng)使井下風(fēng)流處于負(fù)壓狀態(tài)。
3、根據(jù)進(jìn)出風(fēng)井筒在井田相對位置不同，礦井通風(fēng)方式可分為、 和 。
4、“一炮三檢”是指、 和 必須檢查放炮地點附近的瓦斯?jié)舛取?
5、礦井通風(fēng)方法分為抽出式、壓入式、三種。
6、掘進(jìn)中的巖巷允許風(fēng)速最高為。
7、礦井通風(fēng)方式是指進(jìn)風(fēng)井、出風(fēng)井的。
8、采煤工作面允許最低風(fēng)速為。
9、主要進(jìn)、回風(fēng)巷中的允許最高風(fēng)速為。
10、礦井通風(fēng)方式分為中央式、對角式、、混合式四種。
11、構(gòu)筑臨時密閉前， 內(nèi)支護(hù)要完好，無片幫、冒頂，無雜物、積水和淤泥。
12、目前我國主要采用長壁式開采，在長壁式開采的采煤工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷的布置有等型式。
13、局部通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方式有、 和 三種。
14、采煤工作面合理風(fēng)速范圍為、運(yùn)輸大巷的最高風(fēng)速為。
15、掘進(jìn)通風(fēng)方法分為利用礦井總風(fēng)壓通風(fēng)和使用通風(fēng)。
16、局部通風(fēng)機(jī)的工作方式有、 、 三種。
17、掘進(jìn)巷道的混合式通風(fēng)應(yīng)采用的方式。
18、一炮三泥是指、水泡泥和。
19、采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中，按體積計算，氧氣濃度不得低于。
20、專為升降物料的井筒，其最高允許風(fēng)速為。
21、掘進(jìn)巷道時的通風(fēng)叫掘進(jìn)通風(fēng)。其主要特點是： ，本身不能形成通風(fēng)系統(tǒng)。
22、我國煤礦掘進(jìn)通風(fēng)廣泛使用壓入式局部通風(fēng)機(jī)的方式是由于壓入式通風(fēng)具有；有效射程大，
排煙和瓦斯能力強(qiáng)；能適應(yīng)各類；風(fēng)筒的漏風(fēng)對排除炮煙和瓦斯起到有益的作用。
礦井通風(fēng)與安全
- 80 -
23、礦井掘進(jìn)通風(fēng)的主要方法有利用礦井全風(fēng)壓通風(fēng)、和 三種。
24、在瓦斯噴出區(qū)域，高瓦斯礦井，煤巖與瓦斯突出礦井中，掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)采用的三專
是： 、 、專用線路三專供電。
25、三專兩閉鎖中的三專是指、 和專用變壓器。
26、有瓦斯涌出的掘進(jìn)工作面，抽出式通風(fēng)筒的吸風(fēng)口應(yīng)安設(shè)。
二、選擇題
1、我國礦井主通風(fēng)機(jī)的主要工作方法是。
A、壓入式 B、混合式 C、抽出式
2、掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)通風(fēng)機(jī)的最常用的工作方法是。
A、壓入式 B、混合式 C、抽出式
3、下列各種局部通風(fēng)方法中屬于利用主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓通風(fēng)的是。
A、擴(kuò)散通風(fēng) B、風(fēng)障導(dǎo)風(fēng) C、局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng) D、引射器通風(fēng)
4、瓦斯巷道掘進(jìn)通常選用哪種局部通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方式。
A、抽出式 B、壓入式 C、聯(lián)合式
5、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，掘進(jìn)巷道不得采取通風(fēng)。
A、擴(kuò)散 B、風(fēng)墻導(dǎo)風(fēng) C、引射器通風(fēng) D、風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)
6、采區(qū)進(jìn)回風(fēng)巷的最高允許風(fēng)速為 m/s。
A、10 B、8 C、6 D、4
7、采煤工作面采用通風(fēng)方式時，采空區(qū)漏風(fēng)量大。
A．U 型 B．Y 型 C．W 型 D．U+L
8、進(jìn)風(fēng)井位于井田中央，出風(fēng)井在兩翼的通風(fēng)方式稱為。
A．中央式 B．對角式 c．分區(qū)式 D．混合式
9、采煤工作面、掘進(jìn)中的煤巷和半煤巖巷，允許最低風(fēng)速為。
A．1.0 m/s B．0.25 m/s C．0.15 m/s
10、凡長度超過而又不通風(fēng)或通風(fēng)不良的獨(dú)頭巷道，統(tǒng)稱盲巷。
A．6 m B．10 m C．15 m
11、“一通三防”中的“三防”是指。
A、防瓦斯、防塵和防水 B、防瓦斯、防塵和防火 C、防瓦斯、防火和防水
12、爆破作業(yè)地點附近20 米內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到%時，嚴(yán)禁爆破。
A、0.5 B、1 C、1.5 D、2
13、壓人式通風(fēng)的風(fēng)流有效射程一般可達(dá)。
A．5～6 m B．7～8 m C．8～10 m
14、安裝在進(jìn)風(fēng)流中的局部通風(fēng)機(jī)距回風(fēng)口不得小于。
A．5 m B．10 m C．15 m D．20 m
15、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，主要進(jìn)回風(fēng)巷最高允許風(fēng)速為。
A．6 m/s B．8 m/s C．10 m/s D．12 m/s
16、不得采用抽出式通風(fēng)方式。
A．煤巷掘進(jìn)工作面 B．有瓦斯涌出巷道的掘進(jìn)工作面
C．巖巷掘進(jìn)工作面 D．煤巖、半煤巖和有瓦斯涌出巷道的掘進(jìn)工作面
17、是與通風(fēng)方式有關(guān)的概念。
A．中央并列式，對角式 B．抽出式，壓人式 C．離心式，軸流式 D．以上都不是
18、中央并列式通風(fēng)方式的進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井間距一般不應(yīng)小于。
A．20 m B．30 m C．50 m D．80 m
19、混合式局部通風(fēng)，抽出式通風(fēng)筒吸風(fēng)口與掘進(jìn)工作面的距離不得大于。
A．15 m B．10 m C．5 m D．3 m
20、下列不屬于三專兩閉鎖中三專的是。
A、專人管理 B、專業(yè)電纜 C、專業(yè)開關(guān) D、專業(yè)變壓器
21、下列不屬于三人連鎖放炮的是。
A、班長 B、瓦斯檢查員 C、放炮員 D、通風(fēng)工
22、為了提高爆破效果和保證安全爆破，炮眼裝藥后必須裝填。
A 巖石碎塊 B 小木塊C 水炮泥
23、爆破地點附近以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%，嚴(yán)禁爆破。
A 15 米B 20 米 C 25 米
第六章局部通風(fēng)
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24、《規(guī)程》規(guī)定，瓦斯噴出區(qū)域或突出礦井的掘進(jìn)工作面嚴(yán)禁采用。
A、抽出式 B、壓入式 C、混合式
25、下列各項不會減少風(fēng)筒風(fēng)阻的措施是。
A、增大風(fēng)筒直徑； B、減少拐彎處的曲率半徑；
C、減少接頭個數(shù)； D、及時排出風(fēng)筒內(nèi)的積水；
26、下列哪種風(fēng)筒可適用于多種局部通風(fēng)方式的是。
A、帆布風(fēng)筒 B、人造革風(fēng)筒 C、玻璃鋼風(fēng)筒
27、井下最多可采用局部通風(fēng)機(jī)同時向1個掘進(jìn)工作面供風(fēng)。
A．1 臺 B．2 臺 C．3 臺 D．4臺
三、判斷題
1、長抽短壓式混合掘進(jìn)通風(fēng)的壓入風(fēng)量應(yīng)小于抽出風(fēng)量。
2、抽出式通風(fēng)機(jī)使井下風(fēng)流處于負(fù)壓狀態(tài)。
3、壓入式局部通風(fēng)機(jī)可以安裝在距回風(fēng)口15m處的進(jìn)風(fēng)巷道里。
4、三專兩閉鎖中的三專是指：專人管理、專用開關(guān)和專用變壓器。
2、在設(shè)有各類支架巷道中，巷道風(fēng)流是指距支架和巷底各50 mm 的巷道空間內(nèi)的風(fēng)流。
3、軸流式通風(fēng)機(jī)可采取反轉(zhuǎn)反風(fēng)。
4、通風(fēng)機(jī)常用齒輪聯(lián)軸器或蛇形彈簧式聯(lián)軸器。
5、井下掘進(jìn)巷道不得采用擴(kuò)散通風(fēng)。
6、因為井巷中有阻止空氣流通的反作用力，所以要實行機(jī)械通風(fēng)。
7、使用3 臺局部通風(fēng)機(jī)同時向1 個掘進(jìn)工作面供風(fēng)，以滿足風(fēng)量要求。
8、煤巖、半煤巖掘進(jìn)工作面應(yīng)采用壓人式，不得采用抽出式通風(fēng)方式。
9、混合式通風(fēng)時，抽出式通風(fēng)機(jī)啟動后對應(yīng)的壓人式通風(fēng)機(jī)才能啟動。
10、采煤工作面和掘進(jìn)工作面都必須采取獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。
11、溜煤眼不得兼作進(jìn)風(fēng)眼。
12、1 臺局部通風(fēng)機(jī)最多只能向2個掘進(jìn)工作面供風(fēng)。
13、對于裝有風(fēng)電閉鎖裝置的掘進(jìn)工作面，電氣設(shè)備的總開關(guān)與局部通風(fēng)機(jī)開關(guān)是閉鎖起來的。
14、臺局部通風(fēng)機(jī)不得同時向2 個作業(yè)的掘進(jìn)工作面供風(fēng)。
15、利用局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓對風(fēng)井進(jìn)行通風(fēng)的方法，稱局部通風(fēng)。
16、局部通風(fēng)機(jī)的吸人風(fēng)量要小于全風(fēng)壓的風(fēng)量。
17、井下通風(fēng)構(gòu)筑物是主要漏風(fēng)地點。
18、中央式通風(fēng)方式，邊遠(yuǎn)采區(qū)與中央采區(qū)風(fēng)阻相差懸殊。
19、每一個生產(chǎn)水平和采區(qū)都必須布置單獨(dú)的回風(fēng)巷，實行分區(qū)通風(fēng)。
20、位于掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)，其噪聲不得超過85 dB。
21、掘進(jìn)巷道的混合式通風(fēng)，既可以使用局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，又可以使用風(fēng)障通風(fēng)。
22、混合式通風(fēng)方式即指中央式和對角式的混合布置。
23、風(fēng)筒針眼漏出的風(fēng)量比較小。
24、利用礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓通風(fēng)是局部通風(fēng)的一種方法。
25、應(yīng)保持密閉前5m內(nèi)巷道支護(hù)完好，無片幫、冒頂。
26、局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒出口距工作面不得超過10m。
四、簡答題
1、全風(fēng)壓通風(fēng)有哪些布置方式？試簡述其優(yōu)缺點及適用條件。
2、簡述引射器通風(fēng)的原理、優(yōu)缺點及適用條件。
3、簡述壓入式通風(fēng)的排煙過程及其技術(shù)要求。
4、試述壓入式、抽出式通風(fēng)的優(yōu)缺點及其適用條件。
5、試述混合式通風(fēng)的特點與要求？
6、有效射程、有效吸程、炮煙拋擲長度及稀釋安全長度的含義是什么？
7、可控循環(huán)通風(fēng)的含義及其優(yōu)缺點、適用條件是什么？
8、長距離獨(dú)頭巷道通風(fēng)在技術(shù)上有何困難，應(yīng)如何克服？
9、試述局部通風(fēng)機(jī)串聯(lián)、并聯(lián)的目的、方式和使用條件。
10、試述風(fēng)筒有效風(fēng)量率、漏風(fēng)率、漏風(fēng)系數(shù)的含義及其相互關(guān)系。
11、試述局部通風(fēng)設(shè)計步驟。
12、局部通風(fēng)裝備選型的一般原則是什么？
13、掘進(jìn)通風(fēng)安全裝備系列化包括哪些內(nèi)容？并有什么安全作用？
礦井通風(fēng)與安全
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14、柔性與剛性風(fēng)筒的風(fēng)阻有何異同點？兩者的漏風(fēng)狀況有何不同？
15、風(fēng)筒的選擇與使用中應(yīng)注意哪些問題？
16、壓入式局部通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方式的適用條件有哪些?
17、煤礦主要通風(fēng)機(jī)為什么常用抽出式通風(fēng)？
18、目前我國大部分礦井的主要通風(fēng)機(jī)為什么都采用抽出式通風(fēng)？
19、為什么《規(guī)程》規(guī)定，生產(chǎn)水平和采區(qū)必須實行分區(qū)通風(fēng)？
20、為什么目前我國煤礦掘進(jìn)通風(fēng)廣泛使用壓入式局部通風(fēng)機(jī)的方式。
21、抽出式局部通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方式的適用條件有哪些?
22、“一炮三檢”指的是什么？
五、判斷、作圖與設(shè)計
如題圖6-1所示巷道掘進(jìn)工作面及新風(fēng)風(fēng)流方向，試設(shè)計掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)通風(fēng)，標(biāo)出各掘進(jìn)通風(fēng)設(shè)備
名稱和有關(guān)的參數(shù)。
題圖6-1
六、計算題
1．某風(fēng)筒長1000 m，直徑800 mm，接頭風(fēng)阻＝0.2 Ns2/m8，節(jié)長50 m，風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)0.003 Ns2/m4，
風(fēng)筒拐兩個90o彎，試計算風(fēng)筒的總風(fēng)阻。
2．為開拓新區(qū)而掘進(jìn)的運(yùn)輸大巷，長度1800 m，斷面為12 m2，一次爆破炸藥量為15 kg。若風(fēng)筒為直
徑600 mm 的膠布風(fēng)筒，雙反邊聯(lián)接，風(fēng)筒節(jié)長50 m，風(fēng)筒百米漏風(fēng)率為1％。試進(jìn)行該巷道掘進(jìn)局部
通風(fēng)設(shè)計。（1）計算工作面需風(fēng)量；（2）計算局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量和風(fēng)壓；（3）選擇局部通風(fēng)機(jī)型
號、規(guī)格和臺數(shù)。（4）若風(fēng)筒直徑選800 mm的膠布風(fēng)筒，其他條件不變時，再重新選擇局部通風(fēng)機(jī)的
型號、規(guī)格和臺數(shù)。
七、名詞解釋
循環(huán)風(fēng)
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
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第七章 礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
【本章主要內(nèi)容】
1、礦井通風(fēng)系統(tǒng)—類型、適應(yīng)條件、主要通風(fēng)機(jī)工作方式、安裝地點、通風(fēng)系統(tǒng)的選擇
2、采區(qū)通風(fēng)—基本要求、進(jìn)回風(fēng)上山選擇、采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)
3、通風(fēng)構(gòu)筑物及漏風(fēng)—風(fēng)門、風(fēng)橋、密閉、導(dǎo)風(fēng)板；礦井漏風(fēng)、漏風(fēng)率、有效風(fēng)量率、減少漏風(fēng)措施
4、礦井通風(fēng)設(shè)計—內(nèi)容與要求、優(yōu)選通風(fēng)系統(tǒng)、礦井風(fēng)量計算、阻力計算、通風(fēng)設(shè)備選擇
5、可控循環(huán)通風(fēng)
第一節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng)
礦井通風(fēng)系統(tǒng)是向礦井各作業(yè)地點供給新鮮空氣、排出污濁空氣的通風(fēng)網(wǎng)路、通風(fēng)動力和通風(fēng)控制
設(shè)施的總稱。
一、礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類型及其適用條件
按進(jìn)、回井在井田內(nèi)的位置不同，通風(fēng)系統(tǒng)可分為中央式、對角式、區(qū)域式及混合式。
1、中央式
進(jìn)、回風(fēng)井均位于井田走向中央。根據(jù)進(jìn)、回風(fēng)井的相對位置，又分為中央并列式和中央邊界式（中
央分列式）。
2、對角式
（1）兩翼對角式
進(jìn)風(fēng)井大致位于井田走向的中央，兩個回風(fēng)井位于井田邊界的兩翼（沿傾斜方向的淺部），稱為兩
翼對角式，如果只有一個回風(fēng)井，且進(jìn)、回風(fēng)分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式。
圖7-1 兩翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)
（2）分區(qū)對角式
進(jìn)風(fēng)井位于井田走向的中央，在各采區(qū)開掘一個不深的小回風(fēng)井，無總回風(fēng)巷。
圖7-2 分區(qū)對角式通風(fēng)系統(tǒng)
3、區(qū)域式
在井田的每一個生產(chǎn)區(qū)域開鑿進(jìn)、回風(fēng)井，分別構(gòu)成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。如圖。
圖7-3 區(qū)域式通風(fēng)系統(tǒng)
4、混合式
由上述諸種方式混合組成。例如，中央分列與兩翼對角混合式，中央并列與兩翼對角混合式等等。
礦井通風(fēng)與安全
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二、主要通風(fēng)機(jī)的工作方式與安裝地點
主要通風(fēng)機(jī)的工作方式有三種：抽出式、壓入式、壓抽混合式。
1、抽出式
主要通風(fēng)機(jī)安裝在回風(fēng)井口，在抽出式主要通風(fēng)機(jī)的作用下，整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在低于當(dāng)?shù)卮髿?
壓力的負(fù)壓狀態(tài)。當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)因故停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，井下風(fēng)流的壓力提高，比較安全。
2、壓入式
主要通風(fēng)機(jī)安設(shè)在入風(fēng)井口，在壓入式主要通風(fēng)機(jī)作用下，整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在高于當(dāng)?shù)卮髿鈮?
的正壓狀態(tài)。在冒落裂隙通達(dá)地面時，壓入式通風(fēng)礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出。當(dāng)主要通
風(fēng)機(jī)因故停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，井下風(fēng)流的壓力降低。
3、壓抽混合式
在入風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機(jī)作壓入式工作，回風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機(jī)作抽出式工作。通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)部分處于正
壓，回風(fēng)部分處于負(fù)壓，工作面大致處于中間，其正壓或負(fù)壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風(fēng)因而較小。
其缺點是使用的通風(fēng)機(jī)設(shè)備多，管理復(fù)雜。
三、礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇
根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、礦井瓦斯涌出量、煤層自
燃傾向性等條件，在確保礦井安全、兼顧中、后期生產(chǎn)需要的前提下，通過對多種個可行的礦井通風(fēng)系
統(tǒng)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。
中央式通風(fēng)系統(tǒng)具有井巷工程量少、初期投資省的優(yōu)點。因此，礦井初期宜優(yōu)先采用。
有煤與瓦斯突出危險的礦井、高瓦斯礦井、煤層易自燃的礦井及有熱害的礦井，應(yīng)采用對角式或分
區(qū)對角式通風(fēng)；
當(dāng)井田面積較大時，初期可采用中央通風(fēng)，逐步過渡為對角式或分區(qū)對角式。
礦井通風(fēng)方法一般采用抽出式。當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜、露頭發(fā)育老窯多、采用多風(fēng)井通風(fēng)有利時，可采用壓
入式通風(fēng)。
第二節(jié) 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)
采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要組成單元, 包括：采區(qū)進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)和工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道組成
的風(fēng)路連接形式及采區(qū)內(nèi)的風(fēng)流控制設(shè)施。
一、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求
1、每一個采區(qū)， 都必須布置回風(fēng)道，實行分區(qū)通風(fēng)。
2、采煤和掘進(jìn)工作面應(yīng)獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。有特殊困難必須串聯(lián)通風(fēng)時應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。
3、煤層傾角大于12°的采煤工作面采用下行通風(fēng)時，報礦總工程師批準(zhǔn)，
4、采煤和掘進(jìn)工作面的進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)，都不得經(jīng)過采空區(qū)或冒落區(qū)。
二、采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山與回風(fēng)上山的選擇
上（下）山至少要有兩條；對生產(chǎn)能力大的采區(qū)可有3 條或4 條上山。
1、軌道上山進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸機(jī)上山回風(fēng)
2、運(yùn)輸機(jī)上山進(jìn)風(fēng)、軌道上山回風(fēng)
比較：軌道上山進(jìn)風(fēng)，新鮮風(fēng)流不受煤炭釋放的瓦斯、煤塵污染及放熱影響，輸送機(jī)上山進(jìn)風(fēng)，運(yùn)
輸過程中所釋放的瓦斯，可使進(jìn)風(fēng)流的瓦斯和煤塵濃度增大，影響工作面的安全衛(wèi)生條件。
三、采煤工作面上行風(fēng)與下行風(fēng)
上行風(fēng)與下行風(fēng)是指進(jìn)風(fēng)流方向與采煤工作面的關(guān)系而言。當(dāng)采煤工作面進(jìn)風(fēng)巷道水平低于回風(fēng)巷
時，采煤工作面的風(fēng)流沿傾斜向上流動，稱上行通風(fēng)，否則是下行通風(fēng)。
圖7-4 上行通風(fēng)、下行通風(fēng)
優(yōu)缺點：
１、下行風(fēng)的方向與瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積存的現(xiàn)象。
２、上行風(fēng)比下行風(fēng)工作面的氣溫要高。
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
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３、下行風(fēng)比上行風(fēng)所需要的機(jī)械風(fēng)壓要大；
４、下行風(fēng)在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風(fēng)要大。
四、工作面通風(fēng)系統(tǒng)
1、U 型與Z型通風(fēng)系統(tǒng)
圖7-5 U型與Z型通風(fēng)系統(tǒng)
2、Y 型、W型及雙Z型通風(fēng)系統(tǒng)
圖7-6 Y型、W型及雙Z型通風(fēng)系統(tǒng)
3、H 型通風(fēng)系統(tǒng)
圖7-7 H型通風(fēng)系統(tǒng)
第三節(jié) 通風(fēng)構(gòu)筑物及漏風(fēng)
礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)路中適當(dāng)位置安設(shè)的隔斷、引導(dǎo)和控制風(fēng)流的設(shè)施和裝置，以保證風(fēng)流按生產(chǎn)需要
流動。這些設(shè)施和裝置，統(tǒng)稱為通風(fēng)構(gòu)筑物。
一、通風(fēng)構(gòu)筑物
分為兩大類：一類是通過風(fēng)流的通風(fēng)構(gòu)筑物，如主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐、反風(fēng)裝置、風(fēng)橋、導(dǎo)風(fēng)板和調(diào)節(jié)
風(fēng)窗；另一類是隔斷風(fēng)流的通風(fēng)構(gòu)筑物，如井口密閉、擋風(fēng)墻、風(fēng)簾和風(fēng)門等。
1、風(fēng)門
按設(shè)地點：在通風(fēng)系統(tǒng)中既要隔斷風(fēng)流又要行人或通車的地方應(yīng)設(shè)立風(fēng)門。在行人或通車不多的地
方，可構(gòu)筑普通風(fēng)門。而在行人通車比較頻繁的主要運(yùn)輸?shù)郎希瑒t應(yīng)構(gòu)筑自動風(fēng)門。
圖7-8 風(fēng)門
設(shè)置風(fēng)門的要求：
（1）每組風(fēng)門不少于兩道，通車風(fēng)門間距不小于一列車長度，行人風(fēng)門間距不小于5m。入排風(fēng)巷
道之間要需設(shè)風(fēng)門處同時設(shè)反向風(fēng)門，其數(shù)量不少于兩道；
（2）風(fēng)門能自動關(guān)閉；通車風(fēng)門實現(xiàn)自動化，礦井總回風(fēng)和采區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)門要裝有閉鎖裝置；
風(fēng)門不能同時敞開（包括反風(fēng)門）；
（3）門框要包邊沿口，有墊襯，四周接觸嚴(yán)密，門扇平整不漏風(fēng)，門扇與門框不歪扭。門軸與門
框要向關(guān)門方向傾斜80°至85°；
（4）風(fēng)門墻垛要用不燃材料建筑，厚度不小于0.5m，嚴(yán)密不漏風(fēng)；墻垛周邊要掏槽，見硬頂、硬
幫與煤巖接實。墻垛平整，無裂縫、重縫和空縫；
（5）風(fēng)門水溝要設(shè)反水池或擋風(fēng)簾，通車風(fēng)門要設(shè)底坎，電管路孔要堵嚴(yán)；風(fēng)門前后各5m 內(nèi)巷
道支護(hù)良好，無雜物、積水、淤泥。
礦井通風(fēng)與安全
- 86 -
2、風(fēng)橋
當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)中進(jìn)風(fēng)道與回風(fēng)道需水平交叉時，為使進(jìn)風(fēng)與回風(fēng)互相隔開需要構(gòu)筑風(fēng)橋。按其結(jié)構(gòu)不
同可分為三種。
（1）繞道式風(fēng)橋
開鑿在巖石里，最堅固耐用，漏風(fēng)少。
圖7-9 繞道式風(fēng)橋
（2）混凝土風(fēng)橋
結(jié)構(gòu)緊湊，比較堅固。
圖7-10 混凝土風(fēng)橋
（3）鐵筒風(fēng)橋
可在次要風(fēng)路中使用。
圖7-11 鐵筒風(fēng)橋
3、密閉
密閉是隔斷風(fēng)流的構(gòu)筑物。設(shè)置在需隔斷風(fēng)流、也不需要通車行人的巷道中。密閉的結(jié)構(gòu)隨服務(wù)年
限的不同而分為兩類：
（1）臨時密閉，常用木板、木段等修筑，并用黃泥、石灰抹面。
（2）永久密閉，常用料石、磚、水泥等不燃性材料修筑。
圖7-12 密閉結(jié)構(gòu)示意圖
4、導(dǎo)風(fēng)板
應(yīng)用以下幾種導(dǎo)風(fēng)板。
圖7-13 導(dǎo)風(fēng)板種類
（1）引風(fēng)導(dǎo)風(fēng)板；
（2）降阻導(dǎo)風(fēng)板；
（3）匯流導(dǎo)風(fēng)板。
二、漏風(fēng)及有效風(fēng)量
1、礦井漏風(fēng)及其危害性
有效風(fēng)量：礦井中流至各用風(fēng)地點，起到通風(fēng)作用的風(fēng)量。
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
- 87 -
漏風(fēng)：未經(jīng)用風(fēng)地點而經(jīng)過采空區(qū)、地表塌陷區(qū)、通風(fēng)構(gòu)筑物和煤柱裂隙等通道直接流（滲）入回
風(fēng)道或排出地表的風(fēng)量。
漏風(fēng)的危害：使工作面和用風(fēng)地點的有效風(fēng)量減少，氣候和衛(wèi)生條件惡化，增加無益的電能消耗，
并可導(dǎo)致煤炭自燃等事故。減少漏風(fēng)、提高有效風(fēng)量是通風(fēng)管理部門的基本任務(wù)。
2、漏風(fēng)的分類及原因
（1）漏風(fēng)的分類
礦井漏風(fēng)按其地點可分為：
①、外部漏風(fēng)（或稱井口漏風(fēng)）泛指地表附近如箕斗井井口，地面主通風(fēng)機(jī)附近的井口、防爆蓋、
反風(fēng)門、調(diào)節(jié)閘門等處的漏風(fēng)。
②、內(nèi)部漏風(fēng)（或稱井下漏風(fēng)）是指井下各種通風(fēng)構(gòu)筑物的漏風(fēng)、采空區(qū)以及碎裂的煤柱的漏風(fēng)。
（2）漏風(fēng)的原因
當(dāng)有漏風(fēng)通路存在，并在其兩端有壓差時，就可產(chǎn)生漏風(fēng)。漏風(fēng)風(fēng)流通過孔隙的流態(tài)，視孔隙情況
和漏風(fēng)大小而異。
3、礦井漏風(fēng)率及有效風(fēng)量率
（1）礦井有效風(fēng)量Qe 是指風(fēng)流通過井下各工作地點實際風(fēng)量總和。
（2）礦井有效風(fēng)量率： 礦井有效風(fēng)量率是礦井有效風(fēng)量Qe與各臺主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量總和之比。礦
井有效風(fēng)量率應(yīng)不低于85%。
（3）礦井外部漏風(fēng)量
指直接由主要通風(fēng)機(jī)裝置及其風(fēng)井附近地表漏失的風(fēng)量總和。可用各臺主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的總和減去
礦井總回（或進(jìn)）風(fēng)量。
（4）礦井外部漏風(fēng)率
指礦井外部漏風(fēng)量QL與各臺主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量總和之比。
礦井主要通風(fēng)機(jī)裝置外部漏風(fēng)率無提升設(shè)備時不得超過5％，有提升設(shè)備時不得超過15％。
4、減少漏風(fēng)、提高有效風(fēng)量
漏風(fēng)風(fēng)量與漏風(fēng)通道兩端的壓差成正比，和漏風(fēng)風(fēng)阻的大小成反比。應(yīng)增加地面主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)硐、
反風(fēng)道及附近的風(fēng)門的氣密性，以減少漏風(fēng)。
第四節(jié) 礦井通風(fēng)設(shè)計
一、礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容與要求
１、礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容
（1）確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)；
（2）礦井風(fēng)量計算和風(fēng)量分配；
（3）礦井通風(fēng)阻力計算；
（4）選擇通風(fēng)設(shè)備；
（5）概算礦井通風(fēng)費(fèi)用。
２、礦井通風(fēng)設(shè)計的要求
（1）將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所，保證生產(chǎn)和良好的勞動條件；
（2）通風(fēng)系統(tǒng)簡單，風(fēng)流穩(wěn)定，易于管理，具有抗災(zāi)能力；
（3）發(fā)生事故時，風(fēng)流易于控制，人員便于撤出；
（4）有符合規(guī)定的井下環(huán)境及安全監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施；
（5）通風(fēng)系統(tǒng)的基建投資省，營運(yùn)費(fèi)用低、綜合經(jīng)濟(jì)效益好。
二、優(yōu)選礦井通風(fēng)系統(tǒng)
1、礦井通風(fēng)系統(tǒng)的要求
（1）每一礦井必須有完整的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。
（2）進(jìn)風(fēng)井囗應(yīng)按全年風(fēng)向頻率，必須布置在不受粉塵、煤塵、灰塵、有害氣體和高溫氣體侵入
的地方。
（3）箕斗提升井或裝有膠帶輸送機(jī)的井筒不應(yīng)兼作進(jìn)風(fēng)井，如果兼作回風(fēng)井使用，必須采取措施，
滿足安全的要求。
（4）多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)，在滿足風(fēng)量按需分配的前提下，各主要通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓應(yīng)接近。
（5）每一個生產(chǎn)水平和每一采區(qū)，必須布置回風(fēng)巷，實行分區(qū)通風(fēng)。
礦井通風(fēng)與安全
- 88 -
（6）井下爆破材料庫必須有單獨(dú)的新鮮風(fēng)流，回風(fēng)風(fēng)流必須直接引入礦井的總回風(fēng)巷或主要回風(fēng)
巷中。
（7）井下充電室必須單獨(dú)的新鮮風(fēng)流通風(fēng)，回風(fēng)風(fēng)流應(yīng)引入回風(fēng)巷。
２、確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)
根據(jù)礦井瓦斯涌出量、礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、煤層自
燃傾向性及兼顧中后期生產(chǎn)需要等條件，提出多個技術(shù)上可行的方案，通過優(yōu)化或技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定
礦井通風(fēng)系統(tǒng)。
三、礦井風(fēng)量計算
（一）、礦井風(fēng)量計算原則
礦井需風(fēng)量，按下列要求分別計算，并必須采取其中最大值。
（１）按井下同時工作最多人數(shù)計算，每人每分鐘供給風(fēng)量不得少于4m3；
（２）按采煤、掘進(jìn)、硐室及其他實際需要風(fēng)量的總和進(jìn)行計算。
(二）礦井需風(fēng)量的計算
1、采煤工作面需風(fēng)量的計算
采煤工作面的風(fēng)量應(yīng)該按下列因素分別計算，取其最大值。
(1)按瓦斯涌出量計算：
Q Q k wi gwi =100´ ´ （7-1）
式中：Qwi——第i個采煤工作面需要風(fēng)量，m3/min
Qgwi——第 i個采煤工作面瓦斯絕對涌出量，m3/min
kgwi——第i個采煤工作面因瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，通常機(jī)采工作面取kgwi=1.2~1.6 炮
采工作面取kgwi=1.4~2.0,水采工作面取kgwi=2.0~3.0
（2）按工作面進(jìn)風(fēng)流溫度計算：
采煤工作面應(yīng)有良好的氣候條件。其進(jìn)風(fēng)流溫度可根據(jù)風(fēng)流溫度預(yù)測方法進(jìn)行計算。其氣溫與風(fēng)速
應(yīng)符合表中的要求：
表7-1 采煤工作面氣溫與風(fēng)速的要求
采煤工作面進(jìn)風(fēng)流氣溫℃ 采煤工作面風(fēng)速m/s
<15
15~18
18~20
20~23
23~26
0.3~0.5
0.5~0.8
0.8~1.0
1.0~1.5
1.5~1.8
采煤工作面的需要風(fēng)量按下式計算：
wi wi wi wli Q = 60´V ´ S k （7-2）
式中vwi—第i個采煤工作面的風(fēng)速，按其進(jìn)風(fēng)流溫度從表中取；m/s,
Swi—第i個采煤工作面有效通風(fēng)斷面，取最大和最小控頂時有效斷面的平均值，m2 ；
kwi——第i 個工作面的長度系數(shù)。
3）按使用炸藥量計算：
wi wi Q = 25´ A （7-3）
式中25——每使用1kg炸藥的供風(fēng)量，m3/min；
wi A ——第i個采煤工作面一次爆破使用的最大炸藥量，kg。
4）按工作人員數(shù)量計算：
wi wi Q = 4´ n （7-4）
式中 4——每人每分鐘應(yīng)供給的最低風(fēng)量，m3/min
nwi——第i 個采煤工作面同時工作的最多人數(shù),個。
5)按風(fēng)速進(jìn)行驗算
按最低風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最小風(fēng)量：
wi wi Q ³ 60´0.25´S （7-5）
按最高風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最大風(fēng)量：
wi wi Q £ 60´ 4´S （7-6）
２、掘進(jìn)工作面需風(fēng)量的計算
煤巷、半煤巖和巖巷掘進(jìn)工作面的風(fēng)量，應(yīng)按下列因素分別計算，取其最大值。
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
- 89 -
（１）按瓦斯涌出量計算：
hi ghi ghi Q =100´Q ´k （7-7）
式中Qhi——第i個掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量，m3/min
Qghi——第i 個掘進(jìn)工作面的絕對瓦斯涌出量；m3/min
kghi——第i個掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出不均勻和備用風(fēng)量系數(shù)。一般可取1.5~2.0。
（2）按炸藥量計算
hi hi Q = 25´ A （7-8）
式中25——使用1kg炸藥的供風(fēng)量，m3/min;
Ahi——第i個掘進(jìn)工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg
（3）按局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量計算
=å ´ hi hfi hfi Q Q k （7-9）
式中å hfi Q ——第i個掘進(jìn)工件面同時運(yùn)轉(zhuǎn)的局部通風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量的和。
khfi——為防止局部通風(fēng)機(jī)吸循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量備用系數(shù)，一般取1.2~1.3；進(jìn)風(fēng)巷道中無瓦斯涌出時取
1.2，有瓦斯涌出時取1.3
（４）按工作人員數(shù)量計算
hi hi Q = 4´ n （7-10）
式中nhi——第i 個掘進(jìn)工作面同時工作的最多人數(shù)，人。
（５）按風(fēng)速進(jìn)行驗算
按最小風(fēng)速驗算，巖巷掘進(jìn)面最小風(fēng)量：
hi hi Q ³ 60´0.15´ S （7-11）
各個煤巷或半煤巖巷掘進(jìn)面的最小風(fēng)量；
hi di Q < 60´ 4´ S （7-12）
按最高風(fēng)速驗算，掘進(jìn)面的最大風(fēng)量：
hi hi Q ³ 60´0.25´ S （7-13）
式中shi——第i個掘進(jìn)工作面巷道的凈斷面積，m2
３、硐室需風(fēng)量計算
獨(dú)立通風(fēng)硐室的供風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)不同類型的硐室分別進(jìn)行計算：
（１）機(jī)電硐室
發(fā)熱量大的機(jī)電硐室，按硐室中運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備發(fā)熱量進(jìn)行計算：
c t
N
Q
p
ri ´ ´ ´D
´ ´
= å
60
3600
r
q
（7-14）
式中Qri——第個機(jī)電硐室的需風(fēng)量，m3/min
åN ——機(jī)電硐室中運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)（變壓器）總功率，KW
θ——機(jī)電硐室的發(fā)熱系數(shù)，
ρ——空氣密度，一般取1.25kg/m3
cp——空氣的定壓比熱，一般可取1KJ/kgk
Δt——機(jī)電硐室進(jìn)、回風(fēng)流的溫度差，℃
采區(qū)變電所及變電硐室，可按經(jīng)驗值確定需風(fēng)量
= 60 ~ 80 ri Q m3/min （7-15）
（2）爆破材料庫
Q 4 v / 60 ri = ´ （7-16）
式中 v——庫房空積，m3
（3）充電硐室
按其回風(fēng)流中氫氣濃度小于0.5%計算
ri rhi Q = 200´q （7-17）
式中qrhi——第個充電硐室在充電時產(chǎn)生的氫氣量，m3/min
4、礦井總風(fēng)量計算
礦井的總進(jìn)風(fēng)量，應(yīng)按采煤、掘進(jìn)、硐室及其他地點實際需要風(fēng)量的總和:
礦井通風(fēng)與安全
- 90 -
= å +å +å ´ m wt ht rt m Q ( Q Q Q ) k （7-18）
式中ΣQwl——采煤工作面和備用工作面所需風(fēng)量之和，m3/min；
ΣQhl——掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量之和，m3/min；
ΣQrl——硐室所需風(fēng)量之和，m3/min；
km——礦井通風(fēng)系統(tǒng)（包括礦井內(nèi)部漏風(fēng)和配風(fēng)不均勻等因素）備用系數(shù)，宜取1.15~1.25。
四、礦井通風(fēng)總阻力計算
(一)礦井通風(fēng)總阻力計算原則
1、礦井通風(fēng)設(shè)的總阻力，不應(yīng)超過2940Pa。
2、礦井井巷的局部阻力，新建礦井按井巷摩擦阻力的10%計算，擴(kuò)建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%
計算。
（二）礦井通風(fēng)總阻力計算
礦井通風(fēng)總阻力：風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)井口起，到回風(fēng)井口止，沿一條通路（風(fēng)流路線）各個分支的摩擦阻
力和局部阻力的總和，簡稱礦井總阻力，用hm表示。
對于礦井有兩臺或多臺風(fēng)主要通風(fēng)機(jī)工作，礦井通風(fēng)阻力按每臺主要通風(fēng)機(jī)所服務(wù)的系統(tǒng)分別計
算。
礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最小時稱通風(fēng)容易時期。通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最大時亦稱為通風(fēng)困難時期。
對于通風(fēng)困難和容易時期，要分別畫出通風(fēng)系統(tǒng)圖。按照采掘工作面及硐室的需要分配風(fēng)量，再由
各段風(fēng)路的阻力計算礦井總阻力。
計算方法：
沿著風(fēng)流總阻力最大路線，依次計算各段摩擦阻力 hf，然后分別累計得出容易和困難時期的總摩
擦阻力hf1和hf2。
通風(fēng)容易時期總阻力：
1 1 1 1 1 m f e f (0.1 ~ 0.15) f (1.1 ~ 1.15) f h = h + h = h + h = h （7-19）
通風(fēng)困難時期總阻力：
2 2 2 2 2 m f e f (0.1 ~ 0.15) f (1.1 ~ 1.15) f h = h + h = h + h = h （7-20）
hf 按下式計算：
å=
=
n
i
f fi h h
1
（7-21）
式中
2
2 i
i
i i i
fi Q
s
h l u a
= （7-22）
五、礦井通風(fēng)設(shè)備的選擇
礦井通風(fēng)設(shè)備是指主要通風(fēng)機(jī)和電動機(jī)。
（一）礦井通風(fēng)設(shè)備的要求：
1、礦井必須裝設(shè)兩套同等能力的主通風(fēng)設(shè)備，其中一套作備用。
2、選擇通風(fēng)設(shè)備應(yīng)滿足第一開采水平各個時期工況變化，并使通風(fēng)設(shè)備長期高效率運(yùn)行。
3、風(fēng)機(jī)能力應(yīng)留有一定的余量。
4、進(jìn)、出風(fēng)井井口的高差在150m 以上，或進(jìn)、出風(fēng)井井口標(biāo)高相同，但井深400m 以上時，宜
計算礦井的自然風(fēng)壓。
（二）主要通風(fēng)機(jī)的選擇
1、計算通風(fēng)機(jī)風(fēng)量Qf
f m Q = kQ （7-23）
式中Qf—主要通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量，m3/s;
Qm—礦井需風(fēng)量，m3/s；
k——漏風(fēng)損失系數(shù)，風(fēng)井不提升用時取1.1；箕斗井兼作回硯用時取1.15；回風(fēng)回升降人員時取
1.2。
2、計算通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓
離心式通風(fēng)機(jī)（提供的大多是全壓曲線）：
容易時期：
td m d vd N H = h + h + h - H min （7-24）
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
- 91 -
困難時期：
td m d vd N H = h + h + h + H max （7-25）
軸流式通風(fēng)機(jī)（提供的大多是靜壓曲線）：
容易時期：
sd m d N H = h + h - H min （7-26）
困難時期：
sd m d N H = h + h + H max （7-27）
式中 hm—通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力；
hd—通風(fēng)機(jī)附屬裝置（風(fēng)硐和擴(kuò)散器）的阻力；
hvd—擴(kuò)散器出口動能損失；
ＨN—自然風(fēng)壓，當(dāng)自然風(fēng)壓與通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓作用相同時取“+”；自然風(fēng)壓與通風(fēng)機(jī)負(fù)壓作用反向時
取“-”。
3、初選通風(fēng)機(jī)
根據(jù)計算的礦井通風(fēng)容易時期通風(fēng)機(jī)的Qf、Hsdmin(或Htdmin)和礦井通風(fēng)困難通風(fēng)機(jī)的Qf、Hsdmax(或
Htdmax)在通風(fēng)機(jī)特性曲線上，選出滿足礦井通風(fēng)要求的通風(fēng)機(jī)。
4、求通風(fēng)機(jī)的實際工況點
因為根據(jù)Qf、Hsdmin(或Htdmin)和Qf、Hsdmax(或Htdmax)確定的工況點，但設(shè)計工況點不一定恰好在所
選擇通風(fēng)機(jī)的特性曲線上，必須根據(jù)通風(fēng)機(jī)的工作阻力，確定其實際工況點。
步驟：
（1）計算通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻
用靜壓特性曲線時：
2
min
min
f
sd
sd Q
R = H （7-28）
2
max
max
f
sd
sd Q
R = H （7-29）
用全壓特性曲線時：
2
min
min
f
td
td Q
R = H （7-30）
2max
max
f
td
td Q
R = H （7-31）
（2）確定通風(fēng)機(jī)的實際工況點
在通風(fēng)機(jī)特性曲線上作通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻曲線，與風(fēng)壓曲線的交點即為實際工況點。
圖7-14 通風(fēng)機(jī)的實際工況點
5、確定通風(fēng)的型號和轉(zhuǎn)速
根據(jù)通風(fēng)機(jī)的工況參數(shù)（Qf 、Hsd 、η、N）對初選的通風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全性比較，最后
確定通風(fēng)機(jī)的型號和轉(zhuǎn)速。
6、電動機(jī)選擇
（１）通風(fēng)機(jī)的輸入功率按通風(fēng)容易和困難時期，分別計算風(fēng)所需的輸入功率Nmin，Ｎmax 。
礦井通風(fēng)與安全
- 92 -
s
f sd Q H
N
1000h
min
min = (7-32)
s
f sd Q H
N
1000h
max
max = (7-33)
或
s
f td Q H
N
1000h
min
min = (7-34)
s
f td Q H
N
1000h
max
max = (7-35)
（２）、電動機(jī)的臺數(shù)及種類
當(dāng) Nmin≥0.6Nmax時，可選一臺電動機(jī)，電動機(jī)功率為：
( ) e max e e tr N = N × k h h (7-36)
當(dāng)Nmin＜0.6Nmax時，選二臺電動機(jī)，其功率分別為：
初期：
( ) emin min max e e tr N = N × N × k h h (7-37)
后期按選一臺電機(jī)公式計算。
式中ηe—電機(jī)效率；
ηtr—傳動效率。
六、概算礦井通風(fēng)費(fèi)用
噸煤通風(fēng)成本是通風(fēng)設(shè)計和管理的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
噸煤通風(fēng)成本主要包括下列費(fèi)用：
1、電費(fèi)（W1）
噸煤的通風(fēng)電費(fèi)為主要通風(fēng)機(jī)年耗電費(fèi)及井下輔助通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)電費(fèi)之和除以年產(chǎn)量，可用
如下公式計算：
W E E D T A = ( + )´ 1 (7-38)
式中 E—主要通風(fēng)機(jī)年耗電量；
D——電價，元/KWh；
T—礦井年產(chǎn)量，噸；
ηv—變壓器效率，可取0.95；
EA—局部通風(fēng)機(jī)和輔助通風(fēng)機(jī)的年耗電量；
ηw——電纜輸電效率
2、設(shè)備折舊費(fèi)
3、材料消耗費(fèi)用
4、通風(fēng)工作人員工資費(fèi)用
5、專為通風(fēng)服務(wù)的井巷工程折舊費(fèi)和維護(hù)費(fèi)折算至噸煤的費(fèi)用。
6、采每噸煤的通風(fēng)儀表的購置費(fèi)和維修費(fèi)用。
第五節(jié) 可控循環(huán)通風(fēng)概述
圖7-15 可控循環(huán)風(fēng)
可控循環(huán)通風(fēng)是由英國學(xué)者S.J.LEACH 和A.SLACK 研究提出，七十年初在英國開始應(yīng)用。之后，
包括中國在內(nèi)的許多國家也相繼對可控循環(huán)通風(fēng)進(jìn)行了研究和應(yīng)用。
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
- 93 -
定義：在低瓦斯礦中，當(dāng)采掘工作面位于礦井的邊遠(yuǎn)地區(qū)，原有通風(fēng)系統(tǒng)不能保證按需供風(fēng)，而該
地區(qū)的回風(fēng)的風(fēng)質(zhì)又比較好時，可以在局部通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)、回風(fēng)之間安置通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施和監(jiān)控設(shè)備，
對回風(fēng)進(jìn)行合理循環(huán)控制加以再利用，以增加用風(fēng)地點的實際風(fēng)量。此種通風(fēng)方法稱為可控循環(huán)風(fēng)。
循環(huán)率：
= ´100%
Q
Qh C （7-39）
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、礦井通風(fēng)方法是指主要通風(fēng)機(jī)對礦井供風(fēng)的工作方法，按其安裝位置不同，可分為、
和 三種。
2、礦井的主要通風(fēng)設(shè)施有、 、 、 。
3、礦井通風(fēng)方式是指礦井進(jìn)風(fēng)井與回風(fēng)井的布置方式，常見的礦井通風(fēng)方法如、 、
和 等。
4、礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井、 、 與 的總稱。
5、礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖一般可分為、 、 。
6、采煤工作面進(jìn)風(fēng)流是指距煤壁及頂、底板各為和以采空區(qū)的切頂線為界的采煤工作面空間
的風(fēng)流。
7、支架支護(hù)的采煤工作面回風(fēng)流是指距棚梁和棚腿為的采煤工作面回風(fēng)巷空間的風(fēng)流。
8、礦井必須備有礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖和。
9、采區(qū)內(nèi)的主要通風(fēng)構(gòu)筑物有、 和 等。
10、在人員和車輛可以通行、風(fēng)流不能通過的巷道中，至少要建座風(fēng)門。
11、礦井反風(fēng)方式有、 、 三種。
12、中央式通風(fēng)方式是進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井均位于的一種布置方式。
13、礦井通風(fēng)系統(tǒng)是指風(fēng)流由進(jìn)入礦井，經(jīng)過井下各用風(fēng)場所，然后從排出，風(fēng)流流經(jīng)
的整個路線及其配套的通風(fēng)設(shè)施稱為礦井通風(fēng)系統(tǒng)。
14、是借助某種動力開啟和關(guān)閉的一種風(fēng)門。
15、井下風(fēng)門按用途分為、反風(fēng)門、調(diào)節(jié)風(fēng)門。
16、為截斷風(fēng)流在巷道中設(shè)置的隔墻稱。
17、構(gòu)筑永久風(fēng)門，風(fēng)門前后內(nèi)巷道支護(hù)良好，無雜物、積水和淤泥。
18、構(gòu)筑永久風(fēng)門時，每組風(fēng)門不少于道。
19、符號代表風(fēng)門。
二、選擇題
1、《規(guī)程》規(guī)定，礦井至少要有個安全出口。
A、2 B、3 C、 4
2、風(fēng)橋的作用是。
A、把同一水平相交的兩條進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)流隔開；
B、把同一水平相交的兩條回風(fēng)巷的風(fēng)流隔開；
C、把同一水平相交的一條進(jìn)風(fēng)巷和一條回風(fēng)巷的風(fēng)流隔開；
D、把同一水平相交的一條進(jìn)風(fēng)巷和一條回風(fēng)巷的風(fēng)流相連；
3、鐵筒式風(fēng)橋漏風(fēng)率不大于。
A．20％ B．15％ C．10％ D．5％
4、對于鐵筒式風(fēng)橋，風(fēng)速要小于。
A．10 m/s B．8 m/s C．5 m/s D．2 m/s
5、井下風(fēng)門有幾種？
A 普通風(fēng)門，自動風(fēng)門； B 普通風(fēng)門，風(fēng)量門，自動風(fēng)門，反向風(fēng)門；
C 風(fēng)量門，反向風(fēng)門； D反向風(fēng)門，風(fēng)量門，自動風(fēng)門；
6、下列不屬于隔風(fēng)設(shè)施的是。
A、臨時風(fēng)門 B、臨時密閉 C、防爆門 D、風(fēng)硐
7、構(gòu)筑永久性密閉墻體厚度不小于。
A．0．5 m B．0．8 m C．1 m
8、礦井反風(fēng)時，主要通風(fēng)機(jī)的供給風(fēng)量應(yīng)不小于正常風(fēng)量的。
礦井通風(fēng)與安全
- 94 -
A．30％ B．40％ C．50％
9、設(shè)在進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)交叉處，而又使進(jìn)、回風(fēng)互不混合的設(shè)施是。
A．風(fēng)門 B．密閉 C．風(fēng)橋D．風(fēng)障
三、判斷題
1、為切斷風(fēng)流又不準(zhǔn)行人和通車或封閉已采區(qū)和盲巷等設(shè)置的構(gòu)筑物叫擋風(fēng)墻。
2、上行通風(fēng)是指風(fēng)流在傾斜井巷中向上流動。
3、有煤與瓦斯突出的采煤工作面，嚴(yán)禁采用下行通風(fēng)。
4、風(fēng)門能隔斷巷道風(fēng)流，確保需風(fēng)地點的風(fēng)量要求。
5、U 型通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦井下采煤工作面常用的一種通風(fēng)方式。
6、風(fēng)門兩側(cè)的風(fēng)壓差越小，需要開啟的力越大。
7、下行通風(fēng)是指風(fēng)流在傾斜巷中向下流動。
8、井下爆炸材料庫必須有單獨(dú)的新鮮風(fēng)流，回風(fēng)風(fēng)流必須直接引入礦井總回風(fēng)巷。
9、井下爆炸材料庫，每小時通過的風(fēng)量不得小于其容積的4 倍。
10、按井下同時工作的最多人數(shù)計算，每人每分鐘供給風(fēng)量不少于4 m3／min。
四、簡答題
1、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)包括哪些部分？
2、試比較運(yùn)輸機(jī)上山和軌道上山進(jìn)風(fēng)的優(yōu)缺點和適用條件。
3、何謂下行風(fēng)？試從防止瓦斯積聚、防塵及降溫角度分析上行風(fēng)與下行風(fēng)的優(yōu)缺點。
4、試述長壁工作面通風(fēng)系統(tǒng)有哪些類型？并闡述其各自的特點和適用性。
5、通風(fēng)系統(tǒng)包括哪些部分？
6、簡述擬定礦井通風(fēng)系統(tǒng)的原則和要求。
7、從防止瓦斯積聚、防塵降溫等角度分析采煤工作面上行風(fēng)與下行風(fēng)各自的優(yōu)缺點。
8、礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要有哪幾種類型？說明其特點及適用條件。
9、試述礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性評價的目的和作用。
10、堵塞井下漏風(fēng)通道應(yīng)從哪些方面著手?
11、什么叫全礦反風(fēng)? 短路反風(fēng)？多風(fēng)井通風(fēng)礦井在火災(zāi)時期如何組織單風(fēng)機(jī)反風(fēng)與多風(fēng)機(jī)齊反？
12、抽出式通風(fēng)的瓦斯礦井，火災(zāi)時期反風(fēng)時瓦斯涌出量增減情況如何估計？
13、什么叫局部反風(fēng)? 在什么條件下實現(xiàn)局部反風(fēng)？試述局部反風(fēng)系統(tǒng)的形式。
五、判斷、作圖與設(shè)計
1．某礦使用2K60—1No18 軸流式通風(fēng)機(jī)抽出通風(fēng)，通風(fēng)機(jī)的個體特征曲線如題圖所示，礦井的總風(fēng)阻
R=0.56 N·s2/m8，試求通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、靜壓、效率和輸入功率各為多少？若礦井總風(fēng)阻發(fā)生變化R=0.14
N·s2/m8，問通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是否經(jīng)濟(jì)？
題圖 7-1
2、某礦使用2K60—1No18 和2K60—1No24 兩臺主要通風(fēng)機(jī)做抽出式通風(fēng)，一臺運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺備用。No18
和No24 通風(fēng)機(jī)的葉片安裝角度分別為25°和20°，其特征曲線如題圖所示。由于生產(chǎn)急需增加風(fēng)量，
暫時將兩臺通風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，已知礦井的總風(fēng)阻R=0.17 N·s2/m8，試用作圖法求并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時礦井的總
風(fēng)量，并判斷并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)是否經(jīng)濟(jì)可靠？
第七章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計
- 95 -
題圖 7-2
六、計算題
1．某巖巷掘進(jìn)長度為300 m，斷面為8 m2，風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)為1.19，一次爆破炸藥量為10 kg，采用壓
入式通風(fēng)，通風(fēng)時間為20 min，求該掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量。若該巖巷掘進(jìn)長度延至700 m，漏風(fēng)系數(shù)為
1.38，再求工作面所需風(fēng)量。
2．某巖巷掘進(jìn)長度為400 m，斷面為6 m2，一次爆破最大炸藥量10 kg。采用抽出式通風(fēng)，通風(fēng)時間為
15 min，求該掘進(jìn)面所需風(fēng)量。
3．某巖巷掘進(jìn)長度1000 m。用混合式（長抽短壓）通風(fēng)，斷面為8 m2，一次爆破炸藥量10 kg，抽出
式風(fēng)筒距工作面40 m，通風(fēng)時間20 min。試計算工作面需風(fēng)量和抽出式風(fēng)筒的吸風(fēng)量。
4．某煤巷掘進(jìn)長度500 m，斷面7 m2，采用爆破掘進(jìn)方法，一次爆破炸藥量6 kg，若最大瓦斯涌出量
2 m3/min，求工作面所需風(fēng)量。
七、名詞解釋
礦井通風(fēng)系統(tǒng)
礦井通風(fēng)與安全
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第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概論
礦井空氣調(diào)節(jié)是改善礦內(nèi)氣候條件的主要技術(shù)措施之一。其主要內(nèi)容包括兩方面：一是對冬季寒冷
地區(qū)，當(dāng)井筒入風(fēng)溫度低于2℃時，對井口空氣進(jìn)行預(yù)熱；二是對高溫礦井用風(fēng)地點進(jìn)行風(fēng)溫調(diào)節(jié)，以
達(dá)到《規(guī)程》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
第一節(jié) 井口空氣加熱
一、井口空氣加熱方式
井口一般采用空氣加熱器對冷空氣進(jìn)行加熱，其加熱方式有兩種。
1.井口房不密閉的加熱方式
當(dāng)井口房不宜密閉時，被加熱的空氣需設(shè)置專用的通風(fēng)機(jī)送入井筒或井口房。這種方式按冷、熱風(fēng)
混合的地點不同，又分以下三種情況：
圖 8-1 圖 8-2
1─通風(fēng)機(jī)房；2─空氣加熱室；3─空氣加熱器； 1─通風(fēng)機(jī)房；2─空氣加熱室；3─空氣加熱器；
4─通風(fēng)機(jī)；5─熱風(fēng)道；6─井筒 4─通風(fēng)機(jī)；5─井筒
（1）冷、熱風(fēng)在井筒內(nèi)混合: 這種布置方式是將被加熱的空氣通過專用通風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)道送入井口
以下2m處，在井筒內(nèi)進(jìn)行熱風(fēng)和冷風(fēng)的混合，如圖8-1所示。
（2）冷、熱風(fēng)在井口房內(nèi)混合: 這種布置方式是將熱風(fēng)直接送入井口房內(nèi)進(jìn)行混合，使混合后的
空氣溫度達(dá)到2℃以上后再進(jìn)入井筒，如圖8-2 所示。
圖8-3
1─通風(fēng)機(jī)房；2─空氣加熱室；3─空氣加熱器；4─通風(fēng)機(jī)；5─熱風(fēng)道；6─井筒。
（3）冷、熱風(fēng)在井口房和井筒內(nèi)同時混合
這種布置方式是前兩種方式的結(jié)合，它將大部分熱風(fēng)送入井筒內(nèi)混合，而將小部分熱風(fēng)送入井口房
內(nèi)混合，其布置方式如圖8-3所示。以上三種方式相比較，第一種方式冷、熱風(fēng)混合效果較好，通風(fēng)機(jī)
噪聲對井口房的影響相對較小，但井口房風(fēng)速大、風(fēng)溫低，井口作業(yè)人員的工作條件差，而且井筒熱風(fēng)
口對面井壁、上部罐座和罐頂保險裝置有凍冰危險；第二種方式井口房工作條件有所改善，上部罐座和
第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概念
- 97 -
罐頂保險裝置凍冰危險減少，但冷、熱風(fēng)的混合效果不如前者，而且井口房內(nèi)風(fēng)速較大，尤其是通風(fēng)機(jī)
的噪聲對井口的通訊信號影響較大；第三種方式綜合了前兩種的優(yōu)點，而避免了其缺點，但管理較為復(fù)
雜。
2.井口房密閉的加熱方式
當(dāng)井口房有條件密閉時，熱風(fēng)可依靠礦井主要通風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用而進(jìn)入井口房和井筒，而不需設(shè)置
專用的通風(fēng)機(jī)送風(fēng)。采用這種方式，大多是在井口房內(nèi)直接設(shè)置空氣加熱器，讓冷、熱風(fēng)在井口房內(nèi)進(jìn)
行混合。
對于大型礦井，當(dāng)井筒進(jìn)風(fēng)量較大時，為了使井口房風(fēng)速不超限，可在井口房外建立冷風(fēng)塔和冷風(fēng)
道，讓一部分冷風(fēng)先經(jīng)過冷風(fēng)道直接進(jìn)入井筒，使冷、熱風(fēng)即在井口房混合又在井筒內(nèi)混合。采用這種
方式時，應(yīng)注意防止冷風(fēng)道與井筒聯(lián)接處結(jié)冰。
井口房不密閉與井口房密閉這兩種井口空氣加熱方式相比，其優(yōu)缺點見表8-1。
表8-1 井口空氣加熱方式的優(yōu)缺點比較表
井口空氣加熱方式優(yōu)點缺點
井口房不密閉時
1．井口房不要求密閉；2．可建立獨(dú)立的空氣加熱室，布
置較為靈活；3．在相同風(fēng)量下，所需空氣加熱器的
片數(shù)少。
1．井口房不要求密閉；2．可建立獨(dú)立
的空氣加熱室，布置較為靈活；3．在
相同風(fēng)量下，所需空氣加熱器的片數(shù)
少。
井口房密閉時1．井口房工作條件好；2．不需設(shè)置專用通風(fēng)機(jī)，設(shè)備投
資少。
1．井口房密閉增加礦井通風(fēng)阻力；2．井
口房漏風(fēng)管理較為麻煩。
二、空氣加熱量的計算
1.計算參數(shù)的確定
(1)室外冷風(fēng)計算溫度的確定。井口空氣防凍加熱的室外冷風(fēng)計算溫度，通常按下述原則確定：立
井和斜井采用歷年極端最低溫度的平均值；平硐采用歷年極端最低溫度平均值與采暖室外計算溫度二者
的平均值。
(2)空氣加熱器出口熱風(fēng)溫度的確定。通過空氣加熱器后的熱風(fēng)溫度，根據(jù)井口空氣加熱方式按表
8-2確定。
表8-2 空氣加熱器后熱風(fēng)溫度的確定
送風(fēng)地點熱風(fēng)溫度(℃) 送風(fēng)地點熱風(fēng)溫度(℃)
立井井筒60～70 正壓進(jìn)入井口房20～30
斜井或平硐40～50 負(fù)壓進(jìn)入井口房10～20
2.空氣加熱量的計算
井口空氣加熱量包括基本加熱量和附加熱損失兩部分，其中附加熱損失包括熱風(fēng)道、通風(fēng)機(jī)殼及井
口房外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失等。
基本加熱量即為加熱冷風(fēng)所需的熱量，在設(shè)計中，一般附加熱損失可不單獨(dú)計算，總加熱量可按基
本加熱量乘以一個系數(shù)求得。
即總加熱量Q，可按公式（8-1）計算：
p ( h l ) Q = aMC t -t ，KW (8-1)
式中 M─井筒進(jìn)風(fēng)量，Kg/s；
CP─空氣定壓比熱，Cp=1.01 KJ/（Kg·K）。
α─熱量損失系數(shù)，井口房不密閉時α=1.05～1.10，密閉時α=1.10～1.15；
th─冷、熱風(fēng)混合后空氣溫度，可取2℃；tl─室外冷風(fēng)溫度，℃；
三、空氣加熱器的選擇計算
1.基本計算公式
(1) 通過空氣加熱器的風(fēng)量
h l
h l
t t
M M t t
-
-
= ×
0
1 a ，Kg/s （8-2）
M1─通過空氣加熱器的風(fēng)量，Kg/s；
th0─加熱后加熱器出口熱風(fēng)溫度，℃，按表8-2選?。?
其余符號意義同前。
(2)空氣加熱器能夠供給的熱量
p Q¢ = kSDt ，Kg/s （8-3）
礦井通風(fēng)與安全
- 98 -
Q＇─空氣加熱器能夠供給的熱量，KW；
K ─空氣加熱器的傳熱系數(shù)，KW/（m2·K）；
S ─空氣加熱器的散熱面積，m2；
△tp─熱媒與空氣間的平均溫差，℃。
當(dāng)熱媒為蒸汽時：
p v ( 1 h0 ) 2 Dt = t - t + t ，℃ （8-4）
當(dāng)熱媒為熱水時：
( ) 2 ( ) 2 p w1 w2 e h0 Dt = t + t - t + t ，℃ （8-5）
tv─飽和蒸汽溫度，℃；
tw1、tw2─熱水供水和回水溫度，℃；
其余符號意義同前。
空氣加熱器常用的在不同壓力下的飽和蒸汽溫度，見表8-3
表8-3 不同壓力下的飽和蒸汽溫度
蒸汽壓力(KPa) ≤30 98 196 245 294 343 392
飽和蒸汽溫度(℃) 100 119.6 132.8 138.2 142.9 147.2 151
2.選擇計算步驟
空氣加熱器的選擇計算可按下述方法和步驟進(jìn)行：
（1）初選加熱器的型號
初選加熱器的型號首先應(yīng)假定通過空氣加熱器的質(zhì)量流速(vρ)’，一般井口房不密閉時(vρ)‘可選
4～8Kg/m2.s,井口房密閉時(vρ)’可選2～4Kg/m2.s。然后按下式求出加熱器所需的有效通風(fēng)截面積S＇：
S¢ = M (vr)¢ 1 ，m （8-6）
在加熱器的型號初步選定之后，即可根據(jù)加熱器實際的有效通風(fēng)截面積，算出實際的(vρ)值。
（2）計算加熱器的傳熱系數(shù)
表 8-4中列舉了部分國產(chǎn)空氣加熱器傳熱系數(shù)的實驗公式，供學(xué)習(xí)時參考，更詳細(xì)的資料請查閱有
關(guān)手冊。如果有的產(chǎn)品在整理傳熱系數(shù)實驗公式時，用的不是質(zhì)量流速（vρ），而是迎面風(fēng)速vy,則應(yīng)
根據(jù)加熱器有效截面積與迎風(fēng)面積之比α值（α稱為有效截面系數(shù)），使用關(guān)系式，由vρ求出vy后，
再計算傳熱系數(shù)。
表8-4 部分國產(chǎn)空氣加熱器的傳熱系數(shù)和阻力計算公式表
加熱器型號熱媒傳熱系數(shù)K(W/m2·K) 空氣阻力ΔH(Pa) 熱水阻力Δh(KPa)
5、6、10D 14．6(vρ)0.49 1.76(vρ)1.998
5、6、10Z 14．6(vρ)0.49 1.47(vρ)1.98
5、6、10X 14．5(vρ)0.532 0.88(vρ)2.12
7D 14．3(vρ)0.51 2.06(vρ)1.17
SRZ型
7Z
蒸汽
14．6(vρ)0.49 2.94(vρ)1.52
D型：
15.2VW1.96
Z、X型：
15.2VW1.96
7X 蒸汽15.1(vρ)0.571 1.37(vρ)1.917
B×A/2 15.2(vρ)0.50 1.71(vρ)1.67
B×A/3 15.1(vρ)0.43 3.03(vρ)1.62
B×A/2 16.5(vρ)0.24 1.5(vρ)1.58
SRL型
B×A/3
熱水
14.5(vρ)0.29 2.9(vρ)1.58
注 vρ─空氣質(zhì)量流速,Kg/m2.s；
VW ─水流速，m/s。
如果熱媒為熱水，則在傳熱系數(shù)的計算公式中還要用到管內(nèi)水流速VW。加熱器管內(nèi)水流速可按下
式計算：
3
1 2
1 0 1
( ) 10
( )
- ´
-
=
w w w
p h
W S C t t
M C t t
V m/s (8-7)
VW─加熱器管內(nèi)水的實際流速，m/s；
Sw─空氣加熱器熱媒通過的截面積，m2；
C─水的比熱，C＝4.1868KJ/Kg·K。
其余符號意義同前。
（3）計算所需的空氣加熱器面積和加熱器臺數(shù)
第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概念
- 99 -
空氣加熱器所需的加熱面積可按下式計算：
K tp
S Q
×D
= 1
1 m2 (8-8)
式中符號意義同前。
計算出所需加熱面積后，可根據(jù)每臺加熱器的實際加熱面積確定所需加熱器的排數(shù)和臺數(shù)。
(4)檢查空氣加熱器的富余系數(shù)，一般取1.15～1.25。
(5)計算空氣加熱器的空氣阻力△H，計算公式見表8-4。
(6)計算空氣加熱器管內(nèi)水阻力△h，計算公式也見表8-4。
第二節(jié) 礦井主要熱源及其散熱量
要進(jìn)行礦井空調(diào)設(shè)計，首先就必須了解引起礦井高溫?zé)岷Φ闹饕绊懸蛩?。能引起礦井氣溫值升高
的環(huán)境因素統(tǒng)稱為礦井熱源。
一、井巷圍巖傳熱
1．圍巖原始溫度的測算
圍巖原始溫度是指井巷周圍未被通風(fēng)冷卻的原始巖層溫度。由于在地表大氣和大地?zé)崃鲌龅墓餐?
用下，巖層原始溫度沿垂直方向上大致可劃分為三個層帶：
變溫帶：在地表淺部由于受地表大氣的影響，巖層原始溫度隨地表大氣溫度的變化而呈周期性地變
化，稱為變溫帶。
恒溫帶：隨著深度的增加，巖層原始溫度受地表大氣的影響逐漸減弱，而受大地?zé)崃鲌龅挠绊懼饾u
增強(qiáng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一深度處時，二者趨于平衡，巖溫常年基本保持不變，這一層帶稱為恒溫帶，恒溫帶的
溫度約比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗?～2℃。
增溫帶：在恒溫帶以下，由于受大地?zé)崃鲌龅挠绊?，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的
增加而增加，大致呈線性的變化規(guī)律，這一層帶稱為增溫帶。
地溫率：在增溫帶內(nèi)，巖層原始溫度隨深度的變化規(guī)律可用地溫率或地溫梯度來表示。地溫率是指
恒溫帶以下巖層溫度每增加1℃，所增加的垂直深度，即：
0
0
r r
r t t
g Z Z
-
-
= m/℃ (8-9)
地溫梯度：指恒溫帶以下，垂直深度每增加100m時，原始巖溫的升高值，它與地溫率之間的關(guān)系
為：
r r G = 100 g ℃/100m (8-10)
式中 gr─地溫率，m/℃；
Gr─地溫梯度，℃/100m；
Z0、Z─恒溫帶深度和巖層溫度測算處的深度，m；
tr0、tr─恒溫帶溫度和巖層原始溫度，℃。
若已知gr或Gr及Z0、tr0，則對式（8-9）、式（8-10）進(jìn)行變形后,即可計算出深度為Zm的原巖溫
度tr。
表8-5 我國部分礦區(qū)恒溫帶參數(shù)
礦區(qū)名稱恒溫帶深度 Z0(m) 恒溫帶溫度tr0(℃) 地溫率 gr(m/℃)
遼寧撫順
山東棗莊
平頂山礦區(qū)
羅河鐵礦區(qū)
安徽淮南潘集
遼寧北票臺吉
廣西合山
浙江長廣
湖北黃石
25～30
40
25
25
25
27
20
31
31
10.5
17.0
17.2
18.9
16.8
10.6
23.1
18.9
18.8
30
45
31～21
59～25
33.7
40～37
40
44
43.3～39.8
表8-5 列出的我國部分礦區(qū)恒溫帶參數(shù)和地溫率數(shù)值，僅供參考。
2．圍巖與風(fēng)流間傳熱量
礦井通風(fēng)與安全
- 100 -
井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱是一個復(fù)雜的不穩(wěn)定傳熱過程。井巷開掘后，隨著時間的推移，圍巖被冷
卻的范圍逐漸擴(kuò)大，其所向風(fēng)流傳遞的熱量逐漸減少；而且在傳熱過程中由于井巷表面水分蒸發(fā)或凝結(jié)，
還伴隨著傳質(zhì)過程發(fā)生。為簡化研究，目前常將這些復(fù)雜的影響因素都?xì)w結(jié)到傳熱系數(shù)中去討論。因此，
井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可按下式來計算：
Q K UL t t (kW ) r rm = ( - ) , t (8-11)
式中 Qr─井巷圍巖傳熱量，KW；
Kτ─圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
U─井巷周長，m；
L─井巷長度，m；
trm─平均原始巖溫，℃；
t─井巷中平均風(fēng)溫，℃。
圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定傳熱系數(shù)Kτ是指井巷圍巖深部未被冷卻的巖體與空氣間溫差為1℃時，單
位時間內(nèi)從每m2 巷道壁面上向空氣放出(或吸收)的熱量。它是圍巖的熱物理性質(zhì)、井巷形狀尺寸、通
風(fēng)強(qiáng)度及通風(fēng)時間等的函數(shù)。由于不穩(wěn)定傳熱系數(shù)的解析解相當(dāng)復(fù)雜，在礦井空調(diào)設(shè)計中大多采用簡化
公式或統(tǒng)計公式計算。
二、機(jī)電設(shè)備放熱
1.采掘設(shè)備放熱
采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱能，其中大部分將被采掘工作面風(fēng)流所吸收。風(fēng)流所
吸收的熱能中小部分能引起風(fēng)流的溫升，其中大部分轉(zhuǎn)化成汽化潛熱引起焓增。
采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計算：
Q N (KW) c = F , (8-12)
式中 Qc─風(fēng)流所吸收的熱量，KW；
ψ─采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系數(shù)；
ψ值可通過實測統(tǒng)計來確定。
N─采掘設(shè)備實耗功率，KW。
2.其它電動設(shè)備放熱
電動設(shè)備放熱量一般可按下式計算：
Q ( ) N (KW) e t m = 1-h h ， (8-13)
式中 Qe─電動設(shè)備放熱量，KW；
N─電動機(jī)的額定功率，KW；
ηt─提升設(shè)備的機(jī)械效率，非提升設(shè)備或下放物料ηt=0；
ηm─電動機(jī)的綜合效率，包括負(fù)荷率、每日運(yùn)轉(zhuǎn)時間和電動機(jī)效率等因素。
三、運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱
在以運(yùn)輸機(jī)巷作為進(jìn)風(fēng)巷的采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，運(yùn)輸中煤炭及矸石的放熱是一種比較重要的熱源。運(yùn)
輸中煤炭及矸石的放熱量一般可用下式近似計算：
Q mC t (KW) K m = D , (8-14)
式中 Qk─運(yùn)輸中煤炭或矸石的放熱量，KW；
m─煤炭或矸石的運(yùn)輸量，Kg/s；
Cm─煤炭或矸石的比熱，KJ/(Kg·℃)；
Δt ─煤炭或矸石與空氣溫差，℃。
可由實測確定，也可用下式估算：
D = 0.0024 0.8 ( - ) , (°C) r wm t L t t (8-15)
式中 L─運(yùn)輸距離，m；
tr─運(yùn)輸中煤炭或矸石的平均溫度，一般較回采工作面的原始巖溫低4～8℃；
twm─運(yùn)輸巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，℃。
四、礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱
井下礦物及其它有機(jī)物的氧化放熱是一個十分復(fù)雜的過程，很難將它與其它熱源分離開來單獨(dú)計
算，現(xiàn)一般采用下式估算：
Q q V 0.8UL，(KW)
0 0 = (8-16)
式中 Q0─氧化放熱量，KW
第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概念
- 101 -
V─巷道中平均風(fēng)速，m/s；
q0─V＝1m/s 時單位面積氧化放熱量，KW/m2；在無實測資料時，可取3～4.6×10-3 KW/m2。
其余符號意義同前。
五、人員放熱
在人員比較集中的采掘工作面，人員放熱對工作面的氣候條件也有一定的影響。人員放熱與勞動強(qiáng)
度和個人體質(zhì)有關(guān)，現(xiàn)一般按下式進(jìn)行計算：
Q nq (KW) W , 0 = (8-17)
式中 Qw0─人員放熱量，KW
n─工作面總?cè)藬?shù)；
q─每人發(fā)熱量，一般參考以下數(shù)據(jù)取值：靜止?fàn)顟B(tài)時取0.09～0.12KW；輕度體力勞動時取0.2kw
中等體力勞動時取0.275kw；繁重體力勞動時取0.47kw。
六、熱水放熱
井下熱水放熱主要取決于水溫、水量和排水方式。當(dāng)采用有蓋水溝或管道排水時，其傳熱量可按下
式計算：
Q K S t t (KW) W w w = ( - ) , (8-18)
式中 Qw─熱水傳熱量，KW；
Kw─水溝蓋板或管道的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
S─水與空氣間的傳熱面積。水溝排水:S＝BwL，m2；管道排水:S＝πD2L，m2；
Bw─水溝寬度，m；D2─管道外徑，m；L─水溝長度，m；
tw ─水溝或管道中水的平均溫度，℃；
t─巷道中風(fēng)流的平均溫度，℃。
水溝蓋板的傳熱系數(shù)可按下式確定：
1/( 1 1 ) , /( 2 C)
1 2
K = + + KW m × ° w l a
d
a
(8-19)
管道傳熱系數(shù)可按下式確定：
ln 1 ) /( C)
2
1/( 2
1 2
2 2
1 1
= 2 + + KW m × °
d
d d
d
K d w ，
a l a
(8-20)
式中α1─水與水溝蓋板或管道內(nèi)壁的對流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
α2─水溝蓋板或管道外壁與巷道空氣的對流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
δ─蓋板厚度，m；
λ─蓋板或管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
D1─管道內(nèi)徑，m；
D2─管道外徑，m。
第三節(jié) 礦井風(fēng)流熱濕計算
礦井風(fēng)流熱濕計算是礦井空調(diào)設(shè)計的基礎(chǔ)，是采取合理的空調(diào)技術(shù)措施的依據(jù)。
一、地表大氣狀態(tài)參數(shù)的確定
地表大氣狀態(tài)參數(shù)一般按下述原則確定：
溫度采用歷年最熱月月平均溫度的平均值；
相對濕度采用歷年最熱月月平均相對濕度的平均值；
含濕量采用歷年最熱月月平均含濕量的平均值。
這些數(shù)值均可從當(dāng)?shù)貧庀笈_、站的氣象統(tǒng)計資料中獲得。
二、井筒風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計算
研究表明，在井筒通過風(fēng)量較大的情況下，井筒圍巖對風(fēng)流的熱狀態(tài)影響較小，決定井筒風(fēng)流熱狀
態(tài)的主要因素是地表大氣條件和風(fēng)流在井筒內(nèi)的加濕壓縮過程。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，井筒風(fēng)流的熱平
衡方程式為：
( ) ( ) ( ) 2 1 2 1 1 2 c t t d d g z z p - +g - = - (8-21)
在一定的大氣壓力下，風(fēng)流的含濕量與風(fēng)溫呈近似的線性關(guān)系：
礦井通風(fēng)與安全
- 102 -
( Kg)
P P
d b t
m
622 ( ')，g /
-
+
=
j e
(8-22)
式中φ─風(fēng)流的相對濕度，％；
t─風(fēng)流溫度，℃；
P─大氣壓力，Pa；
b、ε＇、Pm─與風(fēng)溫有關(guān)的常數(shù)，由表8-6 確定。
令：
m P P
A b
-
= 622 ，則：
d = Aj(t +e ¢) (8-23)
將式(8-23)代入式(8-21)可解得：
, ( C)
(1 )
(1 )
2 2
1 1 1
2 °
+
+ +
=
j
j
E
t E t F (8-24)
組合參數(shù)(只是為了簡化公式而設(shè)的，沒有任何物理意義)：
E1＝2.4876A1；E2＝2.4876A2A1＝622b/(P1-Pm)；A2＝622b/(P2－Pm)；F＝(Z1－Z2)/102.5－(E2－E1)
ε＇。
(8-24)即為井底風(fēng)溫計算式。
P1、P2─井口、井底的大氣壓力， 對于井底大氣壓力可近似按式（8-25）推算：
( ) (Pa) 2 1 1 2 P P g Z Z ， p = + - (8-25)
式中 gp─壓力梯度，其值為11.3～12.6，Pa/m；
φ1、φ2── 井口、井底空氣的相對濕度，％。
當(dāng)井筒中存在水分蒸發(fā)時，由于水分蒸發(fā)吸收的熱量來源于風(fēng)流下行壓縮熱和風(fēng)流本身，這部分熱
量將轉(zhuǎn)化為汽化潛熱，所以當(dāng)風(fēng)流沿井筒向下流動時，有時井底風(fēng)溫不僅不會升高，反而還可能有所降
低。
表8-6 b、ε＇、Pm參數(shù)取值表
風(fēng)溫/℃ b ε＇ Pm井下地面
1～10
11～17
17～23
23～29
29～35
35～45
61.978
50.274
144.305
197.838
268.328
393.015
9.324
19.979
-3.770
-8.988
-14.288
-22.958
1016.12 734.16
1459.01 1053.36
2108.05 1522.08
3028.41 2187.85
4281.27 3105.55
6497.05 4692.24
三、巷道風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計算
風(fēng)流經(jīng)過巷道時，由于與巷道環(huán)境間發(fā)生熱濕交換，使風(fēng)溫隨距離逐漸上升。其熱平衡方程式為：
r t t t x x x w w w m
b p b
K U t t K U t t K U t t K B t t L Q
M C t t M d d
= - + - - - + - + å
- + -
[ ( ) ( ) ( ) ( )]
( ) ( ) 2 1 2 1
t
g
(8-26)
式中 Mb─風(fēng)流的質(zhì)量流量，Kg/s；
Kτ─風(fēng)流與圍巖間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/( m2·℃)；
U─巷道周長，m；
tr─原始巖溫，℃；
Kt、Kx─分別為熱、冷管道的傳熱系數(shù)，KW/( m2·℃)；
Ut、Ux─分別為熱、冷管道的周長，m；
tt、tx─分別為熱、冷管道內(nèi)流體的平均溫度， ℃；
Kw─巷道中水溝蓋板的傳熱系數(shù)，KW/( m2·℃)；
Bw─水溝寬度，m；
tw ─水溝中水的平均溫度，℃；
ΣQm─巷道中各種絕對熱源的放熱量之和，KW；
L─巷道的長度，m。
式(8-26)通過變換整理可改寫成：
(R + E)t = R + E - N t + M + F 2 1 ( ) (8-27)
由式(8-27)可解得：
第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概念
- 103 -
, ( C)
2
1 1
2 °
+
+ - + +
=
（ ）
（ ）
j
j
R E
t R E N t M F (8-28)
其中組合參數(shù)：
E＝2.4876A；
b p M C
N KtUL
t = ；
b p
t t
t M C
N = K U L ；
b p
x x
x M C
N = K U L ；
b p
w w
w M C
N = K B L ；N＝Nτ＋Nt＋Nx＋Nw；
R＝1＋0.5N；M＝Nτtr＋Nttt＋Nxtx＋Nwtw； - Dje ¢
å
= E
M C
F Q
b p
m ； 1 2 Dj = j -j 。
如果巷道中的相對熱源只有圍巖放熱，則式(8-28) 還可簡化為：
, ( C)
( )
( )
2
1 1
2 °
+
+ - + +
=
j
j
R E
t R E N t Ntr F (8-29)
四、采掘工作面風(fēng)流熱交換與風(fēng)溫計算
1.采煤工作面
風(fēng)流通過采煤工作面時的熱平衡方程式可表示為
( ) ( ) ( ) ( ) b p 2 1 b 2 1 r k m M C t - t +M d - d = K UL t -t + Q + åQ t g (8-30)
式中 Qk─運(yùn)輸中煤炭放熱量，KW；其余符號意義同前。
將式(8-12)和式(8-23)帶入公式(8-30),經(jīng)整理即可得出采煤工作面末端的風(fēng)溫計算式，其形式和式
(8-29)完全一樣，只是其中的組合參數(shù)略有不同。
對于采煤工作面：
b p
m
M C
N K UL C mL
+ 6.67´10-4 0.8
= t (8-31)
- Dje ¢
å - ´
=
-
E
M C
F Q C mL
b P
m m
2.33 10 3 0.8
(8-32)
式中 m─每小時煤炭運(yùn)輸量，
t
m = A ，t/h；
A─工作面日產(chǎn)量，t；
τ─每日運(yùn)煤時數(shù)，h。
當(dāng)要求采煤工作面出口風(fēng)溫不超過《規(guī)程》規(guī)定時，其入口風(fēng)溫可按下式確定：
( ) ,( )
1
2 2
1 ℃
R E N
t R E t Ntr F
+ -
+ - -
=
j
j
(8-33)
2.掘進(jìn)工作面
風(fēng)流在掘進(jìn)工作面的熱交換主要是通過風(fēng)筒進(jìn)行的，其熱交換過程一般可視為等濕加熱過程?，F(xiàn)以
如圖8-4 所示的壓入式通風(fēng)為例進(jìn)行討論。
圖8-4
(1)局部通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫確定
風(fēng)流通過局部通風(fēng)機(jī)后，其出口風(fēng)溫一般可按下式確定：
，（℃）
1
1 0
b
e
b M
t = t + K N (8-34)
式中 Kb ─局部通風(fēng)機(jī)放熱系數(shù)，可取0.55～0.7；
t0 ─局部通風(fēng)機(jī)入口處巷道中的風(fēng)溫，℃；
礦井通風(fēng)與安全
- 104 -
Ne ─局部通風(fēng)機(jī)額定功率，KW；
Mb1 ─局部通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量，Kg/s。
(2)風(fēng)筒出口風(fēng)溫的確定：
根據(jù)熱平衡方程式，風(fēng)流通過風(fēng)筒時，其出口風(fēng)溫可按下式確定：
，（℃）
t
t b t
N
t N t N t Z Z
+
+ - + -
=
1
2 (1 ) 0.01( ) 1 1 2
2 (8-35)
其中：
b p
t t
t K M C
N K F
1 ( +1)
= (8-36)
對于單層風(fēng)筒：
= + -1，（ 2 ×℃）
1 2
K ( 1 1 ) kw/m t a a
(8-37)
對于隔熱風(fēng)筒：
= + + -1，（ 2 ×℃）
2
2 1
1
2
2 1
ln ) /
2
( 1 1 kw m
D
D D
D
K D t a a l
(8-38)
式中 tb ─風(fēng)筒外平均風(fēng)溫，℃；
Z1 ─風(fēng)筒入口處標(biāo)高，m；
Z2 ─風(fēng)筒出口處標(biāo)高，m；
Kt ─風(fēng)筒的傳熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
α1─風(fēng)筒外對流換熱系數(shù)，KW/(m2·℃)；
0.006(1 1.471 0.6615 0.5 )
1
1.6
1
= + V + D- b a (8-39)
α2─風(fēng)筒內(nèi)對流換熱系數(shù)，KW/m2·℃；
0.25 0.75
2 2 0.00712 m a = D- V (8-40)
式中D 1─隔熱風(fēng)筒外徑，m；
D2 ─風(fēng)筒內(nèi)徑，m；
λ ─隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/m·℃；
Vb ─巷道中平均風(fēng)速；
V K M S，（m s） b b 0.4167( 1) / / 1 = + (8-41)
Vm ─風(fēng)筒內(nèi)平均風(fēng)速；
V K M D ，（m s） m b 0.5308( 1) / 2 /
1 2 = + (8-42)
S ─掘進(jìn)巷道的斷面積，m2。
(3)掘進(jìn)頭風(fēng)溫確定
風(fēng)流從風(fēng)筒口射出后，與掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖發(fā)生熱交換，根據(jù)熱平衡方程式，掘進(jìn)頭風(fēng)溫可按下式確
定：
1 [(1 ) 2 ] ，（℃）
3 2 2 E M t Mt F
R
t r = + j - + + (8-43)
其中： 3 3 M ZK S t = ； 1
1 = (2 )- b p Z KM C ； 3 R =1+M + Ej ；F = Z åQ - EDje ¢ m3
式中 Kτ3─掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)，KW/m2·℃；
S3─掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖散熱面積，m2；
ΣQm3─掘進(jìn)頭近區(qū)局部熱源散熱量之和，KW。
其余符號意義同前。
掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)可按下式確定：
，（ ×℃）
F
= 2
3 03
3 /
1.77
kw m
R F
K l
t (8-44)
其中： 03 F = 1+1.77 F ； 2
3 0 3 0 R = R l + R ；R 0.564 S 0 = ；
2
0
3
03 R
F at
= 。
λ─巖石的導(dǎo)熱系數(shù)，KW/m·℃；
第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概念
- 105 -
a─巖石的導(dǎo)溫系數(shù)，m2/h；
τ3─掘進(jìn)頭平均通風(fēng)時間，h；
l3─掘進(jìn)頭近區(qū)長度，m。
五、礦井風(fēng)流濕交換
當(dāng)?shù)V井風(fēng)流流經(jīng)潮濕的井巷壁面時，由于井巷表面水分的蒸發(fā)或凝結(jié)，將產(chǎn)生礦井風(fēng)流的濕交換。
根據(jù)濕交換理論，經(jīng)推導(dǎo)可得出井巷壁面水分蒸發(fā)量的計算公式為：
，（ g s）
P
W t t UL P s ( ) k /
0
max = -
g
a
(8-45)
式中α─井巷壁面與風(fēng)流的對流換熱系數(shù)；
= 2.728´10-3 V 0.8，（kw/m2 ×℃） m b a e (8-46)
γ─水蒸氣的汽化潛熱，2500 KJ/Kg；
t─巷道中風(fēng)流的平均溫度，℃；
ts─巷道中風(fēng)流的平均濕球溫度，℃；
U─巷道周長，m；
L─巷道長度，m；
P─風(fēng)流的壓力，Pa；
P0─標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，101325Pa，Vb─巷道中平均風(fēng)速，m/s；
εm─巷道壁面粗糙度系數(shù)，光滑壁面εm=1；主要運(yùn)輸大巷εm =1.00～1.65；運(yùn)輸平巷εm =1.65～
2.5；工作面εm =2.5～3.1。
由濕交換引起潛熱交換，其潛熱交換量為：
( ) ,( )
0
max kw
P
Q W t t UL P q s = g =a - (8-47)
式中符號意義同前。
必須指出：公式(8-3-22)是在井巷壁面完全潮濕的條件下導(dǎo)出的，所以由該式計算出的是井巷壁面
理論水分蒸發(fā)量。實際上，由于井巷壁面的潮濕程度不同，其濕交換量也有所不同，故在實際應(yīng)用中應(yīng)
乘以一個考慮井巷壁面潮濕程度的系數(shù)，稱為井巷壁面潮濕度系數(shù)，其定義為：井巷壁面實際的水分蒸
發(fā)量與理論水分蒸發(fā)量的比值，用f表示，即：
max W
f Mb d D
= (8-48)
該值可通過實驗或?qū)崪y得到。求得井巷壁面的潮濕度系數(shù)后，即可求得風(fēng)流通過該段井巷時的含濕
量增量：
b M
Dd = fWmax (8-49)
由含濕量增量，即可求得該段井巷末端風(fēng)流的含濕量和相對濕度：
d = d + Dd 2 1 (8-50)
100% 2 = ´
S
v
P
j P (8-51)
式中 Pv ─水蒸氣分壓力，可用下式計算：
, ( )
622 2
2 2 Pa
d
P P d v +
= (8-52)
Ps ─飽和水蒸氣分壓力，可用下式計算：
，（Pa）
t
P t S )
237.3
610.6exp( 17.27
2
2
+
= (8-53)
第四節(jié)礦井降溫的一般技術(shù)措施
它主要包括：通風(fēng)降溫、隔熱疏導(dǎo)、個體防護(hù)等，本節(jié)僅介紹其中幾種主要措施。
礦井通風(fēng)與安全
- 106 -
一、通風(fēng)降溫
1．加大風(fēng)量
2．選擇合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)
二、隔熱疏導(dǎo)
所謂隔熱疏導(dǎo)就是采取各種有效措施將礦井熱源與風(fēng)流隔離開來，或?qū)崃髦苯右氲V井回風(fēng)流
中，避免礦井熱源對風(fēng)流的直接加熱，從而達(dá)到礦井降溫的目的。隔熱疏導(dǎo)的措施主要有：
１．巷道隔熱
2．管道和水溝隔熱
3．井下發(fā)熱量大的大型機(jī)電硐室應(yīng)獨(dú)立回風(fēng)
三、個體防護(hù)
第五節(jié) 礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計簡介
當(dāng)采用一般的礦井降溫措施，不能有效地解決采掘工作面的高溫問題時，就必須采用礦井空調(diào)技術(shù)。
所謂礦井空調(diào)技術(shù)就是應(yīng)用各種空氣熱濕處理手段，來調(diào)節(jié)和改善井下作業(yè)地點的氣候條件，使之達(dá)到
規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的一門綜合性技術(shù)。
一、礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)
礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)是行業(yè)法規(guī)（如《煤礦安全規(guī)程》等）和上級主管部門的書面批示。
此外還必須收集下列資料或數(shù)據(jù)：
(1)礦區(qū)常年氣候條件，如地表大氣的月平均溫度、月平均相對濕度和大氣壓力等；
(2)礦井各生產(chǎn)水平的地溫資料和等地溫線圖；
(3)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、服務(wù)年限、開拓方式、采區(qū)布置和年度計劃等；
(4)采掘工程平（剖）面圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖和通風(fēng)網(wǎng)路圖；
(5)礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定與分析數(shù)據(jù)，如井巷通風(fēng)阻力、風(fēng)阻、風(fēng)量等；
(6)井巷所穿過各巖層的巖石熱物理性質(zhì)，如導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱和密度等；
(7)礦井水溫和水量。
二、設(shè)計的主要內(nèi)容與步驟
礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是一項非常復(fù)雜的工作，其主要設(shè)計內(nèi)容和步驟如下：
(1)礦井熱源調(diào)查與分析，查明礦井高溫的主要原因及熱害程度，并對礦井空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的必要性
作出評價；
(2)根據(jù)實測或預(yù)測的風(fēng)溫，確定采掘工作面的合理配風(fēng)量，并計算出采掘工作面的需冷量，做到
風(fēng)量與冷量的最優(yōu)匹配，以減少礦井空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷；
(3)根據(jù)采掘工作面的需冷量、已采取的一般礦井降溫措施及生產(chǎn)的發(fā)展情況，確定全礦井所需的
制冷量，并報請有關(guān)部門核準(zhǔn)；
(4)根據(jù)礦井具體條件，擬定礦井空調(diào)系統(tǒng)方案，包括制冷站位置、供冷排熱方式、管道布置、風(fēng)
流冷卻地點的選擇等，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定最佳方案；
(5)根據(jù)擬定的礦井空調(diào)系統(tǒng)方案，進(jìn)行供冷排熱設(shè)計，并進(jìn)行設(shè)備選型；
(6)進(jìn)行制冷機(jī)站（硐室）的土建設(shè)計，選取合理的布置方式；
(7)制冷機(jī)站（硐室）內(nèi)自動監(jiān)控與安全防護(hù)設(shè)施的設(shè)計，制定設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)的管理機(jī)制；
(8)概算礦井空調(diào)的噸煤成本和其它經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。
三、礦井空調(diào)系統(tǒng)的基本類型
目前國內(nèi)外常見的冷凍水供冷、空冷器冷卻風(fēng)流的礦井集中空調(diào)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)模式如圖8-5 所
示。它是由制冷、輸冷、傳冷和排熱四個環(huán)節(jié)所組成。由這四個環(huán)節(jié)的不同組合，便構(gòu)成了不同的礦井
空調(diào)系統(tǒng)。這種礦井空調(diào)系統(tǒng)，若按制冷站所處的位置不同來分，可以分為以下三種基本類型：
1．地面集中式空調(diào)系統(tǒng)
它將制冷站設(shè)置在地面，冷凝熱也在地面排放，而在井下設(shè)置高低壓換熱器將一次高壓冷凍水轉(zhuǎn)換
成二次低壓冷凍水，最后在用風(fēng)地點上用空冷器冷卻風(fēng)流。其結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。
2．井下集中式空調(diào)系統(tǒng)
井下集中式空調(diào)系統(tǒng)如按冷凝熱排放地點不同來分，又有兩種不同的布置形式： 一是制冷站設(shè)置
在井下，并利用井下回風(fēng)流排熱，如圖8-7所示。這種布置形式具有系統(tǒng)比較簡單，冷量調(diào)節(jié)方便，供
冷管道短，無高壓冷水系統(tǒng)等優(yōu)點 ;二是制冷站設(shè)置在井下， 但冷凝熱在地面排放，如圖8-8 所示。
第八章礦井空氣調(diào)節(jié)概念
- 107 -
這種布置形式雖可提高冷凝熱的排放能力，但需在冷卻水系統(tǒng)增設(shè)一個高低壓換熱器，系統(tǒng)比較復(fù)雜。
圖8-5礦井空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式圖8-6地面集中空調(diào)系統(tǒng)
1─制冷站；2─冷水泵；3─冷水管；4─局部通風(fēng)機(jī)； 5─空冷器； 1─壓縮機(jī)；2─蒸發(fā)機(jī)；3─冷凝器；4─節(jié)流閥；
6─風(fēng)筒；7─冷卻水泵；8─冷卻水管；9─冷卻塔。 5、15─水池；6、7、14 ─水泵；8─冷卻塔；9─冷卻水管；
10─熱交換器；11、13、17─冷水管；12─高低壓換熱器；16、18─空冷器。
圖 8-7制冷站設(shè)在井下，井下排除冷凝熱圖 8-8 制冷站設(shè)在井下，地面排除冷凝熱
1─壓縮機(jī)；2─蒸發(fā)機(jī)；3─冷凝器；4─節(jié)流閥； 1─壓縮機(jī)；2─蒸發(fā)機(jī)；3─冷凝器；4─節(jié)流閥；
5─水池；6─冷水泵；7─冷卻水泵；9─冷卻塔； 5、11─冷水泵；6、9、12─冷水管；7─冷水池；
10─空冷器。 8、10─空冷器；13─高低壓換熱器；14─冷卻水管；15─冷卻水泵；16─冷卻塔；17─換熱器。
3．井上、下聯(lián)合式空調(diào)系統(tǒng)
這種布置形式是在地面、井下同時設(shè)置制冷站，冷凝熱在地面集中排放，如圖8-9所示。它實際上
相當(dāng)于兩級制冷，井下制冷機(jī)的冷凝熱是借助于地面制冷機(jī)冷水系統(tǒng)冷卻。
圖8-9 井上、下聯(lián)合式空調(diào)系統(tǒng)
1～4─制冷機(jī)；5─空氣預(yù)冷器；6─高低壓換熱器；7～9─空冷器；10─冷卻塔。
上述三種集中式礦井空調(diào)系統(tǒng)相比，在技術(shù)上的優(yōu)缺點見表8-7
表8-7 礦井集中式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)比較表
制冷站位置優(yōu)點缺點
地面
1．廠房施工、設(shè)備安裝、維護(hù)、管理方便；
2．可用一般型的制冷設(shè)備，安全可靠；
3．冷凝熱排放方便；
4．冷量便于調(diào)節(jié)；
5．無需在井下開鑿大斷面硐室；
6．冬季可用天然冷源。
1．高壓載冷劑處理困難；
2．供冷管道長，冷損大；
3．需在井筒中安裝大直徑管道；
4．空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜。
礦井通風(fēng)與安全
- 108 -
井下
1．供冷管道短，冷損?。?
2．無高壓冷水系統(tǒng)；
3．可利用礦井水或回風(fēng)流排熱；
4．供冷系統(tǒng)簡單，冷量調(diào)節(jié)方便；
1．井下要開鑿大斷面的硐室；
2．對制冷設(shè)備要求嚴(yán)格；
3．設(shè)備安裝、管理和維護(hù)不方便；
聯(lián)合1.可提高一次載冷劑回水溫度，減少冷損；
2.可利用一次載冷劑將井下制冷機(jī)的冷凝熱帶到地面排放。
1．系統(tǒng)復(fù)雜；
2．設(shè)備分散，不便管理。
四、制冷站負(fù)荷的確定和制冷設(shè)備的選擇
本章復(fù)習(xí)思考題
一、簡答題
1、井口空氣有哪幾種加熱方式？簡述它們各自的優(yōu)缺點。
2、高溫礦井選擇礦井通風(fēng)系統(tǒng)時，一般應(yīng)考慮哪些原則？
3、簡述通風(fēng)降溫的作用及效果。
4、簡述礦井集中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟。
5、礦井集中式空調(diào)系統(tǒng)有哪幾種類型？各有什么優(yōu)缺點？
二、計算題
1．某礦井總進(jìn)風(fēng)量為130 kg/s，冬季井口空氣計算溫度為-28℃，采用井口房不密閉的加熱方式，冷
熱風(fēng)在井口房混合?；旌锨暗臒犸L(fēng)溫度為30℃，混合后的溫度為2℃，熱媒為壓力343kPa 的飽和蒸汽，
試選擇合適的空氣加熱器。
2．某礦井恒溫帶深度Z0=30 m，恒溫帶溫度tr0＝15℃，地溫率g r＝45m/℃，試求該礦井垂深500m 處
的原巖溫度。
3．某礦一段大巷長100 m，巷道斷面形狀為半圓拱，斷面積為14 m2，原巖溫度為35℃，巷道中平均風(fēng)
溫為22℃，圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)為5.82×10-4 kW/(m2·℃)。求該段巷道圍巖放熱量。
4．某一水平掘進(jìn)巷道，斷面積為10 m2，采用11 kW的局部通風(fēng)機(jī)壓人式通風(fēng)，風(fēng)筒直徑為800 mm，
局部通風(fēng)機(jī)入口處巷道中的風(fēng)溫為25℃，吸風(fēng)量為250m3/min ，空氣密度為1.23kg/m3。風(fēng)筒的有效風(fēng)
量率為48%，試計算風(fēng)筒出口的風(fēng)溫。
5．某回采工作面風(fēng)量為600 kg/min，空冷器入口空氣溫度為31℃，相對濕度為88%，大氣壓為101325Pa。
欲使空冷器出口風(fēng)溫為24℃，相對濕度為100%，求空冷器的供冷量。
第九章礦井瓦斯
- 109 -
第九章 礦井瓦斯
【本章主要內(nèi)容】
1、瓦斯概念
2、煤層瓦斯賦存與含量
3、礦井瓦斯涌出
4、瓦斯噴出與突出
5、瓦斯爆炸與預(yù)防
6、瓦斯抽放
第一節(jié) 概述
礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。煤礦術(shù)語中的瓦斯指的就是甲烷。
物理化學(xué)性質(zhì)。無色、無味、無毒、比空氣輕，微溶于水。
危害：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。
作用：能源、化工原料。
第二節(jié) 煤層瓦斯賦存與含量
一、瓦斯的成因與賦存
（一）礦井瓦斯的生成
煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的。
成氣過程兩個階段一是生物化學(xué)成氣時期；二是煤化變質(zhì)作用時期。
（二）瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)
煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，包括原生孔隙和運(yùn)動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空
間和孔隙表面。
煤層中瓦斯賦存兩種狀態(tài)：游離狀態(tài)、吸附狀態(tài)。
圖9-1 瓦斯在煤內(nèi)的存在形式示意圖
1-游離瓦斯；2-吸著瓦斯；3、吸收瓦斯；4-煤體；5、孔隙
二、煤層中瓦斯垂直分帶
形成原因：當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移
和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。
四帶： CO2- N2帶、N2帶、N2—CH4帶、CH4帶。
表9-1 煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征
礦井通風(fēng)與安全
- 110 -
瓦斯成分%
名稱氣帶成因
N2 CO2 CH4
CO2— N2帶生物化學(xué)—空氣20～80 20～80 <10
N2帶空氣 ＞80 <10～20 <20
N2—CH4帶空氣—變質(zhì)20～80 <10～20 20～80
CH4帶變質(zhì)<20 <10 ＞80
瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：可以根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項確定。
（1）煤層的相對瓦斯涌出量等于2～3m3/t處；
（2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達(dá)到80%（體積比）；
（3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.1～0.15MPa；
（4）煤的瓦斯含量達(dá)到下列數(shù)值處：長焰煤1.0～1.5 m3/t（C.M.），氣煤1.5～2.0m3/t（C.M.），肥
煤與焦煤2.0～2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3/t(C.M.)，貧煤3.0～4.0m3/t(C.M.)，無煙煤5.0～7.0m3/t(C.M.)
（此處的C.M.是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）
三、影響煤層瓦斯含量的因素
煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積），
單位為 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。
煤的瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯含量之和。
主要影響因素：
1、煤的吸附特性—煤的吸附性能決定于煤化程度， 一般情況下煤的煤化程度越高，存儲瓦斯的能
力越強(qiáng)。
2、煤層露頭
3、煤層的埋藏深度—深，瓦斯大
4、圍巖透氣性、泥巖、完整石灰?guī)r低透氣性
5、煤層傾角—大，瓦斯小，小，瓦斯大
6、地質(zhì)構(gòu)造—封閉地質(zhì)，瓦斯大，開放的，瓦斯小
7、水文地質(zhì)條件—水流，帶走瓦斯
四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力
瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力現(xiàn)象的基本參數(shù)。
瓦斯壓力測定：打鉆、封孔、測壓
瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律：
末受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓。
瓦斯壓力梯度：
0 0 P g (H H ) P p = - + （9-1）
或
1 1 P g (H H ) P p = - + （9-2）
式中P—預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深H(m)處的瓦斯壓力，MPa
gp—瓦斯壓力梯度，MPa/m
P1，P2—甲烷帶內(nèi)深度為H1、H2(m)處的瓦斯壓力，MPa。
P0--甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2MPa 。
H0---甲烷帶上部邊界深度，m。
第三節(jié) 礦井瓦斯涌出
（普通涌出、特殊涌出）
一、瓦斯涌出量
1、含義
礦井建設(shè)或生產(chǎn)過程中從煤巖內(nèi)涌出的瓦斯量
2、瓦斯涌出量表示方法
第九章礦井瓦斯
- 111 -
絕對瓦斯涌出量：單位時間涌出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min：
Q Q C /100 g = ´ （9-3）
相對瓦斯涌出量--平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是 m3/t。
g g d q = Q / A （9-4）
二、影響瓦斯涌出的因素
決定于自然因素和開采技術(shù)因素的綜合影響。
(一)自然因素
1、煤層和圍巖的瓦斯含量，
2、地面大氣壓變化。
（二）開采技術(shù)因素
圖9-2 瓦斯從暴露面涌出的變化規(guī)律
1、開采規(guī)?！a(chǎn)量與瓦斯涌出量的關(guān)系復(fù)雜
2、開采順序與回采方法---先開采，大；回采率低，大；頂板管理
3、生產(chǎn)工藝-初期大，呈指數(shù)下降
4、風(fēng)量變化---單一煤層，隨風(fēng)量減而增，煤層群
5、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)
6、采空區(qū)的密閉質(zhì)量
三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理
按劃分目的的不同，對礦井瓦斯來源有三種劃分方式：
按水平、翼、采區(qū)來進(jìn)行劃分，作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一；
按掘進(jìn)區(qū)、回采區(qū)和已采區(qū)來劃分，它是日常治理瓦斯工作的基礎(chǔ)；
按開采區(qū)、臨近區(qū)劃分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎(chǔ)
四、瓦斯涌出不均系數(shù)
正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響其數(shù)值是經(jīng)常變化的，但在一段時間內(nèi)只
在一個平均值上下波動，峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。
礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：
a Q
k = Qmax r （9-5）
式中：kg－給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)；
Qmax－該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min；
Qa－該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min；
方法：確定區(qū)域，進(jìn)回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?
五、礦井瓦斯等級
1.礦井瓦斯等級劃分
依據(jù)：按照平均日產(chǎn)一噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式，劃分為：
低瓦斯礦井：10m3及其以下；高瓦斯礦井：10m3以上；煤與瓦斯突出礦井。
2、礦井瓦斯等級鑒定
（1）鑒定時間和基本條件礦井瓦斯等級的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進(jìn)行。
（2）測點選擇和測定內(nèi)容及要求。
（3）礦井瓦斯等級的確定。
六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測
瓦斯涌出量的預(yù)測：指根據(jù)某些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)先估算出礦井或局部區(qū)
域瓦斯涌出量的工作。
瓦斯涌出量的預(yù)測的方法：
礦井通風(fēng)與安全
- 112 -
（1）統(tǒng)計法
A、瓦斯涌出量梯度：深度與相對涌出量的比值
B、物理含義
C、計算
（2）計算法:以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進(jìn)行計算。
第四節(jié) 瓦斯噴出
瓦斯噴出：大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象。
一、瓦斯噴出的分類
根據(jù)噴瓦斯裂縫呈現(xiàn)原因的不同，可把瓦斯噴出分成：
地質(zhì)來源形成的和采掘卸壓形成的兩大類。
二、瓦斯噴出的預(yù)防
預(yù)防瓦斯噴出，首先要加強(qiáng)地質(zhì)工作，查清楚施工地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、斷層、溶洞的位置、裂隙的位
置和走向、以及瓦斯儲量和壓力等情況，采取相應(yīng)的預(yù)防或處理措施。分為：
1、當(dāng)瓦斯噴出量和壓力不大時，黃泥或水泥沙漿等充填材料堵塞噴出口；
2、當(dāng)瓦斯噴出量和壓力較大時，可能的噴出地點附近打前探鉆孔，探測、排放。
前探鉆孔的要求：
(1)10 m外，打鉆75mm，3 個
(2)邊掘邊打超前鉆，超前5 m，不少3 個孔；
(3)裂隙、溶洞、破壞帶打超前鉆,75mm,2 個，超5m
圖 9-3 立井前探鉆孔圖9-4 石門前探鉆孔
1-立井；2-煤層1-石門；2-煤層
第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防
一、概述
含義：在極短時間內(nèi)，從煤巖內(nèi)以極快速度向采掘空間涌出煤巖和瓦斯。
危害：
二、突出的機(jī)理
突出的機(jī)理是關(guān)于解釋突出的原因和過程的理論。突出是十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，它的機(jī)理還沒有統(tǒng)
一的見解，假說很多。多數(shù)人認(rèn)為，突出是地壓、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。
三、突出的一般規(guī)律
1、突出多發(fā)生在一定的采深以后；
2、突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶、應(yīng)力集中區(qū)；
3、突出的強(qiáng)度和次數(shù)，與煤層厚度、傾角、硬度、透氣性等有關(guān)；
4、突出與瓦斯關(guān)系，瓦斯壓力小含量低，可能發(fā)生突出。
4、突出大多發(fā)生在落煤、放炮工序
5、突出前有預(yù)兆
四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施
防突措施分類：
區(qū)域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施，稱為區(qū)域性防突措施；
第九章礦井瓦斯
- 113 -
局部防突措施：實施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除突出危險性的措施稱為局部防突措施。
(一)、區(qū)域性防突措施
區(qū)域性防突措施主要有開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。
1、開采保護(hù)層
保護(hù)層：在突出礦井中，預(yù)先開采的、并能使其它相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或
喪失突出危險的煤層稱為保護(hù)層。
被保護(hù)層：后開采的煤層稱為被保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層上方的叫上保護(hù)層，位于下方的叫下
保護(hù)層。
1)、開采保護(hù)層的作用
(1)地壓減少，彈性潛能緩慢釋放；
(2)煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣性增加；
(3)煤層瓦斯涌出后，煤的強(qiáng)度增加
2).保護(hù)范圍
保護(hù)范圍：指保護(hù)層開采后，在空間和時間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。
（1）垂直保護(hù)距離
保護(hù)層與被保護(hù)層間的有效垂距:上：急<60m,緩：<50m；下：急<80m，緩：<100m
（2）沿傾斜的保護(hù)范圍
確定沿傾向的保護(hù)范圍就是沿傾向劃定被保護(hù)層的上、下邊界(以冒落角)。
y =180 - b - D -a 1 （9-6）
y =180 -g -D +a 2 （9-7）
（3）沿走向的保護(hù)范圍。
超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小于30m。
圖9-5 沿煤層傾斜的保護(hù)范圍圖9-6 沿走向的保護(hù)范圍
A-保護(hù)范圍
(4)煤柱的影響
(二)局部防突措施
圖9-7 測定排放半徑的鉆孔布置圖9-8 金屬骨架圖9-9 卸壓槽
1、松動爆破
作用機(jī)理：
2、鉆孔排放瓦斯—3.5~4.5 孔/m2
作用機(jī)理：
3、水力沖孔---在煤巖柱保護(hù)下，高壓水
作用機(jī)理：
4、超前鉆孔
作用機(jī)理：
5、金屬骨架
作用機(jī)理：見圖9-8
6、超前支架
作用機(jī)理：
礦井通風(fēng)與安全
- 114 -
7、卸壓槽：
見圖9-9
8、震動放炮
1）、巖柱厚度>1.5m
2）、炮眼數(shù)和炮眼布置，單列三組楔形掏槽
3）、裝藥量：f=3~4,4~5kg/m3, f=6~8,5~7kg/m3
4）、注意事項
(1)撤人；(2)斷電，(3)30min檢查；(4)防止擴(kuò)大(矸石堆和反向風(fēng)門)
五、突出的預(yù)測
突出危險性預(yù)測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險性預(yù)測包括區(qū)域性預(yù)測和工作面
預(yù)測。
(一)、預(yù)測指標(biāo)
1、煤的瓦斯放散指數(shù)ΔP：一般情況下，ΔP＞15～25 時有突出危險。
2、煤的堅固系數(shù)f ：當(dāng)f<0.6～0.8時有突出危險；f＞1.2 時，無突出危險。
3、軟煤比軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比，亦稱揉皺系數(shù)。該值越高，煤層越不穩(wěn)定，
突出可能性越大。
4、鉆孔瓦斯涌出量和鉆渣量這是一種可以在掘進(jìn)工作面即時預(yù)測有無突出危險的方法，它綜合
反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、瓦斯涌出速度和巖層應(yīng)力狀態(tài)。
（二）、突出預(yù)兆
1、煤層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造
2、地壓增大
3、瓦斯及其它
第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防
一、瓦斯爆炸過程及其危害
１.瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過程
瓦斯爆炸最終的化學(xué)反應(yīng)式為：CH4+2O2=CO2+2H2O
如果O2不足，反應(yīng)的最終式為：CH4+O2=CO+H2+H2O
礦井瓦斯爆炸是一種熱－鏈反應(yīng)過程(也稱連鎖反應(yīng))。
２.瓦斯爆炸的產(chǎn)生與傳播過程
爆炸性的混合氣體與高溫火源同時存在，初燃(初爆)→焰面→沖擊波→新的爆炸混合物
３、瓦斯爆炸的危害
高溫—2150~2650；高壓—幾~20at，有害氣體CO，沖擊波
二、瓦斯爆炸的主要參數(shù)
1、瓦斯的爆炸濃度
圖9-10 科瓦德爆炸三角形
在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低
濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5～6％，上限為14～
第九章礦井瓦斯
- 115 -
16％。
瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有：
（1）氧的濃度
（2）其它可燃?xì)怏w
混合氣體中有兩種以上可燃?xì)怏w同時存在時，其爆炸界限決定于各可燃?xì)怏w的爆炸界限和它們的濃
度?？捎晒角蟪觯?
100 /( / / ) 1 2 n n N = C N +?+ C N （9-8）
式中N——多種可燃?xì)怏w同時存在時的混合氣體爆炸上限或下限， ％；
C1、C2、C3...Cn——分別為各可燃?xì)怏w占可燃?xì)怏w總的體積百分比，％；
C1+ C2+ C3+...Cn =100％
N1、N2、N3...Nn——分別為各可燃?xì)怏w的爆炸上限或下限， ％；
（3）煤塵
本身具有爆炸，300~400 ℃揮發(fā)氣體
（4）空氣壓力
壓力大，分子接近，碰撞幾率增加范圍擴(kuò)大
（5）惰性氣體
可以降低瓦斯爆炸的危險性。
2、瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量
瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛?，瓦?空氣混合氣體的最低點燃溫
度，絕熱壓縮時565℃，其它情況時650℃。
最低點燃能量為0.28mJ。
3、瓦斯的引火延遲性
引火延遲性：安全意義。
三、煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析
1、火源
井下的一切高溫?zé)嵩础姎?、放炮、摩擦、靜電
2、發(fā)生地點
掘進(jìn)工作面占80%~90%，采煤工作面占10%~20%采煤工作面發(fā)生地點上隅角，采煤機(jī)藥割附近掘
進(jìn)面發(fā)生的原因：
四、預(yù)防瓦斯爆炸的措施
(一)防止瓦斯積聚
所謂瓦斯積聚是指瓦斯?jié)舛瘸^2％，其體積超過0.5m3的現(xiàn)象。
1、搞好通風(fēng)。
2、及時處理局部積存的瓦斯。
1）、采面上隅角瓦斯積聚處理；
2）、綜采面處理
3）、頂板附近層狀積聚處理；
4）、頂板冒落孔洞內(nèi)積聚處理；
5）、恢復(fù)有大量瓦斯積存盲巷或打開封閉
3.抽放瓦斯
4、經(jīng)常檢查瓦斯?jié)舛群屯L(fēng)狀況
（二）、防止瓦斯引燃
防止瓦斯引燃的原則，是對一切非生產(chǎn)必需的熱源，要堅決禁絕。生產(chǎn)中可能發(fā)生的熱源，必須嚴(yán)
加管理和控制，防止它的發(fā)生或限定其引燃瓦斯的能力。
(三)、防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴(kuò)大的措施
萬一發(fā)生爆炸，應(yīng)使災(zāi)害波及范圍局限在盡可能小的區(qū)域內(nèi)，以減少損失。
第七節(jié) 瓦斯抽放
一、概述
礦井通風(fēng)與安全
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規(guī)定：當(dāng)回采工作面瓦斯涌出量>5m3/min；掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量>3m3/min，采用通風(fēng)方法解決瓦
斯問題不合理時，應(yīng)該抽放瓦斯。
抽放瓦斯的方法：
按瓦斯的來源分三類；開采煤層、鄰近層、采空區(qū)抽放
按抽放的機(jī)理分為兩類；未卸壓和卸壓抽放
按匯集瓦斯的方法分為三類。鉆孔、巷道抽放、鉆孔與巷道綜合抽放
貫徹“先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)”十二字方針
二、開采煤層的瓦斯抽放
開采煤層的瓦斯抽放，是在煤層開采之前或采掘的同時，用鉆孔或巷道進(jìn)行該煤層的抽放工作。
1、未卸壓的鉆孔抽放
本法適用于透氣數(shù)較大的開采煤層預(yù)抽的瓦斯。
按鉆孔與煤層的關(guān)系分為穿層鉆孔和沿層鉆孔；按鉆孔角度分為上向孔、下向孔和水平孔。我國多
采用穿層上向鉆孔。
9-11 鉆孔法抽放開采煤層的瓦斯
1-煤層；2-鉆孔；3-鉆場；4-運(yùn)輸大巷；5-密閉墻；6-抽瓦斯管道
鉆孔參數(shù)：
鉆孔方向：我國多為上向孔；
孔間距：30—50m
抽放負(fù)壓：孔口負(fù)壓不超過14kPa
鉆孔直徑：70—100mm
2、卸壓的鉆孔抽放
1）、隨掘隨抽
9-12 隨掘隨抽的鉆孔布置
1-掘進(jìn)巷道；2-鉆窩；3-鉆孔
2）、隨采隨抽
頂板走向鉆孔，頂板巷道。
圖9-13 1782（3）底板抽放巷鉆場鉆孔布置圖
3、人工增加煤層透氣系數(shù)的措施
第九章礦井瓦斯
- 117 -
1）、水力壓裂；
2）、水力割縫；
3）、深孔爆破
4）、酸性處理；
5）、交叉鉆孔。
三、鄰近層的瓦斯抽放
鄰近層含義
為什么鄰近層抽放總能抽出瓦斯呢？
煤層開采后，在其頂板形成三個受采動影響的地帶：冒落帶、裂隙帶和變形帶，在其底板則形成卸
壓帶。λ增大。注意問題
參數(shù)：鉆場位置；鉆場或鉆孔的間距；鉆孔角度；鉆孔進(jìn)入的層位；孔徑和抽放負(fù)壓
圖9-14 煤層回采后頂、底板圍巖的變化圖9-15 不同層間距的臨近層瓦斯涌出率圖9-16 瓦斯抽放率與層間距的關(guān)系
1、卸壓層；2-冒落層；3-開采煤層1-中國；2-荷蘭；3-前蘇聯(lián)；4-德國1-中梁山；2-北票；3-阜新；4-陽泉；5-包頭；
6-南桐；7-雞西；8-天府
圖9-17 鉆場位置圖9-18 傾斜高抽巷抽放方圖9-19 走向高抽巷抽放方式
1-運(yùn)輸巷道；2-回風(fēng)巷道；3-巖巷；4-鉆孔1-工作面進(jìn)風(fēng)巷；2-膠帶輸送機(jī)上山； 1-工作面避風(fēng)巷；2-工作面回風(fēng)巷；
3-軌道上山；4-回風(fēng)上山；5-抽放鉆孔；6-巖石高抽巷； 3-避風(fēng)上山；4-回風(fēng)上山；
7-工作面風(fēng)巷；8-抽放瓦斯管；9-工作面尾巷5-巖石真抽巷；6-抽放瓦斯管
圖9-20 鉆場位于頂板
1-回風(fēng)巷；2-抽放管；3-鉆場；4-4號煤層；5-7號煤層；6-鉆孔
四、采空區(qū)抽放
采空區(qū)瓦斯抽放可分為全封閉式抽放和半封閉式抽放兩類。全封閉式抽放又可分為密閉式抽放、鉆
孔式抽放和鉆孔與密閉相結(jié)合的綜合抽放等方式。半封閉式抽放是在采空區(qū)上部開掘一條專用瓦斯抽放
巷道(如雞西礦務(wù)局城子河煤礦)，在該巷道中布置鉆場向下部采空區(qū)打鉆，同時封閉采空區(qū)入口，以抽
放下部各區(qū)段采空區(qū)中從鄰近層涌入的瓦斯。抽放的采空區(qū)可以是一個采煤工作面(如松藻礦務(wù)局打通
二礦)，或一兩個采區(qū)的局部范圍(如天府礦務(wù)局磨心坡煤礦)，也可以是一個水平結(jié)束后的大范圍抽放(如
中梁山礦務(wù)局)。
五、圍巖瓦斯抽放
煤層圍巖裂隙和溶洞中存在的高壓瓦斯會對巖巷掘進(jìn)構(gòu)成瓦斯噴出或突出危險。為了施工安全，可
超前向巖巷兩側(cè)或掘進(jìn)工作面前方的溶洞裂隙帶打鉆，進(jìn)行瓦斯抽放(如廣旺礦務(wù)局唐家河煤礦)。
礦井通風(fēng)與安全
- 118 -
六、瓦斯抽放設(shè)備
抽放瓦斯的設(shè)備主要有鉆機(jī)、封孔裝置、管道、瓦斯泵、安全裝置和檢測儀表。
鉆機(jī)：根據(jù)鉆孔深度選擇，可用專用于打抽放鉆孔的鉆機(jī)（裝有排放瓦斯裝置），也可以用一般鉆
機(jī)。鉆孔打好后，將孔口段直徑擴(kuò)大到100～120mm，插入直徑70～80mm的鋼管。
封孔：用水泥砂漿封孔，也可以用膠圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度視孔口附近圍巖性質(zhì)而定，
圍巖堅固時2～3m，圍巖松軟時6～7m，甚至10m左右。
其它：封孔后，必須在抽放前用彎管、自動放水器、流量計、鎧裝軟管(或抗靜電塑料軟管)、閘門
等將鉆孔與抽放管路連接起來。
1、抽放瓦斯的管道
一般用鋼管或鑄鐵管。管道直徑是決定抽放投資和抽放效果的重要因素之一。管道直徑D（m）應(yīng)
根據(jù)預(yù)計的抽出量，用下式計算：
D = [4Q (60pu)]1 2 （9-9）
式中;Qc—管內(nèi)氣體流量，m3/min;
v—管內(nèi)氣體流速，m/s;
管內(nèi)瓦斯流速V:5m/sQ 散
煤礦常見的外因火源主要有以下幾種：
（1）電能熱源
（2）摩擦熱
（3）放明炮、糊炮等
（4）明火（高溫焊碴、吸煙）
二、外因火災(zāi)的預(yù)防
1、我國的消防方針----預(yù)防為主，消防結(jié)合
2、防火對策-----礦井火災(zāi)的防治可以采取下列三個對策：
第十章礦井火災(zāi)防治
- 123 -
１）技術(shù)(Engineering)對策
(1)災(zāi)前對策----防止起火、防止火災(zāi)擴(kuò)大
(2)災(zāi)后對策----報警、控制、滅火、避難
２）教育（Education）對策----- 知識、技術(shù)、態(tài)度
３）管理（法制(Enforcement））對策----制定各種規(guī)程、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，且強(qiáng)制性執(zhí)行。
這三種對策簡稱“三Ｅ”對策。前兩者是防火的基礎(chǔ)，后者是防火的保證。
三、預(yù)防外因火災(zāi)的技術(shù)措施
預(yù)防火災(zāi)發(fā)生有兩個方面：一是防止火源產(chǎn)生；二是防止已發(fā)生的火災(zāi)事故擴(kuò)大，以盡量減少火災(zāi)
損失。
（一）防止火災(zāi)產(chǎn)生
1、防止失控的高溫?zé)嵩串a(chǎn)生和存在。按《煤礦安全規(guī)程》及其執(zhí)行說明要求嚴(yán)格對高溫?zé)嵩础⒚?
火和潛在的火源進(jìn)行管理。
2、盡量不用或少用可燃材料，不得不用時應(yīng)與潛在熱源保持一定的安全距離。
3、防止產(chǎn)生機(jī)電火災(zāi)。
4、防止摩擦引燃
（１）防止膠帶摩擦起火。膠帶輸送機(jī)應(yīng)具有可靠的防打滑、防跑偏、超負(fù)荷保護(hù)和軸承溫升控制
等綜合保護(hù)系統(tǒng)；
（２）防止摩擦引燃瓦斯。
5、防止高溫?zé)嵩春突鸹ㄅc可燃物相互作用。
（二）防止火災(zāi)蔓延的措施
限制已發(fā)生火災(zāi)的擴(kuò)大和蔓延，是整個防火措施的重要組成部分?；馂?zāi)發(fā)生后利用已有的防火安全
設(shè)施，把火災(zāi)局限在最小的范圍內(nèi)，然后采取滅火措施將其熄滅，對于減少火災(zāi)的危害和損失是極為重
要的。其措施有：
1、在適當(dāng)?shù)奈恢媒ㄔ旆阑痖T，防止火災(zāi)事故擴(kuò)大。
2、每個礦井地面和井下都必須設(shè)立消防材料庫。
3、每一礦井必須在地面設(shè)置消防水池，在井下設(shè)置消防管路系統(tǒng)。
4、主要通風(fēng)機(jī)必須具有反風(fēng)系統(tǒng)或設(shè)備，反風(fēng)設(shè)施并保持其狀態(tài)良好
第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ)
一、煤炭自然機(jī)理
主要的有黃鐵礦作用學(xué)說、細(xì)菌作用學(xué)說、酚基作用學(xué)說以及煤氧化合學(xué)說等
二、煤的氧化特性
1、所有品種煤在常溫下都吸氧，但吸氧速度不同。
2、煤的吸氧速度與所在空氣中的氧濃度成正比，即
d UC
dm = t （10-1）
３、在溫度不變條件下，吸氧速度常數(shù)隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減，即
U U H = t -
1 （10-2）
４、吸氧速度常數(shù)Ｕ與煤自身溫度之間符合冪函數(shù)關(guān)系
５、煤在氮?dú)庵屑訜岷笤倮鋮s可使它的活性增加，并有重新恢復(fù)到原有活性的可能。
６、吸氧速度常數(shù)Ｕ與粒度之間成復(fù)雜關(guān)系
三、自燃發(fā)火與自燃發(fā)火期
自燃發(fā)火：有自燃傾向性的煤層被開采破碎后在常溫下與空氣接觸發(fā)生氧化，產(chǎn)生熱量使其溫度升
高，出現(xiàn)發(fā)火和冒煙的現(xiàn)象：(1)明火、冒煙、火炭；(2)T>70℃；(3)CO、C2H4等超臨界值并上升。
自燃發(fā)火期：從煤層被開采破碎接觸空氣之日起，至出現(xiàn)自燃現(xiàn)象或溫度上升至燃點為止所經(jīng)歷時
間。以月或天。
四、煤炭自條件
1、具有自燃傾向的煤被開采后呈破碎堆積狀態(tài).
2、有較好的蓄熱條件。
3、有適量的通風(fēng)供氧。
礦井通風(fēng)與安全
- 124 -
4、上述三條件共存的時間大于煤的自燃發(fā)火期。
五、影響煤炭自然發(fā)火的因素
1、煤的自燃性能
（1）煤的分子結(jié)構(gòu)。
（2）煤化程度。煤的自燃傾向性隨煤化程度增高而降低。
（3）煤巖成分。鏡煤>亮煤>暗煤>絲炭
（4）煤中的瓦斯含量。它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化發(fā)生的影響
（5）水分。既有加速氧化的一面，也有阻滯氧化的因素。
（6）煤中硫和其它礦物質(zhì)，煤中含有的硫和其它催化劑，則會加速煤的氧化過程。
2、開采技術(shù)
礦井的開拓方式、采區(qū)巷道布置、回采方法和回采工藝、通風(fēng)系統(tǒng)和技術(shù)管理等開采技術(shù)和管理水
平，對自然發(fā)火起決定性影響。
（1）礦井開拓方式和采區(qū)巷道布置。
（2）回采方法和回采工藝，但其決定的因素是回采率和工作面推進(jìn)速度
3、影響采空區(qū)自燃的因素
（１）采空區(qū)三帶劃分
對于后”U”通風(fēng)系統(tǒng)(一源一匯)的采空區(qū)，按漏風(fēng)風(fēng)速、采空區(qū)氧氣濃度、采空區(qū)遺煤溫升速度和
遺煤發(fā)生自燃的可能性采空區(qū)可分為三帶：
散熱帶：L1=5~20m,由于自由堆積，空隙漏風(fēng)大，Q 生Q 散
窒息（不自燃）帶Ⅲ：漏風(fēng)小，氧氣濃度低
圖10-1
劃分三帶的指標(biāo)有三種：
①采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)速V（V>0.9m/s為散熱帶；0.9≥V≥0.02m/s為自燃帶；∨＜0.02m/s為自窒息帶。）；
②采空區(qū)氧濃度（C）分布（認(rèn)為C＜8%為窒息帶，C≥8%為自燃帶）；
③采空區(qū)遺煤溫升速度（dt>1℃/d為自燃帶）。
由于缺少深入的理論研究和試驗結(jié)果，此指標(biāo)目前尚難以應(yīng)用。
（２）采空區(qū)遺煤自燃的條件及其影響因素
設(shè)自燃帶的最大寬度為L1+L2，工作面的推進(jìn)速度為V，自然發(fā)火期為τS，在自燃帶內(nèi)煤暴露于
空氣的最長時間為τ(月)，則
(L L ) V 1 2 t = + （10-3）
當(dāng)τS≤τ時，可能發(fā)生自燃。
4、漏風(fēng)
在煤炭氧化過程的熱平衡關(guān)系中，漏風(fēng)起兩方面的作用：一是向煤提供氧化所必須的氧氣，促進(jìn)氧
化發(fā)展；二是帶走氧化生成的熱量，降低煤溫，抑制氧化過程發(fā)展。
蘇聯(lián)學(xué)者等研究表明，采空區(qū)及煤柱的漏風(fēng)強(qiáng)度在0.1～0.24 m3/(min.m2) 時容易自然發(fā)火。有的作
者認(rèn)為不會導(dǎo)致自燃的極限風(fēng)速低于０.０2～0.05 m3/(min.m2)；封閉采空區(qū)密閉墻漏風(fēng)壓差在300Pa、
漏風(fēng)強(qiáng)度在０.02～1.2m3/(min.m2) 時容易自然發(fā)火的[ 136 ]。因此，有一定局限性。但對我們研究自燃問
題是有參考價值的。把風(fēng)速控制在易燃風(fēng)速區(qū)之外，是從通風(fēng)的角度預(yù)防自然發(fā)火的原則。
5、地質(zhì)因素
地質(zhì)因素主要有：
（１）傾角。
（２）煤層厚度。
（３）地質(zhì)構(gòu)造。在有地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，自燃危險性加劇。
（４）開采深度。
六、煤的自燃過程及特點
第十章礦井火災(zāi)防治
- 125 -
圖10-2 煤的自燃過程
１、潛伏（自燃準(zhǔn)備）期
以物理吸附，煤溫開始升高，無宏觀現(xiàn)象。
２、自熱階段
自熱過程是煤氧化反應(yīng)自動加速、氧化生成熱量逐漸積累、溫度自動升高的過程。
３、自燃階段
煤溫達(dá)到其自燃點后，若能得到充分的供氧（風(fēng)），則發(fā)生燃燒，出現(xiàn)明火。
4、熄滅
降到燃點以下。
第四節(jié) 礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報
根據(jù)煤田地質(zhì)勘探或在礦井開采的過程中，所采集的煤樣的分析化驗結(jié)果和自然發(fā)火的統(tǒng)計資料，
判定待開采煤層的自燃嚴(yán)重程度及其在空間上的分布規(guī)律，為有針對性制定防滅火措施提供可靠的依
據(jù)。
一、煤層自燃傾向性的鑒定方法
1992 年版的《煤礦安全規(guī)程》執(zhí)行說明規(guī)定采用吸氧量法。
表10-1 30℃常壓下吸氧量
等級自燃傾向等級褐煤、煙煤高硫煤、無煙煤硫含量
Ⅰ 容易自燃≥0.8 ≥1.0 >2.0%
Ⅱ 自燃0.41~0.79 0.8~1.0 >2.0%
Ⅲ 不易自燃≤0.41 ≤0.8 <2.0%
二、煤層自然發(fā)火期的估算方法及其延長途徑
1、煤層自然發(fā)火期的估算
（１）統(tǒng)計比較法----生產(chǎn)礦井，揭煤統(tǒng)計，分煤層統(tǒng)計，以最短
（２）類比法----根據(jù)地質(zhì)資料，參照吸氧量鑒定，對照同類礦井
２、延長煤層自然發(fā)火期的途徑，其途徑有：
（１）減小煤的氧化速度和氧化生熱。
（２）增加散熱強(qiáng)度，降低溫升速度。
三、礦井外因火災(zāi)預(yù)測
礦井外因火災(zāi)預(yù)測是，通過井巷中的可燃物和潛在火源分布調(diào)查，確定可能產(chǎn)生外因火災(zāi)的空間位
置，及其危險性等級。
四、礦井火災(zāi)的預(yù)報
根據(jù)火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，應(yīng)用成熟的經(jīng)驗和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，采集處于萌芽狀態(tài)的火災(zāi)信
息，進(jìn)行邏輯推斷后給出火情報告。
主要有：
1、利用人體生理感覺預(yù)報自然發(fā)火
依靠人體生理感覺預(yù)報礦井火災(zāi)的主要方法有：
（１）嗅覺；
（２）視覺；
（３）感（觸）覺。
礦井通風(fēng)與安全
- 126 -
2、氣體成分分析法
（1）指標(biāo)氣體及其臨界指標(biāo)
能反映煤炭自熱或可燃物燃燒初期階段特征的、并可用來作為火災(zāi)早期預(yù)報的氣體叫指標(biāo)氣體。
（2）常用的指標(biāo)氣體
①一氧化碳（ＣＯ）
②Graham 系數(shù)ＩCO
2 2 2 0.265
100
O
100
N O
I CO CO CO -
= =
△
（10-4）
③乙烯。
④其它指標(biāo)氣體。國外有的煤礦采用烯炔比（乙烯和乙炔（C2H2）之比）和鏈烷比（C2H6/CH4)來
預(yù)測煤的自熱與自燃。
五、連續(xù)自動檢測系統(tǒng)
1、束管系統(tǒng)
（1）、采樣系統(tǒng)
（2）、控制裝置
（3）、氣樣分析
（4）、數(shù)據(jù)貯存、顯示和報警
２、礦井火災(zāi)監(jiān)測與監(jiān)控
第五節(jié) 開采技術(shù)防火措施
一、礦井自燃火源的分布規(guī)律
1、采空區(qū)。采空區(qū)火災(zāi)占50％以上。
2、煤柱。
3、巷道頂煤。
4、斷層和地質(zhì)構(gòu)造附近。
二、開拓開采技術(shù)防火措施
要求：
(1)提高回采率
(2)限制或阻止空氣流入疏松煤體，消除供氧(減少漏風(fēng)、減小壓差)
(3)漏風(fēng)風(fēng)速小于自燃風(fēng)速
（一）主要技術(shù)措施
1、合理地進(jìn)行巷道布置
(1)盡量巖巷，有利于均壓；
(2)區(qū)段巷道分采分掘；
(3)無煤柱開采技術(shù)
2、選擇合理的采煤方法和先進(jìn)的回采工藝，提高回采率，加快回采進(jìn)度。
3、選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)。
4、堅持自上而下的開采順序。
5、合理確定近距離相鄰煤層和厚煤層分層同采時兩工作面之間的錯距，防止上、下之間采空區(qū)連
通。
（二）灌漿系統(tǒng)
灌漿系統(tǒng)由制漿、輸漿和灌漿三部分組成。
1、漿液的制備
（1）漿液性能。對漿液性能的基本要求是，濃度適當(dāng)，滲透能力強(qiáng)。水土比。
（2）漿材的選取。漿材必須滿足一定的基本要求。
（３）漿液的制備工藝。
２、漿液的輸送
（1）輸漿壓力與輸漿倍線
輸送漿液的壓力有兩種。一是利用漿液自重及漿液在地面入口與井下出口之間高差形成的靜壓力進(jìn)
第十章礦井火災(zāi)防治
- 127 -
行輸送，叫靜壓輸送；當(dāng)靜壓不能滿足要求時應(yīng)采用加壓輸送。L—總長度，H—入出口高差，h—泵壓
力
H
N = L （10-5）
H h
N L
+
= （10-6）
（2）灌漿管道的選擇
當(dāng)管道中漿液恰好處于無沉積的懸浮狀態(tài)時的流速，稱為臨界流速(vc)時，也叫不淤流速。
3600 2
4
c
m
c d
V Q
p
= （10-7）
（3)灌漿鉆孔
（三）灌漿防火方法
按與回采的關(guān)系分，預(yù)防性灌漿有：采前預(yù)灌、隨采隨灌、采后封閉灌漿等三種。方法
（1) 鉆孔灌漿。
在煤層底板的集中運(yùn)輸或回風(fēng)巷道或?qū)ｉT開掘的灌漿巷道內(nèi)，每隔一定距離（10～15m）向采空區(qū)
打鉆灌漿，
（2) 埋管灌漿。
（3）工作面灑漿。
（4) 綜采工作面插管灌漿。
二、阻化劑防滅火
在化學(xué)上，凡是能減小化學(xué)反應(yīng)速度的物質(zhì)皆稱為(inhibitors)。
作用機(jī)理：增加惰性、形成液膜、充填、蓄水、降溫。
1、阻化劑的評價指標(biāo)及其影響因素
（１）阻化率
按公式（10-8）計算阻化率:
E = 100(A - B) A （10-8）
A，B--分別為原煤樣和阻化煤樣在規(guī)定的實驗條件下氧化5 小時放出的CO( pmm) 或SO 2 (mg)。
（２）阻化劑的阻化壽命
阻化劑噴灑至煤體表面后，從開始生效至失效所經(jīng)過的時間叫阻化劑壽命。單位為月。
阻化劑的壽命可用下式表示：V—衰減速度
V
t = E （10-9）
2、阻化劑選擇
煤礦使用的阻化劑有：氯化鈣、氯化鎂、氯化銨以及水玻璃等。以及工業(yè)廢液等。
3、阻化劑防火工藝方法
主要方法是：表面噴灑、用鉆孔向煤體壓注以及利用專用設(shè)備向采空區(qū)送入霧化阻化劑。
第六節(jié) 均壓防滅火
均壓防滅火的實質(zhì)：利用風(fēng)窗、風(fēng)機(jī)、調(diào)壓氣室和連通管等調(diào)壓設(shè)施，改變漏風(fēng)區(qū)域的壓力分布，
降低漏風(fēng)壓差，減少漏風(fēng)，從而達(dá)到抑制遺煤自燃、惰化火區(qū)，或熄滅火源的目的。
一、調(diào)壓設(shè)施均壓防滅火的原理
礦井通風(fēng)與安全
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圖10-3 調(diào)節(jié)風(fēng)窗調(diào)壓的原理圖10-4 風(fēng)機(jī)調(diào)壓的原理
（一）調(diào)節(jié)風(fēng)窗調(diào)壓的原理
特性：上風(fēng)側(cè)壓力增加，下風(fēng)側(cè)
實質(zhì)：增阻減風(fēng)，改變調(diào)壓風(fēng)路上的壓力分布，達(dá)到調(diào)壓目的。
前提條件：本分支風(fēng)量允許減少
（二）風(fēng)機(jī)調(diào)壓的原理
在需要調(diào)壓的風(fēng)路上安裝帶風(fēng)門的風(fēng)機(jī)，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的增風(fēng)增壓作用，改變風(fēng)路上的壓力分布，
達(dá)到調(diào)壓目的。
特性：
前提：以增加風(fēng)量為前提。
圖10-5 風(fēng)窗-風(fēng)機(jī)聯(lián)合調(diào)壓原理
（三）風(fēng)窗-風(fēng)機(jī)聯(lián)合調(diào)壓的原理
１、風(fēng)窗－風(fēng)機(jī)增壓調(diào)節(jié)
所謂增壓調(diào)節(jié)是指使兩調(diào)壓裝置中間的風(fēng)路上風(fēng)流的壓能增加。增壓調(diào)節(jié)又可分為風(fēng)量不變和減少
兩種。
２、風(fēng)窗－風(fēng)機(jī)聯(lián)合降壓調(diào)節(jié)
作降壓調(diào)節(jié)時，風(fēng)窗安裝在上風(fēng)側(cè)，風(fēng)機(jī)安裝在下風(fēng)側(cè)。
二、生產(chǎn)工作面采空區(qū)自燃火源或高溫點的調(diào)壓處理
（一）采空區(qū)的漏風(fēng)形式
圖10-6 并聯(lián)漏風(fēng)圖10-7角聯(lián)漏風(fēng)
1、并聯(lián)漏風(fēng)
如圖 10-6所示，是后退式回采U形通風(fēng)系統(tǒng)，工作面采空區(qū)漏風(fēng)分布平面示意圖。
2、角聯(lián)漏風(fēng)
（二）、調(diào)壓處理方法：
（1）、當(dāng)火源或高溫點處于自燃帶Ⅱ中后部（靠近窒息帶）時，則可用降低漏風(fēng)壓差的方法，減小
漏風(fēng)帶寬度，使窒息帶復(fù)蓋高溫點。
（2）、高溫點位于自燃帶的前部，可采用在工作面下端掛風(fēng)簾的方法來減小火源所在區(qū)域內(nèi)的漏風(fēng)，
同時加快工作面的推進(jìn)速度，使窒息帶快速復(fù)蓋高溫點。
第十章礦井火災(zāi)防治
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圖10-8 角聯(lián)漏風(fēng)
3、角聯(lián)漏風(fēng)
采空區(qū)內(nèi)除存在并聯(lián)漏風(fēng)外， 還有部分漏風(fēng)與其它風(fēng)巷發(fā)生聯(lián)系， 這種漏風(fēng)叫角聯(lián)漏風(fēng)。
調(diào)壓處理方法：
(1)在風(fēng)路中安裝風(fēng)門和風(fēng)機(jī)等調(diào)壓裝置，降低漏風(fēng)源的壓能, 提高漏風(fēng)匯的壓能。
(2)改變相鄰支路的風(fēng)阻比，使之保持：
57
37
25
23
R
R
R
R » （10-10）
具體措施
三、調(diào)壓氣室-連通管調(diào)壓防滅火的原理與應(yīng)用
一般適用于封閉火區(qū)滅火。有單氣室與雙氣室調(diào)壓兩種。
（一）、雙調(diào)壓氣室—連通管調(diào)壓原理與應(yīng)用
圖10-9 雙調(diào)壓氣室—連通管調(diào)壓原理與應(yīng)用
1、布置方式
K1、K2：密閉墻。
F1、F2：輔助密閉墻。
在密閉墻和輔助密閉墻形成的調(diào)壓氣室之間鋪一根金屬管。
2、調(diào)壓原理
輔助密閉墻增加火區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)阻，降低火區(qū)的漏風(fēng)壓差；連通管與火區(qū)并聯(lián)，起到并聯(lián)分風(fēng)和降壓
的作用。
3、調(diào)壓時的火區(qū)動態(tài)觀察
（二）、單調(diào)壓氣室—連通管調(diào)壓原理與應(yīng)用
1、布置方式及其調(diào)壓原理。
在回風(fēng)側(cè)構(gòu)成調(diào)壓氣室，同時利用金屬管將調(diào)壓氣室與火區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)相連。
圖10-10 單調(diào)壓氣室—連通管調(diào)壓原理
要消除火區(qū)漏風(fēng)，需滿足下式：
AB
DA
M
T
R
R
R
R = （10-11）
式中 RT—連通管(包括閘門)風(fēng)阻；
礦井通風(fēng)與安全
- 130 -
RM—輔助密閉墻M 與CB巷道風(fēng)阻之和；
RAB，RDA—分別為巷道AB和DA的風(fēng)阻；
2、火區(qū)的動態(tài)觀測
四、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)漏風(fēng)壓差
(一)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的原則
圖10-11 通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整原則
1、增加火區(qū)或采空區(qū)的并聯(lián)(低風(fēng)阻)風(fēng)路；或減少火區(qū)并聯(lián)分支的風(fēng)阻或風(fēng)量(不得在該分支增阻)。
２、增加火區(qū)所在分支或其漏風(fēng)流經(jīng)路線上其它分支的風(fēng)阻；在非漏風(fēng)流經(jīng)的路線上減阻。增阻或
減阻巷道離火區(qū)或采空區(qū)越近，效果越好。
３、當(dāng)火區(qū)的漏風(fēng)源與漏風(fēng)匯分別處于進(jìn)回風(fēng)井附近時，應(yīng)設(shè)法降低主要通風(fēng)機(jī)負(fù)壓；
４、降低火區(qū)漏風(fēng)源的壓能，增加其漏風(fēng)匯的壓能。
(二)通風(fēng)構(gòu)筑物的合理位置
在有漏風(fēng)源或漏風(fēng)匯附近的風(fēng)路上，設(shè)置增阻型通風(fēng)構(gòu)筑物時，應(yīng)遵循的總原則是：既起到應(yīng)有的
風(fēng)流調(diào)節(jié)和控制作用，又不增大火區(qū)或采空區(qū)的漏風(fēng)壓差。
具體而言：
１、若在有并聯(lián)漏風(fēng)的風(fēng)路上設(shè)置風(fēng)窗等增阻型通風(fēng)構(gòu)筑物時，其位置不應(yīng)選擇在漏風(fēng)的源與匯之
間。
2、在有漏風(fēng)源或漏風(fēng)匯附近的風(fēng)路上安設(shè)增阻型通風(fēng)構(gòu)筑物時，應(yīng)將其設(shè)在漏風(fēng)源的上風(fēng)側(cè)，或
漏風(fēng)匯的下風(fēng)側(cè)。
3、風(fēng)門、調(diào)節(jié)風(fēng)門和密閉墻等控制風(fēng)流的設(shè)施設(shè)置后，應(yīng)使采空區(qū)或火區(qū)同處于進(jìn)風(fēng)或回風(fēng)側(cè)，
以降低其漏風(fēng)壓差。
第七節(jié) 惰氣防滅火
惰氣系指不可燃?xì)怏w或窒息性氣體，主要包括氮?dú)?、二氧化碳以及燃料燃燒生成的煙氣（簡稱燃?xì)猓?
等。
一、氮?dú)夥罍缁?
氮?dú)饧瓤梢匝杆儆行У膿錅缑骰?，又可以防止采空區(qū)遺煤自燃。使用注氮滅火的火區(qū)具有恢復(fù)工作
量小、不損壞設(shè)備等優(yōu)點。
1、（液）氮?dú)夥罍缁鹪?
（1）氮?dú)庾⑷氩煽諈^(qū)后具有降低氧濃度的作用；
（2）液氮滅火還具有冷卻降溫作用。在２０℃的環(huán)境溫度下，液氮的汽化熱為４２３kJ/kg。直接
用液氮注入火區(qū)時，液氮?dú)饣?，吸收熱量，使火區(qū)氣體、煤層和圍巖的溫度降低，火區(qū)冷卻會加速火源
熄滅；
（3）在封閉火區(qū)的過程中，氮?dú)庾⑷牖饏^(qū)后，兼有抑爆作用。
2、氮?dú)庵迫?
三種工藝方法：一是深冷空分法99.9%；二是碳分子篩變壓吸附法；三是膜分離法。
3、生產(chǎn)工作面采空區(qū)注氮防火
向采空區(qū)注入氮?dú)庖鶕?jù)具體條件確定注氮制度（方式）。在有自燃早期預(yù)報時，一般應(yīng)采用非連
續(xù)注氮，以降低成本。并根據(jù)高溫點的溫度或CO 濃度大小選擇注氮強(qiáng)度、注氮口的位置以及注氮時工
作面風(fēng)量選擇等。
4、注氮處理封閉火區(qū)
第十章礦井火災(zāi)防治
- 131 -
（１）向封閉火區(qū)注氮。有條件時注氮過程中逐漸縮封火區(qū)，以提高注氮效果。
（２）定向注氮，目標(biāo)惰化。注氮時使氮?dú)饬鹘?jīng)火源點，用氮?dú)饬髦脫Q漏風(fēng)氣流；或者用數(shù)個鉆孔
能包圍火源點進(jìn)行注氮，這就是目標(biāo)惰化。
（3）提高注氮效果的途徑適當(dāng)增加密閉墻的氣密性，限制漏風(fēng)量；增大注氮強(qiáng)度和保持注氮的連
續(xù)性；選擇合適的注氮口位置。
二、濕式惰氣滅火
濕式惰氣是燃料油與一定比例的空氣混合在惰氣發(fā)生裝置（機(jī)）內(nèi)經(jīng)充分燃燒后產(chǎn)生的煙氣。由于
煙氣中基本上是惰性氣體或不可燃?xì)怏w，因此，將其壓入火區(qū)后，可起到惰化火區(qū)、窒息火源的作用；
壓入正在密閉的火區(qū)可起到阻爆作用。
惰氣發(fā)生裝置及其性能參數(shù)：產(chǎn)氣量，燃油耗量，耗水量，供水壓力，出水溫度。
第八節(jié) 礦井火災(zāi)時期通風(fēng)
一、火風(fēng)壓及其計算方法
火災(zāi)時高溫?zé)熈髁鬟^巷道所在的回路中的自然風(fēng)壓發(fā)生變化，這種因火災(zāi)而產(chǎn)生的自然風(fēng)壓變化
量，在災(zāi)變通風(fēng)中稱之為火風(fēng)壓。
圖10-12 模型化的通風(fēng)系統(tǒng)
在如圖10-12 所示的模型化的通風(fēng)系統(tǒng)中，在Ｆ點發(fā)火，由于火源下風(fēng)側(cè)34 風(fēng)路的風(fēng)溫和空氣成
分發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其密度減小，該回路產(chǎn)生火風(fēng)壓，根據(jù)火風(fēng)壓定義可得：
f ( ma mg ) H = Zg r - r （10-12）
式中 H f—火災(zāi)時1-2-3-4-1 回路的火風(fēng)壓，Pa;
Z—1-2-3-4-1回路的高差，m。
ρma、ρmg—分別為3-4分支火災(zāi)前
后空氣和煙氣的平均密度，kg /m3 。
二、火風(fēng)壓的特性
1、火風(fēng)壓出現(xiàn)的位置。
火風(fēng)壓產(chǎn)生于煙流流過的有高差的傾斜或垂直巷道中。
2、火風(fēng)壓的作用相當(dāng)于在高溫?zé)熈髁鬟^的風(fēng)路上安設(shè)了一系列輔助通風(fēng)機(jī)；
3、火風(fēng)壓的作用方向總是向上。
火風(fēng)壓的大小和方向取決于：煙氣流過巷道的高度、通過火源的風(fēng)量、巷道傾角、火源溫度和火源
產(chǎn)生的的位置。
三、火災(zāi)時期風(fēng)流紊亂規(guī)律及防治
1、風(fēng)流的紊亂形式
風(fēng)流紊亂的形式主要有：旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、主干風(fēng)路煙流逆退和火煙滾退三種形式。
（１）旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。當(dāng)火勢發(fā)展到一定的程度時，通風(fēng)網(wǎng)路中與火源所在排煙主干風(fēng)路相連
的某些旁側(cè)分支的風(fēng)流可能出現(xiàn)與正常風(fēng)向相反的流動，在災(zāi)變通風(fēng)中把這種現(xiàn)象叫做旁側(cè)支路風(fēng)流的
逆轉(zhuǎn)。
（２)主干風(fēng)路煙流逆退。
（３)火煙滾退。
礦井通風(fēng)與安全
- 132 -
圖10-13 風(fēng)流的穩(wěn)定形勢
2、風(fēng)流紊亂的原因、規(guī)律及其防治
（1）上行風(fēng)路產(chǎn)生火風(fēng)壓
發(fā)生風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的原因主要是：
①因火風(fēng)壓的作用使高溫?zé)熈髁鹘?jīng)巷道各點的壓能增大；
②火源下風(fēng)側(cè)風(fēng)阻增大（巷道冒頂?shù)仍颍?，?dǎo)致主干風(fēng)路火源上風(fēng)側(cè)風(fēng)量減小，沿程各節(jié)點壓能
降低。
風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的規(guī)律是，上行風(fēng)路產(chǎn)生火風(fēng)壓，旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。旁側(cè)支路風(fēng)流是否發(fā)生逆轉(zhuǎn)，與本
分支的風(fēng)阻大小無關(guān)。風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的過程一般是，風(fēng)量先逐漸減小，至停止，到反向。旁側(cè)支路風(fēng)量減小，
則可能是逆轉(zhuǎn)的前兆。
為了防止旁側(cè)風(fēng)路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，主要措施有：
①降低火風(fēng)壓；
②保持主要通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
③采用打開風(fēng)門、增加排煙通路等措施減小排煙路線上的風(fēng)阻；
（2）下行風(fēng)路產(chǎn)生火風(fēng)壓
在下行風(fēng)路中產(chǎn)生火風(fēng)壓，其作用方向與主要通風(fēng)機(jī)作用風(fēng)壓方向相反。當(dāng)火風(fēng)壓等于主要通風(fēng)機(jī)
分配到該分支壓力時，該分支的風(fēng)流就會停滯；當(dāng)火風(fēng)壓大于該分支的壓力時，該分支的風(fēng)流就會反向。
主干風(fēng)路風(fēng)阻及其產(chǎn)生的火風(fēng)壓一定時，風(fēng)量越小，越容易反。防止下行風(fēng)風(fēng)路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的途徑有：減
小火勢，降低火風(fēng)壓；增大主要通風(fēng)機(jī)分配到該分支上的壓力。
（3）風(fēng)流逆退的原因、規(guī)律及其防治
由于火源處產(chǎn)生大量煙氣以及風(fēng)流加熱后體積膨脹，類似于在火源處增加了一條風(fēng)路（可稱之為虛
擬風(fēng)路）。其體積流量超過原來風(fēng)量，會導(dǎo)致煙流逆退。發(fā)生逆退的原因是：煙氣的增量過大；主
通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓作用于主干風(fēng)路的風(fēng)壓小。
四、災(zāi)變時期風(fēng)流控制
1、礦井發(fā)火時對通風(fēng)制度的基體要求
（１）保護(hù)災(zāi)區(qū)和受威協(xié)區(qū)域的職工迅速撤至安全地區(qū)或井上；
（２）有利限制煙流在井巷中發(fā)生非控制性蔓延，防止火災(zāi)范圍擴(kuò)大
（３）不得使火源附近瓦斯聚積到爆炸濃度，不容許流過火源的風(fēng)流中瓦斯達(dá)到爆炸濃度，或使火
源蔓延到有瓦斯爆炸的地區(qū)；
（４）為救護(hù)創(chuàng)造條件。
2、火災(zāi)時常用的通風(fēng)制度
（1）維持正常通風(fēng)，穩(wěn)定風(fēng)流。①火源位于采區(qū)內(nèi)部；②網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的高瓦斯；③獨(dú)頭巷道；④采
區(qū)或礦井回風(fēng)道；⑤減少向火源供風(fēng)
（2）停風(fēng)機(jī)—(1)進(jìn)風(fēng)井口，(2)獨(dú)頭巷道CH4濃度>上限，(3)主通風(fēng)機(jī)成為阻力；
（3）反風(fēng)—(1)全礦反風(fēng)；(2)區(qū)域性反風(fēng)；(3)局部反風(fēng)
（4）風(fēng)流短路—進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)
第九節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制
一、滅火原理
（１）冷卻，把燃燒物質(zhì)的溫度降低到燃點以下。
（２）隔離和窒熄，使燃燒反應(yīng)體系與環(huán)境隔離，抑制參加反應(yīng)的物質(zhì)。
第十章礦井火災(zāi)防治
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（３）稀釋，降低參加反應(yīng)物(液、氣體）的濃度。
（４）中斷鏈反應(yīng)。
二、直接滅火
采用滅火劑或挖出火源等方法把火直接撲滅，稱謂直接滅火法
（一）常用滅火劑及其使用方法
可用于撲滅火源的物質(zhì)，稱為滅火劑。常用的滅火劑有水、泡沫、干粉、二氧化碳、四氯化碳、鹵
代烷、惰氣、砂子和巖粉等。
１、水
水是不燃液體，是消防上常用的滅火劑之一。使用方法有水射流和水幕兩種形式。
2、泡沫
泡沫是一種體積小，表面被液體圍成的氣泡群。泡沫的比重小，且流動性好，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離立體滅
火，具有持久性和抗燃燒性，導(dǎo)熱性能低，粘著力大。泡沫復(fù)蓋在火源周圍，形成嚴(yán)密的復(fù)蓋層，并能
保持一定時間，使燃燒區(qū)與空氣隔絕，具有窒息作用；復(fù)蓋層具有防輻射和熱量向外傳導(dǎo)作用；泡沫中
的水份蒸發(fā)可以吸熱降溫，起到冷卻作用。
泡沫滅火劑可分為化學(xué)滅火劑和空氣泡沫滅火劑兩類。
3、干粉
干粉滅火劑是目前公認(rèn)的滅火效力較高的一種新型的化學(xué)滅火劑。應(yīng)用范圍比較廣泛。
干粉滅火的原理：
干粉靠加壓氣體的壓力從噴咀內(nèi)噴出，形成一股霧狀氣流，射向燃燒物，接觸火焰和高溫后，受熱
分解，吸熱并放出不燃?xì)怏w（NH3和H2O(g))，可以稀釋火區(qū)范圍內(nèi)的氧濃度；干粉及其熱解產(chǎn)物可抑
止碳?xì)渥杂苫桑茐娜紵湻磻?yīng)；細(xì)的粉沫在高溫作用下溶化、膠結(jié)，形成復(fù)蓋層具有良好的“熱
帳”作用。
4、鹵代烴滅火劑
常用的鹵代烴滅火劑是用氟、氯、溴取代甲烷和乙烷中的氫而成，因此也叫鹵代烷滅火劑。
滅火原理：
在氮?dú)獾膲毫ψ饔孟拢瑴缁饎┝⒓闯伸F狀噴出。形成比重大、擴(kuò)散慢的氣體，能在較長時間內(nèi)滯留
在火區(qū)內(nèi)。其作用是降低火區(qū)氧濃度之外，中斷鏈反應(yīng)，阻止燃燒，并兼有一定窒息和冷卻作用。
5、砂子和巖粉
砂子和巖粉在煤礦廣泛應(yīng)用于撲滅電氣火災(zāi)。
（二）消除可燃物
直接滅火除了向火源噴射滅火劑以外，在有些條件下還可以清除可燃物，消除燃燒的物質(zhì)基礎(chǔ)。煤
礦常用的是挖除火源。
（三）用凝膠處理高溫點和自燃火源
凝膠是近年來應(yīng)用于煤礦井下防滅火較為廣泛的材料，由基料（硅酸鹽（水玻璃））+促凝劑（碳
酸氫氨等鹽類）+水（90%左右）組成。
滅火原理：
凝膠基料和促凝劑都具有阻化作用，加之含有大量水份，在一定的壓力下，注入到高溫點周圍的煤
體中。在成膠前凝膠易于流動，能夠滲透到煤體碎裂的內(nèi)部。既可起到阻止氧化作用，又可封堵漏風(fēng)（裂
隙）通道，防止漏風(fēng)滲入；其內(nèi)固聚的大量水份，遇高溫受熱蒸發(fā)，還可以起到吸熱降溫作用。
（四）灌漿滅火
灌漿滅火是煤礦井下常用的一種滅火方法。灌漿滅火的方法因火源位置而異。
常用的方法有：井下巷道（鉆窩）打鉆灌漿、在火區(qū)密閉墻上插管灌漿和地面鉆孔注漿三種。
三、隔絕滅火
當(dāng)火源不能直接將火撲滅時，為了迅速控制火勢，使其熄滅，可在通往火源的所有巷道內(nèi)砌筑密閉
墻，使火源與空氣隔絕。
（一）密閉墻的結(jié)構(gòu)和種類
分為：臨時密閉、永久密閉和防爆密閉三種。
１、臨時密閉墻
其作用是暫時切斷風(fēng)流，控制火勢發(fā)展。為砌筑永久密閉墻或直接滅火創(chuàng)造條件。
2、永久密閉墻
較長時間地（至火源熄滅為止）阻斷風(fēng)流，使火區(qū)因缺氧而熄滅。其要求是具有較高的氣密性、堅
固性和不燃性，同時又要求便于砌筑和啟開。
３、防爆密閉墻
礦井通風(fēng)與安全
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在有瓦斯爆炸危險時，需要構(gòu)筑防爆密閉，以防止封閉火區(qū)時發(fā)生瓦斯爆炸。防爆密閉墻一般是用
砂袋堆砌而成。
（二）密閉墻的位置選擇
密閉墻的位置選擇合理與否不僅影響滅火效果，而且決定施工安全性。
封閉火區(qū)的原則是：密、小、少、快四字。
密是指密閉墻要嚴(yán)密，盡量少漏風(fēng)；小是指封閉范圍要盡量小；少是指密閉墻的道數(shù)要少；快是指
封閉墻的施工速度要快。
（三）封閉火區(qū)的順序
目前基本上有兩種：
一是先進(jìn)后回（又稱為先入后排）；二是進(jìn)回同時。
圖10-14 封閉火區(qū)順序
四、封閉火區(qū)的方法
封閉火區(qū)的方法分為三種：
1、鎖風(fēng)封閉火區(qū)
從火區(qū)的進(jìn)回風(fēng)側(cè)同時密閉，封閉火區(qū)時不保持通風(fēng)。這種方法適用于氧濃度低于瓦斯爆炸界線
(O2<12%)的火區(qū)。
２、通風(fēng)封閉火區(qū)
在保持火區(qū)通風(fēng)的條件下，同時構(gòu)筑進(jìn)回風(fēng)兩側(cè)的密閉。
３、注惰封閉火區(qū)
第二、三種方法，即封閉火區(qū)時保持通風(fēng)的方法在國內(nèi)外被認(rèn)為是最安全和最正確的方法，應(yīng)用較
廣泛。
五、撲滅和控制不同地點火災(zāi)的方法
1、井口和井筒火災(zāi)
2、井底火災(zāi)
3、井下硐室火災(zāi)
4、通風(fēng)巷道火災(zāi)
5、采煤工作面火災(zāi)
6、獨(dú)頭巷道火災(zāi)
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、根據(jù)引火源的不同，礦井火災(zāi)可分為和外因火災(zāi)。
2、發(fā)生礦井火災(zāi)的原因、地點是多樣的，但都必須具備三個條件，即： 、 和空氣，俗
稱火災(zāi)三要素。
3、自然發(fā)火期是煤炭自然發(fā)火危險程度在時間上的度量，自然發(fā)火期越的煤層自然發(fā)火危險程
度就越大。
4、早期識別和預(yù)報煤炭自然發(fā)火的方法有： 、分析井下空氣成分的變化、測定可能發(fā)火區(qū)域及
其圍巖和附件空氣的溫度。
5、預(yù)防煤炭自然火災(zāi)主要有四個方面的措施，即：開拓開采技術(shù)措施、措施、阻化劑防火措施
和措施。
6、均壓法也叫調(diào)節(jié)風(fēng)壓法。均壓法防止漏風(fēng)的實質(zhì)是降低或消除漏風(fēng)通道兩端的。
7、礦井火災(zāi)的滅火方法可分為3 類，即： 、隔離滅火和。
8、煤炭自燃必須具備的條件是：煤本身具有；煤呈碎裂狀態(tài)存在；連續(xù)適量地供給；
散熱條件差，熱量易于積聚。
9、內(nèi)因火災(zāi)多發(fā)生在、巷道兩側(cè)受地壓破壞的煤柱、巷道中堆積的浮煤或片幫冒頂處、與地面
老窯的連通處。、摩擦火、和瓦斯煤塵爆炸。
10、煤炭自燃需要經(jīng)歷三個階段，分別為、 和自燃期。
第十章礦井火災(zāi)防治
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11、均壓通風(fēng)防止漏風(fēng)的原理是采取措施來降低或消除漏風(fēng)通道兩端的，從而減少或消除漏風(fēng)，
達(dá)到預(yù)防自燃的目的。
二、選擇題
1、下列火災(zāi)事故中，哪種火災(zāi)屬于內(nèi)因火災(zāi)。
A、遺煤自燃 B、摩擦起火 C、放炮起火
2、電器設(shè)備著火時，應(yīng)首先。
A、直接用水滅火 B、切斷電源 C、撤出人員
3、在煤自燃過程中， 的溫度不會明顯的升高。
A、潛伏期 B、自熱期 C、自燃期
4、通過分析氣體能夠判斷煤炭是否自燃。
A、二氧化碳 B、氧氣 C、一氧化碳
5、火風(fēng)壓產(chǎn)生的原因是由于空氣的，從而導(dǎo)致火風(fēng)壓的產(chǎn)生。
A、質(zhì)量增加 B、密度減小 C、壓力升高
6、火區(qū)封閉后，常采用使火災(zāi)加速熄滅。
A、直接滅火法 B、隔離滅火法 C、綜合滅火法
7、具有使用設(shè)備少，投資小，見效快的優(yōu)點的井下防滅火方法是。
A、預(yù)防性灌漿 B、噴灑阻化劑 C、注惰 D、均壓通風(fēng)
8、下列哪種氣體濃度的變化可以作為早期預(yù)報內(nèi)因火災(zāi)的指標(biāo)。
A、氧氣含量的減少； B、一氧化碳含量的增加；
C、二氧化碳含量的減少； D、二氧化硫含量增加；
9、火災(zāi)發(fā)生在回風(fēng)側(cè)時，為控制風(fēng)流防止災(zāi)害擴(kuò)大應(yīng)。
A、正常通風(fēng) B、全礦反風(fēng) C、區(qū)域反風(fēng) D、風(fēng)流短路
10、含硫量增加會導(dǎo)致煤塵的爆炸危險性。
A、減下 B、擴(kuò)大 C、不變
三、判斷題
1、煤塵連續(xù)爆炸后，爆炸壓力變化不大。
2、隔絕滅火法實質(zhì)上是使火源缺氧而窒息的滅火方法。
3、礦井火災(zāi)也叫礦內(nèi)火災(zāi)，分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)。
4、井下一旦發(fā)生火災(zāi)，遇險人員應(yīng)立即沿回風(fēng)巷撤退。
5、目前普遍認(rèn)為煤炭自燃的原因時煤氧復(fù)合作用的結(jié)果。
6、一般情況下，無煙煤的自燃傾向性要大于褐煤。
7、煤的自燃傾向性與自燃危險程度是一致的。
8、煤層的自燃發(fā)火期的長短基本保持不變。
9、由于自燃會導(dǎo)致水分蒸發(fā)，形成露珠，所以當(dāng)發(fā)現(xiàn)凝有水珠時，可以斷定附近煤體已經(jīng)自燃。
10、研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采空區(qū)單位面積上的漏風(fēng)量大于1.2m3/min時，就不會發(fā)生自燃火災(zāi)，所以，可以通
過加大漏風(fēng)來防治煤的自燃。
11、阻化劑防火實際上只是進(jìn)一步利用和擴(kuò)大了水的防火作用。
12、井下火災(zāi)是井下一氧化碳的主要來源。
13、水作為萬能滅火劑可以撲滅任何火災(zāi)。
14、煤炭自燃的過程是熱量不斷積聚，溫度不斷升高的過程。
15、一個煤層的自燃發(fā)火期是相同的。
16、井下發(fā)生自燃火災(zāi)時，其回風(fēng)流中一氧化碳濃度升高。
四、簡答題
1、內(nèi)因火災(zāi)多發(fā)生在哪些地方？
2、什么叫礦井火災(zāi)?它分哪幾類？各有何特點?
3、煤炭自燃過程有哪幾個階段？各階段有何特征？
4、影響煤炭自燃的因素有哪些？
5、什么叫自然發(fā)火期？怎樣確定自然發(fā)火期？
6、我國煤的自燃傾向性分哪幾個等級? 其等級是如何確？
7、試述煤炭自燃的早期識別及預(yù)報方法。
8、礦井防火的一般措施有哪些？
9、試述外源火災(zāi)的預(yù)防措施。
10、從開采技術(shù)方面可采取哪些措施預(yù)防煤層自然發(fā)火？
礦井通風(fēng)與安全
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11、煤塵爆炸必須具備哪些條件？
12、均壓防滅火有哪些方法? 各種方法的內(nèi)容是什么？
13、按煤的自燃情況，采空區(qū)如何劃分為“三帶”？
14、試述預(yù)防性灌漿時泥漿的作用、制備和灌漿方法。
15、泥漿代用材料有哪些？
16、什么叫土水比? 預(yù)防性灌漿的灌漿量怎樣確定?
17、怎樣預(yù)防灌漿事故的發(fā)生？
18、阻化劑溶液防火的作用是什么？試說明噴灑阻化劑的工藝系統(tǒng)。
19、發(fā)生火災(zāi)時的行動原則是什么？
20、發(fā)生火災(zāi)時控制風(fēng)流方法有哪些? 簡述其適用條件相應(yīng)注意的問題。
21、什么叫火風(fēng)壓?如何計算?對礦內(nèi)風(fēng)流有何影響? 怎樣防治？
22、直接滅火法的具體作法？試述高倍數(shù)空氣機(jī)械泡沫滅火的工藝過程及滅火原理。
23、防火墻有哪幾種？各用什么材料建筑？
24、試述封閉火區(qū)的順序和注意事項。
25、拋．試述灌漿、向封閉區(qū)注惰性氣體和二氧化碳的作用以及具體做法。
26、試述火區(qū)注氮的作用原理、氮的輸送和井下注氮的工藝過程。
27、火區(qū)管理包括哪些內(nèi)容?
28、封閉火區(qū)內(nèi)火源熄滅的標(biāo)志有哪些？
29、啟封火區(qū)方法有幾種？各自的做法是什么？
30、什么叫礦井火災(zāi)?礦井火災(zāi)發(fā)生的三要素是什么？
31、試述地面火災(zāi)和井下火災(zāi)的特點?
32、什么叫內(nèi)因火災(zāi)? 什么叫外因火災(zāi)? 試比較二者的不同特點，并從中總結(jié)處理兩類火災(zāi)的指導(dǎo)思想
與方法。
33、為什么有的煤能發(fā)生自燃而有的則不能自燃 ?
34、煤的自燃過程分哪幾個階段? 各個階段的特點有哪些？
35、如何評價各類闡述煤自燃的假說?
36、厚煤層開采為什么最易發(fā)生煤的自燃？
37、煤的自燃傾向性、煤層自燃發(fā)火危險程度、煤層自然發(fā)火期三個概念的確切含意如何理解？它們之
間的互相關(guān)聯(lián)何在？
38、煤礦里在什么地點最易發(fā)生自燃火源 ?
39、為什么說提高開采技術(shù)水平、改善通風(fēng)條件是增強(qiáng)礦井固有防火能力、防止煤自燃的關(guān)鍵性決策?
40、如何早期識別煤炭自燃火災(zāi)？早期識別煤炭自燃的標(biāo)志氣體有哪些 ?
41、有哪些煤的自燃征兆可憑人的感官予以識別? 汽油味的發(fā)現(xiàn)是井下自燃火災(zāi)發(fā)生的可靠標(biāo)志，但為
什么在火源的近旁并不明顯？
42、為什么外因火災(zāi)最易釀成惡性事故?
43、防止外因火災(zāi)要從哪幾個方面著手？
44、什么叫預(yù)防性灌漿？為什么灌漿能防止煤炭自燃的發(fā)生？
45、灌漿漿材基本性能參數(shù)有哪些? 如何解決當(dāng)前灌漿土源匱乏的問題? 請列舉出各種代用漿材。
46、預(yù)防性灌漿的方法有哪些？各種方法適用的條件是什么？
47、預(yù)防性灌漿系統(tǒng)如何進(jìn)一步完善？
48、阻化劑防火的適用條件有哪些? 利用阻化劑防止煤自燃還有哪些問題需要解決或進(jìn)一步考查？
49、我國煤礦常用的阻化劑有哪些? 什么是阻化壽命、阻化率?
50、用水滅火應(yīng)注意哪些問題？ 用水滅火的適用條件是什么?
51、試達(dá)防火墻的類型?各種防火墻的作用及其結(jié)構(gòu)?
52、在瓦斯采區(qū)或礦井使用隔絕滅火法應(yīng)選用什么類型的防火墻？畫出耐爆防火墻的結(jié)構(gòu)。
53、采用隔絕法滅火時，為了防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生，防火墻的位置如何選擇? 火區(qū)封閉順序如何安
排?
54、為什么封閉火區(qū)時最易發(fā)生瓦斯(包括火災(zāi)氣體)爆炸? 監(jiān)測火區(qū)瓦斯情況有哪些手段或技術(shù)?
55、濕式惰氣的成份有哪些？如何利用濕式惰氣滅火? 請介紹國內(nèi)使用濕式惰氣成功滅火的實例。
56、火區(qū)注銷的條件、火區(qū)熄滅的標(biāo)志有哪些? 試述火區(qū)啟封的方法及其適用條件。
57、試述火風(fēng)壓的概念? 火風(fēng)壓的生成及其作用? 它的特點有哪些?
58、試述火災(zāi)時期見種常見的主要的風(fēng)流紊亂形式?
第十章礦井火災(zāi)防治
- 137 -
59、火災(zāi)時期旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的原因何在？如何防止逆轉(zhuǎn)的發(fā)生? 試介紹你們所了解的旁側(cè)支路風(fēng)
流逆轉(zhuǎn)的實例。
60、火災(zāi)時期上行通風(fēng)的主干風(fēng)路為什么會發(fā)生風(fēng)流逆退現(xiàn)象? 如何防止逆退的發(fā)生?
61、火災(zāi)時期下行通風(fēng)的主干風(fēng)路也會發(fā)生風(fēng)流逆退，但是它和上行通風(fēng)的主干風(fēng)路煙流的逆退發(fā)生的
原因不同，請予以分析說明。
62、如何防止下行項風(fēng)的主干風(fēng)路在火災(zāi)時期發(fā)生煙流的逆退?
63、請介紹火災(zāi)時期現(xiàn)場反風(fēng)成功的實例與失敗的實例，并從中分析總結(jié)其教訓(xùn)與經(jīng)驗。
64、為什么說在處理礦井火災(zāi)時不能輕易改變主扇工作狀況？ 在什么條件下可以采取停扇的措施? 或
者說停止主扇運(yùn)行是正確的？
65、多風(fēng)井通風(fēng)的礦井，發(fā)生火災(zāi)時，為什么不允許停止擔(dān)負(fù)火區(qū)通風(fēng)的主扇？
66、火災(zāi)時期如何觀察主扇房水柱計的變化? 水柱計液面上升，壓差增大，液面下降，風(fēng)壓減小，或者
說發(fā)生突變等都在說明什么問題?
67、當(dāng)你在井下發(fā)現(xiàn)火情時，怎么辦？
礦井通風(fēng)與安全
- 138 -
第十一章礦山防塵
【主要內(nèi)容】
1、礦塵及其性質(zhì)
2、塵肺病
3、煤塵爆炸及預(yù)防
4、綜合防塵
第一節(jié) 礦塵及其性質(zhì)
一、礦塵的產(chǎn)生及分類
礦塵是指在礦山生產(chǎn)和建設(shè)過程中所產(chǎn)生的各種煤、巖微粒的總稱。
幾種常用的分類方法。
1、按礦塵粒徑劃分
(1)粗塵—>40μm,空氣中易沉降；
(2)細(xì)塵—10~40μm，肉眼可見，在靜止空氣加速沉降；
(3)微塵—0.25~10μm，光學(xué)顯微鏡可見，在靜止空氣等速沉降；
(4)超微塵—<0.25μm，電子顯微鏡觀察，擴(kuò)散動力。
2、按礦塵的存在狀態(tài)劃分
(1)浮游礦塵：懸浮于礦內(nèi)空氣中
(2)沉積礦塵：從礦內(nèi)空氣沉降下來的礦塵
3、按礦塵的粒徑組成范圍劃分
(1)全塵(總粉塵)：各種粒徑的礦塵之和，1mm 以下；
(2)呼吸性粉塵：5μm 以下，
二、礦塵的危害
礦塵具有很大的危害性，表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)污染工作場所，危害人體健康，引起職業(yè)病。
(2)某些礦塵(如煤塵、硫化塵)在一定條件下可以爆炸。
(3)加速機(jī)械磨損，縮短精密儀器使用壽命。
(4)降低工作場所能見度，增加工傷事故的發(fā)生。
三、含塵量的計量指標(biāo)
1、礦塵濃度
其表示方法有兩種：
(1)質(zhì)量法：每立方米空氣所含浮塵的毫克數(shù)，mg/m3
(2)計數(shù)法：每立方米空氣所含浮塵的個數(shù)，個/m3
2、產(chǎn)塵強(qiáng)度
指生產(chǎn)過程中，采落煤中所含的粉塵量，常用的單位為g/t。
3、相對產(chǎn)塵強(qiáng)度
指每采掘1噸或1 立方米礦巖所產(chǎn)生的礦塵量，常用的單位為mg/t 或mg/m3。
4、礦塵沉積量
單位時間在巷道表面單位面積上所沉積的礦塵量，單位為g/m2·d。
四、礦塵性質(zhì)
1、礦塵中游離SiO2的含量
礦塵中游離SiO2 的含量是危害人體的決定因素，其含量越高，危害越大。煤礦上常見的頁巖、砂
第十一章礦山防塵
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巖、礫巖和石灰?guī)r等中游離SiO2的含量通常多在20%～50%，煤塵中的含量一般不超過5%。
2、礦塵的粒度與比表面積
礦塵粒度：礦塵粒度平均直徑，μm
礦塵的比表面積：單位質(zhì)量礦塵的總表面積；m2/kg,cm2/g
礦塵的比表面積與粒度成反比，粒度越小，比表面積越大，因而這兩個指標(biāo)都可以用來衡量礦塵顆
粒的大小。
3、礦塵的分散度
礦塵整體組成中各種粒級塵粒所占百分比稱為礦塵的分散度。
分散度有兩種表示方法：
(1)重量百分比：各粒級重量所占總重量的百分比；
(2)數(shù)量百分比：各粒級顆粒數(shù)所占總顆粒百分比；
粒級的劃分是根據(jù)粒度大小和測試目的確定的，我國工礦企業(yè)將礦塵粒級劃分為4級：小于2μm、
2～5μm、5～10μm和大于10μm。
礦塵分散度是衡量礦塵顆粒大小構(gòu)成的一個重要指標(biāo)。礦塵總量中微細(xì)顆粒多，所占比例大時，稱
為高分散度礦塵；反之，如果礦塵中粗大顆粒多，所占比例大，就稱作低分散度礦塵。礦塵的分散度越
高，危害性越大，而且越難捕獲。
4、礦塵的濕潤性
礦塵的濕潤性是指礦塵與液體親和的能力。
親水性礦塵：容易被水濕潤
疏水性礦塵：不容易被水濕潤
5、礦塵的荷電性
因空氣的電離以及塵粒之間的碰撞、摩擦等作用，使塵粒帶有電荷，可能是正電荷，也可是負(fù)電荷。
6、礦塵的光學(xué)特性
礦塵的光學(xué)特性包括礦塵對光的反射、吸收和透光強(qiáng)度等性能。
第二節(jié) 礦山塵肺病
一、塵肺病及其發(fā)病機(jī)理
塵肺?。阂蚤L期吸入大量微細(xì)粉塵而引起的以纖維組織增生為主要特征的肺股市部疾病。
1、塵肺類的分類
煤礦塵肺病按吸入礦塵的成分不同，可分為三類：
(1)硅肺病(矽肺病)，由于吸入含游離SiO2含量較高的巖塵而引的塵肺病稱為硅肺病?；颊叨酁殚L
期從事巖巷掘進(jìn)的礦工。
(2)煤硅肺病(煤矽肺)，由于同時吸入煤塵和含游離ＳｉＯ2的巖塵所引起的塵肺病稱為煤硅病肺。
患者多為巖巷掘進(jìn)和采煤的混合工種礦工。
(3)煤肺病。由于大量吸入煤塵而引起的塵肺病多屬煤肺病。患者多為長期單一的在煤層中從事采
掘工作的礦工。
2、塵肺病的發(fā)病機(jī)理
進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)的粉塵大體上經(jīng)歷以下四個過程：
(1)在上呼吸道的咽喉、氣管內(nèi)，含塵氣流由于沿程的慣性碰撞作用使大于10μm 的塵粒首先沉降
在其內(nèi)。經(jīng)過鼻腔和氣管粘膜分泌物粘結(jié)后形成痰排出體外。
(2)在上呼吸道的較大支氣管內(nèi)，通過慣性碰撞及少量的重力沉降作用，使5～10μm的塵粒沉積下
來，經(jīng)氣管、支氣管上皮的纖毛運(yùn)動，咳嗽隨痰排出體外。
(3)在下呼吸道的細(xì)小支氣管內(nèi)，由于支氣管分支增多，氣流速度減慢，使部分2～5μm 的塵粒依
靠重力沉降作用沉積下來，通過纖毛運(yùn)動逐級排出體外。
(4)粒度為2μm 左右的粉塵進(jìn)入呼吸性支氣管和肺內(nèi)后，一部分可隨呼氣排出體外；另一部分沉積
在肺泡壁上或進(jìn)入肺內(nèi)，殘留在肺內(nèi)的粉塵僅占總吸入量的1%～2％以下。
二、塵肺病的發(fā)病癥狀及影響因素
1、塵肺病的發(fā)病癥狀
塵肺病分為三期：
第一期：重體力勞動時呼吸困難、胸痛、輕度干咳。
礦井通風(fēng)與安全
- 140 -
第二期：中等體力勞動或正常工作時，感覺呼吸困難，胸痛、干咳或帶痰咳嗽。
第三期：做一般工作甚至休息時，也感到呼吸困難、胸痛、連續(xù)帶痰咳嗽，甚至咯血和行動困難、
2、影響塵肺病的發(fā)病因素
(1)礦塵的成分
能夠引起肺部纖維病變的礦塵，多半含有游離SiO2，其含量越高，發(fā)病工令越短，病變的發(fā)展程度
越快。
對于煤塵，引起煤肺病的主要是它的有機(jī)質(zhì)(即揮發(fā)分)含量。
(2)礦塵粒度及分散度
5μm 以上的礦塵對塵肺病的發(fā)生影響不大；5μm 以下的礦塵可以進(jìn)入下呼吸道并沉積在肺泡中，
最危險的粒度是2μm左右的礦塵。
(3)礦塵濃度
塵肺病的發(fā)生和進(jìn)入肺部的礦塵量有直接的關(guān)系，也就是說，塵肺的發(fā)病工令和作業(yè)場所的礦塵濃
度成正比。
(4)個體方面的因素
第三節(jié) 煤塵爆炸及預(yù)防
一、煤塵爆炸的機(jī)理及特征
1、煤塵爆炸的機(jī)理
煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下，空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應(yīng)過程，是一種非
常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一般煤塵爆炸機(jī)理及過程主要表現(xiàn)在以下方面：
(1)煤本身是可燃物質(zhì)，當(dāng)它以粉末狀態(tài)存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增
強(qiáng)，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開；
(2)當(dāng)溫度達(dá)到300～400℃時，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強(qiáng)，放出大量的可燃性氣體。
(3)形成的可燃?xì)怏w與空氣混合在高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成活化中心，當(dāng)活化中心的
能量達(dá)到一定程度后，鏈反應(yīng)過程開始，游離基迅速增加，發(fā)生了塵粒的閃燃；
(4)閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，并使之參與鏈反應(yīng)，導(dǎo)致燃燒過程急劇地循環(huán)進(jìn)行。
2、煤塵爆炸的特征
(1)形成高溫、高壓、沖擊波
(2)煤塵爆炸具有連續(xù)性
(3)煤塵爆炸的感應(yīng)期即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃?xì)怏w形成爆炸所需的時間。
(4)揮發(fā)分減少或形成“粘焦”
(5)產(chǎn)生大量的CO
二、煤塵爆炸的條件
煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮于空氣中并達(dá)到一定濃度；
存在能引燃煤塵爆炸的高溫?zé)嵩础?
我國煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃。煤塵爆炸的最小點火能為4.5～
40mj。
三、影響煤塵爆炸的因素
1、煤的揮發(fā)分
煤塵的可燃揮發(fā)分含量越高，爆炸性越強(qiáng)。
2、煤的灰分和水分
煤內(nèi)的灰分是不燃性物質(zhì)，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應(yīng)，降低煤塵的爆炸性。
3、煤塵粒度
粒度對爆炸性的影響極大。1mm 以下的煤塵粒子都可能參與爆炸，而且爆炸的危險性隨粒度的減小
而迅速增加。
4、空氣中的瓦斯?jié)舛?
瓦斯參與使煤塵爆炸下限降低。瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，煤塵的爆炸下限可用下式計算：
d kd m = （11-1）
式中： m d —空氣中有瓦斯時的煤塵爆炸下限，g/m3；
第十一章礦山防塵
- 141 -
d 煤塵的爆炸下限，g/m3；
k -系數(shù)，見表11-1.
表11-1 空氣中的瓦斯?jié)舛葘?yīng)的k值
空氣中的瓦斯?jié)舛?%) 0 0.50 0.75 1.0 1.50 2.0 3.0 4.0
ｋ 1 0.75 0.60 0.50 0.35 0.25 0.1 0.05
5、空氣中氧的含量
空氣中氧的含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低；氧的含量低時，點燃煤塵云困難，當(dāng)氧含量低于
17%時，煤塵就不再爆炸。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆炸壓力。
6、引爆熱源
四、煤塵爆炸性鑒定
五、預(yù)防煤塵爆炸的技術(shù)措施
預(yù)防煤塵爆炸的技術(shù)措施主要包括三個方面。
(一）、減、降塵措施
指在煤礦井下生產(chǎn)過程中，通過減少煤塵產(chǎn)生量或降低空氣中懸浮煤塵含量以達(dá)到從根本上杜絕煤
塵爆炸的可能性。
方法很多，下面主要介紹煤層注水。
1、煤層注水實質(zhì)
在回采之前預(yù)先在煤層中打若干鉆孔，通過鉆孔注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，增加煤的水分，
從而減少煤層開采過程煤塵的產(chǎn)塵量。
煤層注水的減塵作用主要有以下三個方面：
①煤體內(nèi)的裂隙中存在著原生煤塵，水進(jìn)入后，可將原生煤塵濕潤并粘結(jié)，使其在破碎時失去飛揚(yáng)
能力，從而有效地消除塵源
②水進(jìn)入煤體內(nèi)部，并使之均勻濕潤。當(dāng)煤體在開采中受到破碎時，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，
從而消除了細(xì)粒煤塵的飛揚(yáng)，預(yù)防了浮塵的產(chǎn)生；
③水進(jìn)入煤體后使其塑性增強(qiáng)，脆性減弱，改變了煤的物理力學(xué)性質(zhì)，當(dāng)煤體因開采而破碎時，脆
性破碎變?yōu)樗苄宰冃?，因而減少了煤塵的產(chǎn)生量。
2、影響煤層注水效果的因素
①煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度
裂隙和孔隙的發(fā)育程度不同，注水效果差異也較大。煤體的裂隙越發(fā)育則越易注水。
煤體的孔隙發(fā)育程度一般用孔隙率表示，系指孔隙的總體積與煤的總體積的百分比。根據(jù)實測資料，
當(dāng)煤層的孔隙率小于4%時，煤層的透水性較差。
②上履巖層壓力及支承壓力
③液體性質(zhì)的影響：0.5%洗衣粉
④煤層內(nèi)的瓦斯壓力
煤層內(nèi)的瓦斯壓力是注水的附加阻力。所以在瓦斯壓力大的煤層中注水時，往往要提高注水壓力，
以保證濕潤效果。
⑤注水參數(shù)的影響
煤層注水參數(shù)是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。
3、煤層注水方式
注水方式是指鉆孔的位置、長度和方向。按國內(nèi)外注水狀況，有以下4 種方式：
①短孔注水，是在回采工作面垂直煤壁或與煤壁斜交打鉆孔注水，注水孔長度一般為2～3.5m；
②深孔注水，在回采工作面垂直煤壁打鉆孔注水，孔長一般為5～25m；
③長孔注水，從回采工作面的運(yùn)輸巷或回風(fēng)巷，沿煤層傾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注
水，孔長30～100m。
④巷道鉆孔注水。
礦井通風(fēng)與安全
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圖11-1 短孔、深孔注水示意圖上向孔、下向孔、雙向孔巷道
4、注水系統(tǒng)
注水系統(tǒng)分為靜壓注水系統(tǒng)和動壓注水系統(tǒng)。
靜壓注水：利用管網(wǎng)將地面或上水平的水通過自然靜壓差導(dǎo)入鉆孔的注水叫靜壓注水。
動壓注水：利用水泵或風(fēng)包加壓將水壓入鉆孔的注水叫動壓注水，水泵可以設(shè)在地面集中加壓，也
可直接設(shè)在注水地點進(jìn)行加壓。
5、注水設(shè)備
煤層注水所使用的設(shè)備主要包括鉆機(jī)、水泵、封孔器、分流器及水表等。
6、注水參數(shù)
①注水壓力
注水壓力的高低取決于煤層透水性的強(qiáng)弱和鉆孔的注水速度。
適宜的注水壓力是：通過調(diào)節(jié)注水流量使其不超過地層壓力而高于煤層的瓦斯壓力。
②注水速度(注水流量)
注水速度是指單位時間內(nèi)的注水量。鉆孔的注水速度隨鉆孔長度、孔徑和注水壓力的不同而增減。
一般來說，小流量注水對煤層濕潤效果最好。
③注水量
注水量是影響煤體濕潤程度和降塵效果的主要因素。
④注水時間
每個鉆孔的注水時間與鉆孔注水量成正比，與注水速度成反比。
(二)、防止煤塵引燃的措施
1、清除落塵
2、撒布巖粉
3、設(shè)置巖粉棚
由安裝在巷道中靠近頂板處的若干塊巖粉臺板組成，臺板的間距稍大于板寬，每塊臺板上放置一定
數(shù)量的惰性巖粉。
4、設(shè)置水棚
水棚包括水槽棚和水袋棚兩種。
5、設(shè)置自動隔爆棚
自動隔爆棚是利用各種傳感器，將瞬間測量的煤塵爆炸時的各種物理參量迅速轉(zhuǎn)換成電信號，指令
機(jī)構(gòu)的演算器根據(jù)這些信號準(zhǔn)確計算出火焰?zhèn)鞑ニ俣群筮x擇恰當(dāng)時機(jī)發(fā)出動作信號，讓抑制裝置強(qiáng)制噴
撒固體或液體等消火劑，從而可靠地?fù)錅绫ɑ鹧?，阻止煤塵爆炸蔓延。
(三)、限制煤塵爆炸范圍擴(kuò)大的措施
第四節(jié) 礦山綜合防塵
礦山綜合防塵是指采用各種技術(shù)手段減少礦山粉塵的產(chǎn)生量、降低空氣中的粉塵濃度，以防止粉塵
對人體、礦山等產(chǎn)生危害的措施。
一、通風(fēng)除塵
通風(fēng)除塵：指通過風(fēng)流的流動將井下作業(yè)點的懸浮礦塵帶出，降低作業(yè)場所的礦塵濃度。
效果主要影響因素：風(fēng)速及礦塵密度、粒度、形狀、濕潤程度等。
最低排塵風(fēng)速：能使呼吸性粉塵保持懸浮并隨風(fēng)流運(yùn)動而排出的最低風(fēng)速稱為最低排塵風(fēng)速。
最優(yōu)排塵風(fēng)速：能最大限度排除浮塵而又不致使落塵二次飛揚(yáng)的風(fēng)速稱為最優(yōu)排塵風(fēng)速。
一般來說，掘進(jìn)工作面的最優(yōu)風(fēng)速為0.4～0.7m/ｓ，
機(jī)械化采煤工作面為1.5～2.5m/ｓ。
二、濕式作業(yè)
利用水或其它液體，使之與塵粒相接觸而捕集粉塵的方法，它是礦井綜合防塵的主要技術(shù)措施之一。
第十一章礦山防塵
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機(jī)理：
1、水能溫潤礦塵，增加塵粒的重力；
2、將細(xì)散塵粒聚結(jié)為較大顆粒，加速浮塵沉降；
3、使落塵不易飛揚(yáng)。
特點：
1、濕式鑿巖、鉆眼
實質(zhì)
2、灑水
灑水降塵是用水濕潤沉積于煤堆、巖堆、巷道周壁、支架等處的礦塵。
3、噴霧灑水
定義：將壓力水通過噴霧器在旋轉(zhuǎn)或沖擊作用下，使水流霧化成細(xì)散的水嘀噴射于空氣中。
霧體結(jié)構(gòu)：噴出霧體的幾何形狀。
La—射程，霧粒以很大速度作直線運(yùn)動。
Lb—作用長度，噴霧器的最大噴射距離。
α－擴(kuò)張角，其值愈大霧體的截面積愈大。
適用條件：廣泛用于采掘切割、爆破、裝載、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程。
4、水炮泥和水封爆破
水炮泥就是將裝水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼內(nèi)。
要求：塑料袋難燃、無毒、有一定強(qiáng)度。
作用原理
三、凈化風(fēng)流
凈化風(fēng)流是使井巷中含塵的空氣通過一定的設(shè)施或設(shè)備，將礦塵捕獲的技術(shù)措施。
1、水幕凈化風(fēng)流
水幕是在敷設(shè)于巷道頂部或兩幫的水管上間隔地安上數(shù)個噴霧器噴霧形成的。噴霧器的布置應(yīng)以水
幕布滿巷道斷面盡可能靠近塵源為原則。
圖11-2 水幕凈化風(fēng)流示意圖
一般安設(shè)位置為：
①礦井總?cè)腼L(fēng)流凈化水幕：距井口20～100m 巷道內(nèi)；
②采區(qū)入風(fēng)流凈化水幕：風(fēng)流分叉口支流里側(cè)20～50m 巷道內(nèi)
③采煤回風(fēng)流凈化水幕：距工作面回風(fēng)口10～20m 回風(fēng)巷內(nèi)；
④掘進(jìn)回風(fēng)流凈化水幕：距工作面30～50m 巷道內(nèi)；
⑤巷道中產(chǎn)塵源凈化水幕：塵源下風(fēng)側(cè)5～10m巷道內(nèi)。
水幕是凈化入風(fēng)流和降低污風(fēng)流礦塵濃度的有效方法。
2、濕式除塵裝置
除塵裝置(或除塵器)是指把氣流或空氣中含有的固體粒子分離并捕集起來的裝置，又稱集塵器或捕
塵器。
根據(jù)是否利用水或其它液體，除塵裝置可分為干式和濕式兩大類。煤礦一般采用濕式除塵裝置
四、個體防護(hù)
個體防護(hù)是指通過佩戴各種防護(hù)面具以減少吸入人體粉塵的一項補(bǔ)救措施。
主要包括：
1、防塵口罩
2、防塵安全帽(頭盔)
本章復(fù)習(xí)思考題
礦井通風(fēng)與安全
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一、填空題
1、呼吸性粉塵是指粒徑在μm 以下，能被吸入人體肺泡區(qū)的浮塵。
2、煤塵爆炸必須同時具備四個條件： 、煤塵必須懸浮于空氣中并達(dá)到一定濃度、
和 。
3、預(yù)防煤塵爆炸和限制爆炸范圍擴(kuò)大的措施有、 和限制煤塵爆炸范圍擴(kuò)大的措施。
4、根據(jù)吸入礦塵的成分不同，煤礦塵肺病可分為、 和硅煤肺病。
5、煤層注水后，煤體的強(qiáng)度和脆度下降，可塑性增加，減少開采中的產(chǎn)生量；煤體水分增加，
使煤塵飛揚(yáng)能力降低，可以減少浮塵量。
6、降塵的具體措施有、 、水封爆破水炮泥、、 和清掃落塵。
7、礦塵按成分可以劃分為和巖塵。
8、礦塵按存在狀態(tài)可以劃分為和落塵。
9、礦塵是煤礦五大自然災(zāi)害之一，其危害有；在一定條件下可以發(fā)生爆炸；磨損機(jī)械，引起機(jī)
械使用壽命下降；使工作面勞動衛(wèi)生條件惡化，誘使其他事故的發(fā)生。
二、選擇題
1、下列風(fēng)速中屬于最佳排塵風(fēng)速的是m/s。
A 1 B 2 C 3 D 4
2、呼吸性粉塵是指粒徑在微米以下，能被人體肺泡吸入的粉塵。
A、20 B、10 C、5
3、在采煤面工作的一線工人，最有可能得。
A、硅肺病 B、煤肺病 C、硅煤肺病
三、判斷題
1、礦井的浮塵和落塵在一定條件會互相轉(zhuǎn)化的。
2、煤塵的揮發(fā)性決定煤塵是否具有爆炸性。
3、煤塵只要達(dá)到一定濃度，遇高溫火源就會發(fā)生爆炸。
4、礦塵分散度越高，危害性越大。
5、能夠進(jìn)入人體的礦塵都是呼吸性粉塵。
6、煤塵爆炸產(chǎn)生的沖擊波的速度大于火焰的傳播速度。
7、煤塵的粒度越小，爆炸性就越強(qiáng)。
8、采掘過程中煤塵的產(chǎn)生量要大于運(yùn)輸和轉(zhuǎn)載過程中煤塵的產(chǎn)生量。
9、煤層注水既是防塵措施，也可以作為防突措施。
10、在有瓦斯、煤塵爆炸危險的煤層中，在掘進(jìn)工作面放炮前后附近20m的巷道內(nèi)，都必須灑水降塵。
四、簡答題
影響塵肺病發(fā)病的因素主要有哪些？
第十二章礦井防水
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第十二章 礦山防水
【本章主要內(nèi)容】
1、地面防治水
2、井下防治水
3、礦井突水及處理
凡影響、威脅礦井安全生產(chǎn)、使礦井局部或全部被淹沒并造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的礦井涌水事故
都稱為礦井水災(zāi)。
造成礦井水害的水源主要有大氣降水、地表水、含水層水、巖溶陷落柱水、斷層水、以及舊巷或老
空區(qū)積水等。
第一節(jié) 地面防治水
地面防水是指在地表修筑各種防排水工程，防止或減少大氣降水和地表水滲入礦井。
根據(jù)礦區(qū)不同的地形、地貌及氣候，應(yīng)從下列幾方面采取相應(yīng)的措施：
1．慎重選擇井筒位置
井口（平硐口）和工業(yè)場地內(nèi)主要建筑物的標(biāo)高應(yīng)在當(dāng)?shù)貧v年最高洪水位以上
2．河流改道
3．鋪整河底
4．填堵通道
5．挖溝排（截）洪
6．排除積水
7．加強(qiáng)雨季前的防訊工作
第二節(jié) 井下防治水
井下水害來勢兇猛，俗有“水老虎”之稱。礦井防治水可歸納為“查、探、放、排、堵、截”六個字。
一、做好礦井水文觀測與水文地質(zhì)工作(查)
1．做好水文觀測工作--收集地表水、井下水源的水壓、水位、和水量、井下涌水量變化。
2．做好礦井水文地質(zhì)工作—沖擊層厚度、各分層的透水、含水性；斷層和裂隙位置、落差、延伸、
含水導(dǎo)水性；含水層與隔水層數(shù)量、位置、厚度、巖性；老窯和現(xiàn)采小窯的范圍、采空區(qū)積水分布。
二、井下探水
“有疑必探，先探后掘”是采掘工作必須遵循的原則。
遇下列情況之一者時，必須探水：
(1)接近水淹井巷、老空、老窯或小窯時；
(2)接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬?、陷落柱時；
(3)接近可能出水鉆孔和各類防水煤柱時；
(4)接近可能與地表水體相通的斷裂破碎帶或裂隙發(fā)育帶時；
(5)上層采空區(qū)積水，在兩層間垂直距離小于采高40 倍或巷高10 倍的下層采掘工作以及采掘工作
面有明顯出水征兆時。
1、探水起點的確定：
1)積水線—積水區(qū)域范圍線；水位標(biāo)高，積水量；
礦井通風(fēng)與安全
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2)警戒線—積水線外60m，紅色，超前探水，邊探邊掘；
3)探水線—根據(jù)積水位置、積水量、地質(zhì)、水文地質(zhì)、采空區(qū)和巷道受礦壓力等影響。
探水線規(guī)定：對于老窯、采空區(qū)、峒室等積水清楚，P<1Mpa，巖層不小于20m，煤層不小于30m；
積水區(qū)位置邊界不清楚，最小不小于60m；小窯、斷層等，不小于60m；石門揭含水層不小于20m。
2、探水鉆孔布置
（1）探水超前距離、允許掘進(jìn)距離、幫距和密度確定：探水-掘進(jìn)-再探水-再掘進(jìn)。超前距一般20m，
幫距與超前距一樣。鉆孔密度<3m。
圖12-1 探水鉆孔布置
（2）探水鉆孔布置
原則：巷道掘進(jìn)所占空間應(yīng)有鉆孔控制，且鉆孔間距小于巷道高度、寬度、或煤層厚度。
①平巷鉆孔
對于薄煤層，3 組，每組1~2個鉆孔；厚煤層，3組，每組不少于3 個鉆孔
②上山巷道鉆孔布置
對于薄煤層，5 組，每組1~2個鉆孔；厚煤層，5組，每組不少于3 個鉆孔，至少有一孔見頂或見
底。
三、放水（疏干）
有計劃地將威脅性水源全部或部分地疏放掉，是消除水患的有效措施之一。
1．疏放老空水
(1)直接放水—當(dāng)水量不大，不超過排水能力；
(2)先堵后放—與巨大水源有聯(lián)系，動力儲水量大；
(3)先放后堵—雖有補(bǔ)給水源，但補(bǔ)給量不大，
(4)用煤柱或構(gòu)筑物先隔離，水量大，水質(zhì)壞，準(zhǔn)備好設(shè)備排，或留隔水保護(hù)煤柱。
2．疏放含水層水
(1)地面打鉆抽水—環(huán)形鉆孔、排形鉆孔
(2)井下疏水巷道疏水
(3)用井下鉆孔疏水—放射狀、排狀、立井泄放孔
四、截水
截水是利用水閘墻、水閘門和防水煤（巖）柱等物體，臨時或永久地截住涌水，將采掘區(qū)與水源隔
離，使某一地點突水不致危及其它地區(qū)，減輕水災(zāi)危害的重要措施。
防水煤（巖）柱厚度：最小垂直距離BR，20m
防水墻：地點、承壓、材料、墻厚。水閘墻是用不透水材料構(gòu)成的永久性構(gòu)筑物，用于隔絕有透水
危險的區(qū)域。
水閘門：防水閘門一般設(shè)置于井下運(yùn)輸巷內(nèi)，正常生產(chǎn)時防水閘門敞開著，當(dāng)突然發(fā)生水患時，閘
門關(guān)閉將水阻擋于閘門之外。
五、礦井注漿堵水
注漿堵水就是將配制的漿液壓入井下巖層空隙、裂隙或巷道中，使其擴(kuò)散、凝固和硬化，使巖層具
有較高的強(qiáng)度、密實性和不透水性而達(dá)到封堵截斷補(bǔ)給水源和加固地層的作用，是礦井防治水害的重要
手段之一。
第三節(jié) 礦井突水及其處理
一、礦井突水征兆
凡是井巷掘進(jìn)及工作面回采過程中，接近或溝通含水層、被淹巷道、地表水體、含水?dāng)嗔褞?、溶洞?
陷落柱而突然產(chǎn)生的突水事故稱礦井突水。突水前，在工作面及其附近往往顯示出某些異?，F(xiàn)象，這
第十二章礦井防水
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些異常統(tǒng)稱為“突水征兆”。
1．與承壓水有關(guān)斷層水突水征兆
工作面頂板來壓、掉渣、片幫、支架傾倒等；底膨脹、底鼓張、底“爆”響聲；先出小水、再出大水；
采場或巷道瓦斯涌出量增大。
2．沖積層水突水征兆
巖層發(fā)潮、滴水、且逐漸增大，局部冒頂、水量突增、水時清時混，流砂；潰水、潰砂，
3．老空水突水征兆
發(fā)潮、發(fā)暗、掛汗、發(fā)涼、吱吱水聲、鐵銹呈紅色
二、恢復(fù)被淹礦井及安全措施
1．排除積水的方法
(1)直接排干
(2)先堵后排
2．排水恢復(fù)期的安全措施
保持良好通風(fēng)，經(jīng)常檢查氣體含量；嚴(yán)禁一切明火，防瓦斯爆炸；在井筒內(nèi)安裝排水設(shè)備時佩戴安
全帶和自救器在恢復(fù)井巷時應(yīng)注意冒頂墜井事故。
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、預(yù)防性灌漿方法可分為、邊采邊灌和3 種方法。
2、礦井涌水的水源可分為和 。
3、礦井水災(zāi)發(fā)生的基本條件是： 與 。
4、井下防治水的措施可概括為6 個字，即： 、測、探、、截、。
5、造成礦井水災(zāi)的原因，概括起來主要有以下幾個方面：（1） ；（2）井筒位置設(shè)計不當(dāng)；（3）
資料不清盲目施工；（4）低劣施工不講質(zhì)量；（5） ；（6）技術(shù)差錯造成事故；（7） 。
6、防水墻是井下防水、截水的一種設(shè)施，根據(jù)防水墻的服務(wù)時間的長短和作用不同，可分為
和 。
7、老空區(qū)透水的特點是出現(xiàn)， ，水的酸度大，水味發(fā)澀，有臭雞蛋味。
8、地下水源包括含水層水、斷層水和。
9、井下探放水的原則是，先探后掘。
10、煤層預(yù)注水的方法有和淺孔注水。
二、選擇題
1、根據(jù)礦井水災(zāi)發(fā)生的原因統(tǒng)計，治理礦井水災(zāi)可以通過治理來降低水災(zāi)的發(fā)生。
A、違章作業(yè)，管理不善 B、提高技術(shù)水平 C、不可避免，防不勝防
2、下列各項不是預(yù)防性灌漿作用的是。
A、泥漿對煤起阻化作用； B、包裹采空區(qū)浮煤，隔絕空氣；
C、冷卻作用； D、填充作用；
3、水力沖孔的作用是。
A、巷道掘進(jìn) B、水力采煤 C、局部防突 D、煤層注水
三、判斷題
1、煤層注水后會降低煤的強(qiáng)度。
2、游泥是斷層水的透水預(yù)兆。
3、透水預(yù)兆中頂板“掛汗”多為平形水珠，有“承壓欲滴”之勢。
4、若要準(zhǔn)確判斷“掛汗” 是否為透水預(yù)兆，可以剝離一層煤壁面，仔細(xì)觀察新面是否潮濕，若潮濕則
是透水預(yù)兆。
5、“掛紅”是老空區(qū)的透水預(yù)兆。
6、為了排泄井下涌水，一般平巷都有一定的流水坡度。
7、如果井下煤壁“掛汗”，說明將要接近突水區(qū)。
8、“游泥”是斷層水的透水預(yù)兆。
9、斷層水一般補(bǔ)給比較充足，多屬于“活水”。
礦井通風(fēng)與安全
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第十三章礦山救護(hù)
第一節(jié) 礦山救護(hù)隊
礦山救護(hù)隊是處理礦井火災(zāi)、瓦斯、煤塵、水、頂板等災(zāi)害的專業(yè)性隊伍，是職業(yè)性、技術(shù)性組織，
嚴(yán)格實行軍事化管理。
一、礦山救護(hù)組織與任務(wù)
（一）礦山救護(hù)隊的組織
1．區(qū)域礦山救護(hù)大隊的組織
各省(區(qū))煤炭管理機(jī)構(gòu)將本省(區(qū))的產(chǎn)煤地區(qū)，以100km為服務(wù)半徑，合理劃分為若干區(qū)域。在每
個區(qū)域選擇一個交通位置適中、戰(zhàn)斗力較強(qiáng)的礦山救護(hù)隊，作為重點建設(shè)的礦山救護(hù)中心，即區(qū)域礦山
救護(hù)大隊。區(qū)域礦山救護(hù)大隊由2 個以上中隊組成，是完備的聯(lián)合作戰(zhàn)單位。
2．礦山救護(hù)中隊的組織
礦山救護(hù)中隊距服務(wù)礦井一般不超過10km或行車時間一般不超15min。礦山救護(hù)中隊是獨(dú)立作戰(zhàn)
的基層單位，由3 個以上的小隊組成，直屬中隊由4個以上的小隊組成。
3.輔助礦山救護(hù)隊的組織
輔助礦山救護(hù)隊?wèi)?yīng)根據(jù)礦井的生產(chǎn)規(guī)模、自然條件、災(zāi)害情況確定編制，原則上應(yīng)由3 個以上的小
隊組成。輔助礦山救護(hù)隊?wèi)?yīng)設(shè)專職隊長及專職儀器裝備維修工，負(fù)責(zé)日常工作。輔助救護(hù)隊直屬礦長領(lǐng)
導(dǎo)，業(yè)務(wù)上受礦總工程師(或技術(shù)負(fù)責(zé)人)和礦山救護(hù)隊領(lǐng)導(dǎo)。
（二）礦山救護(hù)隊的任務(wù)
礦山救護(hù)隊的任務(wù)是：
(1)救護(hù)井下遇險遇難人員；
(2)處理井下火、瓦斯、煤塵、水和頂板等災(zāi)害事故；
(3)參加危及井下人員安全的地面滅火工作；
(4)參加排放瓦斯、震動性放炮、啟封火區(qū)、反風(fēng)演習(xí)和其它需要佩用氧氣呼吸器的安全技術(shù)工作；
(5)參加審查礦井災(zāi)害預(yù)防和處理計劃，協(xié)助礦井搞好安全和消除事故隱患的工作；
(6)負(fù)責(zé)輔助救護(hù)隊的培訓(xùn)和業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)工作；
(7)協(xié)助礦山搞好職工救護(hù)知識的教育。
（三）礦山救護(hù)隊進(jìn)行礦井預(yù)防性工作的主要內(nèi)容
(1)經(jīng)常深入服務(wù)礦井熟悉情況，了解各礦采掘布置、通風(fēng)系統(tǒng)、保安設(shè)施、火區(qū)管理、運(yùn)輸、防
水排水、輸配電系統(tǒng)、灑水滅塵、消防管路系統(tǒng)及其設(shè)備的使用情況；各生產(chǎn)區(qū)隊、班(組)的分布情況，
機(jī)電峒室、火藥室、安全出口的所在位置，事故隱患及安全生產(chǎn)動態(tài)等。
(2)協(xié)助礦井搞好探查古窯，恢復(fù)舊巷等需要佩用氧氣呼吸器的安全技術(shù)工作。
(3)協(xié)助礦井訓(xùn)練井下職工、工程技術(shù)人員使用和管理自救器。
(4)宣傳黨的安全生產(chǎn)方針，協(xié)助通風(fēng)安全部門做好煤礦事故的預(yù)防工作。
(5)幫助礦長、總工程師掌握救護(hù)儀器使用的基本知識。
二、礦山救護(hù)工作原則
三、礦山救護(hù)隊的常用技術(shù)裝備
為保證礦山救災(zāi)過程中救護(hù)指戰(zhàn)員的自身安全和對遇險遇難人員施行人工呼吸急救，礦山救護(hù)隊必
須配備一定數(shù)量的氧氣呼吸器、自動蘇生器、氧氣充填泵、氧氣呼吸器校驗儀、救護(hù)通訊器材、冰冷防
熱服和尋人儀等儀器設(shè)備。
1．氧氣呼吸器
氧氣呼吸器是一種與外界空氣隔絕的個體防護(hù)裝置。國內(nèi)生產(chǎn)的有AHG-２、AHG-3、AHG-4 和
AHY-6等型號，它們的工作原理基本相同，其有效使用時間分別為2h、3h和4h。
AHG-4A型氧氣呼吸器，是帶壓縮氧氣儲備的隔絕再生式閉路循環(huán)呼吸保護(hù)器具，它由呼吸循環(huán)系統(tǒng)、
氧氣供應(yīng)系統(tǒng)和輔助裝置組成。其構(gòu)造如圖13-1所示。
第十三章礦井救護(hù)
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13-1 AHG-4A型氧氣呼吸器
1—外殼；2—手動補(bǔ)給接頭；3—氧氣瓶左緊帶；4—氧氣瓶右緊帶；5—開口銷；6—氧氣瓶；7—壓力表導(dǎo)管；8—氧氣
壓力表；9—墊圈；10—降溫器；11—吸氣閥；12—右頭帶；13—保護(hù)片；14—自動排氣閥；15—呼吸軟管組件；16—口
具組件(或全面罩)；17—左頭帶；18—輸氧管；19—調(diào)節(jié)器；20—聯(lián)調(diào)節(jié)器導(dǎo)管；21—呼氣閥；22—清凈罐；23—清凈
罐束緊帶；24—呼吸袋；25—分路器；26—氧氣瓶開關(guān)；27—聯(lián)氧氣瓶導(dǎo)管；28—調(diào)節(jié)帶；29—鉤環(huán)螺帽；30—手動補(bǔ)
給按扭；31—壓力表開關(guān)；32—聯(lián)接螺絲；33—保護(hù)管；34—腰墊；35—A型帶；36—聯(lián)接鉤環(huán)；37—腰帶；38—哨子；
39—左肩帶；40—螺釘；41—墊圈；42—扣環(huán)；43—右肩帶。
AHG-4A 型氧氣呼吸器的呼吸聯(lián)接器具有口具和呼吸面罩兩種形式，見圖13-2 和圖13-3。當(dāng)在悶
熱的井巷里從事較重工作時，選用口具可使面部散熱良好。而選用面罩則具有可同時用口鼻呼吸、能說
話、對面部有保護(hù)作用等優(yōu)點。
圖13-2 口具圖13-3 呼吸面罩
1—口具主體；2—扎緊線繩和保護(hù)套；3—口片； 1—頭帶；2—帶扣；3—手柄；4—眼窗玻璃；
4—頦托軟墊；5—保護(hù)套 5—傳聲器；6—呼吸軟管；7—擦水器；8—阻水罩
2．自動蘇生器
自動蘇生器是一種自動進(jìn)行正負(fù)壓人工呼吸的急救裝置，它適于搶救如胸部外傷、中毒、溺水、觸
電等原因造成的呼吸抑制或窒息的傷員。我國救護(hù)隊現(xiàn)用的ASZ-30 型自動蘇生器的構(gòu)造和工作原理如
圖13-4所示。
圖13-4 自動蘇生器工作原理示意圖
1—氧氣管；2—氧氣瓶；3—壓力表；4—減壓閥； 5—配氣閥；6—引射器；7—吸引瓶；8—自動肺；9—面罩；10—儲
氣囊；11—呼吸閥；12、13、14—開關(guān)；15—逆止閥；16—安全閥
礦井通風(fēng)與安全
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3．氧氣充填泵
4．氧氣呼吸器校驗儀
5．礦山救護(hù)通訊設(shè)備
6．冰冷防熱服
7．尋人儀
第二節(jié) 礦工自救
一、發(fā)生事故時在場人員的行動原則
發(fā)生事故后，現(xiàn)場人員應(yīng)盡量了解和判斷事故的性質(zhì)、地點和災(zāi)害程度，迅速向礦調(diào)度室報告。同
時應(yīng)根據(jù)災(zāi)情和現(xiàn)有條件，在保證安全的前提下，及時進(jìn)行現(xiàn)場搶救，制止災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)大。在制止無
效時，應(yīng)由在場的負(fù)責(zé)人或有經(jīng)驗的老工人帶領(lǐng)，選擇安全路線迅速撤離危險區(qū)域。
二、礦工自救設(shè)施與設(shè)備
（一）避難硐室
避難硐室是供礦工遇到事故無法撤退而躲避待救的一種設(shè)施。
（二）壓風(fēng)自救裝置
壓風(fēng)自救裝置是利用礦井已裝備的壓風(fēng)系統(tǒng)，由管路、自救裝置、防護(hù)罩(急救袋)三部分組成。
（三）自救器
自救器是一種體積小、攜帶輕便，但作用時間較短的供礦工個人使用的呼吸保護(hù)儀器。
自救器分為過濾式和隔離式兩類，隔離式自救器又有化學(xué)氧和壓縮氧兩種
1.AZL-60 型過濾式自救器
這種自救器是用于礦井發(fā)生火災(zāi)或瓦斯爆炸時防止CO 中毒的呼吸保護(hù)裝置，它適用于周圍空氣中
O2濃度不低于18%的條件下。當(dāng)CO 濃度小于1.5%、環(huán)境溫度在50℃以下時，使用時間可達(dá)60min。
該自救器的外形如圖13-5所示，過濾藥罐的結(jié)構(gòu)如圖13-6所示。
圖13-5 自救器外形圖13-6 自救器濾毒罐結(jié)構(gòu)示意圖
1—上殼；2—封口帶；3—號碼牌；4—下殼； 1 —鼻夾；2—呼氣閥；3—頭帶；4—降溫網(wǎng)；
5—開啟搬手；6—腰帶環(huán) 5—牙墊；6—口具；7—口水擋板；8—吸氣閥；
9—濾塵層；10—觸媒層；11—隔熱紗帶；12—干
燥劑；13—補(bǔ)償彈簧；14—濾塵層；15—減振墊
佩帶自救器的方法步驟：掀起保護(hù)罩，再用拇指掀起紅色的開啟搬手，拉斷封印條；撕掉封口帶，
撥開外罐上部并扔掉；握住頭帶，把藥罐從外罐中拉出，并扔掉外罐下部；從口具上拉開鼻夾，把口具
片塞進(jìn)牙齒與嘴唇之間，并咬住牙墊；用兩手輕輕拉開鼻夾墊，夾在鼻子上，并立即用口呼吸；取下礦
帽，把頭帶套在頭頂上；戴上礦帽，撤離危險區(qū)。
2.AZH-40 型化學(xué)氧自救器
這種自救器為隔離式自救器，可用于礦井發(fā)生各種災(zāi)害情況下礦工的自救。該自救器有效作用時間
為：步行速度5.5km/h或從事中等強(qiáng)度勞動(196 000N·m/h)時，不少于40min，靜坐條件下大于2h。
3.自救器的選用原則
對于流動性較大，可能會遇到各種災(zāi)害威脅的人員應(yīng)選用隔離式自救器；在有煤與瓦斯突出礦井或
突出區(qū)域的采掘工作面，應(yīng)選用隔離式自救器。其余情況下，一般應(yīng)選用過濾式自救器。
第十三章礦井救護(hù)
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4.自救器的佩戴注意事項
(1) 戴上自救器后，吸氣溫度逐漸升高，表明自救器工作正常。決不能因吸氣干熱而把自救器取下。
(2) 化學(xué)氧自救器佩戴初期生氧劑放氧速度慢，如條件允許，應(yīng)緩慢行走，等氧足夠呼吸時再加快
速度。撤退時最好按每小時4～5km速度行走，呼吸要均勻，千萬不要跑。
(3) 佩戴過程中口腔產(chǎn)生的唾液，可以咽下，也可任其自然流入口水盒降溫器，嚴(yán)禁拿下口具往外
吐。
(4) 在未到達(dá)安全地點前，嚴(yán)禁取下鼻夾和口具，以防有害氣體的毒害。
5. 自救器的佩戴注意事項
(1) 戴上自救器后，吸氣溫度逐漸升高，表明自救器工作正常。決不能因吸氣干熱而把自救器取下。
(2) 化學(xué)氧自救器佩戴初期生氧劑放氧速度慢，如條件允許，應(yīng)緩慢行走，等氧足夠呼吸時再加快
速度。撤退時最好按每小時4～5km速度行走，呼吸要均勻，千萬不要跑。
(3) 佩戴過程中口腔產(chǎn)生的唾液，可以咽下，也可任其自然流入口水盒降溫器，嚴(yán)禁拿下口具往外
吐。
(4) 在未到達(dá)安全地點前，嚴(yán)禁取下鼻夾和口具，以防有害氣體的毒害。
第三節(jié) 現(xiàn)場急救
礦井發(fā)生水災(zāi)、火災(zāi)、爆炸、冒頂?shù)仁鹿屎?，可能會出現(xiàn)中毒、窒息、外傷等傷員。在場人員對這
些傷員應(yīng)根據(jù)傷情進(jìn)行合適的處理與急救。救護(hù)指戰(zhàn)員在災(zāi)區(qū)工作時，只要發(fā)現(xiàn)遇險受傷人員，都要把
救人放在第一位。
一、對中毒、窒息人員的急救
在井下發(fā)現(xiàn)有害氣體中毒者時，一般可采取下列措施：
（1）立即將傷員搶運(yùn)到新鮮風(fēng)流中，安置在安全、干燥和通風(fēng)正常地點。
（2）立即清除患者口、鼻內(nèi)中的污物，解開上衣扣子和腰帶，脫掉膠鞋。并用衣被等物蓋在傷員
身上以保暖。
（3）根據(jù)心跳、呼吸、瞳孔、神志等方面，判斷傷情的輕重。
（4）人工呼吸持續(xù)的時間以傷員恢復(fù)自主性呼吸或真正死亡時為止。
現(xiàn)場急救常用的人工呼吸和恢復(fù)心跳的方法：
（1）口對口吹氣法
（2）仰臥壓胸法
（3）俯臥壓背法
（4）心臟擠壓法
二、對外傷人員的急救
1、對燒傷人員的急救
(1)盡快撲滅傷員身上的火，縮短燒傷時間。
(2)檢查傷員呼吸和心跳情況，查是否合并有其他外傷、有害氣體中毒、內(nèi)臟損傷和呼吸道燒傷等。
(3)要防止休克、窒息和瘡面污染。傷員發(fā)生休克或窒息時，可進(jìn)行人工呼吸等急救。
(4)用較干凈的衣服把傷面包裹起來，防止感染。在現(xiàn)場除化學(xué)燒傷可用大量流動的清水沖洗外，
對瘡面一般不作處理，盡量不弄破水泡以保護(hù)表皮。
(5)把重傷員迅速送往醫(yī)院。搬運(yùn)傷員時，動作要輕柔，行進(jìn)要平穩(wěn)。
2、對出血人員的急救
常用的暫時性動脈止血方法有：
(1)指壓止血法
(2)加壓包扎止血法
(3)止血帶止血法
二、對外傷人員的急救
1、對燒傷人員的急救
(1)盡快撲滅傷員身上的火，縮短燒傷時間。
(2)檢查傷員呼吸和心跳情況，查是否合并有其他外傷、有害氣體中毒、內(nèi)臟損傷和呼吸道燒傷等。
(3)要防止休克、窒息和瘡面污染。傷員發(fā)生休克或窒息時，可進(jìn)行人工呼吸等急救。
(4)用較干凈的衣服把傷面包裹起來，防止感染。在現(xiàn)場除化學(xué)燒傷可用大量流動的清水沖洗外，
礦井通風(fēng)與安全
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對瘡面一般不作處理，盡量不弄破水泡以保護(hù)表皮。
(5)把重傷員迅速送往醫(yī)院。搬運(yùn)傷員時，動作要輕柔，行進(jìn)要平穩(wěn)。
2、對出血人員的急救
常用的暫時性動脈止血方法有：
(1)指壓止血法
(2)加壓包扎止血法
(3)止血帶止血法
3、對骨折人員的急救
對骨折人員首先用毛巾或衣服作襯墊，然后根據(jù)現(xiàn)場條件用木棍、木板、竹笆等材料做成臨時夾板，
對受傷的肢體臨時固定后，抬運(yùn)升井，送往醫(yī)院。
三、對溺水者的急救
發(fā)生水災(zāi)后，應(yīng)首先搶救溺水人員。人員溺水時，由于水大量地灌入的肺部，可造成呼吸困難而窒
息死亡。所以，對溺水人員應(yīng)迅速采取下列急救措施：
(1)把溺水者從水中救出后，要立即送到比較溫暖和空氣流通的地方，脫掉濕衣服，蓋上干衣服，
不使受涼。
(2)立即檢查溺水者的口鼻，如果有泥沙等污物堵塞，應(yīng)迅速清除，擦洗干凈，以保持呼吸道通暢。
(3)使溺水者取俯臥位，用木料、衣服等墊在溺水者肚子下面；或?qū)⒆笸裙蛳拢涯缢叩母共糠?
在救護(hù)者的右側(cè)大腿上，使頭朝下，并壓其背部，迫使其體內(nèi)的水由氣管、口腔里流出。
(4)上述方法控水效果不理想時，應(yīng)立即做俯臥壓背式人工呼吸或口對口吹氣式人工呼吸，或體外
心臟擠壓。
四、對觸電者的急救
(1)立即切斷電源。
(2)迅速觀察傷員的呼吸和心跳情況。如發(fā)現(xiàn)已停止呼吸或心音微弱，應(yīng)立即進(jìn)行人工呼吸或體外
心臟擠壓。若呼吸和心跳都已停止時，應(yīng)同時進(jìn)行人工呼吸和體外心臟擠壓。
(3)對觸電者，如發(fā)現(xiàn)有其他損傷(如跌傷、出血等)，應(yīng)作相應(yīng)的急救處理。
本章復(fù)習(xí)思考題
一、填空題
1、自救器是一種小型的供礦工隨身攜帶的防毒器具。是礦工在井下遇到、瓦斯或煤塵爆炸、
煤巖與瓦斯等災(zāi)害事故時進(jìn)行自救的一種重要裝備。
2、佩戴過濾式自救器的方法是： ；拉開封口帶；扔掉上部外殼；取出過濾罐；咬口具； ；
摘下礦工帽，戴好頭帶；戴好礦工帽。
3、自救器按其作用原理不同，可分為和隔離式自救器。
二、選擇題
1、礦井常用的過濾式自救器可以使用次。
A、多次 B、2 C、1
三、判斷題
1、自救器只能使用一次，不能反復(fù)使用。
2、當(dāng)井下發(fā)生爆炸事故時，現(xiàn)場人員應(yīng)及時佩戴自救器，盡快撤離現(xiàn)場。
3、過濾式自救器只能使用一次，不能重復(fù)使用。
4、過濾式自救器在使用過程中，過濾罐慢慢變熱，吸氣溫度升高，表明自救器正常工作。
5、戴自救器比不戴自救器呼吸困難，這是不正常的。
6、佩戴自救器撤離險區(qū)，在沒有達(dá)到安全地點之前，絕對不能取下鼻夾和口具。
7、對二氧化氮中毒者可以用壓胸的人工呼吸法。

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