礦井空氣

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。

濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會(huì)引起濕空氣的物理性質(zhì)和狀態(tài)變化。第一節(jié)礦井空氣成份

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(diǎn)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(diǎn)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(dòng)強(qiáng)度等。第一節(jié)礦井空氣成份

人體輸氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系

勞動(dòng)強(qiáng)度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）

休息6-150.2－0.4

輕勞動(dòng)20-250.6-1.0

中度勞動(dòng)30-401.2-2.6

重勞動(dòng)40-601.8-2.4

極重勞動(dòng)40-802.5-3.1

第一節(jié)礦井空氣成份

氧濃度（體積）/%主要癥狀17靜止時(shí)無影響，工作時(shí)能引起喘息和呼吸困難15呼吸及心跳急促，耳鳴目眩，感覺和判斷能力降低，失去勞動(dòng)能力10～12失去理智，時(shí)間稍長(zhǎng)有生命危險(xiǎn)6～9失去知覺，呼吸停止，如有及時(shí)搶救幾分鐘內(nèi)可能導(dǎo)致死亡

當(dāng)空氣中的氧濃度降低時(shí)，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(shí)可能導(dǎo)致缺氧死亡。第一節(jié)礦井空氣成份

礦井空氣中氧濃度降低的主要原因：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；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(duì)降低。第一節(jié)礦井空氣成份

2．二氧化碳(CO2)

（1）主要性質(zhì):

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。（2）對(duì)人呼吸的影響：在搶救遇難者進(jìn)行人工輸氧時(shí)，往往要在氧氣中加入5%的二氧化碳，以刺激遇難者的呼吸機(jī)能。當(dāng)空氣中二氧化碳的濃度過高時(shí)，也將使空氣中的氧濃度相對(duì)降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴(yán)重時(shí)也可能造成人員中毒或窒息。第一節(jié)礦井空氣成份

（3）主要來源：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)

性質(zhì)：一種惰性氣體，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(shì)必造成氧含量相對(duì)降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因?yàn)榈獨(dú)饩哂械亩栊?，因此可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。氮?dú)庵饕獊碓矗壕卤坪蜕锏母癄€，有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍?滅火人為注氮。第一節(jié)礦井空氣成份

三、礦井空氣主要成分的質(zhì)量（濃度）標(biāo)準(zhǔn)

《規(guī)程》第100條，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(shí)，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）

性質(zhì)：一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對(duì)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(shí)有爆炸的危險(xiǎn)。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體

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(huì)，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。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體

CO（%）主要癥狀0.022～3小時(shí)內(nèi)可能引起輕微頭痛0.0840分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛,眩暈和惡心。2小時(shí)內(nèi)發(fā)生體溫和血壓下降，脈搏微弱，出冷汗，可能出現(xiàn)昏迷0.325～10分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛，眩暈。半小時(shí)內(nèi)可能出現(xiàn)昏迷并有死亡危險(xiǎn)。1.28幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)昏迷和死亡。

CO中毒癥狀與濃度的關(guān)系第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體２、硫化氫（H2S）性質(zhì)：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(shí)，因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。相對(duì)密度為1.19，易溶于水。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。

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(shí)主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時(shí)能引起人體迅速昏迷或死亡。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。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體

2003年12月23日22時(shí)左右，重慶市開縣高橋鎮(zhèn)的川東北氣礦16H井發(fā)生特大井噴事故，造成243人死亡。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體

３、二氧化氮（NO2）

性質(zhì)：二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強(qiáng)烈的刺激氣味，相對(duì)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(duì)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(diǎn)。主要來源：井下爆破工作。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體中毒癥狀與濃度關(guān)系表二氧化氮（體積）/%主要癥狀0.0042～4小時(shí)內(nèi)可出現(xiàn)咳嗽癥狀。0.006短時(shí)間內(nèi)感到喉嚨刺激，咳嗽，胸疼。0.01短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒癥狀，神經(jīng)麻痹，嚴(yán)懲咳嗽，惡心，嘔吐。0.025短時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)死亡。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體4.二氧化硫(SO2)

性質(zhì)：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(duì)密度為2.22，易溶于水。主要危害：遇水后生成硫酸，對(duì)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(shí)，眼及呼吸器官即感到有強(qiáng)烈的刺激；濃度達(dá)0.05％時(shí)，短時(shí)間內(nèi)即有致命危險(xiǎn)。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。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體5.氨氣(NH3)

性質(zhì)：無色、有濃烈臭味的氣體，相對(duì)密度為0.596，易溶于水，。空氣濃度中達(dá)30％時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。主要危害：對(duì)皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，引起喉頭水腫。主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；巖層中也涌出。

6.氫氣(H2)

性質(zhì)：無色、無味、無毒，相對(duì)密度為0.07。氫氣能自燃，其點(diǎn)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(shí)有爆炸危險(xiǎn)。主要來源：井下蓄電池充電時(shí)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。第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體

礦井空氣中有害氣體對(duì)井下作業(yè)人員的生命安全危害極大，因此，《規(guī)程》對(duì)常見有害氣體的安全標(biāo)準(zhǔn)做了明確的規(guī)定。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)礦井空氣中的有害氣體有害氣體名稱分子式最高容許濃度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度第三節(jié)礦井氣候

礦井空氣的溫度、濕度和流速三個(gè)參數(shù)為礦井氣候條件的三要素。一、礦井氣候?qū)θ梭w熱平衡的影響人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對(duì)流、輻射和汗液蒸發(fā)這三種基本形式。對(duì)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(duì)濕度和流速。第三節(jié)礦井氣候

人體熱平衡關(guān)系式：qm-qw=qd+qz+qf+qch式中：

qm——產(chǎn)熱量，取決于人體活動(dòng)量；

qW——用于做功而消耗的熱量，qm-qw排出的多余熱量；

qd——對(duì)流散熱量，低于人體表面溫度，為負(fù)，否則，為正；

qz——汗液蒸發(fā)或呼出水蒸氣所帶出的熱量；

qf——人體與周圍物體表面的輻謝散熱量；

qch——由熱量轉(zhuǎn)化而沒有排出體外的能量；第三節(jié)礦井氣候

人體熱平衡時(shí)，qch=0；當(dāng)外界環(huán)境影響人體熱平衡時(shí)，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低，qch<0

空氣溫度：對(duì)人體對(duì)流散熱起著主要作用。

相對(duì)濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。

風(fēng)速：影響人體對(duì)流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對(duì)流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。同時(shí)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。第三節(jié)礦井氣候

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(guó)現(xiàn)行的評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)之一。特點(diǎn)：直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標(biāo)比較簡(jiǎn)單，使用方便。只反映了氣溫對(duì)礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對(duì)人體熱平衡的綜合作用。氣溫過高或過低，對(duì)人體都有不良的影響。最適宜的礦內(nèi)空氣溫度是15～20℃。第三節(jié)礦井氣候

1)影響礦內(nèi)空氣溫度的主要因素(1）巖石溫度--巖層溫度的三帶變溫帶：隨地面氣溫的變化而變化的地帶；恒溫帶：地表下地溫常年不變的地帶；增溫帶：恒溫帶以下地帶。第三節(jié)礦井氣候

不同深度處的巖層溫度可按式計(jì)算：

t＝t0+G(Z－Z0)式中：

t0－恒溫帶處巖層的溫度，℃；

G－地溫梯度，即巖層溫度隨深度變化率，℃/m，常用百米地溫梯度，即℃/100m；

Z－巖層的深度；

Z0－恒溫帶的深度.第三節(jié)礦井氣候

(2）空氣的壓縮與膨脹

空氣向下流動(dòng)時(shí)，空氣受壓縮產(chǎn)生熱量，一般垂深每增加100m，溫度升高1℃；相反，空氣向上流動(dòng)時(shí)，則因膨脹而降溫，平均每升高100m，溫度下降0.8～0.9℃。

(3）氧化生熱礦井內(nèi)的有機(jī)礦物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化發(fā)熱。例如，經(jīng)氧化生成2g二氧化碳時(shí)，可使1m3空氣升溫14.5℃。在煤層中的采掘巷道，暴露煤面氧化產(chǎn)生的熱量較大，故回采工作面是通風(fēng)系統(tǒng)中溫度最高的區(qū)段。第三節(jié)礦井氣候

(4）水分蒸發(fā)

水分蒸發(fā)時(shí)從空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低。每蒸發(fā)1克水可吸收0.585千卡的熱量，能使1m3空氣降溫1.9℃，可見水的蒸發(fā)對(duì)降低氣溫起著重要的作用。(5）通風(fēng)強(qiáng)度

指單位時(shí)間進(jìn)入井巷的風(fēng)量。溫度較低的空氣流經(jīng)巷道或工作面時(shí)，能夠吸收熱量，供風(fēng)量越大，吸收熱量越多。因此，加大通風(fēng)強(qiáng)度是降低礦井溫度的主要措施之一。第三節(jié)礦井氣候

(6)地面空氣溫度的變化

地面氣溫對(duì)井下氣溫有直接影響，尤其是較淺的礦井，礦內(nèi)空氣溫度受地面氣溫的影響更為顯著。

(7)地下水的作用

礦井地層中如果有高溫?zé)崛蛴袩崴砍鰰r(shí)，能使地溫升高，相反，若地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，則地溫降低。

(８)其它因素

如機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)以及人體散熱等都對(duì)井下氣溫有一定影響。特別是隨著機(jī)械化程度的不斷提高，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量不能忽視。第三節(jié)礦井氣候

2)．礦內(nèi)空氣溫度的變化規(guī)律在進(jìn)風(fēng)路線上礦內(nèi)空氣的溫度與地面氣溫相比，有冬暖夏涼的現(xiàn)象?；夭晒ぷ髅娴臍鉁卦谡麄€(gè)風(fēng)流路線上，一般是最高的區(qū)段。在回風(fēng)路線上，因通風(fēng)強(qiáng)度大，水分蒸發(fā)吸熱，氣流向上流動(dòng)而膨脹降溫，使氣溫略有下降，但基本上常年變化不大。第三節(jié)礦井氣候

2.濕球溫度濕球溫度是可以反映空氣溫度和相對(duì)濕度對(duì)人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。在相同干球溫度下，若濕球溫度低，則相對(duì)濕度小，反之，濕球溫度與氣溫相接近，則相對(duì)濕度大。但這個(gè)指標(biāo)仍沒有反映風(fēng)速對(duì)人體熱平衡的影響。第三節(jié)礦井氣候

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(gè)以能量為基礎(chǔ)來評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)。當(dāng)氣溫在25～36℃時(shí)，等效溫度和濕球溫度基本上呈線性，兩者有同樣的意義。因?yàn)閂↓hv↓p，壓差的作用方向與流動(dòng)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(dòng)，面渦漩。第三節(jié)礦井氣候

4.同感溫度也稱有效溫度，1923年由美國(guó)采暖工程師協(xié)會(huì)提出的。這個(gè)指標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)，憑受試者對(duì)環(huán)境的感覺而得出的同感溫度計(jì)算圖。t、V、Φ，記下感受，V=0、Φ=100%，調(diào)節(jié)T‘，感受相同；它反應(yīng)t、V、Φ對(duì)人體影響，T越高，人舒適越差；

t=25℃，t’=23℃,V=1.5m/s;T‘=18℃第三節(jié)礦井氣候

5.卡他度卡他度分為：干卡他度、濕卡他度

干卡他度：反映了氣溫和風(fēng)速對(duì)氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測(cè)出溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用效果，

Kd=41.868F/tW/m2

濕卡他度（Kw）：是在卡他計(jì)貯液球上包裹上一層濕紗布時(shí)測(cè)得的卡他度，其實(shí)測(cè)和計(jì)算方法完全與干卡他度相同。第三節(jié)礦井氣候

三、礦井氣候條件的安全標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)現(xiàn)行評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)是干球溫度。1982年國(guó)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℃。2006年《規(guī)程》102條規(guī)定：進(jìn)風(fēng)井口以下的空氣溫度(干)必須在2℃以上。生產(chǎn)采掘工作面空氣溫度不得超過26℃，超過30℃時(shí)，必須停止作業(yè)；機(jī)電設(shè)備峒室空氣溫度不得超過30℃，超過34℃必須停止作業(yè)。第三節(jié)礦井氣候

國(guó)外：俄羅斯：同感溫度≤26℃，Φ<90%；≤25℃，Φ>90%；德國(guó)：同感溫度≤25℃，允許值；25<te≤29℃，限作業(yè)6小時(shí)美國(guó)：同感溫度≤32℃，允許值；te>32℃，禁止作業(yè)；

火災(zāi)防治

第一節(jié)概述一、火災(zāi)與礦井或煤田火災(zāi)的概念在礦井或煤田范圍內(nèi)發(fā)生，威協(xié)安全生產(chǎn)、造成一定資源和經(jīng)濟(jì)損失或者人員傷亡的燃燒事故，稱之為礦井或煤田火災(zāi)。二、礦井火災(zāi)的類型及其特性１、按引火原因分類（1）內(nèi)因(自燃)火災(zāi)自燃物在一定的外部（適量的通風(fēng)供氧）條件下，自身發(fā)生物理化學(xué)變化，產(chǎn)生并積聚熱量，使其溫度升高，達(dá)到自燃點(diǎn)而形成的火災(zāi)稱之為內(nèi)因火災(zāi)。（2）外因火災(zāi)可燃物在外界火源(明火或高溫?zé)嵩?的作用下，引起燃燒而形成的火災(zāi)叫外因火災(zāi)第一節(jié)概述２、消防分類從選用滅火劑的角度出發(fā)，消防上根據(jù)物質(zhì)及其燃燒特性對(duì)火災(zāi)進(jìn)行如下分類:

Ａ類火災(zāi):

煤炭、木材、橡膠、棉、毛、麻等含碳的固體可燃物質(zhì)燃燒形成的火災(zāi)稱為A類火災(zāi)。Ｂ類火災(zāi)：指汽油、煤油、柴油、甲醇、乙醇、丙酮等可燃液體燃燒形成的火災(zāi)。

第一節(jié)概述Ｃ類火災(zāi)：指煤氣、天燃?xì)?、甲烷、乙炔、氫氣等和可燃?xì)怏w燃燒形成的火災(zāi)。Ｄ類火災(zāi)：象鈉、鉀、鎂等可燃金屬燃燒形成的火災(zāi)。其特點(diǎn)是火源溫度高。３、其它分類方法除上述兩種常用分類方法外，還有按火源特性，可分為原生火災(zāi)與再生火災(zāi)；按火源產(chǎn)生的位置，可分為井上火災(zāi)與和井下火災(zāi)等。第二節(jié)礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防一、物質(zhì)燃燒的充要條件１、必要條件

（1）有充足的可燃物；（2）有助燃物存在。凡是能支持和幫助燃燒的物質(zhì)都是助燃物。常見的助燃物是含一定氧濃度的空氣。（3）具有一定溫度和能量的火源。２、充分條件（1）燃燒的三個(gè)必要條件同時(shí)存在，相互作用；（2）可燃物的溫度達(dá)到燃點(diǎn)，生成熱量大于散發(fā)熱量。第二節(jié)礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防煤礦常見的外因火源主要有以下幾種：

（1）電能熱源：電(纜)流短路或?qū)w過熱；電弧電火花；烘烤（燈泡取暖）靜電等。（2）摩擦熱。（3）放明炮、糊炮等。（4）明火（高溫焊碴、吸煙）。第二節(jié)礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防二、外因火災(zāi)的預(yù)防

1、我國(guó)的消防方針消防工作實(shí)行“預(yù)防為主，消防結(jié)合”的方針。

2、防火對(duì)策礦井火災(zāi)的防治可以采取下列三個(gè)對(duì)策：（1）技術(shù)(Engineering)對(duì)策技術(shù)對(duì)策是防止火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵對(duì)策。它要求從工程設(shè)計(jì)開始，在生產(chǎn)和管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，針對(duì)火災(zāi)產(chǎn)生的條件，制定切實(shí)可行的技術(shù)措施。

第二節(jié)礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防（2）教育（Education）對(duì)策教育對(duì)策包括知識(shí)、技術(shù)和態(tài)度教育三個(gè)方面。（3）管理（法制(Enforcement））對(duì)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(duì)策簡(jiǎn)稱“三Ｅ”對(duì)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(gè)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。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)一、煤炭自然機(jī)理一百多年來，先后提出闡述煤炭自燃機(jī)理學(xué)說有多種，其中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dm/dτ＝ＵＣ

３、在溫度不變條件下，吸氧速度常數(shù)隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減，即:Ｕ＝Ｕ1τ—H

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)系第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)

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：有自燃發(fā)火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)明火和冒煙的現(xiàn)象。

自燃發(fā)火期：煤層被開采破碎、接觸空氣之日起，至出現(xiàn)自燃現(xiàn)象或溫度上升到自燃點(diǎn)為止，所經(jīng)的時(shí)間。以月或天為單位。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)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。

4、上述三條件共存的時(shí)間大于煤的自燃發(fā)火期。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)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。各種單一的煤巖成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按鏡煤＞亮煤＞暗煤＞絲煤的順序遞減。（4）煤中的瓦斯含量。它類似用惰性氣體稀釋空氣對(duì)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。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)（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(huì)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(duì)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。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)3、影響采空區(qū)自燃的因素（1）采空區(qū)三帶劃分對(duì)于后“U”通風(fēng)系統(tǒng)(一源一匯)的采空區(qū)，按漏風(fēng)大小和遺煤發(fā)生自燃的可能性采空區(qū)可分為三帶：散熱帶Ⅰ：寬度為L(zhǎng)1＝5~20m

自燃帶Ⅱ：寬度為L(zhǎng)2＝20~70m

窒息（不自燃）帶Ⅲ。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)劃分三帶的指標(biāo)有三種：

①采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)速VV>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(yàn)結(jié)果，此指標(biāo)目前尚難以應(yīng)用。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)

（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L(zhǎng)1+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(zhǎng)時(shí)間為τ(月)，則

τ＝(L1+L2)/V

當(dāng):τS≤τ時(shí)，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)展第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)5、地質(zhì)因素（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(xiǎn)性加劇。（4）開采深度。六、煤的自燃過程１、潛伏（自燃準(zhǔn)備）期自煤層被開采、接觸空氣起至煤溫開始升高止的時(shí)間區(qū)間稱之為潛伏期。第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)２、自熱階段溫度開始升高起至其溫度達(dá)到燃點(diǎn)的過程叫自熱階段。自熱過程是煤氧化反應(yīng)自動(dòng)加速、氧化生成熱量逐漸積累、溫度自動(dòng)升高的過程。３、自燃階段煤溫達(dá)到其自燃點(diǎn)后，若能得到充分的供氧（風(fēng)），則發(fā)生燃燒，出現(xiàn)明火。4、熄滅潛伏期自熱期燃燒風(fēng)化時(shí)間溫度／℃TbTc第四節(jié)礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)

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(yàn)結(jié)果和自然發(fā)火的統(tǒng)計(jì)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(duì)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。煤的自燃傾向性分類第四節(jié)礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)二、煤層自然發(fā)火期的估算方法及其延長(zhǎng)途徑

1、煤層自然發(fā)火期的估算（１）統(tǒng)計(jì)比較法。（２）類比法。２、延長(zhǎng)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。第四節(jié)礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)三、礦井外因火災(zāi)預(yù)測(cè)礦井外因火災(zāi)預(yù)測(cè)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(xiǎn)性等級(jí)。四、礦井火災(zāi)的預(yù)報(bào)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(yàn)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(bào)告。第四節(jié)礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)主要有：1、利用人體生理感覺預(yù)報(bào)自然發(fā)火依靠人體生理感覺預(yù)報(bào)礦井火災(zāi)的主要方法有：（1）嗅覺（2）視覺（3）感（觸）覺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(bào)的氣體叫指標(biāo)氣體。第四節(jié)礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)(2）常用的指標(biāo)氣體一氧化碳（ＣＯ）

Graham系數(shù)ＩCO

用流經(jīng)火源或自熱源風(fēng)流中的CO濃度增加量與氧濃度減少量之比作為自然發(fā)火的早期預(yù)報(bào)指標(biāo)。乙烯。其它指標(biāo)氣體。國(guó)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(cè)煤的自熱與自燃。五、連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

1、束管系統(tǒng)２、礦井火災(zāi)監(jiān)測(cè)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

開拓開采技術(shù)防止自燃發(fā)火總的要求是：

1、提高回采率。

2、限制或阻止空氣流入和滲透至疏松的煤體，消除自燃的供氧條件。

3、使流向可燃物質(zhì)的漏風(fēng)，在數(shù)量上限制在不燃風(fēng)量之下，在時(shí)間上限制在自燃發(fā)火期以內(nèi)。第五節(jié)開采技術(shù)防火措施

主要技術(shù)措施有：（1）、合理地進(jìn)行巷道布置（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）、選擇合理的的通風(fēng)系統(tǒng)。（4）、堅(jiān)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(shí)兩工作面之間的錯(cuò)距，防止上、下之間采空區(qū)連通。第六節(jié)灌漿與阻化劑防滅火一、灌漿防火

灌漿就是把粘土、粉碎的頁巖、電廠飛灰等固體材料與水混合、攪拌，配制成一定濃度的漿液，借助輸漿管路注入或噴灑在采空區(qū)里，達(dá)到防火和滅火的目的。

1、灌漿防滅火的機(jī)理機(jī)理：充填煤巖裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴(kuò)散的阻力，減小了煤與氧的接觸和反應(yīng)面；漿水浸潤(rùn)煤體，增加煤的外在水份，吸熱冷卻煤巖；加速采空區(qū)冒落煤巖的膠結(jié)，增加采空區(qū)的氣密性。第六節(jié)灌漿與阻化劑防滅火2、灌漿系統(tǒng)灌漿系統(tǒng)由制漿、輸漿和灌漿三部分組成。（1）、漿液的制備漿液性能。對(duì)漿液性能的基本要求是，濃度適當(dāng)，滲透能力強(qiáng)。漿材的選取漿材必須滿足一定的基本要求。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：靜壓輸送和加壓輸送第六節(jié)灌漿與阻化劑防滅火靜壓輸送－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)行輸送。加壓輸送－是當(dāng)靜壓不能滿足要求時(shí)應(yīng)采用。輸漿倍線：表示輸漿管路阻力與壓力之間關(guān)系，用N表示。靜壓輸送時(shí)：N＝L／H

加壓輸送時(shí)N＝L／(H＋h)

倍線一般控制在3～8之間。過大時(shí)，應(yīng)加壓；過小時(shí),容易發(fā)生裂管跑漿事故可在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b閘閥進(jìn)行增阻。第六節(jié)灌漿與阻化劑防滅火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(shí)的流速，稱為臨界流速(vc)時(shí)，也叫不淤流速。

③灌漿鉆孔3、灌漿防火方法按與回采的關(guān)系分，預(yù)防性灌漿有：（1）、采前預(yù)灌（2）、隨采隨灌（3）、封閉灌漿第六節(jié)灌漿與阻化劑防滅火二、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)皆稱為阻化劑(inhibitors)。

1、作用機(jī)理：（1）增加煤在低溫時(shí)的化學(xué)惰性，或提高煤氧化的活能（2）形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面；（3）充填煤柱內(nèi)部裂隙；（4）增加煤體的蓄水能力；（5）水分蒸發(fā)吸熱降溫。實(shí)質(zhì)是降低煤在低溫時(shí)的氧化速度，延長(zhǎng)煤的自然發(fā)火期。第六節(jié)灌漿與阻化劑防滅火2、阻化劑的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其影響因素（1）阻化率按下式計(jì)算阻化率:E=100(A-B)A，%式中:E--煤的阻化率，%;A，B--分別為原煤樣和阻化煤樣在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下氧化5小時(shí)放出的CO(pmm)或SO2(mg)。阻化率越大，說明阻化劑對(duì)煤氧化的阻止作用越大。（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(shí)間叫阻化劑壽命。單位為月。阻化劑的壽命可用下式表示：

τ＝Ｅ／Ｖ第六節(jié)灌漿與阻化劑防滅火3、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。4、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。第七節(jié)均壓防滅火

均壓防滅火的實(shí)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。第七節(jié)均壓防滅火第七節(jié)均壓防滅火2、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：（1）風(fēng)機(jī)的上風(fēng)側(cè)(AF段)風(fēng)流的壓能降低，下風(fēng)側(cè)(FB段)風(fēng)流的壓能增加；（2）因風(fēng)路上風(fēng)量增加，故其壓力坡度線變陡；I分支壓力坡度線的坡度變緩。前提：以增加風(fēng)量為前提。ABIIIABFIIa’b’cdbafL1OE、第七節(jié)均壓防滅火3、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。ABCDbaL1OEHhwcdd’c’ABCDhwa’L1OEbaHcd’c’db’風(fēng)量不變風(fēng)量減少第七節(jié)均壓防滅火（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(shí)，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(diǎn)的調(diào)壓處理

1、并聯(lián)漏風(fēng)如圖是后退式回采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、調(diào)壓處理方法（1）、當(dāng)火源或高溫點(diǎn)處于自燃帶Ⅱ中后部（靠近窒息帶）時(shí)，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(diǎn)。ABCDABCD漏風(fēng)路線第七節(jié)均壓防滅火（2）、高溫點(diǎn)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(shí)加快工作面的推進(jìn)速度，使窒息帶快速?gòu)?fù)蓋高溫點(diǎn)。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)。4、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。第七節(jié)均壓防滅火（2）改變相鄰支路的風(fēng)阻比，使之保持：具體措施：在5~7分支安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，提高5點(diǎn)壓能；若工作面風(fēng)量要求不變，則在5~7分支安調(diào)節(jié)風(fēng)窗的同時(shí)，在2~4分支安設(shè)調(diào)壓風(fēng)機(jī)；在2~3分支安風(fēng)窗，在5~7安風(fēng)機(jī)進(jìn)行降調(diào)節(jié)。2783465R23R25R57R37第七節(jié)均壓防滅火三、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。

1、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?；餕1K2F1F2ABCD連通管火K1K2F1F2AB第七節(jié)均壓防滅火2、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(shí)利用金屬管將調(diào)壓氣室與火區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)相連。由圖b知，火區(qū)變成角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)中的對(duì)角分支。要消除火區(qū)漏風(fēng)，需滿足下式：

式中：RT--連通管(包括閘門)風(fēng)阻；

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；C連通管火K1K2MBdDAdMAB火DCK2K1圖a圖b第七節(jié)均壓防滅火四、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)漏風(fēng)壓差1、調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的原則（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(shí)，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。第七節(jié)均壓防滅火2、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(shí)，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(shí)，其位置不應(yīng)選擇在漏風(fēng)的源與匯之間。第七節(jié)均壓防滅火

如圖：為增加工作面風(fēng)量，需在ABC風(fēng)路上加調(diào)節(jié)風(fēng)窗。

因?yàn)椋郝╋L(fēng)風(fēng)路2C與風(fēng)路

ABC并聯(lián)。故加調(diào)節(jié)風(fēng)窗不應(yīng)設(shè)在ABC段，而應(yīng)設(shè)在BE或CD段。ABECD集運(yùn)巷回風(fēng)巷總回風(fēng)巷12第七節(jié)均壓防滅火（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(shí)，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。采空區(qū)EFD采空區(qū)ABC第八節(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等。一、氮?dú)夥罍缁鸬獨(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(diǎn)。1、（液）氮?dú)夥罍缁鹪?/p>

氮?dú)庾⑷氩煽諈^(qū)后具有降低氧濃度的作用。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(shí)，液氮?dú)饣諢崃?，使火區(qū)氣體、煤層和圍巖的溫度降低，火區(qū)冷卻會(huì)加速火源熄滅；在封閉火區(qū)的過程中，氮?dú)庾⑷牖饏^(qū)后，兼有抑爆作用。第八節(jié)惰氣防滅火2、氮?dú)庵迫∪N工藝方法：

一是:深冷空分法；二是:碳分子篩變壓吸附法；三是：膜分離法。第九節(jié)礦井火災(zāi)時(shí)期通風(fēng)一、火風(fēng)壓的概念火災(zāi)時(shí)期，燃燒生成的火災(zāi)氣體與流過火源被加熱的風(fēng)流混合后形成高溫?zé)熈鳎涿芏缺然馂?zāi)前減小。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,也稱之為熱負(fù)壓。第九節(jié)礦井火災(zāi)時(shí)期通風(fēng)二、火風(fēng)壓計(jì)算方法在如下圖所示的模型化的通風(fēng)系統(tǒng)中，在Ｆ點(diǎn)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：式中：Hf—火災(zāi)時(shí)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。ρmoρmaρmg1234Z火第九節(jié)礦井火災(zāi)時(shí)期通風(fēng)三、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?；痫L(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。第九節(jié)礦井火災(zāi)時(shí)期通風(fēng)四、火災(zāi)時(shí)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

火煙滾退三種形式（1）旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。當(dāng)火勢(shì)發(fā)展到一定的程度時(shí)，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(dòng)，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)。第九節(jié)礦井火災(zāi)時(shí)期通風(fēng)

（2）主干風(fēng)路煙流逆退（3）火煙滾退123456火火新風(fēng)煙第九節(jié)礦井火災(zāi)時(shí)期通風(fēng)五、災(zāi)變時(shí)期風(fēng)流控制

1、礦井發(fā)火時(shí)對(duì)通風(fēng)制度的基體要求是：（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）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)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(shí)常用的通風(fēng)制度有以下幾種：（1）維持正常通風(fēng)，穩(wěn)定風(fēng)流。（2）停風(fēng)機(jī)（3）反風(fēng)（4）風(fēng)流短路

第十節(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(diǎn)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)。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。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制1、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。

第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制（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(dòng)性好，可實(shí)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(shí)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。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制（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。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制（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?，滅火劑立即成霧狀噴出。形成比重大、擴(kuò)散慢的氣體，能在較長(zhǎng)時(shí)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)。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制2、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。3、用凝膠處理高溫點(diǎn)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。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制凝膠滅火原理：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(diǎn)周圍的煤體中。在成膠前凝膠易于流動(dòng)，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。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制4、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。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制三、隔絕滅火當(dāng)火源不能直接將火撲滅時(shí)，為了迅速控制火勢(shì)，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。

1、密閉墻的結(jié)構(gòu)和種類分為：臨時(shí)密閉、永久密閉和防爆密閉三種。（1）臨時(shí)密閉墻其作用是暫時(shí)切斷風(fēng)流，控制火勢(shì)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(zhǎng)時(shí)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(jiān)固性和不燃性，同時(shí)又要求便于砌筑和啟開。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制（3）防爆密閉墻在有瓦斯爆炸危險(xiǎn)時(shí)，需要構(gòu)筑防爆密閉，以防止封閉火區(qū)時(shí)發(fā)生瓦斯爆炸。防爆密閉墻一般是用砂袋堆砌而成。2、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??；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。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制3、封閉火區(qū)的順序目前基本上有兩種：一是：先進(jìn)后回二是：進(jìn)回同時(shí)火第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制四、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(shí)密閉，封閉火區(qū)時(shí)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(shí)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(shí)保持通風(fēng)的方法在國(guó)內(nèi)外被認(rèn)為是最安全和最正確的方法，應(yīng)用較廣泛。第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制五、撲滅和控制不同地點(diǎn)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)

井巷通風(fēng)阻力

當(dāng)空氣沿井巷運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對(duì)風(fēng)流的阻滯、擾動(dòng)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、管道流層流：同一流體在同一管道中流動(dòng)時(shí)，不同的流速，會(huì)形成不同的流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速較低時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運(yùn)動(dòng)，稱為層流(或滯流)。第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

紊流：當(dāng)流速較大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上都隨時(shí)發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動(dòng)，稱為紊流(或湍流)。研究層流與紊流的主要意義：在于兩種流態(tài)有著不同的阻力定律。第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

風(fēng)流流態(tài)判斷（１）雷諾數(shù)－Re

平均流速v、管道直徑d和流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。在實(shí)際工程計(jì)算中，通常以Re=2300作為管道流動(dòng)流態(tài)的判定準(zhǔn)數(shù)，即：

Re≤2300層流，Re＞2300紊流第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

（２）當(dāng)量直徑對(duì)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：非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)對(duì)于不同形狀的井巷斷面，其周長(zhǎng)U與斷面積S的關(guān)系，可用下式表示：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。第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

（3）、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：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<Re<2.5例：某巷道采用工字鋼支護(hù)，S=9m2，Q=240m3/min=4m3/s，判斷風(fēng)流流態(tài)。解：Re=Vd/ν=4VS/(Uν)=4×4×9/(15×10-6×4.16×3)=84615>2300,紊流巷道條件同上，Re=2300層流臨界風(fēng)速：

V=Re×U×ν/4S=2300×4.16×3×15×10-6/(4×9)=0.012m/s<0.15第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

由于煤礦中大部分巷道的斷面均大于2.5m2，井下巷道中的最低風(fēng)速均在0.25m/S以上，所以說井巷中的風(fēng)流大部為紊流，很少為層流。第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

二、井巷斷面上風(fēng)速分布（１）紊流脈動(dòng)風(fēng)流中各點(diǎn)的流速、壓力等物理參數(shù)隨時(shí)間作不規(guī)則（２）時(shí)均速度瞬時(shí)速度vx隨時(shí)間τ的變化。其值雖然不斷變化，但在一足夠長(zhǎng)的時(shí)間段T內(nèi)，流速vx總是圍繞著某一平均值上下波動(dòng)。Tvxvxt第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

(３）巷道風(fēng)速分布

由于空氣的粘性和井巷壁面摩擦影響，井巷斷面上風(fēng)速分布是不均勻的。

層流邊層：在貼近壁面處仍存在層流運(yùn)動(dòng)薄層，即層流邊層。其厚度δ隨Re增加而變薄，它的存在對(duì)流動(dòng)阻力、傳熱和傳質(zhì)過程有較大影響。第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風(fēng)速逐漸增大，呈拋物線分布。δvvmaxvmax巷道剖面第一節(jié)井巷斷面上風(fēng)速分布

平均風(fēng)速：

式中：巷道通過風(fēng)量Q。則：Q＝V×S風(fēng)速分布系數(shù)：斷面上平均風(fēng)速v與最大風(fēng)速vmax的比值稱為風(fēng)速分布系數(shù)(速度場(chǎng)系數(shù))，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即斷面上風(fēng)速分布愈均勻。

砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護(hù)巷道，Kv=0.68～0.82；無支護(hù)巷道，Kv=0.74～0.81。速度分布不對(duì)稱最大風(fēng)速不在軸線上！第三章井巷通風(fēng)阻力

第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

一、摩擦阻力風(fēng)流在井巷中作沿程流動(dòng)時(shí)，由于流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學(xué)可知，無論層流還是紊流，以風(fēng)流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計(jì)算：Pa

λ－無因次系數(shù)，即摩擦阻力系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)求得。

d－圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑；第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

1．尼古拉茲實(shí)驗(yàn)?zāi)芰繐p失原因：內(nèi)因：取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數(shù)Re來衡量；外因：是固體壁面對(duì)流體流動(dòng)的阻礙作用，與管道長(zhǎng)度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關(guān)。壁面粗糙度的影響通過λ值來反映。絕對(duì)糙度：砂粒的直徑ε就是管壁凸起的高度，相對(duì)糙度：絕對(duì)糙度ε與管道半徑r的比值ε/r第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

1．尼古拉茲實(shí)驗(yàn)

1932～1933年間，尼古拉茲把經(jīng)過篩分、粒徑為ε的砂粒均勻粘貼于管壁。水作為流動(dòng)介質(zhì)、對(duì)相對(duì)糙度分別為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進(jìn)行試驗(yàn)研究。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上畫出λ與Re的關(guān)系曲線，如圖下頁所示(書中圖3-2-1)

。第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

Ⅰ區(qū)—層流區(qū)當(dāng)Re＜2320(即lgRe＜3.36)時(shí),只與Re有關(guān)，且λ=64/Re。與ε/r無關(guān);Ⅱ區(qū)—過渡流區(qū)。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，不同的管內(nèi)流體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。λ隨Re增大而增大，與ε/r無明顯關(guān)系。Ⅲ區(qū)—水力光滑管區(qū)。紊流狀態(tài)(Re＞4000)λ與ε仍然無關(guān)，只與Re有關(guān)Ⅳ區(qū)—紊流過渡區(qū)，各種不同相對(duì)糙度的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關(guān)，也與ε/r有關(guān)。第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

2．層流摩擦阻力當(dāng)流體在圓形管道中作層流流動(dòng)時(shí)，從理論上可以導(dǎo)出摩擦阻力計(jì)算式：

∵μ=ρ·ν

∴

可得圓管層流時(shí)的沿程阻力。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

3、紊流摩擦阻力

對(duì)于紊流運(yùn)動(dòng)，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(jì)算式：第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻1．摩擦阻力系數(shù)α

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(duì)糙度有關(guān)，對(duì)于幾何尺寸和支護(hù)已定型的井巷，相對(duì)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。令：

α稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為kg/m3或N.s2/m4。第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)：通過大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)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，井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時(shí)，α值應(yīng)修正：則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式寫為：第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

α系數(shù)影響因素對(duì)于砌碹、錨噴巷道—只考慮橫斷面上方向相對(duì)粗糙度；對(duì)于木棚、工字鋼、U型棚等還要考慮縱口徑Δ=l/d0ld0工字鋼支架在巷道中流動(dòng)狀態(tài)α隨Δ變化實(shí)驗(yàn)曲線第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

2．摩擦風(fēng)阻Rf

對(duì)于已給定的井巷，L、U、S都為已知數(shù)，故可把上式中的α、L、U、S歸結(jié)為一個(gè)參數(shù)Rf：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)懗蒶μ,1N.s2/m8=9.8kμ

第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

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(shí)，可將Rf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(jì)算式寫為：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。

Rf與hf區(qū)別：Rf是風(fēng)流流動(dòng)的阻抗參數(shù)；hf是流動(dòng)過程能量損失。第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

三、井巷摩擦阻力計(jì)算方法

新建礦井：查表得α0→計(jì)算α→計(jì)算Rf→計(jì)算hf→計(jì)算總阻力損失→選擇通風(fēng)設(shè)備

生產(chǎn)礦井：測(cè)得hf→計(jì)算Rf→計(jì)算α→計(jì)算α0

→指導(dǎo)生產(chǎn)第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

例題3-3某設(shè)計(jì)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(jì)劃通過風(fēng)量Q=1200m3/min，預(yù)計(jì)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，由附錄4附表4-4查得:α0=284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4實(shí)際摩擦阻力系數(shù)Ns2／m4巷道摩擦風(fēng)阻巷道摩擦阻力 第二節(jié)摩擦風(fēng)阻與阻力

四、通風(fēng)阻力功耗和電耗

設(shè)主要通風(fēng)機(jī)效率η=60%，為了克服這段阻力，一年耗多少度電？第三章井巷通風(fēng)阻力

第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力第三節(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(dòng)在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風(fēng)流速度場(chǎng)分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風(fēng)流能量損失，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(chǎng)分布的變化比較復(fù)雜性，對(duì)局部阻力的計(jì)算一般采用經(jīng)驗(yàn)公式。第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

一、局部阻力及其計(jì)算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動(dòng)壓的倍數(shù)來表示：

ξ——局部阻力系數(shù)，無因次。層流ξ：

計(jì)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：第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

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(shí)，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。第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

２、漸變主要是由于沿流動(dòng)方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。因?yàn)閂↓hv↓p，壓差的作用方向與流動(dòng)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(dòng)，面渦漩。第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

３、轉(zhuǎn)彎處流體質(zhì)點(diǎn)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。４、分岔與會(huì)合上述的綜合。

∴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。第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

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。第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

1．突然擴(kuò)大或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(duì)于粗糙度較大的井巷，可進(jìn)行修正：

第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

2．突然縮小對(duì)應(yīng)于小斷面的動(dòng)壓，ξ值可按下式計(jì)算：

第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

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(shí)，漸擴(kuò)段的局部阻力系數(shù)ξ可用下式求算：

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。

第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

4．轉(zhuǎn)彎巷道轉(zhuǎn)彎時(shí)的局部阻力系數(shù)(考慮粗糙程度)可按下式計(jì)算：當(dāng)巷高與巷寬之比H/b=0.2～1.0

時(shí)，當(dāng)H/b=1～2.5

時(shí)

ξ0——假定邊壁完全光滑時(shí)，90°轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)，其值見教材表3-3-1；

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)，見教材表3-3-2。第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

5．風(fēng)流分叉與匯合1)風(fēng)流分叉典型的分叉巷道如圖所示，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(jì)算：θ2θ3123第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

2)風(fēng)流匯合如圖所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl１～3、hl2～3分別按下式計(jì)算：１３２θ1θ2第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

(二)局部風(fēng)阻在局部阻力計(jì)算式中，令，則有：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)量的平方成正比第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

hR=hf+hl一般Hf和hl不易分開，對(duì)于轉(zhuǎn)彎，Hf和hl可分開；突然擴(kuò)大，Hf占比重少，局部區(qū)段hR=hl正面阻力：罐籠、礦車、采煤機(jī)第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

例1：某巷道突然擴(kuò)大段，砌碹支護(hù)，斷面S1=6m2，S2=24m2，通過風(fēng)量Q=48m3/s，空氣密度ρ=1.25kg/m3，求突然擴(kuò)大局部阻力。解：設(shè)砌碹巷道α=0.005kg/m3ξ=(1-S1/S2)2=(1-6/24)2=0.563ξ’=ξ(1+α/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845hL=ξ’ρV12/2=ξ’ρ(Q/S1)2/2=0.845×1.25(48/6)2/2=33.8Pa第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

例2：某回風(fēng)道，斷面高2.8m，寬2.5m，混凝土棚支護(hù)，α=0.02kg/m3，有一直角轉(zhuǎn)彎，內(nèi)角沒有弧度，求轉(zhuǎn)彎處的局部阻力系數(shù)ξ’解：表3-3-1，ξ0=0.93，由表3-3-2，β=1.0H/b=2.8/2.5=1.12,ξ’=[(ξ0+28α)b/H]β=[(0.93+28×0.02)2.5/2.8]×1=1.33

若V=6m/s，ρ=1.2kg/m3,

則：hL=ξ’ρV2/2=1.33×1.2×6×6/2=57Pa第三節(jié)局部風(fēng)阻與阻力

例3：某直角分叉巷道，θ2=0，θ3=90°，α=0.015kg/m3，V1=8m/s,V2=6m/s,