通风安全学作业

1-1 地面空气的主要成分是什么?矿井空气与地面空气有何区别？ N2(78%) O2(20.96%) CO2(0.03%) Ar(1%) 其他稀有气体（0.01%）

地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成分种类增多，各种成分浓度改变

1-2 氧气有哪些性质?造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因有哪些？

物理性质：氧是无色、无臭、无味、无毒和无害的气体，比重为1.105，是人和其他动物呼吸所必需的物质

化学性质：氧是很活跃的元素，易使其他物质氧化，并能助燃

主要原因：煤、岩、坑木等缓慢氧化耗氧，煤层自燃，人员呼吸，爆破 1-5 什么是矿井气候?简述井下空气温度的变化规律。 矿井气候指井内的温度、湿度、风速等条件 在金进风路线上：冬季，冷空气进入井下，冷气温与地温进行热交换，风流吸热，地温散热，因地温随深度增加且风流下行受压缩，故沿线气温逐渐升高；夏季，与冬季情况相反，沿线气温逐渐降低

在采掘工作面内：由于物质氧化程度大，机电设备多，人员多以及爆破工作等，致使产生较大热量，对风流起着加热的作用，气温逐渐上升，而且常年变化不大 2-1

2-2 何谓空气的静压，它是怎样产生的？说明其物理意义和单位。 绝对静压：单位容积风流的压能

绝对静压：它是指管道内测点的绝对静压与管道外和测点同标高的大气压力之和，静压是油空气分之热运动产生的，反映了分子运动的剧烈程，单位Pa 2-3 何谓空气的重力位能？说明其物理意义和单位。

能量变化方程中任一断面上单位体积风流对某基准面的位能，是指风流受地球引力作用对该基准面产生的重力位能，习惯叫做位压

物理意义：某一端面到基准面的空气柱的重量 单位：Pa 2-5 2-14 2-16

3-1 何谓层流、紊流？如何判别流体的流动状态？

层流是指流体各层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行

紊流是指流体的质点强烈相互混合，质点的流动轨迹极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直于流动方向的位移，且在流体内部存在着时而产生，时而消失的涡旋

判别方法：对于圆形巷道，雷诺数Re=Vd/v

对于非圆形巷道，风流雷诺数Re=4VS/vU 当Re≤ 2300时，层流；当Re>100000时，紊流 3-5 3-7

3-14矿井等积孔的含义是什么？如何计算？ 等积孔表示井巷或矿井通风难易程度的假象孔口

3-16降低摩擦阻力和局部阻力可以采用的措施有哪些？

降低摩擦阻力的措施：①降低摩擦阻力系数 ②扩大巷道断面

③选用周界较小的井巷 ④减少巷道长度

⑤避免巷道内风量过大

降低局部阻力损失的措施：在巷道内尽可能避免巷道断面的突然扩大或突然缩小，尽可能避免转90度的弯，在拐弯处的内侧或外侧要做成斜面或圆弧形，拐弯的弯曲半径尽可能加大，还可以设置导风板等

4-1 自然风压是怎样产生的？进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压？

由于空气进入井下后必与各种热源进行热交换，致使井下各段空气密度不断发生变化，造成进风和回风两侧空气柱的重力不平衡，因而产生能量差，推动风流沿井巷流动，形成自然风压

会产生自然风压，因为进排风井内密度不同致使两端空气柱重量不同

4-2 影响自然风压大小和方向的主要因素是什么？能否用人为的方法产生或增加自然风压？

主要因素：矿井进风和出风两侧空气柱的高度和平均密度

可以，如把回风井井口安置在高处，把进风井井口或平峒口安置在低处；在回风井口修建风塔；多掘和高地表相同的回风井；在回风井和风塔内安装暖气管道等 4-6 什么叫通风机的工况点？如何用图解法求单一工作或联合工作通风机的工况点，举例说明。

通风机工况点就是通风机实际工作点 以轴流式通风机抽出式通风为例：

5-1 什么是通风网络？其主要构成元素是什么？ 由若干个风道和交汇点构成的通风网络简称风网 构成元素：风道和和交汇点（分支和节点）

5-2 如何绘制通风网络图？对于给定矿井其形状是否固定不变？

首先在通风系统图上，沿着风流方向对每个节点依次编号，作为确定风网图上每个节点顺序号的根据，然后根据编号绘制 不是

5-3 简述节点、路、回路、网孔、生成树、余树的基本概念的含义。

节点：指三条或三条以上风道的交点；断面或支护方式不同的两条风道，其分界点有时也可称为节点

路：是由若干方向相同的分支首尾相接而成的线路，即某一分支的末节点是下一分支的始节点

回路和网孔：是由若干方向并不都相同的分支所构成的闭合线路，其中有分支者叫回路，无分支者叫网孔

生成树：它包含风网中全部节点和不构成回路或网孔的一部分分支（M—1个） 余树：在任一风网的每棵树中，每增加一个分支就构成一个回路或网孔，这种分支叫做余树弦（弦）（N—M+1个） 5-6 比较串联风路与并联风网的特点。 串联风路特点

风量：Q串=Q1=Q2=…=Qn ， m/s

风压：h串=h1+h2+…+hn= ， Pa

风阻：R串=R1+R2+…+Rn= ， Ns/m 等积孔：A串= 并联风路特点

风量：Q并=Q1+Q2…+Qn= ， m/s 风压：h并=h1=h2=…=hn ，Pa 风阻：R并=

等积孔：A并=A1+A2+…+An= 自然分配风量：Qm=

5-8 矿井风量调节的措施可分为哪几类？比较它们的优缺点。

（1）增加风阻的调节法、降低风阻的调节法、增加风压的调节法，以上三种是局部风量的调节法

①增加风阻调节法具有简便、易行的优点，它是采区内巷道间的主要调节措施，但这种调节法使矿井的总风阻增加，如果主风扇的风压曲线不变，势必造成总风量下降，要想保持总风量不变，就得改变风压曲线，提高风压，增加通风电力费 ②降阻调节的优点是使矿井总风阻减少，若主风扇风压曲线不变，采用降阻调节后，矿井总风量增加，但这种调节法工程量较大，投资较多，施工时间也较长 ③增压调节法和降阻调节阀比较：由于前者在阻力较大的风路中安装辅扇，故可不必提高主扇作用于这条风路上的风压，而相当于主扇对于这条风路的风阻下降，这和降阻调节法类似；它比降阻调节法施工快，施工也比较方便，但工程管理较复杂，安全性比较差；通常，前者经济性较好；

④增压调解法和増阻调节法比较：虽然增压调节法增加辅扇的构置费、安装费、电力费和绕道的开掘费等，但它若能使主扇的电力费降低很多服务时间又长时还是比较经济的，缺点是管理工作比较复杂，安全性较差，施工比较困难 （2）矿井总风量的调节：

改变主扇特性曲线的调节法：①改变轴流式通风机动轮叶片的安装角 ②改变通风机的转速 改变主扇工作风阻的调节法 5-14

6-1全风压通风有哪些布置方式？试简述其优缺点及适用条件。

总风压通风方法：利用纵向风墙导风，利用风筒导风，利用平行巷道通风

缺点及适用条件：总风压通风法的最大优点是安全可靠，管理方便，但要有足够的总风压，以克服导风设施的阻力，否则不能采用 6-4 简述引射器通风的原理、优缺点及适用条件。

引射器通风原理：利用压力水力或压缩空气经喷咀高速射出产生射流，周围的空气被卷吸到射流中，为了减少射流与卷吸空气间冲击损失，在混合管内掺混，整流后共同向前运动，使风筒内有风流不断流过

引射器通风具有设备简单、安全，水引射器有利于除尘和降温的优点。但产生的风压低、送风量小、效率低、费用高，只有在用水砂充填采煤法德矿井中，才可以顺便使用水风扇，为满足掘进通风的风压与风量要求，可用多喷咀进行串联通风

6-7 可控循环通风的含义及其优缺点、适用条件是什么？ 6-17

7-2试比较运输机上山和轨道上山进风的优缺点和适用条件？

轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上

山进风，运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。

7-3何谓下行风？试从防止瓦斯积聚防尘降温角度分析上行风与下行风的优点？ 上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则是下行通风。 优点：

1.上行风比下行风工作面的气温要高。 2.下行风比上行风所需要的机械风压要大；

3.下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。

4.下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。

7-4试述长臂工作面通风系统有哪些类型？说出各自的特点和适用性。 长壁式采煤工作面通风方式主要有U型、U+L型、Z型、Y型、W型以及H型等几种。通风方式的选择与回采顺序、通风能力和巷道布置有关。通风方式是否合理,成为影响采煤工作面正常生产的重要因素。

7-5矿井通风系统的类型及其适用条件说明其特点及使用条件。按进、回井在井田内的位臵不同，通风系统可分为式、对角式、区域式及混合式。 1、式

进、回风井均位于井田走向。根据进、回风井的相对位臵，又分为并列式和边界式（分列式）。 2、对角式

1）两翼对角式 进风井大致位于井田走向的，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如果只有一个回风井，且进、

回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。

3、区域式 在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成的通风系统。 4、混合式

由上述诸种方式混合组成。例如，分列与两翼对角混合式，并列与两翼对角混合式等等。

8-1井口空气有哪几种加热方式？简述他什么各自优缺点。8-3某矿井恒温带深度z0 =30m，恒温带温度tro=15摄氏度，地温gr=45m/摄氏度求该矿井垂深500m处的原始岩温。

Gr=z-zo*tr-tro

地温梯度是指恒温一下垂直深度每增加500m时，原始岩温的升高值它与地温之间的关系为：

GR=500/gr，oc/500m

8-4高温矿井选择矿井通风系统时一般应考虑那些原则？ 1、 2、 3、

尽可能减少进风路线的长度 尽量避免煤流与风流反向运动 回采工作面采用下行风

9-1什么是矿井瓦斯？

矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。

9-3瓦斯是如何生成的。而煤内实际含有瓦斯量是否等于生成量？

在地质学上，瓦斯即煤成气，是一种以甲烷为主的烃类干气。这种甲烷干气里有75％的碳、25％的氢，以及一些非烃类气体，如氨气、二氧化碳气、一氧化碳气和硫化氢气等。瓦斯因甲烷的含量最多，所以比空气轻0。6倍，是一种有毒气体，也是一种易燃易爆气体。瓦斯燃烧时热量很高，1立方米的瓦斯能产生8500大卡热量，比1千克标准煤的热量还高。

9-4瓦斯在煤内存在的形态有哪些？相互之间的关系有和关系主要存在的形态 10-1什么叫矿井火灾。他分哪几类。各有何特点？

在矿井或煤田范围内发生，威协安全生产、造成一定资源和经济损失或者人员伤亡的燃烧事故，称之为矿井或煤田火灾。

１）内因(自燃)火灾。自燃物在一定的外部（适量的通风供氧）条件下，自身发生物理化学变化，产生并积聚热量，使其温度升高，达到自燃点而形成的火灾称之为内因火灾。在煤矿中自燃物主要是有自燃倾向性的煤炭。在整个矿井火灾事故中，内因火灾占的比例很大。

２）外因火灾。可燃物在外界火源(明火或高温热源)的作用下，引起燃烧而形成的火灾叫外因火灾。

10-2试述防火的技术对策的主要内容。

煤矿火灾防治是一项系统工程，其理论与技术的研究内容应围绕一个目标和三个问题。一个目标就是防止矿井火灾发生，对于已发生的火灾要防止其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。三个问题是：一火灾是如何发生的？其内容主要是研究矿井火灾的类型及其产生的原因、条件以及各类火灾发生过程和特点，这是防灭火的理论基础；二如何防止火灾发生？包括火源预测、火灾预防和预报技术；三火灾发生后如何进行及时而有效的控制和处理。 10-4试述煤炭自燃的影响因素 1、煤的自燃性能

煤的自燃性能主要受下列因素影响：

1）煤的分子结构，研究表明，煤的氧化能力主要取决于含氧官能团多少和分子结构的疏密程度。随煤化程度增高，煤中含氧官能团减少，孔隙度减小，分子结构变得紧密。

２）煤化程度，煤化程度是影响煤炭自燃倾向性的决定性因素。就整体而言，煤的自燃倾向性随煤化程度增高而降低，即自燃倾向性从褐煤、长焰煤、烟煤、焦煤至无烟煤逐渐减小；局部而言，煤层的自燃倾向性与煤化程度之间表现出复杂的关系，即同一煤化程度的煤在不同的地区和不同的矿井，其自燃倾向性可能

有较大的差异。

3）煤岩成分，煤岩成分对煤的自燃倾向性表现出一定的影响，但不是决定

性的因素。各种单一的煤岩成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按镜煤＞亮煤＞暗煤＞丝煤的顺序递减。

4）煤中的瓦斯含量，煤中瓦斯存在和放散影响吸氧和氧化过程进行，它类似用惰性气体稀释空气对氧化发生的影响。

5）水分，煤的外在和内在水份以及空气中的水蒸汽对褐煤和烟煤在低温氧化阶段起一定的影响，既有加速氧化的一面，也有阻滞氧化的因素。

6）煤中硫和其它矿物质，煤中含有的硫和其它催化剂，则会加速煤的氧化过程。统计资料表明，含硫大于３％的煤层均为自然发火的煤层，其中包括无烟煤。

10-5煤的自然发展过程有哪几个阶段？各阶段有何特征？特征：

自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜伏期。在潜伏期，煤与氧的作用是以物理吸附为主，放热很小，无宏观效应；经过潜伏期后煤的燃点降低，表面的颜色变暗。 潜伏期长短取决于煤的分子结构、物化性质。煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等对潜伏期的长短也有一定影响，改善这些条件可以延长潜伏期 ２、自热阶段

（1）氧化放热较大煤温及其环境（风、水、煤壁）温度升高；（２）产生ＣＯ、CO2和碳氢（CmHn）类气体产物，并散发出煤油味和其它芳香气味；（３）有水蒸水汽生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠，即出现所谓“挂汗”现象。（４）微观构发生变化。 在自热阶段，若改变了散热条件，使散热大于生热；或供风，使氧浓度降低至不能满足氧化需要，则自热的煤

温度降低到常温，称之为风化。风化后煤的物理化学性质发生变化，失去活性，不会再发生自燃。 ３、燃烧阶段

煤温达到其自燃点后，若能得到充分的供氧（风），则发生燃烧，出现明火。这时会生成大量的高温烟雾，其中含有CO、CO2以及碳氢类化合物。若煤温达到自燃点，但供风不足，则只有烟雾而无明火，此即为干馏或阴燃。煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同，ＣＯ多于ＣＯ2，温度也较明火燃烧要低。 4、熄灭 ：

及时发现，采取有效的灭火措施，煤温降至燃点以下，燃烧熄灭火 10-6我国煤的自然倾向性分那几个等级？它们是如何确定的？

容易自燃：褐煤、烟煤类≥0.8高硫煤、无烟煤≥1.00全硫（sf，％）＞2.00

自燃：褐煤、烟煤类0.41～0.79高硫煤、无烟煤≤1.00全硫（sf，％）＞2.00

不易自燃：褐煤、烟煤类≤0.40高硫煤、无烟煤≥0.80全硫（sf，％）＜2.00 10-11试述预防性灌浆时泥浆的作用、制备和灌浆方法？？

1．泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝其与空气的接触；

2．沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风通道，减少漏风；同时，灌浆可以加速形成再生顶板，从而有利于下部分层的开采； 3．泥浆对已经自热的煤炭有冷却散热作用。

4．另外，浆液还可以增加煤的外在水分，减缓其氧化进程。 制备和灌浆方法

预防性灌浆的防火效果及其经济合理性，在很大程度上取决于浆液材料的选择。浆液中的固体材料应满足下列要求： 1．不含可燃或助燃成分；

2．粒度不大于2mm，粒度小于1mm的细小颗粒所占比例要达到75％； 3．收缩量尽可能小，含沙量也不超过30％； 5．易于加水制成泥浆；

6．易于脱水，同时还具有一定的稳定性。

7．煤矿中应用最多的灌浆材料是黄土，但大量应用黄土会使农田遭到破坏，有的矿区无土可取。因此，有些矿区采用破碎后的页岩、破碎后的矸石、热电厂的炉灰等作为代用材料，在实践中也取得了很好的防灭火效果。