1、 矿井通风 与安全 习 题 课 1. 规程规定，井下空气中，按体积计，一氧化碳不得超过 0.0024%，按重量计，不得超过 30mg/m3，问怎样从体积标准换算为重量标准？ 1. 解：某种气体的体积标准换算为重量标准可用下式： 31000 1 0 0 0 1 0 0 0 , /1 0 0 2 2 . 4 2 . 2 4TTZ n n mmn m g m 式中 m 气体的克分子量， g； nT 气体的体积标准， %； 22.4 气体的克分子体积， L。 故当一氧化碳的浓度为 0.0024%时，其重量标准应为： 30 . 0 0 2 4 2 8 1 0 0 0 3 0 /2 . 2 4Tn m g
2、 m 2某矿井冬季进风流的温度为 5，相对湿度 为 70%，回风 的温度为 20，相对湿度为 90%，矿井的总风量为 2500 ，试求风流在一昼夜内从矿井中带走多少吨的水蒸汽。 2. 解：由表 1-2查得当温度为 5与 20时空气的饱和水蒸气量为 F5 =6.8g/m3 ，F20 =17.2g/m3。根据公式 (1-2)计算进风流与回风流中实际含有的水蒸气量 : 3. 36 .8 7 0 % 4 .7 6 /Jf g m 31 7 .2 9 0 % 1 5 .4 8 /Hf m g m 故风流在一昼夜内从矿井中带走的水 蒸气量为： ( 1 5 . 4 8 4 . 7 6 ) 2 5 0 0 6
3、 0 2 4 3 7 8 7 2 3 8 . 01000G k g t 3已知风表的校正曲线如图 2-4所示，试求该曲线的表达式。若已知表速为 m/s，试由该表达式求出真风速。 3.解：在校正曲线上任意选定、两点，由此两点的坐标值求校正常数 b 值，j3/minm即： 81 17Z Bvab tg v 则该曲线的表达式为： 1ZBvv 若已知 6/v m s 时，代入上式，则 zv 为： 1 6 7 /v m s 4 (P32)某倾斜巷道如图 3 18 所示，已知断面 I-I 和断面 -的 P 静 1755mmHg， P 静 2 750mmHg； V1 5m/s， V2 3m/s； ， ；Z1
4、 0， Z2 60m。试确定风流方向和断面间的通风阻力。 4. 解：设风流方向是由断面 I-I 流向断面 - ，根据伯诺利方程式两断面之间的通风阻力为两断面的总压差 ,即： h 阻 - = 221VVP Z P Zgg = 22537 5 5 1 3 . 6 1 . 2 2 0 7 5 5 1 3 . 6 1 . 2 6 0 1 . 2 12 9 . 8 1 2 9 . 8 1 =-3.6mmH20 ， 因为通风阻力为负值，说明断面 I-I 的总压力小于断面 - 的总压力，原假设风流方向不对，风流应从断面 - 流向断面 I-I，其通风阻力为3.60mmH2O。 5（ P33）如图 3-19所示
5、，如果上述倾斜巷道变为水平巷道时其他条件不变，试判断风流方向并计算两断面间的通风阻力。 31 1.22 /kg m 32 1.2 /kg m 5. 解：设风流方向是从 I-I 断面流向 -断面，因为是水平巷道，空气的温差不大，空气重率也近似相等，故两断面的位压差位零，此时两断面的通风阻力为两 断面的绝对全压差，即 : 221222( ) ( )2253( 75 5 13 .6 1. 22 ) ( 75 0 13 .6 1. 2)2 9. 81 2 9. 8169z Q QVVh P P P Pggm m H O 因为通风阻力为正值，所以假设的风流方向是正确的，其通风阻力为 69mmH20。 6
6、（ P33）如图 3-20所示，如果上述巷道既是水平巷道，且断面面积相等，即S1=S2,V1=V2,其他条件不变，试判断风流方向并计算两断面间的通风阻力。 6. 解：设风流方向是从 I-I 断面流向 - 断面，因为既是水平巷道，且断面面积相等，所以两断面的位压差与速压差都为零，此时两断面的通风阻力为两断面的绝对静压差，即： h 阻 PI- P （ 755-750） 13.6 68mmH20 因为通风阻力为正值，所以假设的风流方向是正确的，其通风阻力为 68mmH2O。 7.（ P49）某矿采用抽出式通风如图 3-21 所示，用仪器测得风硐 4 断面的风量Q=40m3/s，净断面积 S4 4m2
7、，空气重率 1.19kg/m3，扇风机房 U形压差计的读数 h 200mmHg, 风硐外与 4断面同标高的大气压力 P0 742 mmHg，矿井自然风压 h 自 10mmH20，自然风流与扇风机作用风流方向相同，试求 P 静 4、 P 全 4、h 速 4、 h 全 4以及矿井通风阻力 h 阻 各为多少？ 7.解：4 0 4 2007 4 2 7 2 7 . 31 3 . 6JJP P h m m H g 2 244 4 2( 4 0 / 4 ) 1 . 1 9 6 . 12 2 9 . 8 1S Vh m m H Og 4 4 4 26 . 17 2 7 . 3 7 2 7 . 81 3 .
8、6Q J SP P h m m H O h 全 4 h 静 4 h 速 4 200 6.1 193.9 2mmHO h 阻 h 静 4 h 速 4 h 自 200 6.1 10 203.9 2mmHO 8（ P50）某平巷为梯形断面，长 200m，采用不完全木棚子支护，支架直径d0=18厘米，支架间距 L 0.9m， 净断面面积为 6m2，当通过的风量为 30m3/s时，该巷道的摩擦阻力为多少？若风量增为 40m3/s 时，该巷道的摩擦阻力又为多少？ 8.解：纵口径00.9 50.1 8Ld ， 当 d0=18cm， 5 时，从附录二表 3 中可查出 为 ： 240 . 0 0 1 9 4 0
9、 . 8 6 0 . 0 0 1 6 7 /k g s m 则摩擦风阻为：330 .0 0 1 6 7 4 .1 6 6 2 0 0 0 .0 0 3 7 96Z ULRkS 故当 Q1 30m3/s 时， h 摩 1 为 ： 221 2 1 20 . 0 0 3 7 9 3 0 3 . 4 0Mh R Q m m H 当 Q2 40m3/s 时， h 摩 2为： 222 2 20 . 0 0 3 7 9 4 0 6 . 1MMh R Q m m H O 9（ P50）已知矿井总阻力为 144 ，风量为 60m3/s，试求该矿井的等积孔和风阻。如果生产上要求将风量提高到 70m3/s 秒，问风
10、阻和等积孔之值是否改变？矿井通风阻力是否改变？其值为多少？ 9. 解：将已知值代入下式，分别求得矿井等积孔 A 和风阻 R: 21 600.38 0.38 1.9144ZQAmh ， 221144 0 .0 460ZhRkQ 当采掘工作面基本没有移动，井巷的几何特性及其连接形式 没有改变时，则风量增加后并不改变等积孔和风阻值。但是，风量增加为 70米 3/秒时，矿井通风阻力增大其值为： 220 . 0 4 7 0 1 9 6Zh R Q m m H O 10（ P50）某水平巷道如图 3 39所示，用胶片管和压差计测得 1 2及 1 3之间的风压损失分别为 30mmH20和 44.8 mmH2
11、0，巷道的断面面积均等于 6m2，周长为 10m，通过的风量式 2400m3/min，求巷道的摩擦阻力系数及拐弯处的局部阻力系数。 2mmHO10. 解： 1) 2 3 段的风压损失为： h2-3= h1-3- h1-2=44.8-30=14.8 mmH20 2) 3 3 2423221 4 . 8 6 0 . 0 0 2 /1 0 0 1 0 4 0hS k g s mU L Q 3） 1-2 段的摩擦阻力损失为： 221212 33 1 0 ( 1 5 0 2 0 )0 . 0 0 2 4 0 2 5 . 26M ULhQ S 4)拐弯处的局部阻力损失为： h 局 h1-2-h 摩 1-2
12、 30-25.2 4.8 mmH20 5)巷道中的风速为： 2400 4 0 0 / m i n 6 . 6 /6Qv m m sS 6）局部阻力系数为： 2 22 9.81 4.8 1.8( 6.6) 1.22JW hvg 11（ P51）已知矿井总风阻 R为 0.04 k ，试绘出该矿风阻特性曲线。 11.解： 2 20 .0 4h R Q Q m m H O 假设一组 Q 值，则得对应的一组 h 值，如下表所示： 2/Qm s 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2Q 0 100 400 900 1600 2500 3600 4900 6400 8100 h/mmH
13、20 0 4 16 36 64 100 144 196 256 324 在毫米方格纸上，以 h 为横坐标，将表中 Q h对应值画入坐标中得若干个点，用曲线板连接各点即得风阻特性曲线，如图 3 40所示。 12.(P71)设某扇风机得个体特性曲线如图 4-20所示，其中曲线 1和 2分别为扇风机得静压特性曲线和全压特性曲线，曲线 3和 4分别为扇风机得静压效率曲线和全压效率曲线。如用此扇风机对某矿井作抽出式通风，该矿井得总风阻 R0.015k ，自然风压为 +h 自 20mmH20，其特性曲线为 5。试求该矿井得通风总阻力 h 阻 、通过扇风机得风量 Q 扇 、扇风机的静风压 h 扇静 、扇风机
14、的静压效率 扇风机的输入功率 N 扇 。 12.解：由扇风机风压与通风阻力关系知，当扇风机做抽风式通风时： h 扇静 h 自 h 阻 所以要应用扇风机的静压特性曲线 1与自然风压特性曲线 5 在风量相等风压相加的串联原则下，绘出合成特性曲线 6。将风阻 R 0.015 k ，绘于图中为曲线 7。曲线 6 与曲线 7的交点 a 为工作点，由此点确定： h 阻 152mmH20 ， Q 扇 104m3/s ， 由 b 点确定 h 扇静 132 mmH20， 由 C 点确定 0.65J ， 则 1 3 2 1 0 4 2 0 7 .11 0 2 0 .6 5SN kW13（ P71）某矿采用图 4
15、21 所示的布置方式，对 2BY 1.8 型轴流式扇风机进行了性能试验（比真实布置有简化），试验时叶片安装角为 35 ，转数n=980r/min。该试验在 A-A处调节工况， 断面用风表测量通过扇风机得风量， 断面测量静压。在某一工况时测值如下： 1) 断面面积 S1=4.88m2 ， 断面面积 S2=S1， -断面面积23 7.36Sm ； 2） 在 处测得的风速 1 9.86 /V m s 。 3）在 处测得的静压 h=397mmH20 4）输入电动机的电流 I 27A、电压 U 6270V，功率因数 cos 0.38 5)空气重率 /m31.2kg 试求算在该工况时：（ 1）通过扇风机的
16、风量 Q 扇 ；（ 2）扇风机的静压 h 扇静 ；（ 3）扇风机的全压 h 扇全 ；（ 4）电机输入功率 N 电 ；（ 5）扇风机的输出静压功率 H 扇静 和全压功率 N 扇全 ；（ 6）扇风机的静压效率 和全压效率 。（ 7）在不考虑自然风压时矿井通风阻力 h 阻 。 13. 解： 1） Q 扇 =S1 V1=4.889.86=48.1m 3/s； 2) 断面处空气的平均速压为： 22 221 .2 4 8 .1( ) ( ) 5 .9 42 2 9 .8 1 4 .8 8SS Qh m m H OgS h 扇静 =h-h 速 397 5.94 391.06mmH20 3) -断面处空气的平
17、均速压为： h 速 h 速扇 2221 . 2 4 8 . 1( ) 2 . 6 12 2 9 . 8 1 4 . 8 8V m m m H Og h 扇全 h 扇静 h 扇速 391.06 2.61 393.7mmH20 4） N 电 3 2 7 6 2 7 0 0 .8 33 c o s / 1 0 0 0 2 4 3 .41000I U k W 5） N 扇静 =184.4KW N 扇全 =185.7KW 6) =75.8% % 以上两效率均包括电机和风机的总效率，各值除以电机效率即得风机效率。 7） h 阻 h 扇静 391.06mmH20 14. （ P79 ） 某 自 然 通 风
18、矿 井 如 图 5 9 所 示 ， 测得 ， ， ， ， , 21.3 /F kg m ， 试求该矿井得自然风压，并判定其风流方向。 j3.1A 26.1B 16.1C 14.1D 15.1E102 1.4806.391102 扇扇静 Qh1 0 21.487.3 9 31 0 2 扇扇全 Qh758.04.243 4.184 电静扇静NN3.76763.04.243 7.185 电扇全全 NN14.解： 计算各测段得空气平均重率： 21 . 3 1 . 2 6 1 . 2 8 /22ABAB k g m 21 . 2 6 1 . 1 6 1 . 2 1 /22BCBC k g m 21 .
19、1 4 1 . 1 5 1 . 1 4 5 /22DEDE k g m 21 . 1 5 1 . 3 1 . 2 3 /22EFEG k g m 计算两侧空气柱的平均重率： 24 5 1 .2 8 1 0 0 1 .2 1 1 .2 3 /4 5 1 0 0A B A B B C B CABCA B B CZZ k g mZZ 28 0 1 .1 5 6 5 1 .2 3 1 .1 9 /8 0 6 5D E D E E F E FD E FD E E FZZ k g mZZ 设风流方向从 BC井筒进入，有 DEF 井筒排出，则： h 自 2( ) 1 4 5 ( 1 . 2 3 1 . 1 9 ) 5 . 8A B C D E FZ m m H O 求得的 h 自 正值，说明风流方向与假设方向一致，故风流从 BC 井筒进入，由 DEF井筒排出。 15（ P90）图 6 17 所示为某矿两翼对角抽出式通风系统示意图，两翼各需风量 40m/s，由中央竖井 1与平硐 2 进风，两出风井 和进风井井口的标高相同，两进风井口高差 Z 300m，由自然风压 h 自冬 9mmH20，且已知各风路风阻R1=0.036 ， R2 0.024 ， R3 0.024 ， 求自然分配风量 Q1, Q2, Q3是多少？
