【采矿课件】第六章矿井风量调节

【采矿课件】第六章矿井风量调整【采矿课件】第六章矿井风量调整【采矿课件】第六章矿井风量调整第六章矿井风量调整在矿井生产中，矿井风网的供风量会因巷道的延长、工作面的推动等因素不断的发生变化，另外，瓦斯涌出量等发生变化也要引起风网内需风量的变化。这些变化都会导致井下各用风地点的实际供风量与需求风量产生较大差异，甚至引起矿井总风量的供需变化。为了保证井下风流按所需的风量和预定的路线流淌，就需要对矿井风量进行调整。这是矿井通风管理的重要内容。通常，在采区内、采区之间和生产水平之间的风量调整称为局部风量调整；对全矿总风量进行增减的调整称为矿井总风量调整。局部风量调整局部风量调整有三种方法：增加风阻调整法、降低风阻调整法和帮助通风机调整法。一、增加风阻调整法1、增阻法调整原理如图6-1所示为某采区两个采煤工作面的通风网路图。已知两风路的风阻值R1S2/m8，R22/m8，若总风量Q=12m3/s，则该并联网路中自然安排的风量分别为：图6-1并联通风网路Q1===6.3m3/sQ2=Q-Q1=12－6.3=5.7m3/s如按生产 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，1分支的风量应为QⅠ=4.0m3/s，2分支的风量应为QⅡ=8.0m3/s，明显自然安排的风量不符合生产要求。按满足生产要求的风量，两分支的阻力分别为：h1=R1QⅠ2=0.8×42Pah2=R2QⅡ2=1.0×82Pa2风路的阻力大于1风路的阻力，这与并联网路两分支分压平衡的规律不符。因此，必需进行调整。接受增阻调整法，即以h2的数值为并联风网的总阻力，在1风路上增加一项局部阻力hc，使两风路的阻力相等，这时进入两风路的风量即为需要的风量。h1+h窗=h2或h窗=h2-h1即h窗=Pa以上说明，增阻调整法的实质就是以并联风网中阻力较大的分支阻力值为依据，在阻力较小的分支中增加一项局部阻力，使并联各分支的阻力达到平衡，以保证风量按需供应。增阻调整法的主要措施，是在调整支路回风侧设置调整风窗（如图6-2所示）、临时风帘、风幕（如图6-3所示）等调整装置。其中调整风窗由于其调整风量范围大，制造和安装都较简洁，在生产中使用的最多。图6-2调整风窗图6-3风幕调整风窗的开口断面积计算：当/≦时，=(6-1)或=(6-2)当/﹥0.5时，=（6-3）或=(6-4)式中S窗------调整风窗的断面积，m2；S------巷道的断面积，m2；Q------通过的风量，m3/s；H窗------调整阻力，Pa；R窗------调整风窗的风阻，Ns2/m8，R窗=h窗/Q2。上例中，若1分支回风侧设置调整风窗处的巷道断面S1m2，则调整风窗的开口断面积为：/===0.14＜则==≈0.61m22、增阻法调整的分析1）增阻调整法使风网总风阻增加，假如主要通风机特性曲线不变，总风量会削减，在肯定条件下，可能达不到调整风量的预期效果。如图6-4所示，已知主要通风机特性曲线Ⅰ和两分支风阻R1、R2。在图上依据“风压相等，风量相加”的原则，绘制并联风网的总风阻曲线R。R与Ⅰ的交点a即为主要通风机的工作点，a点的横坐标则为矿井的总风量Q。从a作水平线和R1、R2交于b、c两点，则b、c两点的横坐标Q1、Q2为两风路自然安排的风量。假如在1风路中实行增阻法调整，增加的风阻值为R窗，1风路中的风阻则上升为R1ˊ（R1ˊ=R1+R窗），在图上绘出R1ˊ的曲线,并绘出R1ˊ和R2并联的风阻曲线Rˊ,由Rˊ与Ⅰ的交点aˊ解出调整后的矿井总风量Qˊ。由aˊ作水平线交R1ˊ和R2于bˊ、cˊ,则调整后安排在两分支中的风量分别为Q1ˊ、Q2ˊ。可以看出，风量调整后由于矿井总风阻值的增加，使总风量削减，其削减值为△Q=Q－Qˊ；增阻的1分支中风量也削减,其削减值为△Q1=Q1－Q1ˊ；另一支风量增加，其增加值为△Q2=Q2ˊ－Q2。明显削减的多，增加的少，其差值就等于总风量的削减值，即：Q=(Q1＋Q2)－(Q1ˊ＋Q2ˊ)=(Q1－Q1ˊ)－(Q2ˊ－Q2)=△Q1－△Q2m3/s图6-4增阻法调整分析图6-5通风机风压曲线陡缓对调风的影响总风量的削减值与主要通风机性能曲线的缓、陡有关。如图6-5所示，Ⅰ为轴流式通风机风压特性曲线，Ⅱ为离心式通风机风压特性曲线。R、Rˊ分别为调整前后的风阻曲线。可以看出，△Q＜△Qˊ， 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明通风机风压特性曲线越陡，总风量削减值越小，反之则越大。3、增阻调整法的使用1）调整风窗一般安设在回风侧，以免影响运输。当必需安设在运输巷道时，可实行多段调整，即用若干个大面积调整风窗代替一个面积较小的调整风窗，且满足小面积风窗的阻力等于这些大面积风窗的阻力之和。2）在简单风网中接受增阻法调整时，应按先内后外的挨次渐渐调整。使每个网孔的阻力达到平衡。要合理确定风窗的位置，防止重复设置。例如：图6-6所示的简单网路，若每条风路所需的风压值已确定（图中括号内数值、单位Pa），合理的调整挨次应当按A→B→C→D→E网孔，依次调整，并分别在ab(10Pa)支路、cd(50Pa)支路、ef支路设置调整风窗，增加的风压值分别为10Pa、20Pa、30Pa。图6-6简单风网中风窗调整的挨次3）风窗一般安设在风桥之后（图6-7b）。假如将风窗安设在风桥之前（图6-7a），由于风流经风窗后压降很大，造成风桥上、下风流的压差增大，可能导致风桥漏风增大。图6-7风桥前后风窗的位置增阻调整法具有简洁、易行的优点，是采区内巷道间的主要调整措施。但这种方法会使矿井的总风阻增加，若主要通风机风压特性曲线不变，会导致矿井总风量下降；否则，就得转变主要通风机风压特性曲线，以弥补增阻后总风量的削减。二、降低风阻调整法降阻法调整原理如图6-8所示的并联风网，两分支风路的风阻分别为R1和R2（Ns2/m8），所需风量分别为Q1和Q2（m3/s），则两条风路产生的阻力分别为：图6-8并联风网h1=R1Q12h2=R2Q22假如h2＞h1，接受降阻调整法调整时，则以h1的数值为依据，使h2削减到h2ˊ=h1。为此，需把R2降到R2ˊ，即：h2ˊ=R2ˊQ22=h1=（6-5）以上表明，降阻调整法与增阻调整法相反。为了保证风量的按需安排，当两并联巷道的阻力不相等时，以小阻力分支为依据，设法降低大阻力巷道的风阻，使风网达到阻力平衡。降阻调整法及计算降低风阻值的方法可依据所需降阻数值的大小和矿井通风状况而定。当所需降阻值不大时，首先应考虑减小局部阻力，还可以在阻力大的巷道旁侧开掘并联巷道（可利用废旧巷），也可以转变巷道壁面平滑程度或支架型式，通过削减摩擦阻力系数降低风阻；当所需降阻值较大时，可接受扩大巷道断面的方法，条件允许时，也可缩短通风路线总长度降低风阻。假如将图6-8中2支路巷道全长L2（m）的断面扩大到S2ˊ（m2），则：=（6-6）式中-----扩大后断面的摩擦阻力系数，Ns2/m4；-----2分支巷道扩大后的断面周长，m。=（6-7）式中K----巷道断面外形系数：梯形巷道：K=三心拱巷道：K=半圆拱巷道：K=将（6-7）式代入（6-6）式，得出巷道2扩大后的断面积公式为：=（6-8）假如接受转变摩擦阻力系数降阻时，减小后的摩擦阻力系数公式为：=（6-9）降阻调整法可使矿井总风阻削减，若主要通风机风压特性曲线不变，矿井总风量会增加。但这种方法 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量大、投资多、施工时间较长，所以降阻调整法多在矿井增产、老矿挖潜改造或某些主要巷道年久失修的状况下，用来降低主要风路中某一段巷道的通风阻力。三、帮助通风机调整法1、帮助通风机调整法原理如图6-9所示，假如按需要风量Q1、Q2计算出两风路的阻力h2＞h1时，可在风路2中安装一台帮助通风机，用帮助通风机的风压来克服该风网的阻力差，使其符合风压平衡，即：图6-9帮助通风机调整法原理（6-10）式中：h辅——帮助通风机风压，Pa；h1——1风路按需风量（Q1）计算的阻力，Pa；h2——2风路按需风量（Q2）计算的阻力，Pa。可以看出，帮助通风机调整就是以阻力小的风路阻力为依据，在阻力较大的风路中安装一台帮助通风机，利用帮助通风机的风压克服一部分通风阻力，使并联风网阻力达到平衡定律，从而实现风量调整的目的。帮助通风机的选择帮助通风机的选择方法有多种，这里只介绍一种简洁方法。1）帮助通风机的风压帮助通风机的风压，就是并联风网的两分支的阻力差。由式（6-10）可知：=（6-11）式中R1、R2——1、2两分支的风阻，Ns2/m8；Q1、Q2——1、2两分支的需要风量，m3/s。2)帮助通风机的风量帮助通风机的风量，就是该巷道的需风量，即：=（6-12）通过计算出的帮助通风机的风压和风量，就可选择合适的通风机。帮助通风机的安装和使用1）为了保证新颖风流通过帮助通风机而又不致防碍运输，一般把帮助通风机安设在进风流的绕道中，如图6-10所示，但在进风巷道中至少要安设两道自动风门，其间距必需满足运输的要求，风门必需向压力大的方向开启。假如把帮助通风机安设在回风流中，安设方法基本相同，但要设法引入一股新颖风流给风机的电动机通风（如利用大钻孔等方法），使电动机在新颖风流中运转。为此，安设电动机的硐室必需与回风流严密隔开。图6-10帮助通风机的安装2）假如帮助通风机停止运转，必需马上打开进风巷道中的风门，以免发生相邻区域的风流逆转，甚至产生循环风。此时，应依据具体状况，实行相应平安措施。重新启动帮助通风机之前，应检查四周20m内的瓦斯浓度，只有在不超过规定时，才允许启动风机。3）采空区四周的巷道中安设帮助通风机时，要选择合适的位置。否则，有可能产生通过采空区的循环风或漏风，甚至引起采空区的煤炭自燃。4）严禁在煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的矿井中安设帮助通风机。四、各种调整方法的评价增阻调整法的优点是简便、经济、易行。但由于它增加了矿井总风阻，矿井总风量要削减，因此这种方法只适于服务年限不长、调整区域的总风阻占矿井总风阻的比重不大的采区范围内。对于矿井主要风路，特殊是在阻力搭配不均的矿井两翼调风，则尽量避开接受。否则，不但不能达到预期效果，还会使全矿通风恶化。减阻调整法的优点是削减了矿井总风阻，增加了矿井总风量。但实施工程量较大、费用高。因此，这种方法多用于服务年限长、巷道年久失修造成风网风阻很大而又不能使用帮助通风机调整的区域。帮助通风机法调整的优点是简便、易行，且提高了矿井总风量。但管理简单，平安性较差。因此，这种方法可在并联风路阻力相差悬殊、矿井主要通风机力量不能满足较大阻力风路要求时使用。总之，上述三种风量调整方法各有特点，在运用中要依据具体状况，因地制宜选用。当单独使用一种方法不能满足要求时，可考虑上述方法的综合运用。其次节矿井总风量调整矿井总风量调整主要是调整主要通风机的工作点。其方法是转变主要通风机的特性曲线，或是转变主要通风机的工作风阻。一、转变主要通风机工作风阻调整法如图6-11所示的通风机工况，通风机特性曲线为n，当矿井风阻特性曲线R增大为R1时，通风机的工作点由a变到b，矿井总风量由Q减到Q1；反之，工作点由a变到b，矿井总风量由Q增至Q2。图6-11转变主通风机的工作风阻调整风量因此，当矿井要求的通风力量超过主要通风机最大潜力又无法接受其它调整法时，就必需降低矿井总风阻，以满足矿井通风要求。假如主要通风机的风量大于矿井实际需要，可以增加主要通风机的工作风阻，使总风量下降。由于离心式通风机的输入功率随风量的削减而降低，所以，对于离心式风机，当所需风量变小时，可利用风硐中的闸门增加风阻，减小风量；对于轴流式风机，通风机的输入功率随风量的减小而增加，故一般不用闸门调整而多接受转变通风机的叶片安装角度，或降低风机转速进行调整；对于有前导器的通风机，当需风量变小时，可用转变前导器叶片角度的方法来调整，但其调整幅度比较小。二、转变主要通风机特性调整法1、离心式通风机对于矿井使用中的一台离心式通风机，其实际工作特性曲线主要打算于风机的转数。如图6-12所示，一台离心式通风机在转数为n1时，其风压特性曲线为Ⅰ。假照实际产生的风量（Q1）不能满足矿井需风量（Q2）时，可用比例定律求出该风机所需新的转数n2，即：=，（6-13）绘制出新转数n2时的全风压特性曲线Ⅱ，它和矿井总风阻曲线R的交点M即为通风机新的工作点。同时，依据新转数的效率特性曲线和功率特性曲线，检查新工作点是否在合理的工作范围内，并验算电动机的力量。转变通风机转速是转变离心式通风机特性曲线的主要方法。其具体做法是：假如通风机和电动机之间是间接传动，可以转变传动比或转变电动机的转数；假如通风机和电动机是直接传动，则可转变电动机的转数或更换电动机。图6-12转变通风机的转数调整风量轴流式通风机轴流式通风机特性曲线的转变，主要打算于通风机动轮叶片安装角和通风机转数两个因素。在矿井生产中，常接受转变轴流式通风机叶片安装角的方法实施调整。如图6-13所示，正常运转时，叶片安装角为θ10），运转工况点为特性曲线Ⅰˊ上的a点；由于生产需要，矿井总阻力增加，为保证原有的风量，主通风机运转工况点移至b点，此时，则把叶片安装角调整到θ2（300），才能使风压特性曲线Ⅰ通过b点，从而保证矿井总风量的需要。图6-13转变轴流式通风机的叶片安装角轴流式通风机的叶片，是用双螺帽固定于轮毂上，调整时只需将螺帽拧开，调整好角度后再拧紧即可。这种方法的调整范围比较大，一般每次可调5°°），而且可使通风机在最佳工作区域内工作。接受变频技术把握主要通风机的矿井，在肯定范围内，也可通过调整电动机转数，便利地实现总风量的调整。3、对旋式通风机对旋式通风机是近年来开发应用的新型高效轴流式风机。其调整方法和一般轴流式通风机相像，可以调整风机两级动轮上的叶片安装角（可调整其中一级，也可同时调整两级），也可以转变电动机的转数。由于对旋式通风机的两级动轮分别由各自的电动机驱动，在矿井投产初期甚至可单级运行。复习思考题为什么风量调整是矿井通风管理的主要内容？6-2什么是局部风量调整？什么是矿井总风量调整？二者有什么不同？6-3增阻调整法的实质是什么？6-4增阻调整法对矿井通风网路有什么影响？6-5使用增阻调整法对应留意哪些问题？6-6降阻调整法的实质是什么？6-7使用降阻调整法时应留意哪些问题？6-8帮助通风机调整法的实质是什么？6-9使用帮助通风机调整法时应留意哪些问题？6-10矿井总风量调整的方法主要有哪些？习题6-1某采区通风系统如题图6-1所示，各段巷道的风阻为：R=0.08，R=0.15，R=0.18，R=0.15，R/m,系统总风量Q=40m/s,各分支需要的风量为：Q=15m/s,Q=20m/s,Q=5m/s。若接受风窗调整（风窗设置处巷道断面积为S=4m），应如何设置风窗，风窗的面积值为多少？调整后系统的总风阻、总等积孔为多少？（S=1.87m，S=0.63m，A=2.67m，R=0.198Ns/m）6-2如题图6-2所示的通风系统，已知：R=1.5，R=0.9Ns/m，L=1500m，L=1000m。因生产需要，两分支BCD、BDE的风量均为20m/s，若接受全长扩大断面的调整措施，问需要在哪个分支上扩大断面？断面扩大到多少平方米（扩大后巷道断面外形为梯形，α=0.02）？（S=7.19m）6-3某巷道通风系统如题图6-3所示，已知各分支风阻为：R=1.2，R=0.4，R=R=3.2，R=0.6，R=2.8，R=0.3Ns/m。各分支需要的风量为：Q=30m/s，Q=10m/s，Q=20m/s。若接受帮助通风机法调风量，试计算帮助通风机的风压及调整后系统的总阻力？（h=760P,h=1630P）题图6-1风窗调整题图6-2扩大断面调整题图6-3帮助通风机调整