第六章 矿井风量调节
一、教学内容:
1、局部风量调节方法原理、优缺点及适用条件、注意事项;
2、矿井总风量调节方法。
二、重点难点:
1、增阻调节法原理、计算公式、注意事项;
2、减阻调节法原理、计算公式;
3、矿井总风量调节方法。
三、教学要求:
1、了解矿井风量调节中辅助通风机调节法的安装注意事项;
2、掌握增阻调节法原理、计算公式、注意事项;
3、掌握减阻调节法原理、计算公式;
4、掌握矿井总风量调节方法。
在矿井通风网络中,风量按照网络中各分支风阻的大小自然分配,往往不能满足作业地点的风量需求,需要采取控制和调节风量的措施。另外,随着生产过程的发展和变化,工作面的推进和更替,巷道风阻、网络结构及所需的风量均在不断变化,相应地要求及时进行风量调节。所以风量调节是矿井通风技术管理中的一项经常性的工作,它对矿井安全生产和节约通风费用都有重大的影响。
矿井风量调节的措施多种多样。按其调节的范围,可分为局部风量调节与矿井总风量调节。本章主要介绍各种调节方法的原理与特点。
第一节 局部风量调节
局部风量调节是指在采区内部各工作面间,采区之间或生产水平之间的风量调节。局部风量调节方法有增阻法、减阻法及辅助通风机调节法。
一、增阻调节法
增阻调节法是通过在巷道中安设调节风窗等设施,增大巷道的局部阻力,从而降低巷道处于同一分支中的风量,增大另一分支的风量。这是目前矿井使用最普遍的局部风量调节的方法。
增阻调节是一种耗能调节法。具体措施主要有:
调节风窗、临时风帘、空气幕调节装置等。其中使用
最多的是调节风窗,其制作和安装都较简单。
1.风窗调节法
风窗结构如图6—1所示,在风门上方开一小窗,用可滑移的窗板来改变窗口的面积,从而改变巷道中的局部阻力。
如图6—2所示并联网路中,1、2分支风路的风阻分别是R 1、R 2,所需风量分别是Q 1、Q 2。如果有并联风路风压关系:R 1Q 12<R 2Q 22,即h 1<h 2。则在风压小的1分支安设风窗,增加局部阻力h 窗,使得1、2分支
风压相等,即
h 2=h1+h窗
或 R 2Q 22=(R1+R 窗)Q 12
则风窗的阻力为
h 窗=h 2- h 1
风窗的风阻为
R 窗=h 窗2Q 1=h 2-h 1 Q 12
2.风窗面积的计算
由于风流经过调节风窗时产生局部阻力,
风流经过风窗后风流断面收缩,如图6—3所
示。
根据水力学和能量方程,当已知风窗的阻力或风阻时,可求出风窗的面积S 窗。 当S 窗/S≤0.5时,调节风窗面积的计算公式如下:
S 窗=
或 S 窗=QS 0. 65Q +0. 84S 窗 (6-1) (6-2) S 0. 65+0. 84S R 窗
Q S
Q +0. 759S h 窗当S 窗/S>0.5时,调节风窗的面积的计算公式如下: S 窗=
或 S 窗=
式中 S 窗—调节风窗的面积,m 2;
S —巷道的净断面积,m 2;
Q —通过风窗的风量,m 3/s ;
h 窗—调节风窗阻力,Pa ;
R 窗—调节风窗的风阻,N ·s 2/m 8。
3.增阻调节法的特点 增阻调节法具有简单、方便、易行、见效快等优点。适用于矿井通风阻力不大
(6-3) (6-4) S 1+0. 759S R 窗
的分区风流中风量调节,但增阻调节法会增加矿井总风阻,减少总风量。在主干风路中增阻调节时必须考虑主通风机风量的变化,否则,会出现风量减少的多,增加的少,可能出现调节后风量不能满足需要的情况。调节风窗应设置在适宜地点,如在煤巷中布置时,要考虑由于风窗两侧压差引起煤体裂隙漏风而发生自燃的危险性。
4.增阻调节法应注意的问题
使用调节风窗调节风量应注意如下问题:①调节风窗应尽量安设在回风流中,以免妨碍运输,如果安设在运输巷道中时,尽可能选在运输量少的区段巷道中。②在复杂通风网络中,注意调节风窗位置的选择,防止重复设置,增大通风阻力。
二、减阻调节法
减阻调节法是通过在巷道中采取降阻措施,降低巷道的通风阻力,从而增大与该巷道处于同一分支的风量,减小与其并联分支的风量。
如图6—4所示并联网路中,1、2分支风路的风阻分别是R 1、R 2,所需风量分别是Q 1、Q 2。如果有并联风路风压关系:R 1Q 12<R 2Q 22,
即h 1<h 2。则在风压大的2分支风阻由R 2降至R 2¹,
使得1、2分支风压相等,即
h 1=h2¹= R2¹Q 22
R 2¹=h 1 2Q 2
减阻调节的措施主要有:扩大巷道断面、降低摩
擦阻力系数、清除巷道中的堆放杂物、开掘并联巷道、缩短风流路线的总长度等。
减阻调节法与增阻调节法相反,可以降低矿井总风阻,并增加矿井总风量;但降阻措施的工程量和投资一般都较大,施工工期较长,所以一般在对矿井通风系统进行较大的改造时采用。
在矿井生产实际中,对于通过风量大,风阻也大的风硐、回风石门、总回风道等巷道,采取扩大断面、改变支护形式等减阻措施,往往效果明显。
三、辅助通风机调节法
如图6—5所示,辅助通风机调节法是在阻力大、风量不足的并联分支2采用辅助通风机克服一部分井巷通风阻力,从而增大该
分支风量的调节方法。安装辅助通风机的方式有两
种:有风墙的辅助通风机和不设风墙的辅助通风
机。
1.有风墙的辅助通风机
如图6—6所示,为方便行人、运输,
在原巷
道侧掘一条绕道,安装辅助通风机。为使风流通过辅助通风机,在巷道内设带风门的风墙。风门向风压大的一侧开启,并要求两道风门之间距离大于通过一列车的长度。
2.无风墙的辅助通风机
如图6—7 所示,当调节所需克服的阻力较小时,将辅助通风机直接安设在巷道中,利用辅助通风机出口的速度,增加巷道内通过的风量。
辅助通风机调节法的施工相对比较方便,并可降低矿井总风阻,增加矿井总风量,同时可以减少矿井主通风机能耗。但采用辅助通风机调节时设备投资较大,辅助通风机的能耗较大,且辅助通风机的安全管理工作比较复杂,安全性较差。《规程》规定:在矿井通风系统中,如果某一分区风阻过大,主要通风机不能供给其足够风量,可以在井下安设辅助通风机,但必须供给辅助通风机房新鲜风流。严禁在煤(岩) 与瓦斯(二氧化碳) 突出矿井中安设辅助通风机。在我国,煤矿很少使用辅助通风机调节,但在金属矿使用较多。
用辅助通风机调节风量时须注意以下几点:
(1)若辅助通风机安设在回风流中,必须使辅助通
风机电动机与回风流隔开,设法引入 新鲜风流,
使电动机在新鲜风流中运转,保证辅助通风机安
全运转。(2)当辅助通风机停止运转时,须立即打
开风门,以便利用主要通风机通风。主要通风机
一旦停转,必须立即停止辅助通风机的运转,且
打开风门,以免发生循环风。开启辅助通风机时应检查附近20m 内瓦斯浓度,只有当瓦斯浓度不超限时,才能开启辅助通风机。(3)安设辅助通风机的地点应选择在巷道围岩稳定、坚固处,避免发生漏风。
第二节 矿井总风量调节
当矿井(或一翼) 总风量不足或过大时,需调节总风量,也就是调整主通风机的工况点。采取的措施是:改变主通风机的工作特性,或改变矿井风网的总风阻。
一、改变主通风机工作特性调节法
矿井主通风机是矿井通风的主要动力源。通过
改变主通风机的叶轮转速、轴流式风机叶片安装角度
和离心式风机前导器叶片角度等,可以改变通风机的
风压特性,从而达到调节矿井总风量的目的。
1.改变主通风机转速
通风机的风量与转数成正比,改变主通风机的转
速,能改变主通风机的特性曲线。如图6—8所示,某通风机h —Q 特性曲线,当通风机转速为n 时,与矿井风阻特性曲线的交点为M ,通风机风量为Q ,若将通风机的转数调为n 1,则通风机的风量减少为Q 1。同理,通风机转速调到n 2时,通风机风量增大为Q 2。
改变通风机转速的方法如下:
(1)改变减速器的传动比。对于离心式通风机,一般均采用改变减速器传动比的方法改变通风机的转速。
(2)调换不同转速的电动机。对于轴流式通风机,一般轴流式通风机与电动机之间采用直接传动,需要改变通风机转速时,只能通过更换不同转数的电动机来实现。
2. 改变轴流式通风机叶片安装角
轴流式通风机的叶片安装角不同,特
性曲线不同,改变叶片安装角,可以改变
通风机特性曲线。如图6—9所示,当叶片
安装角从θ1调到θ2时,则通风机风量由
Q 1增加到Q 2,风压也由h 1增加到h 2。
二、改变主通风机工作风阻调节法
改变通风机的工作风阻,通风机的工
作点随之改变,风量也发生变化,可以达
到调节风量的目的。也可以通过风硐闸门
增加通风机的工作风阻,或通过改善风网结构等措施降低通风机的工作风阻。
1.风硐闸门调节法
如果在风机风硐内安设调节闸门,通过改变闸门的开口大小可以改变主通风机的工作风阻,从而可调节主通风机的工作风量。
对于离心式风机,当风量过大时,用风硐中的闸门增加风阻以降低风量。这是因为离心式风机的功率特性曲线随风量减小而降低。如图6—10所示,图中R 为某矿井开采初期的总风阻,M 为风机工况点,Q 为风量。如果这时所需风量降低时,可利用风硐中的闸门,使总风阻增大为R 1,风
机工况点移至C ,风量减少为Q 1。
对于轴流式风机,由于其功率特性曲线随
风量减小而上升,不经济,
而且调节范围不大,因此一般不用增加风阻的方法降低风量。
2.降低矿井总风阻
当矿井总风量不足时,如果能降低矿井总
风阻,则不仅可增大矿井总风量,而且可以降
低矿井通风总阻力。如图6—10所示,当需要增大风量时,如果能使矿井总风阻由R 降低为R 2,风机工况点移到D ,风量就可增加到Q 2。
矿井总风阻不仅与矿井最大阻力路线上的井巷的风阻有关,而且与井巷所构成风网的结构有关。因此,降低矿井总风阻一方面应降低矿井最大阻力路线上各井巷的风阻,另一方面应改善风网结构,为此应合理安排采掘接替和用风地点配风,尽量缩短最大阻力路线的长度,避免在主要风路上安装调节风窗等。
复习思考题
1.矿井风量调节根据调节范围分为哪两种调节?什么叫局部风量调节?什么叫矿井总风量调节?
2.局部风量调节有哪几种方法?各有什么特点?
3.什么叫增阻调节法?什么叫降阻调节法?
4.矿井总风量调节的方法有哪几种?各有什么特点?
习题
1.如图6-2所示并联风网,已知各分支风阻:R 1=1.186 N·s 2/m 8,R 2=0.749 N ·s 2/m 8,若分支1需风量10m 3/s,分支2需风量30 m3/s,采用风窗调节,风窗应设在哪个分支?风窗风阻和面积各是多少?
第六章 矿井风量调节
一、教学内容:
1、局部风量调节方法原理、优缺点及适用条件、注意事项;
2、矿井总风量调节方法。
二、重点难点:
1、增阻调节法原理、计算公式、注意事项;
2、减阻调节法原理、计算公式;
3、矿井总风量调节方法。
三、教学要求:
1、了解矿井风量调节中辅助通风机调节法的安装注意事项;
2、掌握增阻调节法原理、计算公式、注意事项;
3、掌握减阻调节法原理、计算公式;
4、掌握矿井总风量调节方法。
在矿井通风网络中,风量按照网络中各分支风阻的大小自然分配,往往不能满足作业地点的风量需求,需要采取控制和调节风量的措施。另外,随着生产过程的发展和变化,工作面的推进和更替,巷道风阻、网络结构及所需的风量均在不断变化,相应地要求及时进行风量调节。所以风量调节是矿井通风技术管理中的一项经常性的工作,它对矿井安全生产和节约通风费用都有重大的影响。
矿井风量调节的措施多种多样。按其调节的范围,可分为局部风量调节与矿井总风量调节。本章主要介绍各种调节方法的原理与特点。
第一节 局部风量调节
局部风量调节是指在采区内部各工作面间,采区之间或生产水平之间的风量调节。局部风量调节方法有增阻法、减阻法及辅助通风机调节法。
一、增阻调节法
增阻调节法是通过在巷道中安设调节风窗等设施,增大巷道的局部阻力,从而降低巷道处于同一分支中的风量,增大另一分支的风量。这是目前矿井使用最普遍的局部风量调节的方法。
增阻调节是一种耗能调节法。具体措施主要有:
调节风窗、临时风帘、空气幕调节装置等。其中使用
最多的是调节风窗,其制作和安装都较简单。
1.风窗调节法
风窗结构如图6—1所示,在风门上方开一小窗,用可滑移的窗板来改变窗口的面积,从而改变巷道中的局部阻力。
如图6—2所示并联网路中,1、2分支风路的风阻分别是R 1、R 2,所需风量分别是Q 1、Q 2。如果有并联风路风压关系:R 1Q 12<R 2Q 22,即h 1<h 2。则在风压小的1分支安设风窗,增加局部阻力h 窗,使得1、2分支
风压相等,即
h 2=h1+h窗
或 R 2Q 22=(R1+R 窗)Q 12
则风窗的阻力为
h 窗=h 2- h 1
风窗的风阻为
R 窗=h 窗2Q 1=h 2-h 1 Q 12
2.风窗面积的计算
由于风流经过调节风窗时产生局部阻力,
风流经过风窗后风流断面收缩,如图6—3所
示。
根据水力学和能量方程,当已知风窗的阻力或风阻时,可求出风窗的面积S 窗。 当S 窗/S≤0.5时,调节风窗面积的计算公式如下:
S 窗=
或 S 窗=QS 0. 65Q +0. 84S 窗 (6-1) (6-2) S 0. 65+0. 84S R 窗
Q S
Q +0. 759S h 窗当S 窗/S>0.5时,调节风窗的面积的计算公式如下: S 窗=
或 S 窗=
式中 S 窗—调节风窗的面积,m 2;
S —巷道的净断面积,m 2;
Q —通过风窗的风量,m 3/s ;
h 窗—调节风窗阻力,Pa ;
R 窗—调节风窗的风阻,N ·s 2/m 8。
3.增阻调节法的特点 增阻调节法具有简单、方便、易行、见效快等优点。适用于矿井通风阻力不大
(6-3) (6-4) S 1+0. 759S R 窗
的分区风流中风量调节,但增阻调节法会增加矿井总风阻,减少总风量。在主干风路中增阻调节时必须考虑主通风机风量的变化,否则,会出现风量减少的多,增加的少,可能出现调节后风量不能满足需要的情况。调节风窗应设置在适宜地点,如在煤巷中布置时,要考虑由于风窗两侧压差引起煤体裂隙漏风而发生自燃的危险性。
4.增阻调节法应注意的问题
使用调节风窗调节风量应注意如下问题:①调节风窗应尽量安设在回风流中,以免妨碍运输,如果安设在运输巷道中时,尽可能选在运输量少的区段巷道中。②在复杂通风网络中,注意调节风窗位置的选择,防止重复设置,增大通风阻力。
二、减阻调节法
减阻调节法是通过在巷道中采取降阻措施,降低巷道的通风阻力,从而增大与该巷道处于同一分支的风量,减小与其并联分支的风量。
如图6—4所示并联网路中,1、2分支风路的风阻分别是R 1、R 2,所需风量分别是Q 1、Q 2。如果有并联风路风压关系:R 1Q 12<R 2Q 22,
即h 1<h 2。则在风压大的2分支风阻由R 2降至R 2¹,
使得1、2分支风压相等,即
h 1=h2¹= R2¹Q 22
R 2¹=h 1 2Q 2
减阻调节的措施主要有:扩大巷道断面、降低摩
擦阻力系数、清除巷道中的堆放杂物、开掘并联巷道、缩短风流路线的总长度等。
减阻调节法与增阻调节法相反,可以降低矿井总风阻,并增加矿井总风量;但降阻措施的工程量和投资一般都较大,施工工期较长,所以一般在对矿井通风系统进行较大的改造时采用。
在矿井生产实际中,对于通过风量大,风阻也大的风硐、回风石门、总回风道等巷道,采取扩大断面、改变支护形式等减阻措施,往往效果明显。
三、辅助通风机调节法
如图6—5所示,辅助通风机调节法是在阻力大、风量不足的并联分支2采用辅助通风机克服一部分井巷通风阻力,从而增大该
分支风量的调节方法。安装辅助通风机的方式有两
种:有风墙的辅助通风机和不设风墙的辅助通风
机。
1.有风墙的辅助通风机
如图6—6所示,为方便行人、运输,
在原巷
道侧掘一条绕道,安装辅助通风机。为使风流通过辅助通风机,在巷道内设带风门的风墙。风门向风压大的一侧开启,并要求两道风门之间距离大于通过一列车的长度。
2.无风墙的辅助通风机
如图6—7 所示,当调节所需克服的阻力较小时,将辅助通风机直接安设在巷道中,利用辅助通风机出口的速度,增加巷道内通过的风量。
辅助通风机调节法的施工相对比较方便,并可降低矿井总风阻,增加矿井总风量,同时可以减少矿井主通风机能耗。但采用辅助通风机调节时设备投资较大,辅助通风机的能耗较大,且辅助通风机的安全管理工作比较复杂,安全性较差。《规程》规定:在矿井通风系统中,如果某一分区风阻过大,主要通风机不能供给其足够风量,可以在井下安设辅助通风机,但必须供给辅助通风机房新鲜风流。严禁在煤(岩) 与瓦斯(二氧化碳) 突出矿井中安设辅助通风机。在我国,煤矿很少使用辅助通风机调节,但在金属矿使用较多。
用辅助通风机调节风量时须注意以下几点:
(1)若辅助通风机安设在回风流中,必须使辅助通
风机电动机与回风流隔开,设法引入 新鲜风流,
使电动机在新鲜风流中运转,保证辅助通风机安
全运转。(2)当辅助通风机停止运转时,须立即打
开风门,以便利用主要通风机通风。主要通风机
一旦停转,必须立即停止辅助通风机的运转,且
打开风门,以免发生循环风。开启辅助通风机时应检查附近20m 内瓦斯浓度,只有当瓦斯浓度不超限时,才能开启辅助通风机。(3)安设辅助通风机的地点应选择在巷道围岩稳定、坚固处,避免发生漏风。
第二节 矿井总风量调节
当矿井(或一翼) 总风量不足或过大时,需调节总风量,也就是调整主通风机的工况点。采取的措施是:改变主通风机的工作特性,或改变矿井风网的总风阻。
一、改变主通风机工作特性调节法
矿井主通风机是矿井通风的主要动力源。通过
改变主通风机的叶轮转速、轴流式风机叶片安装角度
和离心式风机前导器叶片角度等,可以改变通风机的
风压特性,从而达到调节矿井总风量的目的。
1.改变主通风机转速
通风机的风量与转数成正比,改变主通风机的转
速,能改变主通风机的特性曲线。如图6—8所示,某通风机h —Q 特性曲线,当通风机转速为n 时,与矿井风阻特性曲线的交点为M ,通风机风量为Q ,若将通风机的转数调为n 1,则通风机的风量减少为Q 1。同理,通风机转速调到n 2时,通风机风量增大为Q 2。
改变通风机转速的方法如下:
(1)改变减速器的传动比。对于离心式通风机,一般均采用改变减速器传动比的方法改变通风机的转速。
(2)调换不同转速的电动机。对于轴流式通风机,一般轴流式通风机与电动机之间采用直接传动,需要改变通风机转速时,只能通过更换不同转数的电动机来实现。
2. 改变轴流式通风机叶片安装角
轴流式通风机的叶片安装角不同,特
性曲线不同,改变叶片安装角,可以改变
通风机特性曲线。如图6—9所示,当叶片
安装角从θ1调到θ2时,则通风机风量由
Q 1增加到Q 2,风压也由h 1增加到h 2。
二、改变主通风机工作风阻调节法
改变通风机的工作风阻,通风机的工
作点随之改变,风量也发生变化,可以达
到调节风量的目的。也可以通过风硐闸门
增加通风机的工作风阻,或通过改善风网结构等措施降低通风机的工作风阻。
1.风硐闸门调节法
如果在风机风硐内安设调节闸门,通过改变闸门的开口大小可以改变主通风机的工作风阻,从而可调节主通风机的工作风量。
对于离心式风机,当风量过大时,用风硐中的闸门增加风阻以降低风量。这是因为离心式风机的功率特性曲线随风量减小而降低。如图6—10所示,图中R 为某矿井开采初期的总风阻,M 为风机工况点,Q 为风量。如果这时所需风量降低时,可利用风硐中的闸门,使总风阻增大为R 1,风
机工况点移至C ,风量减少为Q 1。
对于轴流式风机,由于其功率特性曲线随
风量减小而上升,不经济,
而且调节范围不大,因此一般不用增加风阻的方法降低风量。
2.降低矿井总风阻
当矿井总风量不足时,如果能降低矿井总
风阻,则不仅可增大矿井总风量,而且可以降
低矿井通风总阻力。如图6—10所示,当需要增大风量时,如果能使矿井总风阻由R 降低为R 2,风机工况点移到D ,风量就可增加到Q 2。
矿井总风阻不仅与矿井最大阻力路线上的井巷的风阻有关,而且与井巷所构成风网的结构有关。因此,降低矿井总风阻一方面应降低矿井最大阻力路线上各井巷的风阻,另一方面应改善风网结构,为此应合理安排采掘接替和用风地点配风,尽量缩短最大阻力路线的长度,避免在主要风路上安装调节风窗等。
复习思考题
1.矿井风量调节根据调节范围分为哪两种调节?什么叫局部风量调节?什么叫矿井总风量调节?
2.局部风量调节有哪几种方法?各有什么特点?
3.什么叫增阻调节法?什么叫降阻调节法?
4.矿井总风量调节的方法有哪几种?各有什么特点?
习题
1.如图6-2所示并联风网,已知各分支风阻:R 1=1.186 N·s 2/m 8,R 2=0.749 N ·s 2/m 8,若分支1需风量10m 3/s,分支2需风量30 m3/s,采用风窗调节,风窗应设在哪个分支?风窗风阻和面积各是多少?