课程名称：《矿井通风与安全》摘要第四章矿井通风动力第一节自然通风授课题目（章、节）第二节矿井扇风机的构造和附属装置第三节扇风机的理论参数第四节扇风机的理论特性本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解和掌握矿井通风动力及应用。[重点】自然通风。【难点】扇风机的理论特性。内容【本讲课程的引入】空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着能量差，这种能量差的产生，若是由扇风机造成的，则为机械风压，若是矿井自然条件产生的，则为自然风压，机械风压和自然风压都是矿井通风的动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动。【本讲课程内容】第四章矿井通风动力第一节自然通风自然通风：在各种自然因素的作用下，使风流获得能量并沿井巷流动的现象。一、自然风压的测算如图所示，自然通风矿井中，井风井口和出风井口的标高差为Z1-2，此高差内的空气重率的平均值1-2，空气密度平均值p1-2，图3-4段为井下最低标高的水平巷道；2-3段和4-5段的高差分别为Z2-3和Z4-5，空气重率的平均值分别为2-3、4-5，空气密度的平均值分别为p2-3、P4-5。由于温度随四季而变的地面空气，进入井下后与各种热源进行热交换，只是井下各段的空气重率或密度平衡，因而产生能量差，推动风流沿井巷流动
课程名称：《矿井通风与安全》 摘 要 授课题目（章、节） 第四章 矿井通风动力 第一节 自然通风 第二节 矿井扇风机的构造和附属装置 第三节 扇风机的理论参数 第四节 扇风机的理论特性 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解和掌握矿井通风动力及应用。 【重 点】自然通风。 【难 点】扇风机的理论特性。 内 容 【本讲课程的引入】 空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着能量差，这种能量 差的产生，若是由扇风机造成的，则为机械风压，若是矿井自然条件产生的， 则为自然风压，机械风压和自然风压都是矿井通风的动力，用以克服矿井的 通风阻力，促使空气流动。 【本讲课程内容】 第四章 矿井通风动力 第一节 自然通风 自然通风：在各种自然因素的作用下，使风流获得能量并沿井巷流动的 现象。 一、自然风压的测算 如图所示，自然通风矿井中，井风井口和出风井口的标高差为 Z1-2，此高 差内的空气重率的平均值 γ1-2，空气密度平均值 ρ1-2，图 3-4 段为井下最低标 高的水平巷道；2-3 段和 4-5 段的高差分别为 Z2-3 和 Z4-5，空气重率的平均值 分别为 γ2-3、γ4-5，空气密度的平均值分别为 ρ2-3、ρ4-5。 由于温度随四季而变的地面空气，进入井下后与各种热源进行热交换， 只是井下各段的空气重率或密度平衡，因而产生能量差，推动风流沿井巷流 动
+图4-2根据能量方程该矿井的通风阻力h为：h, =Po-Po'+(Z2-3P2-3-Z4-sP4-s)g该矿用来克服hr的唯一动力是矿井的自然风压hn以p。=P。+(Z-2Pi-2)g代入上式得: h, = h, =(Zi-2Pi-2 + Z2-sP2-3)g-Z4-sPg此式即是该矿井自然风压hn的测算式。此式表示：任何矿井的自然风压就是在井下最低标高的巷道以上，进风与回风两侧垂直空气柱的重力压强之差。(Pa)(4-1)1n=Pi-Pr对于如图所示的机械通风的矿井其自然风压的测算式可写成：hn =(Zt-2Pi-2 + Z2-3P2-3 + Z4-sP4-5)g (Z6-7P6-7 + Z8-9 Ps-9g +Z10-11P10-11)g在测算矿并的自然风压hn时，由于各段标高时定值，各段空气密度的平均值不会瞬息变化，可根据上式，用两组人力，分别在进风和回风两侧分段逐点，尽快把各处的空气密度，空气温度，绝对静压和相对温度。测算出来，同时在地面每隔5m测一次大气压力值供校正用。然后算出各段空气密度的平均值连同各段的高差代入上式即可算出hn。二、自然风压的变化和特性。矿井的自然风压主要受进，回风井两侧空气柱的高度和平均密度影响。空气柱的平均密度主要决定于空气的温度。因此，对与进，回风口高差大的一般矿井，由于通风侧空气柱的平均密度pi随地面常年基本不变。春冬季：pi<pr，hn为正值和机械风压的作用方向相同。夏季：pi>pr，hn为负值和机械风压的作用方向相反。在春冬之交和夏秋之交，有可能pi=pr，hn=0或很小。对于平进风，风井和两进风口高差较大的浅矿：其自然风压及其作用方向，甚至发生昼夜变化，而对于进出风口标高差不大的深矿，hn常年变化不大且其作用方向常年不便。自然风压的特性：是只自然风压与风量之间相互关系的性能，在冬季，若用主扇加大矿井风量，则风量增加越大，进出风侧空气柱的温差越大，帮助主扇风压的hn越大，即hn随风量的增加而增加，其特性可用图中1线来表示，但因这种增加量不大，实际可用水平线2表示。若主扇停止工作时，自然风压仍然存在，故自然风压特性线不通过原点
根据能量方程该矿井的通风阻力 hr为： hr = p0 − p0 '+(Z2−3 2−3 − Z4−5 4−5 )g 该矿用来克服 hr 的唯一动力是矿井的自然风压 hn 以 p p Z g o o ` ( ) = ` + 1−21−2 代入上式 得： hn = hr = (Z1−21−2 + Z2−3 2−3 )g − Z4−5g 此式即是该矿井自然风压 hn 的测算式。此式表示：任何矿井的自然风压 就是在井下最低标高的巷道以上，进风与回风两侧垂直空气柱的重力压强之 差。 1n=Pi-Pr （Pa） （4-1） 对于如图所示的机械通风的矿井其自然风压的测算式可写成： hn = (Z1−21−2 + Z2−3 2−3 + Z4−5 4−5 )g − (Z6−7 6−7 + Z8−9 8−9 + Z1 0−1 11 0−1 1)g 在测算矿井的自然风压 hn 时，由于各段标高时定值，各段空气密度的平 均值不会瞬息变化，可根据上式，用两组人力，分别在进风和回风两侧分段 逐点，尽快把各处的空气密度，空气温度，绝对静压和相对温度。 测算出来，同时在地面每隔 5m 测一次大气压力值供校正用。然后算出 各段空气密度的平均值连同各段的高差代入上式即可算出 hn。 二、自然风压的变化和特性。 矿井的自然风压主要受进，回风井两侧空气柱的高度和平均密度影响。 空气柱的平均密度主要决定于空气的温度。因此，对与进，回风口高差大的 一般矿井，由于通风侧空气柱的平均密度 ρi 随地面常年基本不变。 春冬季：ρi<ρr，hn 为正值和机械风压的作用方向相同。 夏季：ρi>ρr，hn 为负值和机械风压的作用方向相反。 在春冬之交和夏秋之交，有可能 ρi=ρr，hn＝0 或很小。 对于平峒进风，风井和两进风口高差较大的浅矿；其自然风压及其作用 方向，甚至发生昼夜变化，而对于进出风口标高差不大的深矿，hn 常年变化 不大且其作用方向常年不便。 自然风压的特性：是只自然风压与风量之间相互关系的性能，在冬季， 若用主扇加大矿井风量，则风量增加越大，进出风侧空气柱的温差越大，帮 助主扇风压的 hn 越大，即 hn 随风量的增加而增加，其特性可用图中 1 线来 表示，但因这种增加量不大，实际可用水平线 2 表示。若主扇停止工作时， 自然风压仍然存在，故自然风压特性线不通过原点
在夏季，hn有可能是负值，若增加风量，则反对主扇风压的hn随风量的增加而增加，可用4线表示其特性，亦是因增加量小，用3线代替。三、自然风压的影响及预防若想利用自然风压，可在回风井口安置风塔，或在风塔内安装暖气一般不这样。因其主要作用是对小煤矿，不允许只采用自然通风和独眼通风。夏季，自然风压可能反对主扇风压，使矿井风量减少，这时要采取提高主扇风压的措施。另外，自然风压可能会改变某些井巷内的风流方向。第二节矿井扇风机的构造和附属装置通风用的机械称为扇风机（或通风机）按服务范围分为：主要扇风机（主扇），辅助扇风机（辅扇），局部扇风机（局扇）按结构分为：离心式，轴流式。图4-6一、离心式扇风机如图4-6所示其结构为：叶轮，螺旋形机壳，吸风筒，锥形扩散器。有些离心式扇风机还在动轮前面，装设具有叶片形状的前导器，其作用是使气流在进入动轮后方向产生扭曲，以调节扇风机产生的风压和风量。动轮是由固定在主轴上的轮毂和叶片组成。C)(B)A)图4-7如图4-7，叶片按其在动轮出口处安装角的不同分为：径向式，后倾式，前倾式。按工作轮入风口：单侧吸风，双侧吸风。工作原理：当电机带动动轮旋转时，叶道内的空气质点是受到叶片的作用，沿叶道动轮外缘运动，并汇集于螺旋状的机壳中，而后由出口5排入扩散器，同时，由于动轮中气体外流，因而在入口处形成负压。吸风筒吸引外
在夏季，hn 有可能是负值，若增加风量，则反对主扇风压的 hn 随风量的 增加而增加，可用 4 线表示其特性，亦是因增加量小，用 3 线代替。 三、自然风压的影响及预防 若想利用自然风压，可在回风井口安置风塔，或在风塔内安装暖气一般 不这样。因其主要作用是对小煤矿，不允许只采用自然通风和独眼通风。 夏季，自然风压可能反对主扇风压，使矿井风量减少，这时要采取提高 主扇风压的措施。另外，自然风压可能会改变某些井巷内的风流方向。 第二节 矿井扇风机的构造和附属装置 通风用的机械称为扇风机（或通风机） 按服务范围分为：主要扇风机（主扇），辅助扇风机（辅扇），局部扇风 机（局扇） 按结构分为：离心式，轴流式。 一、离心式扇风机 如图 4-6 所示其结构为：叶轮，螺旋形机壳，吸风筒，锥形扩散器。 有些离心式扇风机还在动轮前面，装设具有叶片形状的前导器，其作用 是使气流在进入动轮后方向产生扭曲，以调节扇风机产生的风压和风量。 动轮是由固定在主轴上的轮毂和叶片组成。 如图 4-7，叶片按其在动轮出口处安装角的不同分为：径向式，后倾式， 前倾式。 按工作轮入风口：单侧吸风，双侧吸风。 工作原理：当电机带动动轮旋转时，叶道内的空气质点是受到叶片的作 用，沿叶道动轮外缘运动，并汇集于螺旋状的机壳中，而后由出口 5 排入扩 散器，同时，由于动轮中气体外流，因而在入口处形成负压。吸风筒吸引外
界空气进入动轮这样就形成了连续风流。一、轴流式扇风机如图所示，轴流式扇风机由：动轮，圆筒形机壳，集风器，整流器，流线体，环形扩散器。动轮是由固定在轮轴上的轮毂和等间距安装的叶片组成。流线体是一个盖住轮毂部分的曲面圆锥形罩它与集风器构成环形入口，以减少入口对风流的阻力。国产轴流式扇风机的叶片安装角度一般可调为：15°，20°，25°，30°，35°，40°，45%使用时可以每隔2.5°调一次。动轮和整流器组成一段，有时提高扇风机风压有些轴流式扇风机安装两端动轮。工作原理：当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击，给空气的能量产生正压。将空气从叶道压出，叶片的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道，这样一冲一吸就形成了空气流动。整流器的作用是整理由动轮流出的旋转气流，以减少涡流损失。环形扩散器式轴流扇风机的特有部件，起作用是使环形气流过渡到柱状气流时，速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时是静压逐渐增加。三、扇风机的附属装置有反向装置，防爆门，风响，扩散器，消音装置1、反风装置2、反风就是是正常风流反向，当进风井筒附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时。产生大量的CO，CO2等气体。如果扇风机正常运转就会将有害气体代入采掘工作面，危及井下工人的生命安全。为了救人就利用反风装置迅速将风流方向反转过来。规程要求在10分钟内把风流反转过来，要求反风后风量不小于40%。利用风道反风是一种常用的可靠方法，见图4-10，4-11，4-12。百排出风井擀接出风B图4-11图4-10
界空气进入动轮这样就形成了连续风流。 一、轴流式扇风机 如图所示，轴流式扇风机由：动轮，圆筒形机壳，集风器，整流器，流 线体，环形扩散器。 动轮是由固定在轮轴上的轮毂和等间距安装的叶片组成。 流线体是一个盖住轮毂部分的曲面圆锥形罩它与集风器构成环形入口， 以减少入口对风流的阻力。 国产轴流式扇风机的叶片安装角度一般可调为：15o，20o，25o，30o， 35o，40o，45o， 使用时可以每隔 2.5o 调一次。 动轮和整流器组成一段，有时提高扇风机风压有些轴流式扇风机安装两 端动轮。 工作原理：当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面 与空气冲击，给空气的能量产生正压。将空气从叶道压出，叶片的凸面牵动 空气，产生负压，将空气吸入叶道，这样一冲一吸就形成了空气流动。 整流器的作用是整理由动轮流出的旋转气流，以减少涡流损失。 环形扩散器式轴流扇风机的特有部件，起作用是使环形气流过渡到柱状 气流时，速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时是静压逐渐增加。 三、扇风机的附属装置 有反向装置，防爆门，风峒，扩散器，消音装置 1、反风装置 2、反风就是是正常风流反向，当进风井筒附近和井底车场发生火灾或瓦 斯煤尘爆炸时。 产生大量的 CO，CO2 等气体。如果扇风机正常运转就会将有害气体代入 采掘工作面，危及井下工人的生命安全。为了救人就利用反风装置迅速将风 流方向反转过来。 规程要求在 10 分钟内把风流反转过来，要求反风后风量不小于 40%。 利用风道反风是一种常用的可靠方法，见图 4-10，4-11，4-12
图4-12利用扇风机反转的反风方法之适用于轴流式主扇，反风时调换一下电机电源的两相，就可以扇风机机动轮的旋转方向，使井下风流反向，这种方法比较经济，但必使得通风后风量达到正常风量的40%2、防爆门规程规定：装有主扇的出风井口，应安装防爆门。要求：防爆门不得小于出风井口的断面积，并正对出风口的风流方向作用：当井下发生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将防爆门掀起，从而起到保护主扇的作用，见图4-13图4-133、风1）意义：风啊是矿井主扇和出风井之间的一段联络巷道。要求：因通过风响的风量很大，且内外压力差较大。因此应特别注意降低风阻力和减少漏风。（a）风响断面不易过小，风速以10m/s为宜，最大部应超过15m/s。（b)风的风阻应不大于0.0196(NS2)/M，风啊的阻力不大于100-200Pa因此，不易过长，转弯应成园弧形，内壁光滑，拐弯平缓，无堆积物。（c）风响及其闸门等装置，结构要严密，以防漏风。（d）风响内应安装测量风速吸风及风流压力的装置，为此，风响和主扇相连的一段长度应不小于10-12D，（D为主扇动轮的直径）。4、扩散器1）意义：在扇风机出风口外，联接一段面逐渐扩大的风道。2）作用：将扇风机出口的速压大部分转变为静压，以减少扇风机出口的速压损失，提高扇风机的静压
利用扇风机反转的反风方法之适用于轴流式主扇，反风时调换一下电机 电源的两相，就可以扇风机机动轮的旋转方向，使井下风流反向，这种方法 比较经济，但必使得通风后风量达到正常风量的 40%. 2、防爆门 规程规定：装有主扇的出风井口，应安装防爆门。 要求：防爆门不得小于出风井口的断面积，并正对出风口的风流方向. 作用：当井下发生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将防爆门掀起，从而起到保护 主扇的作用，见图 4-13 3、风峒 1）意义：风峒是矿井主扇和出风井之间的一段联络巷道。 要求：因通过风峒的风量很大，且内外压力差较大。因此应特别注意降 低风峒阻力和减少漏风。 （a）风峒断面不易过小，风速以 10m/s 为宜，最大部应超过 15m/s。 （b）风峒的风阻应不大于 0.0196（NS2）/M8，风峒的阻力不大于 100-200Pa 因此，不易过长，转弯应成园弧形，内壁光滑，拐弯平缓，无堆积物。 （c）风峒及其闸门等装置，结构要严密，以防漏风。 （d）风峒内应安装测量风速吸风及风流压力的装置，为此，风峒和主扇 相连的一段长度应不小于 10-12D，（D 为主扇动轮的直径）。 4、扩散器 1）意义：在扇风机出风口外，联接一段面逐渐扩大的风道。 2）作用：将扇风机出口的速压大部分转变为静压，以减少扇风机出口的 速压损失，提高扇风机的静压