矿尘在井巷风流中的运动特性

矿井通风与防尘内容提要：本章主要介绍矿井通风和矿山防尘的基本知识，要求了解、熟悉矿井空气成分和矿内气候条件，矿井通风压力、通风动力、通风阻力，风流流动的基本规律，矿尘的产生及其危害性的内容；重点掌握矿井通风系统，矿井硐室、采场以及掘进通风方法和矿尘防治方法。

概述为了保证矿井的安全生产，必须进行矿井通风。

矿井通风就是指地面空气在扇风机（或自然风压）的作用下，沿着进风井巷流入井下，经各采掘工作面和其它用风地点，然后沿回风巷道及出风井再排除地面的整个过程。

矿井通风的基本任务是：供给井下各作业点足够数量的新鲜空气；稀释和排除有毒有害气体及粉尘，调节矿内气候条件，创造一个良好的工作环境，防止灾害和处理事故等。

因此，矿井通风就是保证安全生产，不断提高劳动生产率的必要前提。

对于危害职工身体健康的粉尘，单靠通风往往难以使工作面空气含尘量达到规定的标准，还应采取综合性防尘措施，如减少粉尘的产生，防止粉尘混入空气中，喷雾洒水、净化降尘和个体防护等, 才能确保安全生产，因此，搞好矿井的通风防尘工作对生产具有十分重要的意义。

第一节矿内空气成分地面空气进入矿井后，由于自然和生产因素的影响，会发生一些物理变化和化学变化，使空气成分种类增多，浓度改变，以至空气的质量和数量都发生较大变化，主要是：①含氧量减少，②混入各种有毒有害气体和矿尘，③空气的温度、湿度、压力发生变化。

故矿内的主要空气成分除氧、氮、二氧化碳、水蒸气以外，还混入了沼气、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮、氨、氢等各种有毒有害气体和矿尘。

由于各种具体条件不同，各矿的矿内空气成分的种类与浓度也都不相同。

虽然矿内空气中有害气体和矿尘对空气的热工性质没有什么影响，仍属湿空气，但它们对人体有害。

现就矿内的主要空气成分分叙如下：一、氧、二氧化碳及其与人体的关系1、氧(O)氧是无色、无臭、无味、无毒和无害的气体，对空气的相对密度为1.105。

氧是人赖以生存的必需物质。

矿内空气中的氧来源于进入矿井的地面大气所固有的含量，但矿内空气中氧的浓度是要不断减少的,这是因为矿内各种有机物（木材、支架）和无机物（矿物、岩石）的氧化，矿物自燃，矿井火灾，爆破作业，柴油设备的使用，人员呼吸，以及瓦斯、煤尘爆炸等，都要直接消耗氧。

矿井风流的基本性质矿井风流是指因矿井采矿工作而产生的气流流动现象，是矿井安全生产和采矿效率的重要因素之一。

矿井风流具备以下基本性质：1. 矿井风流形成与运动矿井风流的形成，主要是由于采矿工作所产生的空气变化引起。

一般情况下，采矿工作中会产生大量的煤炭粉尘、有害气体等，这些物质的排放会导致矿井内部的空气变化，进而产生气流。

同时，矿井风流的形成也受到自然气象因素的影响，例如大气气压、温度、湿度、风速等因素都会对矿井风流的形成和运动产生影响。

矿井风流具有大气环流系统的特点，即由自然驱动力、地形影响以及气体密度差等因素共同作用所形成。

在不同的季节、天气条件下，矿井风流的形态和参数也会有很大的差异。

同时，在煤矿采煤工作中，由于矿井内外压力、湿度、温度等因素的变化以及煤体损伤等因素的影响，也会导致矿井风流的形态和参数不断变化。

2. 矿井风流对采煤工作的影响矿井风流是煤矿生产中的一个重要因素，它对煤矿开采的影响主要包括以下几个方面：2.1 采煤区域的通风和排风在煤矿开采中，通风是维护矿井内部空气质量的重要手段。

矿井风流的存在，可以促进矿井内部空气的流动，帮助煤矿内部排出有害气体及煤尘等物质，从而维持矿井内部的空气质量。

同时，矿井风流的存在还能够促进煤炭的自然氧化，减缓煤炭的褪色和老化。

2.2 矿井内部的温度和湿度矿井风流的存在，会影响矿井内部的温度和湿度。

矿井风流的流动会带走空气中的水分，并导致空气流速增加，从而降低矿井内部的温度和湿度。

这对矿井采矿的工作环境和作业效率都会造成一定的影响。

因此，在采矿工作中，需要合理调节矿井通风系统，确保矿井内部的温度和湿度在合理范围内。

2.3 采煤安全矿井风流的存在，对采煤安全有着重要的影响。

一方面，矿井风流的流动可以带走煤尘和有害气体，避免煤尘爆炸和有毒有害气体积聚的风险。

另一方面，矿井风流的存在也会对矿井的支护和采煤机械的稳定性产生影响，因此在采煤过程中需要针对不同的风流条件，采取相应的安全措施。

名词解释（真题出现过的）1、全压：风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称之为该点风流的全压，即：全压＝静压＋动压。

由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对之分。

2、静压（静压能）：空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动，这种由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的、并且能够对外做功的机械能叫静压能3、速压：当空气流动时含有定向运动的动能，动能所转化显现的压力叫动压或称速压4、卡他度：被加热到36.5℃的卡他温度计在单位时间内、单位表面上所散发的热量。

5、相对湿度：单位体积空气中实际含有的水蒸汽量和其同温度下的饱和水蒸汽含量之比称为空气的相对湿度，它反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。

6、含湿量：含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg）称为空气的含湿量。

局部风量调节：采区内部各个工作面之间、采区之间或生产水平之间的风量调节，调节的方法主要有增阻调节法、降阻调节法、增压调节法。

7、绝对湿度：指单位容积或单位质量湿空气中含有水蒸汽的质量。

（3分）8、摩擦阻力：风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力称作摩擦阻力9、局部阻力：风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附加的阻力，称为局部阻力。

10、矿井通风系统：风流由进风井口进入矿井后，经过井下各个用风场所，然后流入回风井由回风井排出矿井风流所经过的整个路线称为矿井通风系统11、矿井等积孔：假想的薄壁孔口的面积值，他表示矿井通风的难易程度。

假设有一薄壁孔口，当孔口通过的风量等于矿井的总风量，其两侧的风压差等于矿井通风总阻力时，该孔口的面积称为矿井等积孔。

12、通风机工况点：以同样的比例把矿井总风阻R曲线绘制于通风机个体特性曲线图中，则风阻R曲线和风压曲线交于A点，此点就是通风机的工况点或工作点13、自然风压：由于空气和围岩进行热交换而造成同标高处空气柱的重量不同，矿井进、出风两侧，作用在最低水平空气住的重量差叫做自然风压14、专用回风巷：采区巷道中专门用于回风，不得用于运料、安设电机设备的巷道，在煤和瓦斯突出区，专用回风巷还不得行人。

1、矿井通风与目的：矿井生产过程中，必须持续不断地将地面空气输送到井下各个作业点，以供给人员呼吸，并稀释和排除井下各种有害气体和矿尘，创造良好的矿井气候条件，确保井下作业人员的身体健康和劳动安全。

2、矿井气候条件：是指矿井空气温度、湿度、大气压力和风速等参数所反映的综合状态，反映的是人体对井下环境的热感受。

3、改善井下气候条件的目的：是将井下特别是采掘工作面的空气温度、湿度和风速调配得当，以创造良好的劳动环境，保证矿工的身心健康。

4、井巷风流分为层流和紊流两种流态.当流速较低时,流体质点互不混杂,沿着与管轴平行的方向平稳运动，称为层流状态；当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流状态。

5、摩擦阻力：风流在井巷中做沿程流动时，由于井巷周边与风流互相摩擦，以及风流自身的粘性等因素而产生的阻力成为摩擦阻力。

6、局部阻力：在风流运动过程中，由于井巷断面，方向变化以及分岔或汇合等局部突变，导致风流速度的大小和方向发生变化，产生冲击、分离等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。

7、矿井等积孔：是人们用来衡量矿井通风难易程度的一个形象化指标。

8、自然风压：是由于空气热湿状态的变化在矿井中产生的一种自然通风动力。

9、机械通风：利用通风机产生的风压对矿井或井巷进行通风的方法叫机械通风。

10、通风机工况点：是通风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数。

11、矿井通风网路：是按照矿井风流的流动关系而确定的通风井巷的连接形式，也称为风网。

12、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通路中的风量，或减小与其并联通路上的风量。

13、矿井通风系统：风流由进风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后从回风井排出矿井，风流经过的整个路线及其配套的通风设施称为矿井通风系统。

14、瓦斯主要指由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。

元流断面上各点流速均为ω其方向与断面垂直，在dA时间内，通过的流体体积为ω.dS.dt即单位时间内通过的流体体积：（ω.dS.dt）/dt即是流量dQ 即：dQ=ω.dS总流的流量就是无数元流流量的总和：Q=∫dQ=∫sds m3/s断面的平均流速用 V表示，则V=Q/s3、连续方程对总流来说，单位时间内流过巷道各断面的空气质量不变，即：ρ1V1S1=ρ2V2S2m3/s （2-3）若把矿井空气看成是不可压缩流体，即ρ1=ρ2=常数，则有V1S1 =V2S m3/s二、稳定元流的能量方程矿井风流沿井巷流动中，不仅与外界有功的传递还有热量的交换，因此应用热力学第一定律（能量守恒）来分析任一元流断的能量关系。

如图2-3所示：在稳定流管1和2量各断面间的元流体称为元流段设：从元流段1-2以动到1`-2`时有dQ`（热量）流入，元流段能量发生了变化，外界必有一个与其数值相等的能量变化。

能量平衡式为：元流段增加的能量=加给元流段的热量+外界对元流所作的功-克服阻力所作的功1、元流段增加的能量任何物质的本身都具有能量，它包括：内能，动能，位能。

单位质量流体所具有的能量用e表示，则e=u+w2/2+gz J/kg （2-4）从图可以看出，元流段移动前后气体本身所增加的能量等于2-2`段的能量e2dm与1-1段的1-1段的e1dm之差，即：（e2-e1）dm （2-5）因为1-1，2-2相距甚微，可把e1，e2看作是1，2断面上单位质量气体的能量，dm为位移段气体质量。

2、矿井主扇所产生的压差的影响3、其它原因的影响二、风流动能修正系数单位时间流过断面S 的流体总动能∫s （w 2/2）ρdQ 。

不等于用该断面上平均流速V 计算出来的功能。

（V 2/2）ρQ ，必须用一个修正系数α去乘计算的功能才等于实际的功能，即Q dQ s ανρωρ⎰=222 （2-15） 式中dQ 、Q —分别为通过元流断面和总流段面的流量。

矿井通风与安全复习题（三套卷）理论试题一、判断题（每题1分）1、我国的安全生产方针为安全第一、预防为主。

（×）【综合治理】2、水、火、瓦斯、矿尘、顶板冒落被称为煤矿井下五大自然灾害。

（√）3、瓦斯在煤体内呈两种状态：游离瓦斯和吸附瓦斯。

（√）4、影响瓦斯涌出量的因素包括自然因素和开采技术因素。

（√）5、大量的承压状态的瓦斯从可见的煤、岩裂缝中快速喷出的现象叫做瓦斯喷出。

（√）6、矿井瓦斯涌出的区域可分为：回采区、掘进区。

（×）【和已采区】7、煤矿的矿尘主要是：岩尘和煤尘。

（√）8、影响矿尘产生的因素有：自然因素和生产技术因素。

（√）9、矽肺病是在煤矿里目前危害最大的一种职业病。

（×）【尘肺病】10、在矿尘中，小于10微米的尘粒称为呼吸性粉尘。

（×）【5微米】11、煤的自燃过程一般分为潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段。

（√）12、绝对湿度既能反映空气中实际所含水蒸汽量的大小，也能反映空气的干湿程度。

（×）13、矿井的断面积为原来的二倍，摩擦风阻则为原来的1/8。

（×）14、矿井通风系统是矿井通风方法、通风方式、通风网络与通风设施的总称。

（√）15、某点的绝对静压只能为正，它可能大于、等于或小于该点同标高的大气压P0。

（√）16、流体的粘性随温度的升高而增大。

（×）17、通风网络图不按比例、不反映空间关系的单线条来表示矿井通风系统。

（√）18、在不允许风流通过，但许行人或行车的巷道内，必须设置风门。

（√）19、在矿井通风网络，既有串联通风，又有并联通风。

从安全、可靠和经济的角度看，串联通风比并联通风更具有优越性。

（×）20、不论有无机械通风，只要矿井进、出风井两侧存在空气柱重量差，就一定存在自燃风压。

（√）21、通风机并联工作时，其总风量等于各台通风机的风量，总风压等于各台通风机风压之和。

（×）22、在煤矿井下，当煤层有露头时，一般存在着瓦斯风化带。

Vol. 31 No. 8May 2021第31卷第3期2441年05月黑龙江科技大学学报Journt of Heilongjiana Uni v ersite of Sciecco & Techcolopc独头巷道有效控尘风流的作用及特征(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆440032)摘要：为提高控尘流场的稳定性与可靠性，提出了一种以涡管为中心螺旋运动风流的有效 控尘风流作用模型。

采用现场实验、理论分析、数值计算相结合的方法，分析了理想抽尘效果所需的总能量、巷道断面内三维方向上风流流线的变化及有效控尘风流的涡旋特征。

研究结果表明：有效控尘风流能够大幅提高长压短抽通风除尘系统的收尘效率，收尘效率提高66%以上；长压短抽通风除尘系统配套除尘风机功率仅为原配套风机功率的16% ~40% ；有效控尘风流的涡旋特征长度与除尘器提供的负压、吸风量成正相关，与空气密度、巷道湿周周长及雷诺数成反比。

关键词：巷道；控尘风流；掘进工作面；长压短抽dog 10. 3969/j. issn. S492 -7262. S442.S3.S44中图分类号:TD724文章编号:2492 - 7222 (ZU ) 03 - 4242 -43 文献标志码：AEffect and characteristic of effective dust controlair flow in single head roadwayLbZhb(China Coal Techcoloyz & Enaiceerina Group, Chonaqina Research Instiite, Chouaqina 440037, Chica)Abstract ： This panes airns te irnprove ie sinility anC relianilite of ie dust control flow fieM anCproposes an eCechve dust control aiv flow moPS wii a spiel motion aiv flow cectereC on ie vertee tuUe isThe siUy buildina on usina a combination of fieli expeemects , theoretichf analysis , anCnnmeechl chlchlatiocs analyzes ie total ecerac nquinn te achieve ie ileal dust extraction eCecl , ie chance of ie aiv flow strecmline in ie three-climensionaf direction in ie tuncel section , anC ie verteecharactensticr of ie eCective dust control aiv flow. The reselis show iai eCective dust control aiv flow conia provine a yreci inipmement in ie dust collection eCicieccy of the lona-p^essnre anC snort-1xtrac1tion vectilation dust 010X41 system , incedsina ie dust collection qacieqce bc mom iac 66% ； ie powev of ie dust removai fan of the Iona pmssum anC s P o C extraction vectilation dust removai system is onic 15% -40% of thai of the ocyinai fan ； the veCee charactenstic lecath of the eCective dust control aim flow is positieiy correlated with the cecative pressnro pmoinC by the dust collectoc, snehon volume ,anC icyemeiy proportionai i the aim deqsity , the wet penmetec of the manwac anC the Reycolds ncmbevKey wordt : manwac ； duh control mmantih ； Unvaye faco ； Iona pressnro short pumpina收稿日期：2442 -27 -24基金项目：国家重点研发计划资助项目(2217YFC425224)第一作者简介：黎 志(1928 -),男，四川省邻水人，助理研究员，硕士，研究方向:煤矿粉尘防治技术,E-mail ：****************266黑龙江科技大学学报第31卷0引言长压短抽通风除尘系统口£作为独头巷道综掘工效防治方法应用。

综采工作面风流-粉尘逸散规律CFD模拟分析尹文婧;李斌;王峰【摘要】根据枣庄矿业3上301综采工作面的现场情况,应用FLUENT软件建立煤矿巷道模型,对综采工作面上的风流和粉尘分布情况进行模拟,分析得出粉尘随风流的逸散规律.模拟结果表明,综采工作面风流总体呈现出中间大、两头小的规律,风流在液压支架和煤壁之间会形成一段大于4 m/s的高风速带;粉尘受到风流的影响,向下风侧以及人行道处逸散,由于采煤机截割和液压支架移架两道工序产尘的区域有所重叠,所以在距离移架产尘点下风侧9 m左右,距离液压支架底板上表面1.5m 左右的呼吸带范围,是综采工作面防尘关注的重点区域.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2018(044)004【总页数】5页(P112-115,153)【关键词】数值分析;综采工作面;风流;粉尘逸散规律;高风速带;呼吸带【作者】尹文婧;李斌;王峰【作者单位】山东科技大学矿业与安全工程学院,山东省青岛市,266590;大同煤矿集团朔州煤电铁峰煤业有限公司,山西省右玉市,037299;肥城矿业集团梁宝寺能源有限责任公司,山东省济宁市,272403【正文语种】中文【中图分类】TD714.2粉尘主要是指在煤矿开采过程中产生的固体物质的细微颗粒。

它能够发生爆炸和导致尘肺病，严重威胁到煤矿的安全开采和工人的职业健康。

近年来，煤矿重特大灾害事故的数量明显减少，煤矿安全生产形势有所好转，但是粉尘灾害依然十分严重。

其中煤矿综采面是产尘量最大的作业场所，产尘量大约占到煤矿总产尘量的60%。

因此对于综采工作面粉尘逸散规律的研究越来越受到国内外学者以及矿业工作者的重视。

目前随着我国煤矿开采机械化程度不断提高，综采面粉尘的逸散规律愈加复杂，之前的很多研究已经不再完全适用目前的煤矿开采形势。

本文在前人研究的基础上，应用Fluent软件通过数值分析的方法对综采工作面上的风流分布规律和粉尘逸散规律进行研究，为综采工作面制定除尘方案提供相应的科学依据。