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第四章通风动力本章重点和难点1、自然风压的产生、计算、利用和控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。
这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。
由第二章可知，通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。
本章将就。
对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。
第一节自然风压一、自然风压及其形成和计算自然风压和自然通风图4-1-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致Array两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向和冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
图4—1—1 简化矿井通风系统由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
根据自然风压定义，图4—1—1所示系统的自然风压H N 可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ 4-1-1 式中 Z —矿井最高点至最低水平间的距离，m ；g —重力加速度，m/s 2；ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dZ 段空气密度，kg/m 3。
由于空气密度受多种因素影响，和高度Z 成复杂的函数关系。
因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则(4-1-1)可写为：H Zg N m m =-()ρρ12 4-1-2二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素由式4-1-1可见，自然风压的影响因素可用下式表示：H N =f (ρZ ）=f [ρ(T,P ,R ，φ)Z ] 4-1-3影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而影响空气密度又由温度T 、大气压力P 、气体常数R 和相对湿度φ等因素影响。
矿井通风复习总结第一章矿井空气矿井通风:利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后将污浊空气排出矿井的全过程。
安全健康作业环境的需求，灾害事故控制的需求.矿井通风的任务是：满足人的生理需要；稀释并排出有毒有害气体和矿尘等；调节矿井气候由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施组成地面空气进入矿井以后即称为矿内空气。
地面空气则是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。
一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气（新风）；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊空气（乏风）。
O2不少于20%，进风流中CO2不超过0.5%；总回风流中， CO2不超过0.75%；当采掘工作面风流中CO2 浓度达到1.5%或采区、采掘工作面回风道风流CO2浓度超过1.5%时，需要停工处理。
矿井瓦斯是指矿井内释放出的90%以上的甲烷及少量的乙烷等气体的总称，因此，瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无色、无味、无臭的无毒气体，对空气的相对密度为0.55，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。
浓度高时，引起窒息。
不助燃，但在空气中具有一定浓度（5%~16%）并遇到高温（650°C~750°C）引起爆炸。
q g ≤10 m3/t ，且Q g ≤40 m3/min，为低瓦斯矿井；q g ＞10 m3/t ，且Q g ＞40 m3/min，为高瓦斯矿井采掘进风中CH4浓度不得大于0.5%，矿井总回风和一翼回风中CH4浓度不得大于0.75%；采掘回风中CH4浓度不得大于1.0%。
矿井气候是矿井空气温度、湿度和流速三个参数的综合作用状态，其对井下作业人员身体健康和劳动安全又重要的影响。
人体散热方式与影响因素：包括对流、蒸发和辐射三类散热方式，空气温度对人体散热方式有重要的影响，空气温度、湿度和风速是影响人体散热情况的三种主要因素。
矿井通风与安全矿井通风与安全第一章矿井空气成分 .................................................. 第二章矿井通风阻力 .................................................. 第三章矿井通风动力 .................................................. 第四章矿井通风网络 .................................................. 第五章采区通风.......................................................... 第六章掘进通风.......................................................... 第七章矿井通风系统设计 .......................................... 第八章矿井通风相关计算 ..........................................第一章矿井空气成分1煤矿中空气的主要成分有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、NO2、H2、NH3、水蒸气和浮尘12种。
2、物理变化：固体混入；气体混入；气象变化3、化学变化：井下物质的缓慢氧化、爆破工作、火区氧化和人员呼吸等4、气体基本性质：NH3（剧臭），SO2（强烈硫磺臭），H2S（臭鸡蛋味浓度为0.0001%，便可嗅出来），CO2（微酸臭）；有色气体只有一种，即NO2（浅红褐色）。
有害气体名称最高容许浓度%一氧化碳（CO）二氧化氮（NO2）二氧化硫（SO2）硫化氢（H2S）氨（NH3）0.0024 0.00025 0.0005 0.00066 0.0045、矿井空气主要物理参数：空气密度（VM/=ρ）和空气比容又名容积度即容积V和质量M之比（ρ/1/==MVv）；空气的温度；空气的粘性；空气的湿度；空气的焓（焓是一个合状态参数，它是气体的内动能和压力功之和）。
第四章通风动力本章重点与难点1、自然风压的产生、计算、利用与控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。
这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。
由第二章可知，通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。
本章将就。
对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。
第一节自然风压一、自然风压及其形成和计算自然风压与自然通风图4-1-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致Array两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
图4—1—1 简化矿井通风系统由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
根据自然风压定义，图4—1—1所示系统的自然风压H N可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ 4-1-1 式中 Z —矿井最高点至最低水平间的距离，m ；g —重力加速度，m/s 2；ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dZ 段空气密度，kg/m 3。
由于空气密度受多种因素影响，与高度Z 成复杂的函数关系。
因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则(4-1-1)可写为：H Zg N m m =-()ρρ12 4-1-2二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素由式4-1-1可见，自然风压的影响因素可用下式表示：H N =f (ρZ ）=f [ρ(T,P,R ，φ)Z ] 4-1-3影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而影响空气密度又由温度T 、大气压力P 、气体常数R 和相对湿度φ等因素影响。
第195篇通风安全考试要点课后习题答案第4章通风动力4.1自然风压是怎样产生的？进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压。
在一个有高差的闭合回路中，水平底平面承受的空气高度是一样的，两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
进、排风井井口标高相同，如果空气密度相同，则不会产生自然风压，如果空气密度不相同，则会产生自然风压。
4.2影响自然风压大小和方向的主要因素是什么？是否用人为的方法产生或增加自然风压。
影响自然风压的决定因素是两侧空气柱的密度差。
而密度又受到温度T、大气压力P、气体常数R和相对湿度等因素影响。
矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同影响自然风压的大小。
空气成分和湿度影响密度，但影响较小。
矿井回路中最高点与最低点间的高差与自然风压成正比。
主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。
4.3如图4-1-1所示井巷系统，当井巷中空气流动时，2、3两点的绝对静压力之差是否等于自然风压。
为什么。
4-4如图（4-4）所示的井巷系统，各点空气的物理参数如下表，求该系统的自然风压。
风流流动用能量方程分析Ht2=ht3Ht2=hv2+F2+密度g2Ht3=hv3+f3+密度g2+200所以两点的绝对静压力不同。
4-5主要通风机附属装置各有什么作用。
设计和施工时应符合哪些要求。
1.风硐：是连接风机和井筒的一段巷道。
要求：1.断面适当增大。
2.转弯平缓，成圆弧形。
3.风井与风硐的连接处应精心设计，风硐的长度尽量缩短，减少局部阻力。
4.风硐直线部分要有一定坡度，以利流水T。
5.风硐应安装测定风流压力的测压管。
6.施工时应使其壁面光滑，风门要严密，使漏风量小。
2.扩散器：风机出口外接一定长度、断面逐渐扩大的构筑物。
作用：降低出口速压以提高风机静压。
要求：1.小型离心式通风机的扩散器由金属板焊接而成。
扩散器扩散角不宜扩大，阻止脱。
2.出口处断面与入口处断面之比约为3-4.3.扩散器四面张角大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。
矿井通风动力矿井通风动力是指矿井内空气流动的力学过程，它是矿井安全生产的重要保障。
好的通风能够有效降低矿井的温度、降低空气中的有害气体浓度，提高工作环境中的氧气含量，保持矿井内处于良好的通风状态，从而保障矿工的身体健康和生产的安全。
矿井通风动力主要是由风机设备提供动力，通过矿井内的空气流动来实现通风。
而矿井内的空气流动则是由两种气体压力带动的。
一种是矿井内的自然气流，另一种是人工驱动的风机气流。
矿井通风动力中，风机是不可或缺的关键设备。
现代化的煤矿往往配备了很多种类型的风机，主要有离心式风机、轴流式风机、混流式风机等等。
其中，离心式风机在矿井通风中应用最为广泛。
它的优点是结构紧凑、效率高、噪声少，且能适应各种不同的气流条件。
而轴流式风机则常用于需要大量风量的情况下，如隧道、地下车库等。
在矿井通风动力的设计中，一般需要考虑到矿井的形状、大小、开采方法、施工困难程度以及通风需求等多种因素。
通常使用CFD（Computational Fluid Dynamics）计算机模拟技术进行矿井通风动力的研究与设计，通过数学模型和数值模拟方法，能够更加精确地预测矿井内的气流情况，及时发现风量不足、氧气含量过低等问题。
除了风机设备，在矿井通风动力中还需要配备一些其他的辅助设备，如气流调节门、防爆器、断电器等等。
其中，气流调节门可以通过调整通风道口大小来控制通风气流的流量和流向；防爆器则能够保障矿井内的安全，防止起火爆炸所造成的伤害。
而断电器则是一种自动化设备，能够检测到风机或通风系统出现故障，并在发现故障时自动停机，避免了事故的发生。
总之，矿井通风动力是煤矿安全生产的重要环节。
通过合理的设计与配置，能够有效地保障矿工的身体健康和生产的安全。
未来，在高新技术领域的不断发展下，矿井通风动力将会更加精准、高效，为矿工带来更加安全、舒适的工作环境。
第四章通风动力本章重点与难点1、自然风压的产生、计算、利用与控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。
这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。
由第二章可知，通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。
本章将就。
对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。
第一节自然风压一、自然风压及其形成和计算自然风压与自然通风图4-1-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致Array两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
图4—1—1 简化矿井通风系统由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
根据自然风压定义，图4—1—1所示系统的自然风压H N 可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ 4-1-1 式中 Z —矿井最高点至最低水平间的距离，m ；g —重力加速度，m/s 2；ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dZ 段空气密度，kg/m 3。
由于空气密度受多种因素影响，与高度Z 成复杂的函数关系。
因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则(4-1-1)可写为：H Zg N m m =-()ρρ12 4-1-2二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素由式4-1-1可见，自然风压的影响因素可用下式表示：H N =f (ρZ ）=f [ρ(T,P ,R ，φ)Z ] 4-1-3影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而影响空气密度又由温度T 、大气压力P 、气体常数R 和相对湿度φ等因素影响。
1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响H N 的主要因素。
影响气温差的主要因素是地面入风气温和风流与围岩的热交换。
其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。
大陆性气候的山区浅井，自然风压大小和方向受地面气温影响较为明显；一年四季，甚至昼夜之间都有明显变化。
由于风流与围岩的热交换作用使机械通风的回风井中一年四季中气温变化不大，而地面进风井中气温则随季节变化，两者综合作用的结果，导致一年中自然风压发生周期性的变化。
图4-1-2曲线1所示为某机械通风浅井自然风压变化规律示意图。
对于深井，其自然风压受围岩热交换影响比浅井显著，一处四季的变化较小，有的可能不会出现负的自然风压，如图4-1-2曲线2所示。
图4—1—22、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。
3、井深。
由式4—1—2可见，当两侧空气柱温差一定时，自然风压与矿井或回路最高与最低点（水平）间的高差Z成正比。
4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。
因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向，加之风流与围岩的热交换，使冬季回风井气温高于进风井，在进风井周围形成了冷却带以后，即使风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时期内仍有一定的气温差，从而仍有一定的自然风压起作用。
有时甚至会干扰通风系统改变后的正常通风工作，这在建井时期表现尤其明显。
如淮南潘一矿及浙江长广一号井在建井期间改变通风系统时都曾遇到这个问题。
三、自然风压的控制和利用自然风压既是矿井通风的动力，也可能是事故的肇因。
因此，研究自然风压的控制和利用具有重要意义。
1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点，使在全年大部分时间内自然风压作用的方向与机械通风风压的方向一致，以便利用自然风压。
例如，在山区要尽量增大进、回风井井口的高差；进风井井口布置在背阳处等。
2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。
例如在冬季自然风压帮助机械通风时，可采用减小叶片角度或转速方法降低机械风压。
3、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。
图4-1-3a是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。
该矿为抽出式通风，风机型号为BY-2-№28，冬季AB平硐和BD立井进风，Q AB=2000m3/min，夏季平硐自然风压作用方向与主要通风机相反，平硐风流反向，出风量Q‘=300m3/min，反向风流把平硐某处涌出的瓦斯带至硐口的给煤机附近，因电火花引起瓦斯爆炸。
下面就此例分析平硐AB风流反向的条件及其预防措施。
如图4-1-3b所示，对出风井来说夏季存在两个系统自然风压。
图4—1—3 自然风压使风流反向示意图ABB ’CEFA 系统的自然风压为 H Zg NA CB AF =-()'ρρDBB ’CED 系统的自然风压为 H Zg ND CB BE =-()'ρρ式中 ρCB’、、ρAF 和ρBE 分别为CB’、AF 和BE 空气柱的平均密度，kg/m 3.自然风压与主要通风机作用方向相反，相当于在平硐口A 和进风立井口D 各安装一台抽风机（向外）。
设AB 风流停滞，对回路ABDEFA 和ABB’CEFA 可分别列出压力平衡方程：22Q R H H Q R H H C NA S D ND NA =-=- 4-1-6式中 H S —风机静压，Pa ；Q —DBB’C 风路风量，m 3/S;R D 、R C —分别为DB 和BB’C 分支风阻，N ·S 2/m 8。
方程组4-1-6中两式相除，得H H H H R R NA ND S NA D C--= 4-1-7 此即AB 段风流停滞条件式。
当上式变为 H H H H R R NA ND S NA D C--> 4-1-8 则AB 段风流反向。
根据式4-1-8，可采用下列措施防止AB 段风流反向：（1）加大R D ；（2）增大H S ；（3）在A 点安装风机向巷道压风。
为了防止风流反向，必须做好调查研究和现场实测工作，掌握矿井通风系统和各回路的自然风压和风阻，以便在适当的时候采取相应的措施。
4、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路，形成自然风压，解决局部地区通风问题。
5、利用自然风压做好非常时期通风。
一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。
这在矿井制定事故预防和处理计划时应予以考虑。
第二节通风机的类型及构造矿井通风的主要动力是通风机。
通风机是矿井的“肺脏”。
其日夜不停地运转，加之其功率大，因此其能耗很大。
据统计，全国部属煤矿主要通机平均电耗约占矿井电耗的16%。
所以合理地选择和使用通风机，不仅关系到矿井的安全生产和职工的身体健康，而且对矿井的主要技术经济指标也有一定影响。
矿用通风机按其服务范围可分为三种：1、主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）；2、辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主要通风机通风，以保证该分支风量；3、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。
按通风机的构造和工作原理可分为离心式通风机和轴流式通风机两种。
一、离心式通风机的构造和工作原理风机构造。
离心式通风机一般由进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和前导器等部分组成。
图4-2-1是G4-73-11型离心式通风机的构造。
工作轮是对空气做功的部件，由呈双曲线型的前盘、呈平板状的后盘和夹在两者之间的轮毂以及固定在轮毂上的叶片组成。
风流沿叶片间流道流动，在流道出口处，风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角，以β2表示。
根据出口构造角β2的大小，离心式通风机可分为前倾式（β2>90º)、径向式（β2=90º)和后倾式（β2<90º)三种，如图4-2-2。
β2不同，通风机的性能也不同。
矿用离心式通风机多为后倾式。
图4-2-1 离心式通风机图4-2-2 叶片出口构造角与风流速度图进风口有单吸和双吸两种。
在相同的条件下双吸风机叶（动）轮宽度是单吸风机的两倍。
在进风口与叶（动）轮之间装有前导器（有些通风机无前导器），使进入叶（动）轮的气流发生预旋绕，以达到调节性能之目的。
工作原理。
当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。
经叶端被抛出叶轮，进入机壳。
在机壳内速度逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。
与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于进风口压力），于是，进风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。
常用型号。
目前我国煤矿使用的离心式通风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。
这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。
型号参数的含义举例说明如下：G 4 — 73 — 1 1 № 25 D代表通风机的用途，K 表示 表示传动方式矿用通风机，G 代表鼓风机 通风机叶轮直径（25dm) 表示通风机在最高效率点时全压系数10倍化整 设计序号(1表示第一次设计） 表示通风机比转速(n s )化整 表示进风口数,1为单吸,0为双吸说明：（1）比转数n s 是反映通风机Q 、H 和n 等之间关系的综合特性参数。
n n S Q H =1234//()ρ。
式中Q 、H 分别表示全压效率最高时的流量和压力。
相似通风机的比转数相同。
（2）离心式通风机的传动方式有六种：A 表示无轴承电机直联传动；B 表示悬臂支承皮带轮在中间；C 表示悬臂支承皮带轮在轴承外侧；D 表示悬臂支承联轴器传动；E 表示双支承皮带轮在外侧；F 表示双支承联轴器传动。
二、轴流式通风机的构造和工作原理风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器和传动部件等部分组成。
图4-2-3 轴流式通风机进风口是由集流器与疏流罩构成断面逐渐缩小的进风通道，使进入叶轮的风流均匀，以减小阻力，提高效率。
