通风安全学试卷A

山东科技大学2007—2008学年第一学期

《矿井通风安全学》考试试卷(A卷)

参考答案和评分标准

一、简述题(每题3分，共18分)

1、CO有哪些性质？矿井空气中CO的主要来源？

答：CO是一种无色、无味的、无臭的气体，相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。CO能燃烧，当空气中CO浓度在13%~75%有爆炸的危险。CO进入人体后，首先与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。

矿井空气中CO的主要来源：井下爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘、瓦斯爆炸事故等。

评分标准：各1.5分

2、简要说明决定矿井通风阻力大小的因素有哪些？

答：摩擦阻力系数α；井巷断面；井巷周长；巷道长度；巷道内风量是否过于集中、避免巷道突然扩大或缩小、直角拐弯等因素。评分标准： 3分，1个0.5分。

3、矿井局部风量调节的方法有哪些？

答：(1) 增阻调节法

(2) 减阻调节法

(3) 增能调节法评分标准： 3分，1个1分。

4、简述矿井通风系统的类型及其适用条件？

答：通风系统可以分为中央式、对角式、区域式及混合式。

中央式分为中央并列式和中央边界式。

中央并列式适用条件：适用于煤层倾角大，埋藏深，井田走向长度小于4KM，瓦斯与自然发火都不严重的矿井。

中央边界式适用条件：适用于煤层倾角较小，埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井。

对角式分为两翼对角式和分区对角式。

两翼对角式适用条件：煤层走向大于4KM，井型较大，瓦斯与自然发火严重的矿井；或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井。

分区对角式适用条件：煤层埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷。

区域式适用条件：井田面积大、储量丰富或瓦斯含量大的大型矿井。

混合式适用条件：井田范围大，地质和地面地形复杂；或产量大，瓦斯涌出量大的矿井。

评分标准：前两种方式及其适用条件每个1分，后边两种方式及其条件每个0.5分

5、影响矿井瓦斯涌出的因素有哪些？

答：影响矿井瓦斯涌出的因素如下：

(1) 自然因素：①煤层和围岩的瓦斯含量；②地面大气压变化

(2) 开采技术因素：①开采规模；②开采顺序与回采方法；③生产工艺；④风量变化；

⑤采区通风系统；⑥采空区的密闭质量

评分标准：两种因素每个1.5分

6、煤炭自燃要具备哪些条件？

答：煤炭自燃的必要充分条件是：

(1)有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态。

(2)有较好的蓄热条件。

(3)有适量的通风供氧，通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应自动加速的前提；实验表明，氧浓度〉15％时，煤炭氧化方可较快进行。

(4)上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。

上述四个条件缺一不可，前三个条件是煤炭自燃的必要条件，最后一个条件是充分条件。

评分标准：1、2、3、4指标各0.5分，最后一句话1分。

二、计算题(1题15分、2题20分，3题15分、共50分)

1、(15分) 用精密气压计测得A、B管道外的大气压力为101325Pa，1号水柱计hs=1764Pa，4号水柱计读数hs=1666 Pa，速压为196Pa，请问：

(1) 判断A、B两管道的通风方式，标出风机位置、风流方向、皮托管正、负端；

(2) 判断各水柱计测得是何压力？未知的水柱计读数，并在图中标出各液面的位置？

(3) 求A、B管道内测点的绝对静压？

321A

1764Pa

6

541666Pa

B

图1

答：

(1) A 管道的通风方式为抽出式通风(1分)；B 管道的通风方式为压入式通风(1分)。 A 、B 管道的风机位置(1分)、风流方向(1分)、皮托管正、负端(1分)、各液面的位置(2分)如图所示：

6

541666Pa B

196Pa 1862Pa

(2) 1管测量的是相对静压；2管测量的是动压；3管测量的是相对全压；

4管测量的是相对静压；5管测量的是动压；6管测量的是相对全压。(每个0.5分) 由||||ti i vi h h h =-得

2管水柱计读数为196Pa ；3管水柱计读数为1568Pa ；(1.5分) 5管水柱计读数为196Pa ；6管水柱计读数为1862Pa 。(1.5分)

(3) A 管道内测点的绝对静压101325176499561i oi i P P h Pa =+=-=(1分) B 管道内测点的绝对静压1013251666102991i oi i P P h Pa =+=+=(1分)

2、(20分)某抽出式通风矿井如图2所示，进风井口标高为+90m ，出风井口标高为+175m ，两井筒井底标高同为-450m 。地面空气平均密度ρ0=1.11Kg/m 3，进风井空气平均密度 ρ12=1.19Kg/m 3，回风井空气平均密度ρ34=1.23Kg/m 3，风峒中断面4空气的密度

ρ4=1.21Kg/m 3。风峒断面积9.6m 2，通过的风量137m 3/s ，通风机房水柱计的读数为2870Pa 。求：

(1)矿井自然风压H N 。说明是帮助还是阻碍主要通风机通风？ (2)矿井的通风阻力h R14

(3)矿井等级孔

(4)通风机的静压Hs ；设扩散器阻力H Rd =25Pa ，扩散器出口动压H vd =47Pa ，通风机的全压Ht 是多少？

(5)主要通风机静压输出功率。

-450m

答：

(1) 矿井自然风压(4分，计算公式正确3.5分,说明帮助还是阻碍通风0.5分)

00121234859.8 1.115409.8 1.196259.8 1.23311.64N H Z g g Z g Pa

ρρρ34

=+Z -=??+??-??=- 由计算得知，H N 阻碍通风。 (2) 矿井通风阻力

2

2

444111372870 1.212746.79229.6Hs h v Pa ρ??=-=-??= ???

(2.5

分) 矿井的通风阻力 14

311.642746.792435.15R N S h H H Pa =+=-+=(2.5分) (3) 矿井的等积孔(3.5分)

()

14282

2

2

2435.15

0.1297/137 3.3R m h R Ns m Q

A m ====

=

=矿井总风阻矿井等积孔

(4) 通风机全压(3.5分)

442746.7925472818.79v Rd vd S Rd vd Ht h h h h H h h Pa

=-++=++=++=

(5) 主要通风机静压输出功率(4分)

33102746.7913710376.3s s N H Q kw --=?=??=

3、(15分)某矿通风系统如图3所示，各进风井口标高相同，每条井巷的风阻分别为，R 1=0.33，R 2=0.2，R 3=0.1，R 4=0.12，R 5=0.1，单位为N 2s/m 8。矿井进风量为100m 3/s 。计算： 1、画出矿井的网络图。 2、每条风路的自然分配风量； 3、矿井的总风阻。

图3

答：(1) 矿井的通风网络图如图4所示(4分)

图4

(2) 由题意得并联风路R 2、R 3的风阻值

230.034

R

=

= N 2s/m 8

支路4与并联风路23串联，所以其风阻值为

4230.120.0340.154R R R =+=+=左 N 2s/m 8 左边支路与之路1构成并联风路，

并联风路的风阻值1

0.054R 左 N

2

s/m 8 (4分)

支路1的风量140.59Q =

== m 3/s (1.0分) 左边支路的风量Q 左=100-40.59=59.41 m 3/s ，即Q 4＝59.41 m 3/s (1.0分)

支路2的风量23

22

0.034

24.500.2

R Q Q Q R =

==左左 m 3/s (1.0分) 支路3的风量Q 3= Q 左- Q 2=59.41-24.50＝34.91m 3/s (1.0分) 支路5的风量Q 5＝100 m 3/s (1.0分) (3) 矿井的总风阻510.0540.10.154R R R =+=+=s 左 N 2s/m 8 (2分) 三、论述题(1题6分，2题8分，3题8分、4题10分，共32分)

1、比较掘进工作面压入式和抽出式通风方式的优、缺点？

答：1) 压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机不具备防爆性能，则非常危险；(1.5分)

2) 压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果；抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。与压入式通风相比，抽出式风量小，工作面排污风所需时间长、速度慢；(1.5分)

3) 压入式通风时，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，而用抽出式通风时,巷道壁面涌出的瓦斯随风流向工作面，安全性较差；(1分)

4) 抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进向工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越久；(1分)

5) 压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。(1分)

2、煤尘爆炸的条件，特征？瓦斯、煤尘爆炸有何不同？

答：煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。(3个条件每个1分)

1) 煤尘的爆炸性

煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸危险性必须经过试验确定。 2) 悬浮煤尘的浓度

井下空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸，单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低和最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及试验条

件等有关。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1000～2000g/m3。其中爆炸力最强的浓度范围为300～500g/m3。

3) 引燃煤尘爆炸的高温热源

煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘性质、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃。煤尘爆炸的最小点火能为4.5～40mj。这样的温度条件，几乎一切火源均可达到，

特征：

(1) 形成高温、高压、冲击波煤尘爆炸火焰温度为1600～1900℃，爆源的温度达到2000℃以上，这是煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736ＫPa，但爆炸压力随着离开爆源距离的延长而跳跃式增大。爆炸过程中如遇障碍物，压力将进一步增加，尤其是连续爆炸时，后一次爆炸的理论压力将是前一次的5～7倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/ｓ，冲击波速度为2340m/ｓ。(1分)

(2) 煤尘爆炸具有连续性(0.5分)

(3) 煤尘爆炸的感应期煤尘爆炸也有一个感应期，即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。根据试验，煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量，一般为40～280mｓ，挥发分越高，感应期越短。(1分)

(4) 挥发分减少或形成“粘焦”煤尘爆炸时，参与反应的挥发分约占煤尘挥发分含量的40%～70％，致使煤尘挥发分减少。(1分)

(5) 产生大量的CO煤尘爆炸时产生的CO，在灾区气体中的浓度可达2％～3％，甚至高达8％左右。爆炸事故中受害者的大多数(70%～80％)是由于CO中毒造成的。(1分)不同：看是否形成“粘焦”现象，可以判断煤尘是否参与了井下的爆炸。(0.5分)

3、均压防火的实质是什么？试述利用风压调节法防火的具体措施？

答：均压防灭火的实质是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施，改变漏风区域的压力分布，降低漏风压差，减少漏风，从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区，或熄灭火源的目的。(4分)

具体措施：调节风窗调压；风机调压；风窗-风机联合调压；调压气室-连通管调压。(4分)

4、试述瓦斯爆炸的过程及其危害？瓦斯爆炸的基本条件？防止采煤工作面上隅角瓦斯积聚的主要措施？

答：瓦斯爆炸的过程：瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用

下发生激烈氧化反应的过程。

最终的化学反应式为：CH

4+2O

2

=CO

2

+2H

2

O

如果O

2不足，反应的最终式为：CH

4

+O

2

=CO+H

2

+H

2

O

矿井瓦斯爆炸是一种热－链反应过程(也称连锁反应)。(1分)

矿内瓦斯爆炸的危害是：高温、冲击波和有害气体。(3分)

瓦斯爆炸的三个基本条件：瓦斯浓度在爆炸范围内，瓦斯在空气中的爆炸下限为5～6％，上限为14～16％；氧气浓度大于12%；高于最低点燃能量的热源存在的时间大于瓦斯的引火感应期。(3分)

防止采煤工作面上隅角瓦斯积聚的主要措施：

①迫使一部份风流流经工作面上隅角，将该处积存的瓦斯冲淡排出。

②全负压引排法。

③上隅角排放瓦斯。(3分)