非煤矿山通风安全技术

1非煤矿山通风安全防尘技术21.矿井入风风源净化技术2.循环通风与风流净化原理3.溜井防尘理论基础4.溜井防尘技术措施5.矿井调节入风温度理论与实践31矿井入风风源净化技术矿山安全规程规定：●所有工作地点的空气含尘量不得超过2mg/m3。●入风井巷和采掘工作面的风源含尘量不得超过0.5mg/m3。1.1入风风源影响因素1.地理位置、地形、气候条件等；2.破碎硐室、溜矿井等局部产尘设施；3.采掘作业面风流串联。1.2入风风源净化的基本要求1.净化效率高，净化后粉尘浓度不大于0.5mg/m3；2.阻力低，与矿井通风现状相适应；3.处理风量能力大；4.适合矿内环境条件，设备性能可靠，维护方便，投资少。41.3湿式化纤过滤除尘机理1.滤料结构涤纶丝为骨架、维纶丝为粘合剂制成叠层型滤料，并经专门加工处理为抗水性的湿式滤料。其结构型式：●DVⅠ型：由粗细纤维混梳制成，充填率均匀；●DVⅡ型：由不同丝经纤维配比制成，配比不同，充填率不同，可划分出致密层与松散层。2.喷雾器喷雾器的性能与喷水量、出水孔径、扩张角、水滴尺寸有关，其水力特性直接影响捕尘效率的大小。3.除尘机理对于矿内粉尘，捕尘机理是以截留和惯性碰撞为主，0.2μm以下的微细粉尘则以扩散作用为主。5湿式过滤作用：●滤料纤维被湿润并附着上水滴，提高了充填率；●水滴在滤料上形成水膜，提高了惯性和扩散捕尘作用；●含尘气流穿过水膜时，粉尘被湿润和捕获；●水滴附着于纤维上，动能降低，在重力和水流的作用下冲洗捕集的粉尘、防止粉尘积聚和二次飞扬。1.4湿式过滤除尘性能1.滤料阻力当滤料的结构一定时，其阻力决定于过滤风速和喷水量。不同风速条件下，阻力与喷水量的关系见图1-1。湿式滤料的阻力与喷水量之间存在非线关系。6图1-1湿式滤料阻力与喷水量关系曲线1—风速为0.6m/s，2—风速为0.9m/s；3—风速为1.06m/s；4—风速为1.8m/s7湿式滤料与干式滤料的阻力特性不同，见图1-2。湿式滤料的初始阻力高，但比较稳定。干式滤料随使用时间的增长，阻力上升较快。当过滤风速υ＜2m/s，喷水量q＜10L/m2·min，则湿式滤料的阻力h＜500Pa。图1-2湿、干式滤料阻力特性对比图1—干式滤粒；2—湿式滤料1282.除尘效率(η)通过实测，湿式滤料的综合除尘效率为98.2%，净化后出口粉尘浓度为0.28mg/m3，达到净化要求的0.5mg/m3以下。湿式滤料的分组除尘效率见图1-3。当υ=1.0～1.2m/s，q=4～6L/m2·min，对于粉尘粒径d＜2μm，η=60～80%；d=2～5μm，η=80～90%；d＞5μm，η＞99%。图1-3湿式滤料的分组除尘效率曲线9应注意的问题：●喷水量越大，除尘效率越高。但达到一定值后，效率增加缓慢，趋于稳定；●喷水量应在3L/m2·min以上，当υ增大时，则q相应增大；●υ=1～1.5m/s时，η达最大值。3.清灰效果当q＞3L/m2·min时，清洗粉尘达80～90%。可使滤料始终处于清洁状态，除尘效率和阻力稳定，滤料使用寿命长。101.5湿式过滤除尘在矿内风流净化上的应用1.入风风源净化在矿井入风侧，滤料安装于整个巷道断面，使全部入风流通过巷道上的湿式滤料进行净化。此净化方法，处理风量大，要求效率高，阻力小，可用压入式主扇或辅扇来实现。2.局部净化1)净化方式湿式过滤器与局扇相结合构成局部净化装置，净化含尘空气。2)适用地点破碎机、溜矿井、掘进工作面等。113.应用实例镜铁山矿入风风源净化，其净化装置见图1-4。1)风源状况入风风源粉尘浓度高达17mg/m3，一般情况下2～4mg/m3。图1-4湿式化纤过滤除尘装置1—净化器；2—电磁阀；3—水压表；4—进水管；5—进风道；6—钢丝网；7—喷雾器；8—滤料；9—排水沟122）净化参数●主扇：风压407.7Pa，风量30.5m3/s。●巷道规格：2.5×2.6m2。●过滤面积：35m2。●过滤风速：0.8～0.9m/s。3)净化效果●当矿井入风含尘浓度在20mg/m3左右时，净化后的粉尘浓度稳定在0.5mg/m3以下。●当过滤风速为0.8～1.2m/s时，通风阻力不超过294Pa。132循环通风与风流净化原理2.1闭路循环式通风过程分析对于独头巷道、硐室等，在外界不供新鲜风源的情况下，单靠空气净化系统本身的净化作用进行通风除尘。除尘效果与净化器的效率密切相关，闭路循环式通风除尘系统如图2-1所示。图2-1闭路循环式通风示意图1—净化器；2—送风风筒；3—风流路线14根据质量守恒原则，作业空间粉尘量的变化等于作业面生成的粉尘总量与风流由作业面带走的粉尘量之差，即VdCQKcdtdtQCGdtb(2-1)整理后可得：VQKCVQCVGdtdCb(2-2)式中：G—作业面生成的粉尘量，mg/s；Q—循环风量，m3/s；Cb—净化器出口的粉尘浓度mg/m3;C—作业面的粉尘浓度，mg/m3;K—紊流扩散系数。15在循环通风的条件下，净化器出口的粉尘浓度Cb为：KCCb1CCttCoCtVQKCVKCQVGdtdc,,01（2-3）式中：η—净化器的除尘效率。则闭路循环通风过程的方程为：VQtKeQKGCQKGC0（2-4）上式积分得：16●爆破后和集中放矿时，G=0，则VQtkeCC0GQKC0GtCCV(2-5)●凿岩作业、连续放矿或耙矿过程，则●若除尘器的效率η=0，由(2-4)式得：(2-6)(2-7)0dtdC此式表明在闭路循环系统中，若η=0，必然出现作业面粉尘浓度积集现象。172.2开路循环式通风过程分析开路循环，即掺有外界新风的循环通风系统（图2-2）。图2-2开路循环式通风示意图1—空气净化器；2—风流路线18硐室中的总风量Q为cbQQQQQbQKCdtdtCQdtCQGdtVdcbbcc循环风系数ε为在dt时间内硐室内粉尘量的变化为：KCCQQQQbcb1,1,VKQCVQCVGdtdcc111（2-8）因则（2-9）19根据不同的初始条件，可得出相应粉尘浓度变化所需风量。●在连续产生、连续通风情况下，，则所需风量为0dcdtcCqKCGQ111CKGQ（2-10）●全部循环风流，ε=1，CC=0，则●无循环风流，ε=0，则●外界新风的粉尘浓度CC=0，则cGQKCC011QQ（2-11）202.3循环通风技术的应用与发展1.循环通风是一种辅助的通风方法。某些空气净化装置只能在局部地点和某些生产工序中使用，对于有毒气体的净化问题还没有达到工程应用的程度。2.在闭路循环式通风系统中，采用高效除尘装置，其循环风量比正常通风量需增大1/η倍，否则必然使作业面粉尘浓度增高。通常在独头巷道凿岩、装岩、溜井口和破碎硐室等场所使用。3.在开路循环式通风系统中，如果不使用空气净化装置，则会出现各作业面之间的循环风流，如图2-3所示，势必使相邻作业面受到污染，扩大污染范围。21图2-3作业面之间的有害循环风流4.在开路循环式通风系统中，同时采用高效净化装置，可在主风流不足的情况下，收到良好的通风效果。5.东北大学所研制的高效湿式过滤除尘器，除尘效率高达99.5%，最大阻力不超过1000Pa，处理风量2～3m3/s。除尘、除氡子体复合式净化器，对氡子体的净化效率达98%，通风阻力800～1000Pa。223溜井防尘理论基础溜井多位于进风巷道的附近（井底车场）。卸矿时，由于矿石的快速下落，产生强大的冲击气浪，并带出大量的粉尘，严重污染卸矿硐室及其附近巷道，甚至会造成整个通风系统的污染。3.1溜井产尘的主要影响因素1.装卸运输过程在装、卸矿石过程中，由于矿石间相互碰撞，矿石与格筛、矿石与井壁间相互碰撞、摩擦以及风流的作用，产生大量矿尘并飞扬扩散于附近空间，如后巷、运输道、井底车场、变电站等。232.诱导风流快速下落的矿石，产生强大的诱导风流，并携带大量的矿尘冲出溜井口，污染范围很大。3.溜井结构，放矿量及作业条件产尘量的大小与溜井的结构（单一溜井、平行溜井、垂直溜井、斜溜井）、放矿量（1t、2t、3t)、放矿高度(60m、120m、240m……）、作业条件（洒水、干式）等有直接的关系。3.2溜井放矿时冲击气流的规律3.2.1冲击气流的形成球体在空气中运动时，在球体的前后形成压力差。单位体积流体因克服正面阻力所造成的能量损失，可由下式计算：24式中：un—风流通过溜井断面的平均流速，m/s；Sn—正面阻力物在垂直于风流方向上的投影面积，m2;c—冲击风压校正系数，与正面阻力系数、溜井口阻力系数有关。∵Sn≈(0.04～0.15)S，可略去Sn，则PauSSSchnnnc,222,2nncSuhcPaS(3-1)(3-2)如果把矿石在溜井中的降落看成自由降落，矿石下落速度，应等于风流绕过矿石的速度un。gHn225式中：H—放矿高度，m。当空气流速达最大值时，其压力损失为PagHSSchnc,Pauh,22在冲击压力作用下，由溜井口冲出的气流速度达到最大值的阻力为：（3-4）（3-3）式中：u—由于冲击风压而造成的空气流速，m/s；ξ—溜井口局部阻力系数，无因次；风流因克服阻力，造成风流能量损失。显然，hc=h，即：22ugHSScn（3-5）26于是，最大冲击风流与溜井断面和阻力的关系为：SScgHun22gHu22SSn（3-6）式中：——称压力系数，无因次；——称断面系数，无因次；——称阻力系数，无因次。c27图3-1溜井放矿冲击气流实验模型1—铁管；2—漏斗；3—闸门；4—闸门；5—倾斜压差计；6—热球风速计图3-1为溜井放矿实验模型。溜井主体采用圆形铁筒，总高为10.87m，圆筒直径160mm。从几何相似角度来看，它相当于直径3m，高200m的溜矿井。3.3影响冲击风速各因素的实验研究28根据相似原理，模型溜井中松散矿石球断面与模型溜井全断面之比应等于实际溜井中的松散矿石球断面与实际溜井全断面之比，并均应小于1，即：1''SSSSnn'nS（3-7）式中：——模型溜井中，松散矿石球体的投影面积，m2；——模型溜井全断面，m2。在放矿量G、放矿高度H、溜井口阻力系数ξ不同的条件下，冲击气流的变化分析如下。(1)放矿量对冲击风速的影响放矿量G与冲击风速u的关系见图3-2。'S29图3-2放矿量G对冲击风速u的影响1—放矿高度H=10.87m；2—放矿高度H=6.87m；3——放矿高度H=3.87m30在H、ξ不变的情况下，风速随放矿量而增加，在放矿量较小时，风速增加幅度较大，在放矿量较大时，风速增加幅度变小。冲击风速与放矿量之间存在非线性关系。(2)放矿高度对冲击风速的影响图3-3为不同放矿高度时冲击风速的变化曲线图。冲击风速随放矿高度逐渐增大。当高度较低时，风速变化幅度较大，高度较高时，风速变化幅度较小。冲击风速随放矿高度的变化，也是非线性关系。图3-3冲击风速随放矿高度变化曲线图1—放矿量G=1kg；2—放矿量G=2kg3—放矿量G=3kg31冲击风速随溜井口阻力系数增大，显著减少。当风阻较小时，风速随阻力系数变化幅度较大，当风阻较大时，风速随阻力系数的变化幅度较小。风速随阻力系数的变化，也是非线性关系（如图3-4）。图3-4冲击风速随溜井口阻力变化曲线图1—放矿量G=1kg2—放矿量G=2kg3—放矿量G=3kg0100200300400ξ(3)溜井口阻力对冲击风速的影响323.4冲击风速（或风量）的计算1.冲击风速smGSHCu/,43.0330.43,/uHCQSGmsS230.11,cHhCGPaS（3-8）式中：C—冲击风压修正系数。2.冲击风量30.32,/CutGmsS式中：Su—溜矿道断面，m2。3.最大冲击风压4.连续卸矿时的冲击风流（3-9）（3-10）（3-11）334溜井防尘技术措施4.1密闭与喷