河南理工大学通风安全学考试试卷2

《矿井通风安全学》考试试卷参考答案和评分标准一、简述题(每题3分，共18分)1、造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是什么？《煤矿安全规程》对矿井采掘工作进风流中的氧气浓度有何规定？答：造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因是：人员呼吸；煤岩和其他有机物的缓慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸。此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。（2分)《煤矿安全规程》对矿井采掘工作进风流中的氧气浓度有如下规定：采掘工作面进风流的氧气浓度不得低于20%。（1分)2、抽出式通风矿井的主要通风机为什么要外接扩散器？扩散器安装有效的条件是什么？答：安装扩散器回收动能（1分)。就是在风流出口加设一段断面逐渐扩大的风道，使得出口风速变小，从而达到减小流入大气的风流动能。扩散器安设的是否有效，可用回收的动能值(hv)与扩散器自身的通风阻力(hRd)相比较来确定，即：hv=hvex－hvex’hRd有效；hv=hvex－hvex’hRd无效（2分)3、简述降低矿井井巷摩擦阻力的措施？答：①减小摩擦阻力系数α。②保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。③选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。④减少巷道长度。⑤避免巷道内风量过于集中。（前四条每个0.5分，最后一个1分)4、矿井总风量调节的方法有哪些？答：①改变主通风机工作特性；②改变矿井总风阻值，包括风硐闸门调节法、降低矿井总风阻。（每个1分)5、掘进通风安全装备系列化包括哪些内容?并有何安全作用?答：①保证局部通风机稳定可靠运转；②加强瓦斯检查和监测；③综合防尘措施；④防火防爆安全措施；⑤隔爆与自救措施。（每个0.5分)作用：提高了矿井防灾和抗灾能力，降低了矿尘浓度与噪声，改善了掘进工作面的作业环境。尤其是煤巷掘进工作面的安全性得到了很大提高。（0.5分)6、瓦斯爆炸的基本条件有哪些？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)二、计算题(1题10分、2题25分、3题15分，共50分)1、(10分)如图1所示，已知Ⅱ、Ⅲ号水柱计的读数分别为196Pa、980Pa，请问：(1)判断图1的通风方式，标出(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号水柱计测得是何压力？求出Ⅰ号水柱计读数，并在图中标出液面位置？ⅢⅡⅠ196980图1答：(1)图1的通风方式为抽出式通风(1分)；风机位置(1分)、风流方向(1分)、皮托管正负端(1分)、液面位置(1分)如下图所示ⅢⅡⅠ980Pa196Pa1176Pa(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号水柱计分别测相对静压(1分)；动压(1分)；相对全压(1分)。Ⅰ号水柱计读数=-980Pa-196Pa=-1176Pa(2分)2、(25分)某抽出式通风矿井如图2所示，已知Z0=70m，Z12=530m。地面空气平均密度ρ0=1.2Kg/m3，进风井空气平均密度ρ12=1.18Kg/m3，回风井空气平均密度ρ34=1.17Kg/m3，风峒中断面4空气的密度ρ4=1.15Kg/m3。风峒断面积7.5m2，通过的风量94m3/s，通风机房水柱计的读数为1600Pa。求：(1)矿井自然风压HN。说明是帮助还是阻碍主要通风机通风？(2)矿井的通风阻力hR14；(3)通风机的静压Hs；设扩散器阻力HRd=30Pa，扩散器出口动压Hvd=45Pa、通风机的全压Ht是多少？(4)矿井的等积孔A。(5)主要通风机静压输出功率。1600Z0ρ0Z12ρ12ρ341234图2答：(1)矿井自然风压0012123434NHZgZgZg=70×9.8×1.2+530×9.8×1.18－600×9.8×1.17=72.52Pa由题意得，矿井自然风压帮助主要通风机通风。(计算正确4分，说明帮助还是阻碍1分)(2)通风机的静压224441.159416001509.7227.5avHshP矿井的通风阻力1472.521509.71582.22RNhHHsPa(5分)(3)通风机的全压1509.730451584.7tRdvdaHHshhP(5分)(4)矿井总风阻2814221582.220.179/94RmhRNsmQ矿井的等积孔21.192.80.179Am(5分)(5)主要通风机静压输出功率：33101509.79410141.9ssNHQkw(5分)3、(15分)如图3所示各风路的阻力分别为h1=120，h2=90，h3=100，h4=h5=70，h6=160，h7=70，单位为Pa，通风网络Q=20m3/s，。计算：(1)该网络的通风阻力及其风阻？(2)在图中标注出通风构筑物的位置？1235467图3答：由题意得，h1=120Pa，h2=90，h1与h2是并联，因此取阻力相对比较大的h1=120Pa，为使阻力相等，在支路2上加通风构筑物。因此，左边支路总阻力为h左=h1+h6=120+160=280Pa；同理，右边支路总阻力为h右=h3+h4+h7=100+70+70=240Pa。(1)由于左右两边支路并联，整个通风网络的阻力为280Pa，(7分)由h=RQ2得，28222800.7/20hRNsmQ(3分)(2)并且在右边支路上加通风构筑物。具体位置如图4或者图5所示(5分)图4三、论述题(1题10分，2题10分，3题12分，共32分)1、叙述矿井煤与瓦斯突出定义、危害及其预防煤与瓦斯突出的主要技术措施。答：矿井煤与瓦斯突出定义：煤矿地下采掘工程中，在极短的时间内(几秒到几分钟内)，从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤(岩)和瓦斯(CH4、CO2)的现象，称为煤与瓦斯突出。(3分)危害：它所产生的高速瓦斯流(含煤粉或岩粉)能够摧毁巷道设施，破坏通风系统，甚至造成风流逆转；喷出的瓦斯由几百到几万m3，能使井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸；喷出的煤、岩由几千吨到万吨以上，能够造成煤流埋人；猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。(3分)预防煤与瓦斯突出的主要技术措施：包括区域性防突措施以及局部防突措施。(4分)区域性防突措施实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施，主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种；局部防突措施实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施称为局部防突措施；主要有预抽煤层瓦斯、超前卸压钻孔、深孔松动爆破、卸压槽、煤层注水等局部性技术措施。2、煤炭自然预报的指标气体应具备什么条件？常用的指标气体有哪些？答：1)能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的、并可用来作为火灾早期预报的气体叫指标气体。指标气体必须具备如下条件：①灵敏性，即正常大气中不含有，或虽含有但数量很少且比较稳定，一旦发生煤炭自热或可燃物燃烧，则该种气体浓度就会发生较明显的变化。②规律性，即生成量或变化趋势与自热温度之间呈现一定的规律和对应关系。③可测性，可利用现有的仪器进行检测。(每个条件2分)2)常用的指标气体(每个1分)(1)一氧化碳(CO)，一氧化碳生成温度低，生成量大，其生成量随温度升高按指数规律增加，是预报煤炭自燃火灾的较灵敏的指标之一。在正常时若大气中含有CO，则采用CO作为指标气体时，要确定预报的临界值。确定临界值时一般要考虑下列因素：①各采样地点在正常时风流中CO的本底浓度；②临界值时所对应的煤温适当，即留有充分的时间寻找和处理自热源。应该指出的是，应用ＣＯ作为指标气体预报自然发火时，要同时满足以下两点：CO的浓度或绝对值要大于临界值；CO的浓度或绝对值要有稳定增加的趋势。(2)Graham系数ＩCOJ.JGraham提出了用流经火源或自热源风流中的CO浓度增加量与氧浓度减少量之比作为自然发火的早期预报指标。其计算式如下：ICOCONOCO100100026522△O2.(3)乙烯，实验发现，煤温升高到80℃～120℃后，会解析出乙烯、丙烯等烯烃类气体产物，而这些气体的生成量与煤温成指数关系。一般矿井的大气中是不含有乙烯的，因此，只要井下空气中检测出乙烯，则说明已有煤炭在自燃了。同时根据乙烯和丙烯出现的时间还可推测出煤的自热温度。(4)其它指标气体，国外有的煤矿采用烯炔比(乙烯和乙炔(C2H2)之比)和链烷比(C2H6/CH4)来预测煤的自热与自燃。3、煤尘爆炸的条件，特征？瓦斯、煤尘爆炸有何不同？限制煤尘爆炸范围扩大的措施有哪些？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)1600～1900℃，爆源的温度达到2000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)(1分)(3)煤尘爆炸的感应期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40～280m(1分)(4)挥发分减少或形成“粘焦”的40%～70％，致使煤尘挥发分减少。(1分)(5)产生大量的COCO，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。(1.5分)限制煤尘爆炸的措施：(每个0.5分)(1)清除落尘炸由于得不到煤尘补充而逐渐熄灭。(2)撒布岩粉(3)设置水棚水棚包括水槽棚和水袋棚两种(4)设置岩粉棚将台板震倒，岩粉即弥漫于巷道中，火焰到达时，岩粉从燃烧的煤尘中吸收热量，使火焰传播速度迅速下降，直至熄灭。(5)设置自动隔爆棚附录：已知矿井总阻力为1440Pa，风量为60m3/s，试求该矿井的风阻与等积孔?如生产上要求将风量提高到70m3/s，问风阻与等积孔之值是否改变?阻力增加到多少?解：当井巷的规格尺寸与连接形式没有改变及采掘工作面没有移动时，则风量的增加并不改变等积孔与风阻之值。由于风量增加到70m3/s，故阻力增加到：h＝RQ2＝0.4×702＝1960Pa2601.19171.19171.8841440QAmh282214400.460hRNsmQ