礦山通風

礦山通風(mlneventilation)在機械的或自然的動力作用下,將地面新鮮空氣連續地供給礦山作業地點,稀釋並排出有毒、有害氣體和粉塵,調節礦內氣候條件,創造安全舒適工作環境的一門工程技術。

礦山通風(mlneventilation)在機械的或自然的動力作用下,將地面新鮮空氣連續地供給礦山作業地點,稀釋並排出有毒、有害氣體和粉塵,調節礦內氣候條件,創造安全舒適工作環境的一門工程技術。

目的

礦山通風的目的是控制污染物的濃度和空氣溫度,使之達到安全衛生標準,以保障礦工的勞動安全和健康,提高勞動生產率。對於礦山的安全衛生標準,各國均有具體規定。1982年中國頒布的《礦山安全條例》規定:採掘作業面進風流中,按體積計算,氧氣不得低於2。8%,二氧化碳不得高於5%;井下作業地點的空氣含塵量不得超過Zmgm3;人風井巷和採掘作業面的風源含塵量不得超過。.3mg/m3;採掘作業面空氣幹球溫度不得超過攝氏28度。此外,對各種有毒、有害氣體的濃度也都有相應的規定。

類型

按礦山類型,礦山通風可分為地下礦礦井通風與露天礦通風兩種。礦井通風地下開採的礦井必須具備完善的通風系統,可靠的通風動力設施和風流控制設施,以保證將足夠數量的新鮮空氣連續供給井下各採掘作業面,並將污濁空氣從礦井中排出,達到防止礦內大氣污染,創造安全舒適作業環境的目的。每一礦井至少應有一個可靠的進風井和迴風井。按進風井與迴風井的相對位置,通風系統分為中央式、對角式和中央對角混合式三種不同布置型式。礦井通風動力分自然的和機械的兩類。現代礦井多用機械通風。礦用扇風機按用途分為主要扇風機(簡稱主扇)、輔助扇風機(簡稱輔扇)和局部扇風機(簡稱局扇)。主扇用於全礦通風,其工作方式有抽出式、壓人式和壓抽混合式三種;輔扇安裝於風量不足的分支風路中,用以增加風量;局扇用於無貫通風流的獨失巷道通風礦井通風構築物是引導風流、遮斷風流和調節風量的重要控制設施。採掘作業面一般有兩種通風方法。能夠形成貫穿風流的採掘作業面,多用主扇造成的總風壓進行通風。獨頭的採掘作業面,需用風筒或風障引導風流,通常藉助局扇的動力進行通風。供給礦井的風量,應滿足同時作業的最多人數、同時爆破的炸藥量、各作業面的排塵風速以及柴油設備和放射J勝氧及其子體等因素對風量的要求。加強日常的通風檢查與管理工作是保證良好通風狀況的重要手段。露天礦通風以新鮮空氣稀釋和置換露天礦采場中的有毒、有害氣體和粉塵,使污染的大氣得以淨化的技術露天礦大氣質量受采場小氣候制約。當氣候條件有利時,自然風流能及時沖淡和排出污染空氣;當氣候條件不利時,采場空間出現風流停滯現象,造成大氣污染危害露天礦可利用自然通風和人工通風這兩種通風方式。

自然通風有對流式、逆增式、直流式和復環流式等基本通風方式。自然通風量與地面風速和礦坑的幾何尺寸有關。露天礦人工通風,按範圍大小,分為全礦通風和局部通風;按風流輸送方式,分為坑道或風筒通風和紊流射流通風;按通風動力類型,分為機械式、熱力式和組合式通風。露天礦利用專用扇風機產生的紊流自由射流進行通風,效率較高,所需功率較低。理論基礎礦山通風的研究,是以流體力學和熱力學為理論基礎,套用動量、質量和熱量傳遞原理,研究礦山風流運動和污染物運移的規律。以流體力學為基礎的礦山通風理論,將風流視為不可壓縮的流體,不考慮風流內能的變化,只研究風流運動過程中機械能的變化。這一理論對於開採深度不超過IKM的礦井可以滿足工程計算的精度要求,套用較廣泛。以熱力學為基礎的通風理論,將風流視為可壓縮的流體,將礦一井通風過程視為某種熱力變化過程,既考慮風流機械能的變化,又考慮風流內能的變化。這一理論適用於大於Ikm的深礦井和災變時期風流運動狀態的分析。

簡史

16世紀(1556)歐洲有用手動風箱通風的記載。中國在明崇禎年間(1637)有用竹筒排放有害氣體的記載。歐洲在17世紀曾使用火爐通風,到19世紀開始用機械通風。俄羅斯學者羅蒙諾索夫(M,B.lo’o.,二o。)於1742年提出礦井中空氣自然流動的理論,奠定了自然通風計算的科學基礎。1854年英國阿特肯遜(J.J.Atkinson)發表《礦井通風原理》一文.闡明風量與風壓降之間的關係,首次提出通風阻力計算公式,為礦井通風阻力計算奠定了理論基礎。1904年蘇聯科學院院士斯科欽斯基首次套用流體力學方程,將礦內風流作為一維穩定流動進行分析,開創了礦內空氣動力學的理論與試驗研究。20世紀前半葉,以斯闊成斯基為首的蘇聯學者,對礦內風流結構、井巷通風阻力、煙塵排出過程和礦井通風設計計算方法等進行了系統的研究,建立了以流體力學為基礎的礦井通風學理論體系1949年由斯科欽斯基與柯馬洛夫合著的《礦內通風學》是這一時期具有代表性的論著。1929年波蘭學者布德雷克(w.Budryk)套用熱力學原理解釋礦內自然風流的流動規律。50年代以來,各國學者以熱力學原理對礦井通風過程進行了全面分析。

1981年美國海爾(C.J.Hall)所著《礦井通風工程》一書是以熱力學理論為基礎闡述礦內風流運動規律的代表性論著歐美學者對深礦井通風和複雜通風網路解算分析方法的研究有較多貢獻。

20世紀年代以來.礦山通風理論研究的主要進展情況是:(1)對井巷通風阻力係數進行了廣泛的研究和測定,數據更加完整、精確,提出了多種複雜通風阻力物的最佳化造型。(2)建立了各類作業面紊流傳質方程和污染物濃度分析計算方法,為改善作業面通風和風量計算提供了理論依據(3)套用數字電子計算機解算和分析複雜通風網路,為礦井通風系統最佳化設計提供了有效的方法。(4)射流通風理淪有所發展,利用風流動壓的方向性調節和控制風流的技術獲得了套用。(5)對礦內發生火災時的風流非穩定流動規律的研究不斷深化,制定了若干典型火風流控制方案。(6)受控循環通風理論推動了空氣淨化裝置的研製和污染源控制技術的發展,為深井通風提供了新的手段(7)深井熱源、空氣與圍岩熱交換、氣溫預測、礦井熱環境控制理論和技術均有較大進展,初步形成了礦內空氣熱力學理論體系。(8)開展了露天礦通風理論和技術的研究。中國的金屬礦山,自2。世紀50年代逐步建立機械通風系統以來,

礦井通風技術的主要進展情況是:(1)選擇合理通風系統類型及構成要素,發展多種形式的分區通風系統和多路進風、多路排風的多扇風機通風系統。(2)建立階段通風網路,把專用迴風井巷引伸到作業面,防止風流串聯污染(3)套用多扇風機串並聯作業的多級機站通風系統,均衡風壓、減少漏風,提高有效風量(4)套用電子計算機解算通風網路,選取最佳通風方案,試用電子計算機對通風系統進行自動控制和管理。(5)採用中低壓大流量礦用扇風機,提高扇風機的運轉效率。(6)套用導風板和空氣幕進行通風系統的漏風控制和調節風最(7)最佳化選擇通風井巷斷面和各種流線型通風構築物.降低通風阻力(8)利用已采的舊巷和採空區構成人風預熱系統.利用地層的調溫作用防止人風井冬季結冰(9)利用風壓平衡原理控制氛及氛子體析出量,提高排氧通風的有效性展望現代礦山通風的任務已擴展為全面的礦山生產環境控制。主要的技術方向是進一步發展礦山通風的檢測技術、計算技術和控制技術,使礦山通風設計和管理向現代技術發展,逐步形成礦山生產環境自動監測和控制的科學管理體系礦山污染源控制技術、循環淨化通風技術、礦山通風全局最佳化設計和管理是最有發展前景的重要研究方向

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