非煤礦山通風(fēng)安全技術(shù)

1、1.3 1.3 濕式化纖過濾除塵機(jī)理濕式化纖過濾除塵機(jī)理 1. 濾料結(jié)構(gòu) 滌綸絲為骨架、維綸絲為粘合劑制成疊層型濾料，并經(jīng)專門加工處理為抗水性的濕式濾料。其結(jié)構(gòu)型式：DV型：由粗細(xì)纖維混梳制成，充填率均勻；DV型：由不同絲經(jīng)纖維配比制成，配比不同，充填率不 同，可劃分出致密層與松散層。 2. 噴霧器 噴霧器的性能與噴水量、出水孔徑、擴(kuò)張角、水滴尺寸有關(guān)，其水力特性直接影響捕塵效率的大小。 3. 除塵機(jī)理 對于礦內(nèi)粉塵，捕塵機(jī)理是以截留和慣性碰撞為主，0.2m以下的微細(xì)粉塵則以擴(kuò)散作用為主。圖1-1 濕式濾料阻力與噴水量關(guān)系曲線1風(fēng)速為0.6m/s，2風(fēng)速為0.9m/s；3風(fēng)速為1.06m/s；

2、4風(fēng)速為1.8m/s 濕式濾料與干式濾料的阻力特性不同，見圖1-2。 濕式濾料的初始阻力高，但比較穩(wěn)定。干式濾料隨使用時間的增長，阻力上升較快。 當(dāng)過濾風(fēng)速2m/s，噴水量q10L/m2min，則濕式濾料的阻力h500Pa。 圖1-2 濕、干式濾料阻力特性對比圖1干式濾粒；2濕式濾料12 2. 除塵效率() 通過實測，濕式濾料的綜合除塵效率為98.2%，凈化后出口粉塵濃度為0.28mg/m3，達(dá)到凈化要求的0.5mg/m3以下。 濕式濾料的分組除塵效率見圖1-3。 當(dāng)=1.01.2m/s，q=46L/m2min， 對于粉塵粒徑d2m，=6080%； d=25m，=8090%； d5m，99%。

3、圖1-3 濕式濾料的分組除塵效率曲線應(yīng)注意的問題：噴水量越大，除塵效率越高。但達(dá)到一定值后，效率增加緩慢，趨于穩(wěn)定；噴水量應(yīng)在3L/m2min以上，當(dāng)增大時，則q相應(yīng)增大； =11.5m/s時，達(dá)最大值。 3. 清灰效果 當(dāng)q3L/m2min時，清洗粉塵達(dá)8090%?？墒篂V料始終處于清潔狀態(tài)，除塵效率和阻力穩(wěn)定，濾料使用壽命長。1.5 1.5 濕式過濾除塵在礦內(nèi)風(fēng)流凈化上的應(yīng)用濕式過濾除塵在礦內(nèi)風(fēng)流凈化上的應(yīng)用 1. 入風(fēng)風(fēng)源凈化 在礦井入風(fēng)側(cè)，濾料安裝于整個巷道斷面，使全部入風(fēng)流通過巷道上的濕式濾料進(jìn)行凈化。 此凈化方法，處理風(fēng)量大，要求效率高，阻力小，可用壓入式主扇或輔扇來實現(xiàn)。 2. 局

4、部凈化 1) 凈化方式 濕式過濾器與局扇相結(jié)合構(gòu)成局部凈化裝置，凈化含塵空氣。 2) 適用地點 破碎機(jī)、溜礦井、掘進(jìn)工作面等。 3.應(yīng)用實例 鏡鐵山礦入風(fēng)風(fēng)源凈化，其凈化裝置見圖1-4。 1) 風(fēng)源狀況 入風(fēng)風(fēng)源粉塵濃度高達(dá)17mg/m3，一般情況下24mg/m3。圖1-4 濕式化纖過濾除塵裝置1凈化器；2電磁閥；3水壓表；4進(jìn)水管；5進(jìn)風(fēng)道；6鋼絲網(wǎng)；7噴霧器；8濾料；9排水溝 2） 凈化參數(shù)主扇：風(fēng)壓407.7Pa，風(fēng)量30.5m3/s。巷道規(guī)格：2.52.6m2。過濾面積：35m2。過濾風(fēng)速：0.80.9m/s。 3) 凈化效果當(dāng)?shù)V井入風(fēng)含塵濃度在20mg/m3左右時，凈化后的粉塵濃度穩(wěn)

5、定在0.5mg/m3以下。當(dāng)過濾風(fēng)速為0.81.2m/s時，通風(fēng)阻力不超過294Pa。2.1 2.1 閉路循環(huán)式通風(fēng)過程分析閉路循環(huán)式通風(fēng)過程分析 對于獨(dú)頭巷道、硐室等，在外界不供新鮮風(fēng)源的情況下，單靠空氣凈化系統(tǒng)本身的凈化作用進(jìn)行通風(fēng)除塵。 除塵效果與凈化器的效率密切相關(guān)，閉路循環(huán)式通風(fēng)除塵系統(tǒng)如圖2-1所示。圖2-1 閉路循環(huán)式通風(fēng)示意圖1凈化器；2送風(fēng)風(fēng)筒；3風(fēng)流路線 根據(jù)質(zhì)量守恒原則，作業(yè)空間粉塵量的變化等于作業(yè)面生成的粉塵總量與風(fēng)流由作業(yè)面帶走的粉塵量之差，即VdCQKcdtdtQCGdtb(2-1)整理后可得：VQKCVQCVGdtdCb(2-2)式中：G作業(yè)面生成的粉塵量，mg/

6、s； Q循環(huán)風(fēng)量，m3/s； Cb凈化器出口的粉塵濃度mg/m3; C作業(yè)面的粉塵濃度，mg/m3; K紊流擴(kuò)散系數(shù)。 在循環(huán)通風(fēng)的條件下，凈化器出口的粉塵濃度Cb為：KCCb 1CCttCoCtVQKCVKCQVGdtdc, 01（2-3）式中：凈化器的除塵效率。 則閉路循環(huán)通風(fēng)過程的方程為：VQtKeQKGCQKGC0（2-4）上式積分得：爆破后和集中放礦時，G=0，則VQtkeCC0GQK C0GtCCV(2-5)鑿巖作業(yè)、連續(xù)放礦或耙礦過程 ，則若除塵器的效率=0，由(2-4)式得：(2-6)(2-7)0dtdC 此式表明在閉路循環(huán)系統(tǒng)中，若=0，必然出現(xiàn)作業(yè)面粉塵濃度積集現(xiàn)象。2.2

7、 2.2 開路循環(huán)式通風(fēng)過程分析開路循環(huán)式通風(fēng)過程分析 開路循環(huán)，即摻有外界新風(fēng)的循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)（圖2-2）。圖2-2 開路循環(huán)式通風(fēng)示意圖1空氣凈化器；2風(fēng)流路線 硐室中的總風(fēng)量Q為cbQQQQQbQKCdtdtCQdtCQGdtVdcbbcc 循環(huán)風(fēng)系數(shù)為 在dt時間內(nèi)硐室內(nèi)粉塵量的變化為：KCCQQQQbcb1,1,VKQCVQCVGdtdcc111（2-8）因則（2-9） 根據(jù)不同的初始條件，可得出相應(yīng)粉塵濃度變化所需風(fēng)量。在連續(xù)產(chǎn)生、連續(xù)通風(fēng)情況下， ，則所需風(fēng)量為0dcdtcCqKCGQ111CKGQ（2-10）全部循環(huán)風(fēng)流，=1，CC=0，則無循環(huán)風(fēng)流，=0，則外界新風(fēng)的粉塵濃度C

8、C=0，則cGQKCC011QQ（2-11）2.3 2.3 循環(huán)通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展循環(huán)通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 1. 循環(huán)通風(fēng)是一種輔助的通風(fēng)方法。某些空氣凈化裝置只能在局部地點和某些生產(chǎn)工序中使用，對于有毒氣體的凈化問題還沒有達(dá)到工程應(yīng)用的程度。 2. 在閉路循環(huán)式通風(fēng)系統(tǒng)中，采用高效除塵裝置，其循環(huán)風(fēng)量比正常通風(fēng)量需增大1/倍，否則必然使作業(yè)面粉塵濃度增高。 通常在獨(dú)頭巷道鑿巖、裝巖、溜井口和破碎硐室等場所使用。 3. 在開路循環(huán)式通風(fēng)系統(tǒng)中，如果不使用空氣凈化裝置，則會出現(xiàn)各作業(yè)面之間的循環(huán)風(fēng)流，如圖2-3所示，勢必使相鄰作業(yè)面受到污染，擴(kuò)大污染范圍。圖2-3 作業(yè)面之間的有害循環(huán)風(fēng)流 4

9、. 在開路循環(huán)式通風(fēng)系統(tǒng)中，同時采用高效凈化裝置，可在主風(fēng)流不足的情況下，收到良好的通風(fēng)效果。 5. 東北大學(xué)所研制的高效濕式過濾除塵器，除塵效率高達(dá)99.5%，最大阻力不超過1000Pa，處理風(fēng)量23m3/s。 除塵、除氡子體復(fù)合式凈化器，對氡子體的凈化效率達(dá)98%，通風(fēng)阻力8001000Pa。 溜井多位于進(jìn)風(fēng)巷道的附近（井底車場）。卸礦時，由于礦石的快速下落，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊氣浪，并帶出大量的粉塵，嚴(yán)重污染卸礦硐室及其附近巷道，甚至?xí)斐烧麄€通風(fēng)系統(tǒng)的污染。3.1 3.1 溜井產(chǎn)塵的主要影響因素溜井產(chǎn)塵的主要影響因素 1. 裝卸運(yùn)輸過程 在裝、卸礦石過程中，由于礦石間相互碰撞，礦石與格篩、礦

10、石與井壁間相互碰撞、摩擦以及風(fēng)流的作用，產(chǎn)生大量礦塵并飛揚(yáng)擴(kuò)散于附近空間，如后巷、運(yùn)輸?shù)?、井底車場、變電站等?2.誘導(dǎo)風(fēng)流 快速下落的礦石，產(chǎn)生強(qiáng)大的誘導(dǎo)風(fēng)流，并攜帶大量的礦塵沖出溜井口，污染范圍很大。 3. 溜井結(jié)構(gòu)，放礦量及作業(yè)條件 產(chǎn)塵量的大小與溜井的結(jié)構(gòu)（單一溜井、平行溜井、垂直溜井、斜溜井）、放礦量（1t、2t、3t)、放礦高度(60m、120m、240m）、作業(yè)條件（灑水、干式）等有直接的關(guān)系。3.2 3.2 溜井放礦時沖擊氣流的規(guī)律溜井放礦時沖擊氣流的規(guī)律3.2.1 3.2.1 沖擊氣流的形成沖擊氣流的形成 球體在空氣中運(yùn)動時，在球體的前后形成壓力差。單位體積流體因克服正面阻力

11、所造成的能量損失，可由下式計算： 式中：un風(fēng)流通過溜井?dāng)嗝娴钠骄魉?，m/s； Sn正面阻力物在垂直于風(fēng)流方向上的投影面積，m2; c沖擊風(fēng)壓校正系數(shù)，與正面阻力系數(shù)、溜井口阻力系 數(shù)有關(guān)。 Sn(0.040.15)S，可略去Sn，則PauSSSchnnnc,222,2nncSuhcPaS(3-1)(3-2) 如果把礦石在溜井中的降落看成自由降落，礦石下落速度 ，應(yīng)等于風(fēng)流繞過礦石的速度un。gHn2式中：H放礦高度，m。 當(dāng)空氣流速達(dá)最大值時，其壓力損失為PagHSSchnc,Pauh,22 在沖擊壓力作用下，由溜井口沖出的氣流速度達(dá)到最大值的阻力為：（3-4）（3-3）式中：u由于沖擊風(fēng)

12、壓而造成的空氣流速，m/s； 溜井口局部阻力系數(shù)，無因次； 風(fēng)流因克服阻力，造成風(fēng)流能量損失。顯然，hc=h，即：22ugHSScn（3-5） 于是，最大沖擊風(fēng)流與溜井?dāng)嗝婧妥枇Φ年P(guān)系為：SScgHun22gHu22SSn（3-6）式中： 稱壓力系數(shù)，無因次； 稱斷面系數(shù)，無因次； 稱阻力系數(shù)，無因次。c圖3-1 溜井放礦沖擊氣流實驗?zāi)Ｐ?鐵管；2漏斗；3閘門；4閘門；5傾斜壓差計；6熱球風(fēng)速計 圖3-1為溜井放礦實驗?zāi)Ｐ?。溜井主體采用圓形鐵筒，總高為10.87m，圓筒直徑160mm。從幾何相似角度來看，它相當(dāng)于直徑3m，高200m的溜礦井。 3.3 3.3 影響沖擊風(fēng)速各因素影響沖擊風(fēng)速各因

13、素 的實驗研究的實驗研究 根據(jù)相似原理，模型溜井中松散礦石球斷面與模型溜井全斷面之比應(yīng)等于實際溜井中的松散礦石球斷面與實際溜井全斷面之比，并均應(yīng)小于1，即：1SSSSnnnS（3-7）式中： 模型溜井中，松散礦石球體的投影面積，m2； 模型溜井全斷面，m2。 在放礦量G、放礦高度H、溜井口阻力系數(shù)不同的條件下，沖擊氣流的變化分析如下。 (1) 放礦量對沖擊風(fēng)速的影響 放礦量G與沖擊風(fēng)速u的關(guān)系見圖3-2。S圖3-2 放礦量G對沖擊風(fēng)速u的影響 1放礦高度H=10.87m；2放礦高度H=6.87m；3放礦高度H=3.87m 在H、不變的情況下，風(fēng)速隨放礦量而增加，在放礦量較小時，風(fēng)速增加幅度較大

14、，在放礦量較大時，風(fēng)速增加幅度變小。沖擊風(fēng)速與放礦量之間存在非線性關(guān)系。 (2)放礦高度對沖擊風(fēng)速的影響 圖3-3為不同放礦高度時沖擊風(fēng)速的變化曲線圖。沖擊風(fēng)速隨放礦高度逐漸增大。當(dāng)高度較低時，風(fēng)速變化幅度較大，高度較高時，風(fēng)速變化幅度較小。沖擊風(fēng)速隨放礦高度的變化，也是非線性關(guān)系。圖3-3 沖擊風(fēng)速隨放礦高度變化曲線圖1放礦量G=1kg；2放礦量G=2kg3放礦量G=3kg 沖擊風(fēng)速隨溜井口阻力系數(shù)增大，顯著減少。當(dāng)風(fēng)阻較小時，風(fēng)速隨阻力系數(shù)變化幅度較大，當(dāng)風(fēng)阻較大時，風(fēng)速隨阻力系數(shù)的變化幅度較小。風(fēng)速隨阻力系數(shù)的變化，也是非線性關(guān)系（如圖3-4）。圖3-4 沖擊風(fēng)速隨溜井口阻力變化曲線圖1

15、放礦量G=1kg2放礦量G=2kg3放礦量G=3kg 0 100 200 300 400 (3)溜井口阻力對沖擊風(fēng)速的影響3.4 3.4 沖擊風(fēng)速（或風(fēng)量）的計算沖擊風(fēng)速（或風(fēng)量）的計算 1. 沖擊風(fēng)速smGSHCu/,43. 0330.43,/uHCQSGm sS230.11,cHhCGPaS（3-8）式中：C沖擊風(fēng)壓修正系數(shù)。 2. 沖擊風(fēng)量30.32,/CutGm sS式中：Su溜礦道斷面，m2。 3. 最大沖擊風(fēng)壓4. 連續(xù)卸礦時的沖擊風(fēng)流（3-9）（3-10）（3-11）4.1 4.1 密閉與噴霧降塵密閉與噴霧降塵 對于作業(yè)量較少、產(chǎn)塵量不大的礦井，一般采用井口密閉和噴霧灑水的措施進(jìn)

16、行防塵。如圖4-1所示。圖4-1 溜井密閉示意圖1活動密閉門；2軸；3配重；4噴霧器優(yōu)點：方法簡單，效果好， 可使作業(yè)場所的粉 塵濃度由520mg/m3 降至 2mg/m3。缺點：維護(hù)工作量大，難 以長久。4.2 4.2 抽塵凈化抽塵凈化 為控制溜井內(nèi)誘導(dǎo)風(fēng)流，防止礦塵向外擴(kuò)散，專門開鑿一條與溜井相通的巷道，利用總風(fēng)壓或扇風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，在溜井中口形成向內(nèi)流動的風(fēng)流，如圖4-2所示：優(yōu)點: 沖擊風(fēng)流被風(fēng)機(jī) 抽至凈化裝置進(jìn) 行凈化，抽塵效 果好。要求：井口密閉要嚴(yán)； 排塵巷道的位置 及貫通方式要考 慮誘導(dǎo)氣流的產(chǎn) 塵和影響 盡量利用已有的 巷道，以減少工 作量。缺點：需要一定工程量 和裝備。圖4-2

17、溜井抽風(fēng)凈化系統(tǒng)示意圖1溜井口篩；2溜井；3抽風(fēng)排塵巷道；4除塵器及風(fēng)機(jī)；5排風(fēng)巷道4.3 4.3 建立溜井抽塵、獨(dú)立排建立溜井抽塵、獨(dú)立排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)系統(tǒng) 1. 概況 溜井產(chǎn)塵量和誘導(dǎo)氣流都很大，嚴(yán)重污染新鮮風(fēng)流，其他措施很難達(dá)到防塵要求時，可建立獨(dú)立抽塵排風(fēng)系統(tǒng)，見圖4-3。優(yōu)點：各溜井口形成負(fù)壓，使風(fēng)流由 巷道向溜井內(nèi)流動，以控制礦 塵外逸。要求：設(shè)井口密閉； 在溜井繞道外設(shè)自動風(fēng)門。其 目的是防止各中段溜井口風(fēng)流 短路。缺點：工程量大,成本高,維護(hù)量大。圖4-3 溜井排風(fēng)系統(tǒng)示意圖1931337313-47-107 2. 抽塵排風(fēng)原理 在排塵風(fēng)機(jī)的作用下，整個溜井都處于負(fù)壓狀態(tài)，能有效的防

18、止溜井沖擊風(fēng)流外泄。 溜井口內(nèi)外壓差的大小與抽塵風(fēng)機(jī)性能和溜井密閉程度有關(guān)。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓較高，溜井口密閉較嚴(yán)，在溜井內(nèi)外所造成的壓差大于卸礦時所產(chǎn)生的沖擊風(fēng)壓時，可使溜井口不產(chǎn)生塵流外泄現(xiàn)象。 3. 排塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓niimfhhkH1（4-1）式中：K風(fēng)壓備用系數(shù)，K=1.11.2； hm最下部中段的最大風(fēng)壓，Pa； hi排塵系統(tǒng)各段巷道的風(fēng)壓，Pa。4. 排塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量smQQkQniimf/,31(4-2)式中：K風(fēng)量備用系數(shù)，K=1.11.2； Qm最下部中段的最大沖擊風(fēng)量，m3/s； Qi上部各中段正常排塵風(fēng)量，取 巷道排塵風(fēng)速為0.5m/s。4.4 4.4 溜井卸壓循環(huán)降塵溜井卸壓循環(huán)

19、降塵4.4.1 4.4.1 卸壓溜井結(jié)構(gòu)卸壓溜井結(jié)構(gòu) 在主溜井旁側(cè)，開鑿一條平行溜井，并與主溜井貫通，兩者之間形成環(huán)路，如圖4-4所示。圖4-4 防塵卸壓溜井系統(tǒng)示意圖1防塵卸壓井；2 上中段后巷卸礦硐室；3支叉溜井；4主溜井；5礦石；6聯(lián)絡(luò)道；7下中段后巷卸礦硐室4.4.2 4.4.2 卸壓原理卸壓原理 當(dāng)溜井放礦時，礦石降落過程中產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊風(fēng)壓。礦石前方為正壓，礦石后方為負(fù)壓，使部分沖擊風(fēng)流沿主溜井、聯(lián)絡(luò)道和卸壓井形成循環(huán)風(fēng)流，在卸壓溜井系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，既降低了支叉溜井口處的沖擊風(fēng)速和涌出風(fēng)量，又可起到降塵的作用，并縮短了含塵氣流污染后巷的長度。4.4.3 4.4.3 卸壓后沖擊氣流污染長

20、度卸壓后沖擊氣流污染長度 卸壓后，支叉溜井口涌出的風(fēng)量Q為：smKQQ/,3（4-3）式中：Q無卸壓溜井時涌出的風(fēng)量，m3/s； K溜井口分風(fēng)量系數(shù)。kcSSK1（4-4）式中：Sc循環(huán)風(fēng)路巷道斷面積，m3/s； 溜井口處局部阻力系數(shù)； k循環(huán)風(fēng)路局部阻力系數(shù)。結(jié)論 涌出風(fēng)量、污染長度的計算值與實測值基本相符。經(jīng)平行溜井卸壓后，支叉溜井口沖出的風(fēng)量減少40%，污染長度縮短17%。4.5 4.5 溜井卸壓與凈化除塵技術(shù)溜井卸壓與凈化除塵技術(shù) 利用濕式振動纖維柵與卸壓溜井相結(jié)合，構(gòu)成溜井除塵凈化系統(tǒng)。4.5.1 4.5.1 除塵凈化機(jī)理除塵凈化機(jī)理 (1) 慣性碰撞 氣流中的塵粒因慣性作用與水滴碰

21、撞并粘附于水滴上，并與纖維或水膜相接觸。 (2) 擴(kuò)散作用 0.2m以下的塵粒擴(kuò)散作用增強(qiáng)，水滴與塵粒的接觸機(jī)會就增加，容易捕捉0.1m以下的塵粒。 (3) 凝集作用 塵粒濕潤后，增加了塵粒的直徑和濕潤性，易于被水滴捕捉和相互間凝集成大顆粒。 水滴和塵粒的荷電性亦促進(jìn)塵粒的凝集。 (4) 在紊流脈動風(fēng)速的作用下，迫使纖維作縱向和橫向振動，提高了塵粒與水膜、纖維碰撞接觸的機(jī)率。4.5.2 4.5.2 除塵凈化應(yīng)用實例除塵凈化應(yīng)用實例 (1) 應(yīng)用地點 紅透山銅礦主溜井服務(wù)于多個生產(chǎn)系統(tǒng)，每個生產(chǎn)系統(tǒng)包括三個中段，每個中段高度為60m。其除塵凈化系統(tǒng)為六系統(tǒng)（即-647m、-707m、-827m中

22、段），在-707m中段設(shè)置濕式振動纖維柵除塵凈化裝置。主溜井除塵凈化系統(tǒng)見圖4-5。圖4-5 主溜井除塵凈化系統(tǒng)示意1防塵卸壓井；2卸礦硐室后巷；3支叉溜井；4主溜井；5凈化硐室；6聯(lián)絡(luò)道；7凈化裝置；8運(yùn)輸平巷；9廢石溜井；10入風(fēng)石門 (2) 應(yīng)用條件 主要包括卸壓溜井系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、超聲霧化系統(tǒng)、風(fēng)流循環(huán)凈化系統(tǒng)。4.5.3 4.5.3 凈化過程凈化過程 (1) 卸壓循環(huán)過程 卸礦過程中所產(chǎn)生的沖擊氣流，經(jīng)卸壓溜井系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)，并起到降壓、降塵的作用。 (2) 抽塵凈化過程 由于扇風(fēng)機(jī)的作用，卸礦硐室后巷產(chǎn)生負(fù)壓，運(yùn)輸平巷中的新鮮風(fēng)流進(jìn)入，后巷中的污風(fēng)進(jìn)入支叉溜井口，經(jīng)主溜井、

23、聯(lián)絡(luò)道和卸壓井進(jìn)入凈化硐室，凈化后的風(fēng)流與主石門的新鮮風(fēng)流相匯合。4.5.4 4.5.4 凈化阻力與效率凈化阻力與效率 (1) 凈化阻力 凈化阻力與過濾風(fēng)速有關(guān)，過濾風(fēng)速增加，阻力相應(yīng)升高見圖4-6。圖4-6 凈化阻力與過濾風(fēng)速的關(guān)系圖4-7 凈化效率與過濾風(fēng)速的關(guān)系當(dāng)過濾風(fēng)速為4m/s時，凈化阻力在450Pa左右。 (2) 凈化效率 在過濾風(fēng)速為04m/s的區(qū)間內(nèi)，凈化效率隨過濾風(fēng)速的增加而升高。當(dāng)過濾風(fēng)速為4m/s時，凈化效率達(dá)到最大值，見圖4-7。 當(dāng)過濾風(fēng)速超過4m/s時，凈化效率隨著過濾風(fēng)速的增加而降低。 取過濾風(fēng)速為4m/s時，5m以下微細(xì)粉塵的凈化效率可達(dá)99%以上。分級凈化效率

24、，見圖4-8。圖4-8 分級凈化效率與粉塵粒徑的關(guān)系 (4) 實際應(yīng)用效果水壓為0.5MPa，氣壓為0.45MPa；過濾風(fēng)速3.7m/s，阻力為320Pa，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為700Pa；凈化效率在99.5%以上，平均為99.6%；凈化器出口粉塵濃度為0.4mg/m3。 礦井入風(fēng)溫度是井下氣候條件的主要影響因素之一，冬季會使入風(fēng)井凍冰，夏季會使作業(yè)面氣溫升高。 利用淺部空區(qū)或廢舊巷道，建立入風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)，使空氣與巖體進(jìn)行熱交換，以調(diào)節(jié)空氣溫度，改善井下作業(yè)環(huán)境。5.1 5.1 空氣與巖體熱交換原理空氣與巖體熱交換原理5.1.1 5.1.1 空氣與巖體熱交換過程空氣與巖體熱交換過程TaTw，空氣與巖體之間存

25、 在溫差。TaTw，空氣向巖體散熱。TaTw，巖體向空氣散熱。圖5-1 巖體調(diào)溫圈5.1.2 5.1.2 巖體調(diào)溫圈的形成巖體調(diào)溫圈的形成 若空氣與巖體進(jìn)行周期性的熱交換，在巖體內(nèi)部便形成了調(diào)溫圈，如圖5-1所示：蓄熱圈冷卻圈周期性5.1.3 5.1.3 調(diào)溫圈中巖體溫度分布調(diào)溫圈中巖體溫度分布 1. 非穩(wěn)定過程 冷卻圈的厚度隨空氣溫度的高低和通風(fēng)時間的長短而變化，屬非穩(wěn)定過程。 2. 穩(wěn)定過程 巷道周圍冷卻圈如圖5-2所示。 當(dāng)使入風(fēng)溫度保持某一常數(shù)值時，可視為穩(wěn)定過程。 在深冬最冷時刻，使冷空氣由地表最低氣溫經(jīng)預(yù)熱后上升到2，巖石的熱傳導(dǎo)問題可歸結(jié)為巖石穩(wěn)定導(dǎo)熱問題。 圖5-2 巷道周圍冷

26、卻圈熱傳導(dǎo)方程 若TnTw，巖體向巖壁傳導(dǎo)熱量，巖壁向空氣散熱，則該過程的熱傳導(dǎo)方程為：nwTTrrTTrrrdrlQdT,221（5-1）式中：Tw巖體壁面溫度，； Tn巖體原巖溫度，； r調(diào)溫圈半徑，m； 巖體導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/m2h； l調(diào)溫圈微小長度，m； Q單位時間內(nèi)通過微元環(huán)形薄層熱量，kJ/h。巖體溫差分布 當(dāng)r=r1時，T=TW，解方程（5-1），可得巖體溫度T為：212lnnwl TTQrr1ln2WQrTTlr（5-2）巖體導(dǎo)熱量 當(dāng)r=r2時，T=Tn，熱流量Q為：調(diào)溫圈巖體溫度分布規(guī)律 當(dāng)TnTw時，巖體向巖壁導(dǎo)熱、巖壁向空氣散熱，則調(diào)溫圈內(nèi)巖體溫度分布規(guī)律為：211ln

27、lnnwWTTrTTrrr（5-3）（5-4）5.1.4 5.1.4 空氣與巖體熱交換空氣與巖體熱交換 1. 空氣與巖壁進(jìn)行熱交換 巖體單位面積向巖壁傳導(dǎo)熱量121lnrrrTTqwnawTTqawwnTTrrrTT121ln（5-5）（5-6）（5-7） 空氣與單位面積巖壁的換熱量 當(dāng)TwTa，巖壁向空氣散熱，空氣獲得熱量而溫度升高。 式中：空氣與巖壁的熱交換系數(shù)，J/m2h; Ta井巷中空氣的溫度，。 根據(jù)熱平衡原理，則q=q，即 2. 空氣與巖體進(jìn)行熱交換的基本方程 CKrrrC,ln121dFTTKdQannadQK TTpdz 巖體導(dǎo)熱量pzdQG CdT 空氣吸熱量 設(shè)預(yù)熱風(fēng)量為G

28、(kg/h)，則 式中：K空氣與巖體的熱交換系數(shù)，kJ/m2h; dF巖壁的微元面積，m2；dF=Pdz； P巖壁的周長，m； dZ巖壁的微小長度，m。（5-8）令，則（5-9）（5-10），則dQdQzpandTCGdZPTTK00,pznazzLG CdTdZK PTTZTTZL TT式中：Cp空氣的定壓比熱，kJ/kg; Tz調(diào)溫系統(tǒng)中某點的溫度，。 對上式進(jìn)行整理，并考慮其邊界條件，則(5-11)(5-12)式中：Tp地表氣溫，; TL井巷中某點空氣溫，。 若采用體積流量來表示熱交換風(fēng)量的大小，則使1m3/s的冷空氣溫度升高1時，所需巖壁暴露面積A為：LnnTTTTKbA0ln(5-1

29、3)式中：b計算常數(shù) 根據(jù)各礦相關(guān)數(shù)據(jù)的實測求得。 同理，若TaTw，則空氣向巖壁散熱，入風(fēng)溫度降低，可得使1m3/s的高溫空氣溫度降低1時，礦需巖壁暴露面積A為：00lnnLTTbAkTT (5-14)5.2 5.2 礦井入風(fēng)調(diào)溫應(yīng)用實例礦井入風(fēng)調(diào)溫應(yīng)用實例5.2.1 5.2.1 紅透山銅礦入風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)紅透山銅礦入風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 利用1、2號采空區(qū)和與之相連通的253、193、133三條中段巷道構(gòu)成入風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)。并在133中段建立永久性隔離層，以防止風(fēng)流串聯(lián)。其系統(tǒng)狀況見圖5-3。圖5-3 調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.2.2 5.2.2 調(diào)溫系統(tǒng)總暴露面積調(diào)溫系統(tǒng)總暴露面積 根據(jù)原設(shè)計資料和采出礦量

30、，對1#、2#脈采空區(qū)的暴露面積進(jìn)行了調(diào)查研究。1#、2#脈采空區(qū)如圖5-3所示。430中段至370中段的暴露面積約7.55萬m2，370中段至253中段的暴露面積約10.41萬m2，253中段至133中段的暴露面積約6.3萬m2?？傆嫳┞睹娣e約有33.77萬m2。 253、193、133三個中段巷道的預(yù)熱面積分別為1.266萬m2、1.158萬m2、1.08萬m2。3條預(yù)熱巷道總的預(yù)熱面積為3.504萬m2。5.2.3 5.2.3 目前的調(diào)溫系統(tǒng)目前的調(diào)溫系統(tǒng) 在253、193、133中段分別安裝1、2、2臺軸流式扇風(fēng)機(jī)，調(diào)溫系統(tǒng)見圖5-4。圖5-4 入風(fēng)調(diào)溫通風(fēng)系統(tǒng)示意圖I東主扇；II西主扇；III大豎井；IV小豎井5.2.4 調(diào)溫效果分析 1. 原巖溫度測定 原巖溫度的測定結(jié)果見表5-1，其變化規(guī)律見圖5-5。表5-1 原巖溫度的測定 圖5-5表明，從恒溫帶起，原巖溫度隨深度的變化呈線性規(guī)律增長，其地溫梯度為每增加4