混合式通风技术

混合式通风技术（精选8篇）

混合式通风技术 篇1

在工业发展给人们带来巨大的经济效益和社会进步的同时, 对环境所产生的影响也越来越显现。随着国家对社会发展与环境污染的重视, 国家对节能、减排要求和标准日益提高, 企业对节能的需求也越来越重视和迫切。循环水系统作为工业企业中的一个重要组成部份, 在为生产工艺设备降温保驾护航的同时也消耗了大量的能源。而冷却塔就是循环水系统中的主要耗能设备之一。

1 循环水系统介绍

工业生产过程中, 往往会产生在量热量, 使生产设备或产品 (汽体或液体) 温度升高, 必须及时冷却, 以免影响生产的正常进行和产品质量。水是吸收和传递热量的良好介质, 常用来冷却生产设备和产品。为了重复利用吸热后的水以节约水资源, 常采用循环冷却水系统, 如图1所示。

冷水池中的水通过水泵送至生产换热设备, 水温升高后利用余压流入冷却塔, 在冷却塔内利用风机所产生的空气与水对流接触后, 使水温下降。

2 机械通风冷却塔的节能方法及特点

机械通风冷却塔是以电机驱动轴流风机叶片转动, 并使空气从进风口抽入与热水对流换热, 来达到降低水温的效果。具有冷却效果好, 效率高的特点, 但因风机需电机驱动, 消耗大量的电能。为节约风机电耗, 机械通风冷却塔有以下几种方法:

2.1 调速电机

(1) 根据春、夏、秋、冬季节对冷却塔需求风量的不同, 设计高、中、低3档可调速的电机。虽能起到一部份节能效果, 但因3档调速不能充分适应冷却塔在不同季节对风量的要求。

(2) 根据季节和生产负荷的不同, 采用变频调速或永磁调速装置调节电机的转速。该种方法机呼可以实现无极调速, 可达到较好的节能效果。但变频器和永磁调速在运行过程中均有一部份效率损耗。

2.2 水动风机冷却塔

在循环水系统管路设计时, 因多方面因素考滤, 水泵扬程比管路实际所需扬程大, 造成系统存在一定的富余水头。通过利用这部份富余水头来推动水轮机转动, 从而带动风机旋转。这种采用“纯水轮机机驱动”的方法, 省去了电机, 达到节能的目的。

但因每个循环水系统在设计、使用过程中富余水头均不同。富余水头充足的循环水系统一般可通过安装水轮机来代替电机驱动风机, 使回水富余水头实现充分利用, 达到节能的目的;而富余水头不足的循环水系统则因无法达到风机设计转速而白白浪费。

3“水-电混合技术”的介绍

冷却塔的“水-电混合技术”是利用循环水系统中的富余回水能量驱动“高效水轮机”转动并通过“双输动力入齿轮箱”带动冷却塔风扇转动, 从而取代传统冷却塔的电机;在系统富余水头不足或需增加冷却塔风扇转速以提高冷却塔降温效果时, 通过监测控制软件自动启动辅助电机, 与水轮机共同驱动风扇转动, 确保系统换热效果。

辅助电机采用与原冷却塔功率相同的电机, 并配有变频调速装置, 可在水轮机维护时单独驱动冷却塔风机且风机转速可达到原转速。能实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”, 确保系统的换热效果, 给系统的安全运行提供保障。

“纯水轮机驱动”与“水-电混合驱动”的区别:

3.1 系统富余水头

纯水轮机驱动:循环水系统均存在一定的富余水头, 纯水轮机驱动需要充足的富余水头, 在富余水头充足的系统中可达到100%节电, 实现冷却塔无电化运行。但目前许多循环水系统中所存在的富余水头均不足, 如采用纯水轮机驱动替代原电机驱动, 则会造成风机无法达到原转速, 从而影响设备的换热效果, 甚至影响生产。

水-电混合驱动:可对系统中的富余水头进行充分利用, 在富余水头充足时实现100%节电, 在富余水头不足时可水轮机和电机同时驱动, 以达到要求的风机转速及风量。可实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”三种方式运行。

3.2 水轮机及减速器

纯水轮机驱动:纯水轮机驱动一般采用混流式水轮机, 安装于冷却塔风筒内, 位于风叶下方, 减速器立式安装于水轮机上部。在运行过程中因混流式水轮机体积大, 对冷却塔的通风存在影响, 且减速器的下油封极易造成漏油, 造成减速器的损坏, 使冷却塔无法运行, 并对循环水水质造成污染。

水-电混合驱动:水-电混合驱动采用贯流式水轮机或将混流式水轮机立式安装, 水轮机安装于风筒外, 采用双动力输入减速器替代原减速器卧式安装与风叶下方。在运行过程中对冷却塔的风通不存在影响, 且因水轮机和电机的输入端均水平设计在减速器中间, 无漏油隐患。减速器安装有机械机油泵, 对轴承进行润滑和降温, 增加轴承的使用寿命。

4 项目应用

4.1 项目情况

某企业循环水系统有560k W循环水泵3台, 将冷水供往各生产设备进行热交换, 换热后的热水通过3座水处理量为2000m3/h的冷却塔降温冷却, 冷却塔风机配套电机功率为55k W。经过杭州福鼎节能科技服务有限公司现场测试水泵常年2开1备运行, 其中一台装有变频调速装置, 且运行时循环水泵进出口阀门全开, 为保证末端设备的压力要求和换热效果, 系统通过调节冷却塔上塔阀门开度来控制系统压力。通过对测试数据分析, 循环水泵在高效区内运行, 运行方式和控制方法较为合理;但因冷却塔上塔阀门未全开, 导致循环水系统回水存在背压现象, 造成了回水富余水头浪费;且冷却塔风机配套电机为定速电机, 无法在季节变化时对风机转速进行调节, 存在季节性无效能耗浪费现象。

4.2 改造方案

通过对循环水系统富余水头进行计算, 发现该水系统回水富余水头不足, 改造后无法实现3座冷却塔在风机全速运行时100%节电。为确保系统的安全生产, 在不改变系统运行模式和工艺参数、不增加水泵能耗的前提下对系统富余水头进行充分利用, 采用“水-电混合技术”可对全部3座冷却塔进行节能改造。主要改造方法如下:

(1) 因冷却塔无备用, 利用系统年终大修时对冷却塔上水管进行改造, 在原进水管上增设旁通阀门、水轮机进回水阀门及接口。

(2) 拆除原单动力输入减速器, 安装双动力输入减速器、水轮机和辅助电机 (辅助电机采用原电机代替) 。安装水轮机支撑支架, 对接上水管道和回水管道。

(3) 安装变频调速装置和自动控制系统, 通过实测监测供回水温差, 来控制辅助电机的开启和转速。

(4) 在原3台电机的控制柜来安装电度表和计时器, 计量改造前、后的风机电机耗电量。

4.3 改造效果

通“水-电混合技术”对冷却塔进行改造, 改造前、后对比如表1~2。

从表1可看出, 改造前后水泵和冷却塔的运行模式、系统供水总管压力、供水总管压力、运行流量均保持不变, 水泵能耗没有增加, 且在风机全速运行时转速反而比改造前高, 降温效果优于改造前。

从表2可知, 改造后, 在夏季风机全速运行时节电率达70%, 在其它季节辅助电机可视降温效果变频运行或不启动, 最高节电率甚至可达100%。按每年运行8640h计算, 改造后每年其可节约用电90.7万度以上, 解决了因富余水头不足而无法进行水轮机改造的问题, 节电效果和节电收益非常可观。

5 结束语

“水-电混合技术”是一种新型的机械通风冷却塔节能改造技术。改造后系统各供水参数保持不变, 不增加水泵等其余设备的能耗, 解决了众多因富余水头不足而无法改造的问题, 具有安全可靠、修护方便等优点, 目前已在多个企业得到实际应用。该项技术的应用与推广, 为工况企业冷却塔高能耗问题提供了一个新的解决方法。

摘要：冷却塔风机耗电是循环水系统的主要能耗之一。通过对循环水系统设计富余水头进行充分利用, 解决因富余水头不足而导致能耗浪费现象, 对冷却塔风机进行“水-电混合”驱动改造 (即:采用水轮机驱动的同时, 能量不足部份采用辅助电机补足) , 且可实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”三种驱动模式, 给系统的安全运行提供保障。

关键词：循环水,冷却塔,水-电混合驱动,节能

参考文献

[1]严煦世, 范瑾补.给水工程.中国建筑工业出版社, 2007.

[2]朱月海, 朱江.循环冷却水.中国建筑工业出版社, 2008.

[3]来周传, 李沛明, 包可羊.《一种有辅助电机的节能型冷却塔》专利.

有效通风事故防范技术的运用 篇2

关键词：煤矿 安全通风 防范技术 运用

一、合理选择矿井风两的调节方法

在通风网络中、风流按巷道风阻的匹配关系，分配到各作业地点的风量往往不能满足要求，需要采取控制与调节风量的措施。此外、随着巷道的推进和更替、相应的要求及时进行风量调节，按调节的范围可分为矿井总风量进行调节和局部风量调节。矿并总风量调节有：改变主要扇风机特性，主要通过改变主要扇风机转速或改变主要扇风机叶片安装角的方法。局部风量调节有三种方法：增加风阻调节法、降低风阻调节法、辅助通风机调节法。这三种方法各有特色，应当根据矿井具体情况进行选用。

二、加强井下通风设施的管理及维护、减少漏风

在采区通风网络中，为了控制风流的方向和风量而构筑的隔断、通过和控制风流的通风构筑物称为采区通风设施。主要的通风设施有：风桥、挡风墙、风门、调节风窗等。合理地安设通风构筑物，并使其能常处于完好状态，是矿井通风技术管理的一项重要任务。而通风设施损坏时，如不能及时维护就会造成大量漏风，这必然使工作面所需风流下降、容易造成瓦斯积聚，气温升高，形成不良的气

候条件，所以必须加强采区通风设施的维护、管理，使它们经常处于完好状态，才能避免发生无风、微风等通风重大隐患，保证矿并的安全生产。

三、正确、合理的选择矿井通风系统

矿并通风统是由向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路和通风动力和通风控制设施等的总称。矿并通风系统与矿井的开发具有战略意义、它与整个矿井的开拓布置有紧密联系、对保证安全生产、提高经济效益有长远的影响。根据进、回风井的布置方式、主扇的工作方式及安装地点。矿并通风系统可分为：按进风并与回风井在并田范围内的布局分为中央式、对角式和中央对角混合式；按主扇的工作方式分为压入式、抽出式和压抽混台式。因此，选择合理的通风系统应在能保证安全生产的前提下，盡量减少通风工程量，降低通风费用，力求经济合理。

四、加强瓦斯管理、防止瓦斯积聚

防止瓦斯积聚，保证工作面的供风。合理选择矿井通风系统、正确确定矿井风量，每一矿并采用机械通风：每一个生产水平和采区都必须布置单独的回风巷、实行分区通风。采掘工作面都应采用独立通风，掘进巷道采用矿井全风压或局部通风机通风。认真进行瓦斯检查与监测、低瓦斯矿井每班要检查两次，高瓦斯矿井检查三次。有煤与瓦斯突出的采掘工作面必须有专人检查瓦斯并安设甲烷断

电仪。及时处理局部积聚瓦斯，生产中容易积存瓦斯的地点有：采面的上限角和采空区边界。处理方法有：风障引导风流法、风筒引导风流法、尾巷排放法。掘进巷道瓦斯积聚的处理方法：增加风量稀释瓦斯法、引导风流排放瓦斯法、填堵抹逢、防止瓦斯涌出法。

五、B型通风模式的核心技术

阻塞瓦斯涌出通风通道的三个组成部分。该技术针对瓦斯涌来源头以及根据煤矿瓦斯涌出特点方式的不同，采用B型通风技术，以不同的途径合理有效的阻塞煤矿瓦斯向工作面的涌出，顺利保障工作面的安全。

1）采落煤炭和新暴露煤壁瓦斯涌出。煤矿企业在通风装置的回风巷设置安装增阻风门，在通风通道中形成局部通风阻力，使进风压力变的舒缓，各点风流绝对静压升高，从而有效地抑制工作面采落煤炭和新暴露煤壁瓦斯的涌出，减小瓦斯来源的瓦斯涌出量。

2）通风巷道瓦斯涌出。在高瓦斯矿井中，由于矿井工作面较长，使得巷道成为了瓦斯涌出的另一个主要来源。采用B型通风技术不但可以有效的抑制阻塞巷道中瓦斯的涌出，还可以适当的减小巷道瓦斯涌出量。值得我们注意的是，要在回风巷旁增设阻风门装置，由于各点的风流压绝对低于增阻静压，使得瓦斯涌出

强度变得更大。因此，我们要在回风巷旁增设阻风门。

3）采空区瓦斯涌出。应用B型通风技术能缩小强漏风带 使其迅速转变为弱漏风带，即由紊流带过渡为微孔渗流带，使大量瓦斯富集于采空区冒落带和裂隙带，减小采空区瓦斯涌出，减轻瓦斯危害的压力，为采空区抽放瓦斯创造条件，实现“以用促抽放，以抽保安全”。

4）控制瓦斯运移

a.煤矿企业在采用B型通风方式的情况下，在综放面设置两条不同的回风巷，可以使得煤矿在选择排放高瓦斯时有2条通风路径。但是由于瓦斯的通风排放通道是与采空区连通的，并且遭受到采动应力破坏，使得通风阻力较大，导致了通风巷道的滞后丁作面煤壁2-5m之间产生冒落。

b.煤矿企业可以在综放面瓦斯管理的死角，放置安装B型通风技术。煤矿通过调节B型通风装置的回风巷来调节控制增阻风门，从而达到减弱采空区的瓦斯涌出源的瓦斯涌出强度。由于通风装置的支架顶部的排风道通风压力低于上述各点的通风压力，使得瓦斯在工作层面的高顶与上隅角和支架尾部的积聚，并使瓦斯从瓦斯排放道排出，从而}肖除综放面积聚的瓦斯。

c.B型通风的缺陷及解决方法。在B型通风管理模式下，由于排放巷正前方始终处于不稳定垮落状态，使得排风巷与采空区的通畅程度可以发生随时变化，这就使得在对高瓦斯的排放过程中难免不会出现问题。由于排风巷与回风顺槽的风压与排放的瓦斯总量是基本固定的，使得煤矿的工作层面排向排风巷的风量变化幅度就增大了很多。因此，必

须保证煤矿排放的排风巷瓦斯浓度必须控制在安全浓度以下。针对煤矿在采用B型通风模式下存在的问题，一定要采取安全措施，努力研究提高应用排风巷局扇正压的供风技术，顺利研究解决排风巷的瓦斯浓度高于规定排放浓度的问题。

（作者单位：孟津煤矿通风科）

参考文献：

[1]矿安全通风管理及通风事故的防范措施[J].世界家苑，2012（1）.

[2]王华荣.浅析煤矿安全通风管理中事故的有效防范[J1.金山，2011，（10）.

混合式通风技术 篇3

关键词：混合式机械,通风,地铁隧道

在地铁隧道的施工过程中最常用的方法就是暗挖法, 隧道施工需要用到很多大型的混合式机械。喷锚支护就是地铁隧道施工建设中比较主要的方法之一, 这种方法是在喷射机里面装入水泥、石、砂等混合后的材料, 然后通过压缩空气的压力快速的喷在施工面上形成一种比较薄的支撑保护结构, 从而达到支撑地铁隧道形成的效果。但是由于喷射机当中的压缩空气高速工作, 水泥、砂、石等形成的混合材料会在喷射机工作后在隧道施工面形成严重的工业粉尘污染;另外, 在地铁隧道中还有很多机具、机械等工作, 这些都会产生一些污染环境的气体。这些粉尘和气体都给地铁隧道中的空气造成了很严重的污染。因此在地铁隧道施工建设中的通风问题, 成为地铁隧道建设前必须要考虑的问题。

1混合式机械通风设计计算

地铁隧道通风有很多种方式, 通风方式需要根据隧道的长短等客观因素来理性选择。压入式通风是通过柔软性能的通风管道把新鲜干净的空气通到掌子面, 对污染物及污浊空气形成压力, 从而排出。这种地铁隧道通风方式, 可以达到快速降低地铁隧道中易燃易爆气体浓度的效果, 但是会把掌子面附近集中的烟尘、 粉尘、污浊空气等等污染物吹送到整条地铁隧道中, 增加了污染空气在隧道中的停留时间。吸出式通风是通过管道将吸风口对准集中污染源, 从而有效地排出污染物, 可以快速地改善地铁隧道里面的空气质量。但是它的缺点在于吸出污染空气的通风管道是需要用自身强度比较高的材料来制成的, 这样增加了成本。 混合式通风是结合压入式和吸出式通风的优点, 在靠近地铁隧道出口的位置安装一个送风口, 送入新鲜空气的流量大于吸出污染空气的流量, 可以确保地铁隧道内的空气压力和环境。

1.1地铁隧道内通风流量确定

综合分析以上三种地铁隧道施工通风方式, 混合式通风是较为理想的选择, 根据GB 50299—1999, 地下铁道工程施工及验收规范, 地铁隧道内的风量可以按照地铁隧道内的施工人员以及施工机械需要的通风流量来计算:

式中:Q—地铁隧道通风流量 (m3/min) ;k—安全系数, 查规范, 选择1.25;m1—地铁隧道内最多的作业人数, 选择20人;m2— 地铁隧道内作业中的柴油机械的功率数, 选择9KW;m3—地铁隧道内作业中的电焊机数量, 选择2;q1—地铁隧道内作业人员所需风量, 选择3m3/min/ 人;q2—地铁隧道内施工机械每千瓦所需要的风量, 选择4m3/min/KW;q3—地铁隧道内施工电焊机每台所需要的风量, 选择3m3/min/ 台。

以南京某条长约400米的地铁隧道为例, 根据以上公式所得, 该隧道所需的通风流量为2.31m3/s。

1.2地铁隧道内风压确定

地铁隧道内风机的总体压力可以根据以下公式进行计算:

式中:p—离心风机总压 (Pa) ;∑ξ—通风管道局部损失的系数和, 管道接口直角弯头系数选择1, 吸风管管口损失系数选择0.5;λ—管道沿程的损失系数;l—通风管道长度 (m) ;d—通风管直径 (m) ;ρ—空气密度 (Kg/m3) ;v—通风管中的通风流速 (m/s) 。

根据基本参数, 将其带入以上公式中进行计算。

根据计算, 可以知道, 地铁隧道内风机的总压与风机功率会随着通风管的直径的增大而明显降低, 基于成本最少的原则, 应该要按照通风管的管材的经济状况来选择通风管直径, 但是由于地铁隧道内的通风要求和市场上可以选择的通风管材料的情况来看, 上述示例中应选择通风管径500mm, 通风管壁厚12mm的PVC管材。

2混合式机械通风设备选择

在以上示例的基础上, 根据之前的计算结果, 可以选择2台离心风机, 型号为4-72-5A。这种离心风机的通风流量范围大约在2.14~4.29m3/s, 它的总体风压在3187~2019Pa之间, 数据显示这两台设备可以让地铁隧道内达到最初设计的通风流量, 还留有一定的安全空间。

3管道安装与运行

为了方便后期的维修以及重复利用, 地铁隧道通风管道与管件之间采用直接对齐或者承插口接头, 然后用胶带密封。吸风管道内是负压, 可以选择从管道外面进行密封, 仅需要从管道的连接处用胶带缠绕密封, 这样也方便拆除和回收利用。由于通风管道强度比较大, 所以重量也会相对大一些, 因此大多都会直接在隧道底面进行铺设, 在接近掌子面的部分, 会抬高到3m的位置, 这样不会影响到隧道施工。另外, 在接近隧道通风管道进口处的负压较小, 因此可以选择较轻材质的管道, 这样可以减小铺设的难度。根据GB 50299—1999, 可以很方便的检测到地铁隧道内通风改造以后的空气质量是否达标。

4结论

经过混合式机械在地铁隧道施工中的通风改造设计计算以及实践之后, 可以证明在施工作业面空气中的污染物质集中的情况下, 采用吸风和抽风结合的混合式通风方式可以更好地达到地铁隧道内除尘和改善环境的效果;另外, 离心风机采用变频调速的方法以后, 可以根据隧道内实际的施工情况来调整转速, 不仅能达到作业要求, 而且可以节能环保, 降低噪声。这些设计改造都对以后城市建设中长距离的体贴隧道通风的设计起到了探索和改善作用。

参考文献

[1]骞志彦, 姜博.苏州地铁1号线车站通风空调系统节能控制方案与应用研究[J].电子世界, 2015 (19) .

混合式通风技术 篇4

独头巷道的局部通风可稀释和排除掘进过程中煤(岩)体涌出的有毒有害气体、粉尘,降低工作面温度,为作业人员提供一个安全、经济、舒适的作业环境。国内外学者对独头巷道的通风风流流场结构、风流与围岩传热传质过程、粉尘分布规律、有害物浓度分布、新风置换效率及空气品质进行了一系列的研究工作[1,2,3,4],运用湿球温度、卡他度、实效指数、热强指数、空气冷却度、PMV—PPD、空气龄等指标,以及新有效温度法、当量温度指标法、模糊综合评价法、灰色相关理论等方法评价矿井热环境[5,6,7]。混合式局部通风从通风形式上,兼有单一压入式和抽出式的优点,且弥补了单一形式的缺点,但其通风除尘效果受抽压风筒布置以及抽压风量匹配等参数影响[8,9,10,11]。

笔者利用数值模拟方法,模拟了周源山煤矿一混合式局部通风独头巷道的风流流场、流线、温度场、PMV—PPD、平均空气龄分布,分析混合式通风下风流流场、温度场分布,并从气流组织、空气质量、人员热舒适之间的关系,采用PMV—PPD和空气龄指标对热环境进行评价。热环境数值模拟结果对矿井通风系统设计以及工程实践中风筒布置、抽压风量匹配等通风技术参数的确定有重要的指导意义,热环境评价指标可用于通风效果的检验。

1 混合式局部通风风流结构

混合式通风采用压入风筒将新鲜风流送入工作面,抽出风筒排出工作面污风。靠近工作面一定区域内,其风流流场兼有单一压入式和抽出式特点。工作面气流受采掘设备、围岩、人员放热等热源影响,压入风筒送入的新鲜风流温度低于掘进巷道内空气温度,两股冷热风流之间存在一定的温差使得空气密度不同,由密度差而产生压力差即热压。低温的新鲜风流一方面稀释工作面污染物浓度,另一方面与巷道内污浊空气、围岩以及作业人员之间以热对流、热辐射形式进行热湿交换。对于前压后抽式即压入风筒超前抽出风筒,靠近工作面迎头布置。在靠近抽出风筒口的两风筒重合段以及压入式风筒超前抽出式风筒一定距离内,风流受抽风机的卷吸负压作用为主,压风机射流正压作用为辅,抽风机的卷吸汇流在正负压共同作用下被加强,将此区域称之为卷吸有效区。压入射流为有限射流,射流自圆形风筒射出向前运动,射流体周围的污风借助紊流扩散作用向射流体内部掺混,射流不断卷吸周围空气,其射流范围也逐渐扩大,风速逐渐减小。射流在有效射程外不再卷吸周围的空气,而是向外析出空气,大部分气流将反向流动形成回流,而继续向前运动的一部分气流将冲击迎头工作面,形成冲击射流附壁区。气流冲击迎头壁面经壁面反射后反向。若工作面距离压入风筒较远,将可能在有效射程至迎头壁面之间产生局部涡流。对于局部涡流,文献[9]中研究得出其有利于通风,因为循环风流可吸收大量的湿气,从而降低工作面空气的温度和湿度。回流的大部分风流向抽出风筒口的有效作用区运动,少部分又被压入射流卷吸带走。在风流连续性以及热压作用下,在射流和回流之间形成涡流区。当压入风筒距工作面距离在射流的有效射程内时,前压后抽的混合式通风风流结构如图1所示。

2 数值模拟

2.1 物理数学模型

以周源山煤矿一掘进岩巷混合式局部通风为研究对象,巷道断面面积为12 m2。压入式风筒超前抽出式风筒,距离工作面L1=L压= 8 m,胶质风筒直径D=600 mm。压入式风筒距巷道侧壁100 mm,距离顶板100 mm,压入风筒超前抽出风筒段L2=L超=8 m。伸缩风筒直径D= 600 mm。抽出式风筒距巷道侧壁100 mm,距离底板100 mm,抽出风筒口距离掘进工作面L3=L抽=16 m,形成前压后抽的混合式通风。未开启风机时,掘进工作面空气温度26 ℃。掘进工作面采用湿式凿岩机打眼,耙斗装岩机装岩。凿岩机和装岩机简化为1 m3的体热源,作业人员2人,掘进工作面三维物理模型如图2所示,模拟计算区域为XYZ=(20×4×3) m3有限空间。选用k—ε两方程模型,控制方程包括连续性方程、动量方程、k方程、ε方程、能量方程[12]。

2.2 假设及边界条件

假设掘进巷道内的风流为低速不可压缩气体,密度符合Boussinesq近似假设;风流流动充分发展,为高雷诺数湍流流动,流体的湍流黏性具有各向同性;壁面采取零热流条件,即绝热边界;掘进工作面压入风流是新鲜的,空气龄为0。入口边界:Q压=2 m3/s,送风温度t=22 ℃,相对湿度φ=80%;出口边界:抽出式风筒的吸风口,Q抽=4 m3/s,根据风量守恒,巷道入口Q=2 m3/s;壁面边界:所有壁面施加无滑动边界条件,取工作面迎头壁温28 ℃,两帮及顶底板壁温27 ℃,壁面粗糙度0.02 m;热源条件:掘进工作面空间围岩散热、凿岩机及装岩机以及作业面空间辐射放热作为能量方程的附加源项处理;矿工为中等劳动强度作业,能量代谢率200 W/m2,服装热阻0.08 m2·℃/W(0.5clo)。

3 数值模拟结果及分析

3.1 流场分布

在图3、图4中,X=2～6 m区间为抽出风筒口的卷吸有效区,卷吸风速在抽风筒口呈椭球面分布,风流主要受吸入风流负压作用,同时受压入风流正压作用以及热压共同作用,中心卷吸风速最大,达到6 m/s。X=6～18 m区间为回流区,回流区的大部分区域风速为0.5 m/s,X方向速度最大达到1 m/s,且靠近底板回流风速大。负号表示风流流向与压入射流方向相反。X=10～12 m区间,回流区的部分风流又被射流卷吸带走。X=12～20 m区间为射流区,射流速度自压入风筒出口至迎头壁面衰减,到达迎头壁面速度下降至2 m/s,射流冲击迎头壁面后反射,风流反向,速度减为1 m/s。在回流区间X=18 m附近,受风流连续性、热压及有限空间的影响,回流和射流层之间形成局部涡流,速度为0.26 m/s,X方向速度几乎为0,说明风流在此区域循环。涡流中心的负压可以卷吸周围一部分气流,循环风流可降温降湿。另外从温度和空气龄分布可以得出,此处温度和空气龄并不大,与文献[9]研究相符合。L1=L压= 8 m,根据文献[11]压入风筒口到工作面的距离在射流有效射程内,有效射程至工作面之间不存在较大范围的涡流区。针对混合式通风下的流场结构,并对比四者所占空间大小,从大到小依次为回流区、射流区、卷吸有效区、涡流区。掘进工作面岩巷风速0.15≤v≤4.0 m/s,符合《煤矿安全规程》对风速的要求。

3.2 温度场分布

由图5(a)可知,掘进工作面空气温度从压入风筒出风口至迎头壁面逐渐升高,从22.2 ℃达到23.6 ℃,升温约1.4 ℃。射流到达工作面后,由于巷道内风流内部的热对流以及风流与围岩之间对流、辐射形式的传热传质交换,尤其是受凿岩机和装岩机热源以及人员散热的影响,回流区域空气温度从工作面至巷道出口逐渐升高,从23.6 ℃达到抽出式风筒口附近的25 ℃,回流增温1.4 ℃。在X=18 m 附近的局部涡流区,尽管此处有工作面凿岩机和装岩机为主要热源,但此处温度并不是最高的。在图5(b)、(c)中,从风筒口至巷道壁面风流温度升高,风筒的另一侧风流温度较高。靠近壁面空气温度较高,因为巷道壁温高于空气温度,风筒侧压入射流为冷气流且射流速度大,围岩与风流之间进行强烈的对流、辐射形式的热湿交换。由于受冷热气流热压的对流分层作用,巷道下部区域空气温度低于上部区域,从24 ℃增加到25 ℃。原作业空间空气温度26 ℃,采用22 ℃的送风温度后,压入风筒口前的人员作业区域温度在23 ℃左右,且回流温度最高为25 ℃,达到较好的通风降温效果。

3.3 PMV—PPD分布

PMV将人体热感觉从冷到热依次划分为冷(-3)→凉(-2)→微凉(-1)→适中(0)→微暖(+1)→暖(+2)→热(+3)7个等级。热环境要尽可能地满足大多数人的舒适要求,但是人与人之间存在生理、心理及行为特点的差别,即使大多数人满意当前室内环境仍会有少数人对该热环境表示不满意,因此,增加预测不满意度PPD(Predicted Percentage Dissatisfied)指标表示人对热环境的不满意度。PMV—PPD指标综合了空气温度、湿度、风速、辐射温度4个环境参数以及人体活动强度(新陈代谢)、着装情况2个人体参数对人体热舒适性影响[13,14]。

从图6得知,靠近工作面的大部分区域,PMV值为0.8～1。PMV对应的热感觉为适中至微暖。PPD值为10%～20%,即有10%～20%的作业人员对该热环境表示不满意。ISO 7730中采用PMV—PPD指标来描述和评价热环境,室内热环境标准规定:-0.5≤PMV≤+ 0.5,PPD≤10%。矿井下掘进工作面空气相对湿度高,一般达到90%以上,甚至达到100%的饱和状态。因此,可以对矿井下热环境的规定进行适当调整:-1≤PMV≤1,PPD≤20%。压入风筒的出风口射流速度较大,温度较低,其相应的PMV值最小,在抽出式风筒口尽管回风温度较高,但卷吸速度较大,其PMV值并未达到最大值。表明PMV是风流温度、流速、污染物浓度等综合作用结果,可以反映矿井热环境的整体效果。结合该矿现场调研,对掘进作业面人员热舒适情况调查统计,作业人员对热环境的不满意度为15%左右。可认为该作业环境满足人体热舒适要求。

3.4 空气龄分布

空气龄可作为衡量矿井空气质量的一个重要指标,其定义为掘进作业空间某点空气或全部空气被更新的时间[6]。空气龄越小即空气更新的时间越短,空气被污染程度越低,该处空气越新鲜,表明该处气流组织顺畅,通风换气效果及空气质量较好。

从图7(a)可以看出,从压入射流的出风口至工作面迎头,因射流速度逐渐减小,射流新鲜空气与污风不断搅拌、混合,空气龄逐渐增大,由5 s增加至40 s,射流出口风流最新鲜;从工作面迎头至抽风口的回流区域,空气龄由40 s增加到60 s,空气质量越来越差,新鲜程度不断下降。在L超=8 m 范围内主要为回流,空气龄最大65 s;从抽出风筒口至巷道出口,其空气龄又开始逐渐减小到25 s,因为抽风机卷吸了大量污风,沿巷道排出的为少量的污风,巷道内污染物浓度下降,且空气得到及时的更新。在图7(b)、(c)中,压入风筒周围空气龄小,抽出风筒周围空气龄大,因为压入射流为冷新鲜风流,且射流速度大,空气更新速度快,而抽出风筒卷吸的是大量的污风,另外在抽出风筒口截面,下部区域空气龄大,也说明抽风筒卷吸大部分污染物浓度高的污风。另外在图5、图7中,在X=18 m附近的局部涡流区处,空气龄与温度并未明显增大,表明混合式通风下的局部涡流对空气质量影响不大。总之,空气龄大小形象地反映了作业空间气流组织与空气质量的关系。

4 结论

1) 在大断面巷道面积S=12 m2,L压=8 m,L抽=16 m,抽压风量比为2 ∶1的前压后抽混合式通风条件下,工作面风速0.15≤v≤4.0 m/s,温度t≤26 ℃,风筒布置和抽压风量配比合理。热环境数值模拟结果对矿井通风系统设计以及工程实践中风筒布置、抽压风量匹配等通风技术参数的确定有重要的指导意义。

2) 当送风温度低于工作面风流温度,在抽压风筒口位置和抽压风量配比合理的情况下,掘进工作面风流受风流连续性、热压、有限空间、压入风流射流和抽出风流卷吸汇流的共同作用,形成卷吸有效区、射流区、回流区和涡流区的流场结构。

3) 结合PMV—PPD和空气龄指标对独头巷道热环境进行数值预测与评价,综合考虑空气温度、相对湿度、流速、辐射温度、作业人员活动强度、衣着情况等多因素对气流组织、空气质量与人员热舒适的影响,热环境评价指标可用于通风效果的检验。

4) 作为进一步的研究,可模拟风筒口的相互位置和抽压风量配比等参数影响下的风流流场、粉尘分布以及煤巷掘进过程中瓦斯分布。

摘要：基于k—ε湍流模型,运用Airpak2.1软件模拟了周源山煤矿一混合式局部通风独头巷道的风流流场、流线、温度场、PMV—PPD、平均空气龄分布,研究结果表明,在大断面巷道面积S=12 m2,抽压风筒口距工作面距离L抽=16 m,L压=8 m,抽压风量比为2∶1的前压后抽混合式通风条件下,风筒布置和抽压风量配比合理,工作面风速0.15≤v≤4.0 m/s,温度t≤26℃;采用热舒适指标PMV—PPD和空气质量指标空气龄对热环境进行数值预测与评价,评价结果与现场调研有较好的一致性。

“矿井通风”组合式教学探索 篇5

“矿井通风”是采矿工程必修的一门专业课程,通过系统地阐述矿井通风的基础理论、基本规律、系统设计原理,矿井空气调节技术,以及国内外矿井通风工程技术方面的最新科技成果,学生掌握了矿井通风工程技术的基本理论和方法;掌握了通风设备的使用与选型计算,进行矿井通风设计与日常通风管理;掌握了常规通风参数的测试仪表与测试方法,为从事矿井通风及其他行业通风工程设计、安全生产技术管理及科学研究奠定基础。该课程实践性也较强,因此,在“矿井通风”课程教学中,要以课堂讲授为主,注意理论与生产实践相结合,多结合现场应用案例进行分析,培养学生应用所学知识分析、解决问题的能力,达到学以致用,学有所用,学用结合的目的。但是,教学过程中却发现,学生的听课和自主学习积极性不高,课程教学效果并不理想,这在毕业设计中的矿井通风系统设计部分反映最为充分。

教学是教师指导下的学生主动掌握知识、技能,发展智力与体力,并形成一定思想品德的过程。它具有复杂的结构体系。在这一结构体系中,教学方法则是其关键环节之一。教学论认为,教学方法作为无形的纽带,维系着教师的教和学生的学,并直接影响着教学水平能否提高和教育目的能否实现。在“矿井通风”课程教学中,合适与否的教学方法组合,同样决定着课程教学效果的优劣。因此,笔者采用设疑式教学法、研讨式教学法、自由探索式教学法、实验比对教学法、纸质“黑板报”自学辅助教学法和随堂测试法等组合式教学法,希望能够对提高矿井通风课程授课效果有帮助。

二、“矿井通风”教学方法的优化组合策略

(一)运用设疑式教学

“授人以鱼,只供一饭之需;教人以渔,终生受用无穷”,这句至理名言正在成为当代教学方法改革的座右铭[1]。笔者在“矿井通风”授课过程中,通过提出矿井通风需要解决的问题进行设疑,进而分析教学目标,把总目标细分成一个个的小目标,形成目标框架,并把每一个学习模块的内容细化填充到目标框架中,通过每个模块任务的完成来实现总学习目标的达成。课程绪论中,提出一系列问题。

1. 矿井通风的基本任务和达到的标准是什么?

2. 风流流动的根本原因是什么?

3. 风流在井巷流动过程中遇到的阻力是如何产生的,如何减少阻力?

4. 如何实现风流在矿井井巷内的定量和定向流动?

5.通风流动过程中,必定遵循什么样的客观规律?

6.如何实现矿井通风系统的优化设计和风量调节?

事实上,每个问题的解答就是一章完整的学习内容和模块,这些问题也就贯穿到整个课程的学习过程当中。通过设疑,学生可以明确自己的学习任务,在任务的驱动下进行自主探索和实践,逐步掌握和完成各部分内容的学习,最终完成总的学习目标。

在课程结束后,紧接着辅以“矿井通风”课程设计,使学生对上述问题的理解,在课程设计实践过程中加深体验,在获取知识与技能的过程中,获得成就感,通过相互协作,学会和掌握自主学习的方法,同时,也有助于教师了解学生领会、掌握和运用知识的程度。

(二)突出研讨式教学

研讨式教学模式是从实践中发展起来的一种新的课程形态,目的在于为学生提供思考问题和讨论问题的机会,在学习过程中创设一种有助于探索研究的开放的情景和途径,使学生围绕某一主题主动地搜索、选择、加工处理信息,并应用知识解决问题。它不仅能使学生增长知识、开阔视野,而且有助于学生综合能力的提高。

笔者在讲解《掘进安全技术装备系列化》一节内容时[2],尝试了采用研讨式教学模式,对教学相关内容进行了如下安排:首先进行设疑,提出“掘进工作面为何容易发生瓦斯爆炸事故”的问题;其次,组织讨论,原因分析,让学生了解了掘进工作面易发生瓦斯爆炸事故的特点,然后,给出瓦斯爆炸必须具备的条件,引导学生掌握分析掘进工作面瓦斯爆炸防治的基本思路和方向,根据瓦斯防治技术的改革方向(瓦斯防治的三个条件即为三个方向),要求学生分组并在课后收集、整理目前所采用的瓦斯爆炸防治技术,在课上各组共享成果;再次组织研讨;最后,引出和总结结论,掘进安全技术装备系列化是防治掘进工作面瓦斯、煤尘爆炸与火灾等灾害的行之有效的综合性安全技术措施,对于保障掘进工作面通风安全可靠性的重要意义,完成该部分内容的学习。通过这种教学方式,学生既提高了对掘进工作面瓦斯防治的认识,又掌握了掘进安全的保障技术,综合能力和安全素养也得以较大提升。

(三)强化自由探索式教学

显然,教学方法既包括教师的教法,也包括学生的学法,教学方法是教法和学法的统一体,学生学习方法对教学活动过程和教学任务的达成同样具有重要的影响。结合学生学法的思考,笔者同时采用了自由探索法。

笔者在完成《掘进安全技术装备系列化》部分的授课后,鼓励学生大胆探索,思考解决掘进工作面瓦斯防治难题的新思路。课后,就有学生通过逆向思维,提出了解决高瓦斯掘进工作面无氧通风的新思路,采用的基本原理和思考出发点是:通过调压气室,对掘进工作面形成封闭空间;通过封闭空间内氧气浓度,向封闭的掘进工作面内注入惰性气体,消除掘进工作面氧气达到支持瓦斯爆炸的基本条件,进而实现瓦斯爆炸的防治。同时,提出掘进工作面聚集高浓度瓦斯抽排利用的新方法。当然,自由探索式教学方法可能仅在某些学生身上有效果,也应该给学生大胆自由探索,勤于思考的精神以鼓励,笔者把奖励平时成绩满分的做法,作为对学生探索成果的肯定。

(四)采用实验比对教学

欧阳廷南认为,课程安排与学习环境若无法将理论讲授与自主分析充分结合,那么,易造成学生缺乏学习兴趣,以义务或敷衍了事之态度学习[3]。笔者亦有同感,并且在教学过程中发现,真正帮助学生掌握知识,提高知识认知和使用水平的,仍是实践环节。实践能力的培养要求教师能够将书本知识与现实生产需求联系起来,融会贯通,帮助学生感受书本知识学习的意义和作用,调动学习积极性,明确学习的责任和价值,增强学习兴趣和动机,变枯燥无味又必须完成的任务为乐在其中的有趣活动。比如,井巷摩擦阻力系数是影响矿井通风阻力计算的主要因素之一,现场测试的条件很难得以提供和满足,因此,实验室实验成为认识摩擦阻力系数重要性的关键实践环节。

目前,采矿工程专业学生一届多达300人,实验条件有限,传统的实践教学模式还无法突破,仍以课程理论的实验验证为主。常见做法是,实验准备教师预备好实验器材,实验教师在实验前讲解实验目的、方法、详细步骤和注意事项等,学生只需要对实验思路进行验证,并且,多数属于分组协助形式,以“摩擦阻力系数和局部阻力系数测定”实验为例,以测量风道断面积、压差读数、数据记录等功能划分为分组依据,每组人数为5人,分别负责测量和记录数据,通过实验后相互交换实验数据,完成实验内容。

通过考察学生的学习效果,发现学生对实验的理解并不理想,因此,笔者提出实验比对教学法,即在授课过程中,先设置“如何测算风道摩擦阻力系数”的问题,然后,结合真实的实验条件给学生以引导,让学生先行设计摩擦阻力系数测算方案,完成实验方案初步设计后,再允许学生参加真实实验,这样,实验室实验就变成了对学生设计方案的验证,通过对比学生设计的实验方案与实验教师给出的真实实验方案,提高了学生学习的积极性和主动性。因为,学生亲自验证自行设计方案的合理性,设计有付出,验证有收获,就愿意主动投入精力做好实验和对应内容的学习,所以,学习效果得到了进一步提高。

(五)应用“黑板报”自学辅助教学

为了激发学生的学习兴趣,扩展知识面,利用所学分析现实生活、工作中存在的类似问题,提高对矿井通风课程的兴趣,借鉴黑板报的形式,指导部分学生制作了“矿井通风”课外扩展阅读材料,免费发给学生扩展阅读,比如一通三防案例分析专栏,就引发了学生对事故的认识,增强了学生对生命的尊重意识,激发了学生学习的热情和责任感。同时,针对学生学习中的集中问题,采用触类旁通的方法,利用疑难解答、习题分析、案例设计和分析、自学园地等栏目,引导学生运用所学知识分析和寻求自我解答,该形式不仅调动了学生自主学习的积极性,帮助学生较好地掌握教学内容中的重点、疑难点,同时,学以致用,学有所有,还能帮助他们在学习中发挥主动性和创造性,自觉地培养自己的学习能力。

(六)开展随堂测试

传统教学以语言、文字为传递信息的主要媒介,现代化教学则把幻灯片、录音、录像、计算机仿真、三维动画、虚拟现实技术等等现代化科技设备和手段应用于教学,使得教学内容更加生动、形象、系统,更富有吸引力、直观性和科学性,也容易帮助学生充分理解知识体系中的难点。采矿工程属于工程学科,平面图绘制、看图识图的基本能力仍然是人才培养中的重点,比如采区通风系统中通风构筑物的合理布置,在通过视频、三维动画帮助学生认识风门、调节风窗、密闭等通风构筑物的功能、实体样式后,重要的是需要学生掌握在采区巷道及设备布置平面图中的合理位置设置通风构筑物,利用标准图例绘制通风构筑物的技能。为此,在内容讲解完成后,利用flash动画操作的方法,把采区通风构筑物合理布置的操作练习搬到了课堂上,当场验收学生对通风构筑物的理解、认识和掌握情况,同时,学生也自行检验了学习效果,激发了听课和自主学习的兴趣。

三、结论

学生是学习的主体,教师应致力于提高学生的学习兴趣,促进学生的自主学习和体验,让学生掌握探究、质疑、讨论、体验等不同的学习方式,使学生的学习成为在教师指导下主动的、富有个性的过程。“矿井通风”课程授课实践证明,通过课程内容的合理组织,采用设疑—启发—研讨—自由探索—实验比对—纸质“黑板报”—随堂测试等组合式教学方法,能够有助于激发学生自主学习和听课的兴趣,同时,对于培养学生发现问题、独立思考、分析问题、解决问题的综合能力和素质有较好的帮助。

参考文献

[1]冯慧娟.现代教学方法改革的趋势[J].卫生职业教育,2005,(21).

[2]张国枢.通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2011:7.

煤矿掘进的通风设施与通风技术 篇6

局部通风机体积较小, 效率较高, 噪声较低, 风量、风压可调, 并且坚固、防爆。目前, 国产的较新型的BKJ66-1型子午加速型系列局部通风机效率更高, 噪声较低 (与JBT系列相比低6~8 d B) 。其中BKJ66-1型No.4.5局部通风机性能数据见表1。

2 风筒

2.1 风筒种类。

风筒分刚性风筒和柔性风筒两大类, 常用的刚性风筒有铁风筒、玻璃钢风筒等。刚性风筒坚固耐用, 适合各种通风方式, 但体重大, 接头多, 体积大, 储存、搬运、安装都不方便;常用的柔性风筒有胶布风筒、塑料风筒等, 在巷道掘进中应用广泛, 具有轻便、安全、性能可靠等优点, 但易于划破, 只能用于压入式通风。常用风筒规格见表2。

2.2 风筒的接口。

柔性风筒的接头方式有插接、单返边接头、双返边接头、活三环多返边接头、螺圈接头等多种形式。插接方式最简单, 但蒲风大;单返边接头、双返边接头漏风小, 不易胀开, 但局部风阻较大;活三环多返边接头和螺固接头风阻小, 漏风小, 但拆装比较困难, 操作不是很方便。

2.3 风筒的阻力。

风筒的风阻是由摩擦风阻、局部风阻组成的, 其大小取决于风筒直径、接头方式、长度、负压和风筒的布置等因素。

2.4 风筒的漏风。

漏风与风筒种类、接头数量、方法和质量, 以及风筒的直径、风压等有关, 但更主要是与风筒的维护和管理密切相关。掘进工作面的通风效果与风筒出口风量的大小有关, 必须引起高度重视。

2.5 风筒的布置要求。

风筒末端到工作面的距离和出风口的风量必须满足作业规程规定, 一般压入式通风的出风口距工作面的距离为5m。风筒要吊挂平直, 逢环必挂, 环环吃力。

3 掘进通风设备的选择

选择掘进通风设备的程序是确定通风方式, 选择风筒, 计算风量, 计算通风阻力, 选择局部通风机。目前, 巷道掘进通风方式多采用压入式局部通风机通风。在风筒选择上, 要考虑通风方式、通风距离、通风机配置等方式。风筒直径选择主要取决于送风量与通风距离, 送风量大, 通风距离长, 风筒直径要选择大些。还要考虑巷道断面大小, 防止风筒无法布置或易被矿车划破。选择风筒时除要考虑技术上可行, 还必须考虑经济上合理。风筒直径大, 成本高, 但耗电量小, 对此应从实际出发综合考虑。现场经验表明, 通风矩离在200m以内时可选用直径为400mm的风筒, 通风距离为200m~600m时可选用直径为500mm的风筒, 通风距离在1000m以上时可选用直径为800mm~1000mm的风筒。

4 巷道通风管理

独头长距离压人式通风方式已在煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进中广泛应用。要加强通风管理工作就可提高通风效率, 实现单机独头长距离通风。独头长距离送风的关键是最大限度的保持风筒平、直、紧、稳, 减少漏风和降低阻力, 并保证通风机的正常运转。一般应做到以下几点:

(1) 防止和减少漏风。方法主要有减少接头、改进接头形式、消除针眼漏风、发现破口及时修补等。

(2) 降低通风阻力。方法主要有采用相同直径的风筒, 保证吊挂质量, 排除风筒内的积水, 采用大直径的风筒或双风筒并联供风等, 拐弯处应尽量使拐弯平缓或采用铁制弯头。

(3) 保证局部通风机的安全正常运转。必须注意电动机的保护, 实现局部通风机的风电闭锁, 增加局部通风机的消声装置等。安设消声器可以减少局部通风机运转时的噪声。

(4) 局部通风机的安装和使用。局部通风机的部件必须齐全, 螺栓要拧紧;应采用双回路或单独供电, 保证正常运转;为保证局部通风机最大风量和风压, 叶轮与外壳间隙要大于2mm, 否则应及时修理或更换;局部通风机要指定人员负责管理, 定期检查, 及时处理发现的问题。

摘要：针对煤矿掘进通风设施与通风技术, 本文主要阐述了掘进通风设施的局部通风机、风筒, 掘进通风设备的选择、巷道通风管理等技术问题。

关键词：掘进,通风设计,通风技术

参考文献

[1]本书编委会.煤矿通风能力核定实用指南[M].北京:煤炭工业出版社, 2006, 1.

[2]杨胜强, 唐敏康.矿山安全技术及管理[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2012, 1.

[3]郭奉贤.采矿生产技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2010, 11.

[4]张国枢.通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2004, 4.

混合式通风技术 篇7

1.1 我国矿井通风理论与技术研究主要进展

(1) 对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定。

(2) 建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法, 为风量计算方法提供了理论依据。

(3) 应用电子计算机计算和分析复杂通风网络, 为矿井通风系统分析提供了有效的方法。

(4) 射流通风理论与技术得到发展, 利用风流动压的方向性调节与控制风流的技术获得应用。

(5) 矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化, 建立起若干典型风流控制方案。

(6) 受控循环通风理论推动了空气净化装置的研制和污染源控制技术的发展。

(7) 深井热源、空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展, 初步形成矿内热力学理论体系。

(8) 开展了矿井通风系统优化与控制的人工智能技术研究。

(9) 开展了露天矿通风理论与技术的研究。

1.2 矿井通风节能技术研究的进展

(1) 多风机多级机站

多风机多级机站具有显著的优越性, 它既可提高矿井有效风量率, 又可节省电能消耗。我国自1983年开始该通风技术的试验研究以来, 先后有几十个大中型非煤矿井采用此技术, 改造原有的通风系统, 都取得了明显的社会效益和经济效益。所谓多风机多级机站, 即是由几级 (至少是二级以上) 风机站接力地将地表新风直接送到井下作业区, 将污风抽排到地表。其需风点的风量调节基本上由风机控制, 尽量避免用风窗调节, 以提高系统的可控性, 使矿井通风系统真正做到按需供风。多风机多级机站的一个显著特点是节能效果好。风机的功率与风量立方成正比。大型风机风量大、风压高、功率消耗大。多级机站采用机站间风机串联及机站内风机并联, 这样所选的风机风量小、风压低, 故功率也小;还可选用新型高效节能风机, 因此能耗低。

(2) 矿井通风系统分析

自然分风网络的优化研究迄今为止仍处于理论摸索阶段, 它的研究对矿并通风设计、计划和管理具有理论和实际的指导意义, 对节省能源、降低通风成本等产生直接影响, 是一个值得重视的研究领域。此外, 无论是控制分风网络优化, 还是自然分风网络优化, 其研究的出发点都是将矿井通风网络处理为静态阶段, 即只能就矿井某一时期的状态进行优化, 但实际上矿井生产是一个动态的、离散化的变化过程, 通风工作应根据生产的变化而不断进行调整, 即使在同一时期, 各需风点的风量和需风点数也是在变动的, 所以需要矿井通风能及时满足生产变化的要求, 发展矿井通风网络的动态优化理论。

2 矿井通风系统优化设计

矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一, 它不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资的多少, 而且对矿井投入生产后的生产面貌和技术、经济效益也有长远的影响, 因此矿井通风系统的优化设计问题, 一直是从事矿井通风工作的专业人员所关注的研究课题之一。近年来, 在这方面虽有不少研究成果, 但有关矿井通风系统优化设计方面还存在许多的问题没有解决, 有的还没有被涉及到。

2.1 设计支持系统的研制

矿井通风系统整体优化设计理论与方法的实现仍要以计算机为工具, 而在目前的计算机硬软件水平下, 建立自动设计系统是非常困难的, 因此矿井通风系统计算机软件的建立应以设计决策支持系统为主。

2.2 监测点的最优布局理论

随着采矿工业的发展, 矿床开采的规模越来越大, 矿井通风系统的规模也随之不断扩大复杂性随之提高, 尤其是多级机站通风系统的采用, 系统管理工作量越来越大。因此采用传统的凭人工经验对系统进行管理的方法越来越不能满足人们对其社会效益和经济效益的要求, 利用计算机和系统工程, 实现矿井通风系统的优化管理和自动监控, 使系统安全可靠经济运行势在必行。因此在系统的适当位置上, 安排一定数目的监测点, 提供必要的数量信息, 以反映系统的运行状态, 是计算机在线优化管理的一个重要环节。可见, 对开展矿井通风测量的监测点最优布局理论的研究是具有重要意义的。

结束语:随着社会的进步, 人类越来越重视不断改善自身的生存环境, 世界各国在矿井通风方面人力、物力的投入也不断加大, 在矿井通风方面也取得了不少成就, 但随着浅部矿产资源的日渐枯竭, 矿产资源开采向纵深发展是必然的趋势, 随着开采深度的增加, 矿井必将出现岩温增高、风路延长、阻力增大、风流压缩放热、风量调节困难、漏风突出、有毒有害物质和热湿排除受阻等问题。因此如何有效解决深部矿井的通风优化设计问题已迫在眉睫。

参考文献

[1]谢贤平, 赵梓成.矿井通风系统的优化及其模糊性[Z].1993 (3) .

[2]薛弈忠.高温深井通风设计的探讨[Z].

[3]冯兴隆, 陈日辉.国内外深井降温技术研究与发展[Z].

[4]王文, 王国君.矿井热害的治理[Z].

长大隧道通风技术 篇8

关键词：隧道,通风,技术

引言

施工通风直接影响隧道方案的选择、辅助坑道的设置、施工速度的快慢及工程费用, 因此隧道通风已成为设计和施工长大隧道时不可忽视的一环, 尤其是在以无轨运输为主的机械施工的长大隧道, 隧道通风方案的选择已成为隧道施工中的重中之重。在某铁路隧道的施工中积累了一点经验, 现介绍如下。

1 工程概况

某铁路隧道全长3878m, 为单线电气化铁路隧道, 隧道以Ⅱ级围岩为主, 有少量Ⅲ级围岩地段, 节理稍发育, 整个隧道全部属石灰岩地区。施工采用进、出口两个工作面, 进口区场地较开阔, 地形较平坦, 洞口距碴场距离较近, 相对成本低, 因此作为主要工作区, 计划掘进2500m;出口位于U型深谷的陡壁之上, 道路及场坪开辟困难, 弃碴场容量有限, 不易组织较大规模的生产, 计划掘进1378m。经过进行性比较, 结合企业现有设备情况, 项目采用了无轨运输方式。

2 隧道中的有害气体

2.1 炮烟中有害物质及其发生量。

爆破施工主要使用2#岩石硝铵炸药及少部分RJ-2乳胶炸药。产生的有害气体按单一炸药 (2#岩石硝铵炸药) 考虑, 一次爆破使用炸药达190kg, 产生有害气体初始浓度测定为CO:280~291mg/m3;NO2:16~17.9mg/m3。

2.2 柴油机排放有害物。

产生有害气体的机械设备:ITC/SCHAEFF隧道挖掘装载机1台;VOL-VO铰接自卸车2台, 太托拉2台, 三菱砼输送车1台, 根据经验数据及各类施工机械设备使用技术参数, 各种类型机械车辆排气中产生的有害气体浓度见下表1。

2.3 隧道内有害物质的允许标准。隧道内有害物质的允许标准见表2、表3。

3 隧道通风

3.1 通风量计算。

采用大型机械化作业施工的隧道, 出碴及砼输送作业均采用大型机械, 洞内施工人员大幅度减少, 作业人员所需风量已不起控制作用, 主要控制风量的是排出炮烟和柴油机废气所需的新鲜空气量, 所需风量可按排出炮烟、内燃机废气、洞内控制风速三方面考虑。

(1) 排出炮烟所需风量估算:Q= (5Gb-AL) /t

式中:Q—需要通风量, m3/min;

T—通风时间min取t=40min (掘进2500m时的通风时间) ;

G—同时爆破炸药量kg, 取G=190kg;

b—爆炸时有害气体生成量m3/kg, 取b=40m3/kg;

A—掘进断面积m2, 取A=45.28m2;

L—炮烟抛掷长度m, 取L=56m;

(2) 排出废气所需风量估算:Q=k∑Ni

式中:Q—无轨运输所需通风量m3/min;

k—功率通风计算系数, 取k=1.1;

i—内燃机械台数;N—各种内燃机械的额定功率, KW (见表4) ;

(3) 最小风率计算:Q=v A

式中:Q—需要通风量m3/min;

v—允许最低风速m/min, 取v=9m/min;

A—掘进断面积, 取A=45.28m2;

由通风量计算结果表明, 排出内燃机废气是隧道通风的控制指标。

3.2 通风设备选配

(1) 通风机。根据以往的施工经验, 我们对国产的通风设备的选配做了详细调查, 通过比选, 选用西安交大咸阳风机厂生产的SD-1No10A型与SDDY1100No11A型隧道通风机, 该机采用先进的三元优化设计、弯掠组合正交扭曲叶片、子午加速型流道, 具有气体流动性好、效率高、送风距离远、噪音低、安装运输方便等优点。其主要性能参数及性能曲线见表5。

根据排出内燃机废气所需风量Q=1154m3/min可选定通风机由1台SDDY型风机与1台SD-1型风机组合串联, 即在前1500m采用一台SDDY型, 在后1000m采用串联一台SD-1型通风机的通风方式。

(2) 风管。风管根据通风机来选定。在干溪沟隧道中为有效地提高供风距离和考虑风机、风管匹配选用柔性风管, 管径为Φ1500mm混合胶布柔性风管, 采用拉链扣式链接, 接头牢固严密, 不易泄露, 为减小接头漏风量和接头局部阻力采用气密性高无针孔20m长风管。

3.3 通风设备布置。

出口工区初期阶段掘进1500m后, 采用一台隧道通风机, 该机电功率为55×2KW, 具体性能见表6。

爆破后30min, 离开挖面30~70m范围内炮烟浓密, 持续通风, 运碴1.2~1.5h后掌子面附近100m范围内烟尘渐弱, 但在400~600m范围内聚集大量废气及烟尘, 尤其在衬砌台车附近烟尘聚集更明显。证明此时选用1台设备不能满足通风需要, 为解决长距离低消耗通风改用西安交大咸阳风机厂生产的SD-1No10A与SDDY-1000型隧

道通风机串联。

4 通风效果

进口掘进500m, 放炮后通风5min工人可进入工作面;掘进1000m, 通风15min便可进入工作面, 且隧道中部没有明显烟雾和灰尘;掘进2500m时, 通风40min便可进入工作面工作, 但隧道中部1000~1800m处烟尘稍大。

5 经验体会

(1) 施工通风对改善隧道内工作环境及提高工作效率起着至关重要的作用, 在长大隧道施工中, 尤其采用了无轨运输的情况下, 选用大功率、大直径、高效能通风机是关键。

(2) 防漏降阻是实现长距离通风关键, 风管漏风量与安装通风管质量、风管阻力有很大关系, 相同距离的两段风管其漏风率有很大差异。由此可见选择通风设备时, 不仅要考虑设备的供风量, 还要根据通风的长度考虑适当的风压。风压太小, 送风距离达不到要求, 风压太大, 风阻便增大, 风管容易破损, 增加漏风系数。风管的选择原则是在施工空间允许的条件下尽可能选择较大直径的和每节长度较长的风管, 以降低风阻和减少风管接头, 同时提高挂设质量, 保证送风通畅。

(3) 压入式通风方式操作简单方便, 掌子面空气质量较好, 但整个隧道空气稍差, 适合于短隧道无轨运输和中长隧道有轨运输。

参考文献

[1]铁路工程设计技术手册隧道[M].北京:人民铁道出版社, 1978.