矿井通风习题课(习题解)

2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)1矿井通风习题解主讲:王文才教授内蒙古科技大学2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)2教育部高等学校地矿学科教学指导委员会采矿工程专业规划教材矿井通风与空气调节[主编]：吴超[副主编]：王文才，王海宁，王从陆本教材从内容到形式是现有一百多种矿井通风类图书中最好的封面设计有深刻的科学内涵和艺术美感页面设计新颖，图表排版饱满2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)3矿井通风习题解针对《矿井通风与空气调节》（主编：吴超，中南大学出版社）教材中的习题进行讲解。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)4《矿井通风》习题解示例：⊙—布置作业2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)5第一章矿井空气⊙（1）矿内空气的主要成分是什么？答：O2、N2和CO2。⊙（2）新鲜空气进入矿井后，受到矿内作业影响，气体成分有哪些变化？答：地面新鲜空气进入矿井后，由于物质氧化、分解和其他气体与矿尘的混入，成分发生变化，O2减少，CO2增加，混入的有毒有害气体通常有CH4、CO2、CO、H2S、NO2、SO2、H2等，井下有内燃设备的还有内燃机的废气，开采含U（铀）、Th（钍）等伴生元素的金属矿床时，还将混入放射性气体Rn（氡）及其子体（RaA~RaD），开采汞、砷的矿井还有可能混入Hg和As的蒸气。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)6第一章矿井空气⊙（5）供人员呼吸及其他需要所消耗的氧气量可折算成每人30L/min，求每人所需新鲜空气量为多少?解：矿井新鲜空气含O2量不低于20%，则所需新鲜空气量为：（L/min）150%20302020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)7第一章矿井空气⊙（6）由于矿井中人员呼吸及其它作业产生的CO2量为5.52m3/min。求稀释CO2到允许浓度所需的风量。解：我国“地下矿通风规范”规定，有人工作或可能到达的井巷，CO2浓度不得大于0.5%。设所需风量为xm3/min，因新鲜空气含CO2量为0.04%，则x=1200（m3/min）%5.052.5%04.0xx2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)8第一章矿井空气⊙（9）说明井下氡的来源。答：①矿岩壁析出的氡；②爆下矿石析出的氡；③地下水析出的氡；④地面空气中的氡随入风风流进入井下，这决定于所处地区的自然本底浓度。一般来说，它在数量上是极微小的，可忽略不计。以上是矿井空气中氡的来源，在一些老矿山，由于开采面积较大，崩落区多，采空区中积累的氡有时也会成为氡的主要来源。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)9第一章矿井空气⊙（10）什么叫矿尘？空气含尘量如何表示？卫生标准是什么？答：矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种矿、岩微粒的总称。生产性粉尘的允许浓度，目前各国多以质量法表示，即规定每m3空气中不超过若干mg。我国规定，含游离SiO210%以上的粉尘，每m3空气不得超过2mg。一般粉尘不得超过10mg/m3。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)10第一章矿井空气⊙（14）为什么要创造良好的矿井气候条件？常用矿井气候条件舒适度的指标是什么？答：温度低时，对流与辐射散热太强，人易感冒。温度适中，人就感到舒适。如超过25℃时，对流与辐射大为减弱，汗蒸发散热加强。气温达37℃时，对流与辐射散热停止，唯一散热方式是汗液蒸发。温度超过37℃时，人将从空气中吸热，而感到烦闷，有时会引起中暑。因此矿井内气温不宜过高或过低。矿井通风作业面的温度不超过28℃为宜。散热条件的好坏与空气的温度、湿度和风速有关。气候条件是温度、湿度和风速三者的综合作用结果。答：常用矿井气候条件舒适度的指标有：①干球温度；②湿球温度；③等效温度；④同感温度；⑤卡他度；⑥热应力指数（HSI）。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)11第一章矿井空气⊙（15）卡他度高，人感到热还是冷？为什么？答：卡他度高，人感到冷。这时候因为卡他度高，说明环境散热好。⊙（17）用湿卡他计测定某矿井气候条件，当湿卡他计由38℃冷却到35℃时，所需的时间t=23(s)，湿卡他计的常数F=508。问此种大气条件可适合何种程度的劳动?解：，适合于轻微劳动。09.2223508tFH2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)12第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（2）何谓大气压力？何谓静压、动压和全压？它各有什么特性？答：大气压力是地面静止空气的静压力，它等于单位面积上空气柱的重力。空气的静压是气体分子间的压力或气体分子对容器壁所施加的压力。空气的静压在各个方向上均相等。根据量度空气静压大小所选择的基准不同，有绝对压力和相对压力之分。绝对静压是以真空状态绝对零压为比较基准的静压，即以零压力为起点表示的静压。绝对静压恒为正值，记为P0。答：相对静压是以当地大气压力(绝对静压)P0为比较基准的静压，即绝对静压与大气压力P0之差。如果容器或井巷中某点的绝对静压大于大气压力P0，则称正压，反之叫做负压。相对静压(用Hs表示)随选择的基准P0变化而变化。动压因空气运动而产生，它恒为正值并具有方向性。当风流速度为v(m/s)，单位体积空气的质量为ρ(kg/m3)，则某点风流的动压为Hv＝ρv2/2（Pa）。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)13第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（2）何谓大气压力？何谓静压、动压和全压？它各有什么特性？答：风流的全压即该点静压和动压之和。当静压用绝对压力Ps表示时，叠加后风流的压力为绝对全压Pt。绝对全压等于绝对静压与动压Hv之和，即；如果静压用相对压力Hs表示时，叠加后风流的压力就是相对全压Ht。相对全压等于相对静压与动压Hv的代数和，即Ht=Hs+Hv。抽出式通风风流中的Ht和Hs均为负值，压入式通风风流中的Ht为正值，Hs有时为正有时为负。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)14第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（3）空气压力单位mmH2O，Pa，mmHg如何换算？答：1mmH2O=9.8Pa，1个标准大气压=760mmHg=10336mmH2O=101.3kPa。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)15第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（4）已知大气压力p=101325(Pa)，相对湿度φ=80％，温度t=30℃，求湿空气的d、psh、ρjs和i。解：温度t=30℃时,查得饱和水蒸气分压ps=4244（Pa）湿空气中水蒸气分压psh=φps=80%×4244=3395.2(Pa)含湿量(kg/kg)密度==1.15(kg/m3)湿空气焓=(1.01+1.85×0.0216)×30+2501×0.216=85.82(kJ/kg)0.3780.003484(1)273SPPtP)1013254244%80378.01(30273101325003484.0(1.011.85)2501idtd0216.02.33951013252.3395622.0622.0shshpppd2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)16第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（5）冬季进风温度+5℃，相对湿度80%，大气压力101.3kPa，进入矿井后，空气温度增至+15℃，大气压力基本不变。若空气的含湿量不变，求矿内空气的相对湿度?解：含湿量，因d1=d2，所以解得=40.94%ssshshppppppd622.0622.022221111sssspppppp)(112211112sssssppppppp温度t=+5℃时,查得饱和水蒸气分压ps1=872（Pa）温度t=+15℃时,查得饱和水蒸气分压ps2=1704(Pa)湿空气中水蒸气的分压psh=φps2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)17第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（7）已知某矿内空气压力p=103958Pa，空气温度t=17℃，空气的相对湿度60%，求空气的密度。解：温度t=17℃时,查得饱和水蒸气分压ps=1937(Pa)密度==1.24（kg/m3）0.3780.003484(1)273SPPtP)1039581937%60378.01(17273103958003484.02020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)18第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（8）某矿井总进风量Q=2500(m3/min)，地表大气压力为101.3(kPa)，进风温度t1=+5℃，空气相对湿度φ1=70%，空气密度ρ=1.267(kg/m3)。矿井排风井口气温t2=20℃，相对湿度φ2=90%，求每昼夜风流由矿井中带走的水蒸气量。解：温度t1=+5℃时,查得饱和绝对湿度gjb1=6.8(g/m3)，绝对湿度gjs1=φ1gjb1=70%×6.8=4.76（g/m3）温度t2=+20℃时,查得饱和绝对湿度gjb2=17.2(g/m3)，绝对湿度gjs2=φ1gjb2=90%×17.2=15.48（g/m3）每昼夜风流由矿井中带走的水蒸气量为：2500×24×60×(15.48-4.76)/1000000=38.592（t）2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)19第二章矿井风流的基本特性及其测定⊙（12）用皮托管和U型管压差计测得几种通风管道中压力的结果分别如图2-26所示。问静压、动压和全压各为多少？并判断其通风方式。解：（a）Hs=-10，Ht=15，Hv=15-(-10)=25；Ht=150，压入式通风。（b）Hv=15，Ht=20，；Ht=200，压入式通风，Hs=20-15=52020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)20第二章矿井风流的基本特性及其测定解：（c）│Hs│=20，│Ht│=10，Ht=0，抽出式通风，│Hv│=20-10)=10（d）Hs=30，Ht=40，Ht=400，压入式通风，Hv=40-30=102020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)21第三章矿井风流流动的能量方程及其应用解：ρ2=1.25kg/m3=1.15kg/m3,所以水柱计右边水面高。其读数为：(Pa)gHgHHn122.19620081.915.120081.925.1⊙（1）如图所示矿井,把左侧进口封闭后引出一胶管与水柱计连接。若左侧井内空气平均密度ρ1=1.15kg/m3,右侧井内空气平均密度ρ2=1.25kg/m3。试问水柱计哪边水面高？读数是多少？2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)22第三章矿井风流流动的能量方程及其应用解：=101324.72-101724.69+1.2×22÷2-1.2×1.672÷2+1.2×9.81×50=189.36(Pa)gZvvpph2222212121⊙（2）如图,某倾斜巷道面积S1=5m2,S2=6m2,两断面垂直高差50m,通过风量600m3/min,巷道内空气平均密度为1.2kg/m3,1、2两断面处的绝对静压分别为760mmHg与763mmHg(1mmHg=133.322Pa)。求该段巷道的通风阻力。2020/5/19内蒙古科技大学王文才(教授)23第三章矿井风流流动的能量方程及其应用解：=101324.72-101724.69+1.2×22÷2-1.2×1.672÷2+1.2×9.81×50=189.36(Pa)gZvvpph2222212121p1=760×133.322=101324.72(Pa)p2=763×133.322=101724.69(Pa)v1=Q/60/S1=600/60/5=2（m/s）v2=Q/60/S2=600/60/6=5/3=1.67(m/s)风流方向1→2。2020/5/19