《礦井通風(fēng)安全學(xué)》考試試卷

　　一、簡(jiǎn)述題(每題3分，共18分)

　　1、CO有哪些性質(zhì)?礦井空氣中CO的主要來(lái)源?

　　答：CO是一種無(wú)色、無(wú)味的、無(wú)臭的氣體，相對(duì)密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。CO能燃燒，當(dāng)空氣中CO濃度

　　在13%~75%有爆炸的危險(xiǎn)。CO進(jìn)入人體后，首先與血液中的血紅素相結(jié)合，因而減少了血紅素與氧結(jié)合的機(jī)會(huì)，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。

　　礦井空氣中CO的主要來(lái)源：井下爆破;礦井火災(zāi);煤炭自燃以及煤塵、瓦斯爆炸事故等。

　　2、簡(jiǎn)要說(shuō)明決定礦井通風(fēng)阻力大小的因素有哪些?

　　答：摩擦阻力系數(shù)α;井巷斷面;井巷周長(zhǎng);巷道長(zhǎng)度;巷道內(nèi)風(fēng)量是否過(guò)于集中、避免巷道突然擴(kuò)大或縮小、直角拐彎等因素。

　　3、礦井局部風(fēng)量調(diào)節(jié)的方法有哪些?

　　答：(1) 增阻調(diào)節(jié)法

　　(2) 減阻調(diào)節(jié)法

　　(3) 增能調(diào)節(jié)法

　　4、簡(jiǎn)述礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類(lèi)型及其適用條件?

　　答：通風(fēng)系統(tǒng)可以分為中央式、對(duì)角式、區(qū)域式及混合式。

　　中央式分為中央并列式和中央邊界式。

　　中央并列式適用條件：適用于煤層傾角大，埋藏深，井田走向長(zhǎng)度小于4KM，瓦斯與自然發(fā)火都不嚴(yán)重的礦井。

　　中央邊界式適用條件：適用于煤層傾角較小，埋藏較淺，井田走向長(zhǎng)度不大，瓦斯與自然發(fā)火比較嚴(yán)重的礦井。

　　對(duì)角式分為兩翼對(duì)角式和分區(qū)對(duì)角式。

　　兩翼對(duì)角式適用條件：煤層走向大于4KM，井型較大，瓦斯與自然發(fā)火嚴(yán)重的礦井;或低瓦斯礦井，煤層走向較長(zhǎng)，產(chǎn)量較大的礦井。

　　分區(qū)對(duì)角式適用條件：煤層埋藏淺，或因地表高低起伏較大，無(wú)法開(kāi)掘總回風(fēng)巷。

　　區(qū)域式適用條件：井田面積大、儲(chǔ)量豐富或瓦斯含量大的大型礦井。

　　混合式適用條件：井田范圍大，地質(zhì)和地面地形復(fù)雜;或產(chǎn)量大，瓦斯涌出量大的礦井。

　　5、影響礦井瓦斯涌出的因素有哪些?

　　答： 影響礦井瓦斯涌出的因素如下：

　　(1) 自然因素：①煤層和圍巖的瓦斯含量;②地面大氣壓變化

　　(2) 開(kāi)采技術(shù)因素：①開(kāi)采規(guī)模;②開(kāi)采順序與回采方法;③生產(chǎn)工藝;④風(fēng)量變化;⑤采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng);⑥采空區(qū)的密閉質(zhì)量

　　6、煤炭自燃要具備哪些條件?

　　答：煤炭自燃的必要充分條件是：

　　(1)有自燃傾向性的煤被開(kāi)采后呈破碎狀態(tài)。

　　(2)有較好的蓄熱條件。

　　(3)有適量的通風(fēng)供氧，通風(fēng)是維持較高氧濃度的必要條件，是保證氧化反應(yīng)自動(dòng)加速的前提;實(shí)驗(yàn)表明，氧濃度〉15%時(shí)，煤炭氧化方可較快進(jìn)行。

　　(4)上述三個(gè)條件共存的時(shí)間大于煤的自燃發(fā)火期。

　　上述四個(gè)條件缺一不可，前三個(gè)條件是煤炭自燃的必要條件，最后一個(gè)條件是充分條件。。

　　二、計(jì)算題(1題15分、2題20分，3題15分、共50分)

　　1、(15分) 用精密氣壓計(jì)測(cè)得A、B管道外的大氣壓力為101325Pa，1號(hào)水柱計(jì)hs=1764Pa，4號(hào)水柱計(jì)讀數(shù)hs=1666 Pa，速壓為196Pa，請(qǐng)問(wèn)：

　　(1) 判斷A、B兩管道的通風(fēng)方式，標(biāo)出風(fēng)機(jī)位置、風(fēng)流方向、皮托管正、負(fù)端;

　　(2) 判斷各水柱計(jì)測(cè)得是何壓力?未知的水柱計(jì)讀數(shù)，并在圖中標(biāo)出各液面的位置?

　　(3) 求A、B管道內(nèi)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)靜壓?

　　圖1

　　答：

　　(1) A管道的通風(fēng)方式為抽出式通風(fēng)(1分);B管道的通風(fēng)方式為壓入式通風(fēng)(1分)。

　　A、B管道的風(fēng)機(jī)位置(1分)、風(fēng)流方向(1分)、皮托管正、負(fù)端(1分)、各液面的位置(2分)如圖所示：

　　(2) 1管測(cè)量的是相對(duì)靜壓;2管測(cè)量的是動(dòng)壓;3管測(cè)量的是相對(duì)全壓;

　　4管測(cè)量的是相對(duì)靜壓;5管測(cè)量的是動(dòng)壓;6管測(cè)量的是相對(duì)全壓。(每個(gè)0.5分)

　　由 得

　　2管水柱計(jì)讀數(shù)為196Pa;3管水柱計(jì)讀數(shù)為1568Pa;(1.5分)

　　5管水柱計(jì)讀數(shù)為196Pa;6管水柱計(jì)讀數(shù)為1862Pa。(1.5分)

　　(3) A管道內(nèi)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)靜壓 (1分)

　　B管道內(nèi)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)靜壓 (1分)

　　2、(20分)某抽出式通風(fēng)礦井如圖2所示，進(jìn)風(fēng)井口標(biāo)高為+90m，出風(fēng)井口標(biāo)高為+175m，兩井筒井底標(biāo)高同為-450m。地面空氣平均密度ρ0=1.11Kg/m3，進(jìn)風(fēng)井空氣平均密度

　　ρ12=1.19Kg/m3，回風(fēng)井空氣平均密度ρ34=1.23Kg/m3，風(fēng)峒中斷面4空氣的密度

　　ρ4=1.21Kg/m3。風(fēng)峒斷面積9.6m2，通過(guò)的風(fēng)量137m3/s，通風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)的讀數(shù)為2870Pa。求：

　　(1)礦井自然風(fēng)壓HN。說(shuō)明是幫助還是阻礙主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)?

　　(2)礦井的通風(fēng)阻力hR14

　　(3)礦井等級(jí)孔

　　(4)通風(fēng)機(jī)的靜壓Hs;設(shè)擴(kuò)散器阻力HRd=25Pa，擴(kuò)散器出口動(dòng)壓Hvd=47Pa，通風(fēng)機(jī)的全壓Ht是多少?

　　(5)主要通風(fēng)機(jī)靜壓輸出功率。

　　答：

　　(1) 礦井自然風(fēng)壓

　　由計(jì)算得知，HN阻礙通風(fēng)。

　　(2) 礦井通風(fēng)阻力

　　(2.5分)

　　礦井的通風(fēng)阻力 (2.5分)

　　(3) 礦井的等積孔

　　(4) 通風(fēng)機(jī)全壓

　　(5) 主要通風(fēng)機(jī)靜壓輸出功率

　　3、(15分)某礦通風(fēng)系統(tǒng)如圖3所示，各進(jìn)風(fēng)井口標(biāo)高相同，每條井巷的風(fēng)阻分別為，R1=0.33，R2=0.2，R3=0.1，R4=0.12，R5=0.1，單位為N2s/m8。礦井進(jìn)風(fēng)量為100m3/s。計(jì)算：

　　1、畫(huà)出礦井的網(wǎng)絡(luò)圖。

　　2、每條風(fēng)路的自然分配風(fēng)量;

　　3、礦井的總風(fēng)阻。

　　圖3

　　答：(1) 礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖4所示

　　圖4

　　(2) 由題意得并聯(lián)風(fēng)路R2、R3的風(fēng)阻值 N2s/m8

　　支路4與并聯(lián)風(fēng)路23串聯(lián)，所以其風(fēng)阻值為 N2s/m8

　　左邊支路與之路1構(gòu)成并聯(lián)風(fēng)路，

　　并聯(lián)風(fēng)路的風(fēng)阻值 N2s/m8

　　支路1的風(fēng)量 m3/s

　　左邊支路的風(fēng)量Q左=100-40.59=59.41 m3/s，即Q4=59.41 m3/s

　　支路2的風(fēng)量 m3/s

　　支路3的風(fēng)量Q3= Q左- Q2=59.41-24.50=34.91m3/s

　　支路5的風(fēng)量Q5=100 m3/s

　　(3) 礦井的總風(fēng)阻 N2s/m8

　　三、論述題(1題6分，2題8分，3題8分、4題10分，共32分)

　　1、比較掘進(jìn)工作面壓入式和抽出式通風(fēng)方式的優(yōu)、缺點(diǎn)?

　　答：1) 壓入式通風(fēng)時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)及其附屬電氣設(shè)備均布置在新鮮風(fēng)流中，污風(fēng)不通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)，安全性好;而抽出式通風(fēng)時(shí)，含瓦斯的污風(fēng)通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)，若局部通風(fēng)機(jī)不具備防爆性能，則非常危險(xiǎn);

　　2) 壓入式通風(fēng)風(fēng)筒出口風(fēng)速和有效射程均較大，可防止瓦斯層狀積聚，且因風(fēng)速較大而提高散熱效果;抽出式通風(fēng)有效吸程小，掘進(jìn)施工中難以保證風(fēng)筒吸入口到工作面的距離在有效吸程之內(nèi)。與壓入式通風(fēng)相比，抽出式風(fēng)量小，工作面排污風(fēng)所需時(shí)間長(zhǎng)、速度慢;

　　3) 壓入式通風(fēng)時(shí)，掘進(jìn)巷道涌出的瓦斯向遠(yuǎn)離工作面方向排走，而用抽出式通風(fēng)時(shí),巷道壁面涌出的瓦斯隨風(fēng)流向工作面，安全性較差;

　　4) 抽出式通風(fēng)時(shí)，新鮮風(fēng)流沿巷道進(jìn)向工作面，整個(gè)井巷空氣清新，勞動(dòng)環(huán)境好;而壓入式通風(fēng)時(shí)，污風(fēng)沿巷道緩慢排出，當(dāng)掘進(jìn)巷道越長(zhǎng)，排污風(fēng)速度越慢，受污染時(shí)間越久;

　　5) 壓入式通風(fēng)可用柔性風(fēng)筒，其成本低、重量輕，便于運(yùn)輸，而抽出式通風(fēng)的風(fēng)筒承受負(fù)壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，成本高，重量大，運(yùn)輸不便。

　　2、煤塵爆炸的條件，特征?瓦斯、煤塵爆炸有何不同?

　　答：煤塵爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)條件：煤塵本身具有爆炸性;煤塵必須懸浮于空氣中，并達(dá)到一定的濃度;存在能引燃煤塵爆炸的高溫?zé)嵩础?/p>

　　1) 煤塵的爆炸性

　　煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸危險(xiǎn)性必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。

　　2) 懸浮煤塵的濃度

　　井下空氣中只有懸浮的煤塵達(dá)到一定濃度時(shí)，才可能引起爆炸，單位體積中能夠發(fā)生煤塵爆炸的最低和最高煤塵量稱(chēng)為下限和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會(huì)發(fā)生爆炸。煤塵爆炸的濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類(lèi)和溫度及試驗(yàn)條件等有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，煤塵爆炸的下限濃度為30～50g/m3，上限濃度為1000～2000g/m3。其中爆炸力最強(qiáng)的濃度范圍為300～500g/m3。

　　3) 引燃煤塵爆炸的高溫?zé)嵩?/p>

　　煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵性質(zhì)、濃度及試驗(yàn)條件的不同而變化。我國(guó)煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃。煤塵爆炸的最小點(diǎn)火能為4.5～40mj。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達(dá)到，

　　特征：

　　(1) 形成高溫、高壓、沖擊波煤塵爆炸火焰溫度為1600～1900℃，爆源的溫度達(dá)到2000℃以上，這是煤塵爆炸得以自動(dòng)傳播的條件之一。在礦井條件下煤塵爆炸的平均理論壓力為736KPa，但爆炸壓力隨著離開(kāi)爆源距離的延長(zhǎng)而跳躍式增大。爆炸過(guò)程中如遇障礙物，壓力將進(jìn)一步增加，尤其是連續(xù)爆炸時(shí)，后一次爆炸的理論壓力將是前一次的5～7倍。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達(dá)1120m/s，沖擊波速度為2340m/s

　　(2) 煤塵爆炸具有連續(xù)性

　　(3) 煤塵爆炸的感應(yīng)期煤塵爆炸也有一個(gè)感應(yīng)期，即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃?xì)怏w形成爆炸所需的時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn)，煤塵爆炸的感應(yīng)期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般為40～280ms，揮發(fā)分越高，感應(yīng)期越短。

　　(4) 揮發(fā)分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時(shí)，參與反應(yīng)的揮發(fā)分約占煤塵揮發(fā)分含量的40%～70%，致使煤塵揮發(fā)分減少。

　　(5) 產(chǎn)生大量的CO煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生的CO，在災(zāi)區(qū)氣體中的濃度可達(dá)2%～3%，甚至高達(dá)8%左右。爆炸事故中受害者的大多數(shù)(70%～80%)是由于CO中毒造成的。

　　不同：看是否形成“粘焦”現(xiàn)象，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。

　　3、均壓防火的實(shí)質(zhì)是什么?試述利用風(fēng)壓調(diào)節(jié)法防火的具體措施?

　　答：均壓防滅火的實(shí)質(zhì)是利用風(fēng)窗、風(fēng)機(jī)、調(diào)壓氣室和連通管等調(diào)壓設(shè)施，改變漏風(fēng)區(qū)域的壓力分布，降低漏風(fēng)壓差，減少漏風(fēng)，從而達(dá)到抑制遺煤自燃、惰化火區(qū)，或熄滅火源的目的。

　　具體措施：調(diào)節(jié)風(fēng)窗調(diào)壓;風(fēng)機(jī)調(diào)壓;風(fēng)窗-風(fēng)機(jī)聯(lián)合調(diào)壓;調(diào)壓氣室-連通管調(diào)壓。

　　4、試述瓦斯爆炸的過(guò)程及其危害?瓦斯爆炸的基本條件?防止采煤工作面上隅角瓦斯積聚的主要措施?

　　答：瓦斯爆炸的過(guò)程：瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫?zé)嵩吹淖饔孟掳l(fā)生激烈氧化反應(yīng)的過(guò)程。

　　最終的化學(xué)反應(yīng)式為：CH4+2O2=CO2+2H2O

　　如果O2不足，反應(yīng)的最終式為：CH4+O2=CO+H2+H2O

　　礦井瓦斯爆炸是一種熱-鏈反應(yīng)過(guò)程(也稱(chēng)連鎖反應(yīng))。

　　礦內(nèi)瓦斯爆炸的危害是：高溫、沖擊波和有害氣體。

　　瓦斯爆炸的三個(gè)基本條件：瓦斯?jié)舛仍诒ǚ秶鷥?nèi)，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5～6%，上限為14～16%;氧氣濃度大于12%;高于最低點(diǎn)燃能量的熱源存在的時(shí)間大于瓦斯的引火感應(yīng)期。

　　防止采煤工作面上隅角瓦斯積聚的主要措施：

　?、?迫使一部份風(fēng)流流經(jīng)工作面上隅角，將該處積存的瓦斯沖淡排出。

　?、?全負(fù)壓引排法。

　?、?上隅角排放瓦斯。