《礦井通風安全學》考試試卷
一、簡述題(每題3分，共18分)
1、CO有哪些性質?礦井空氣中CO的主要來源?
答：CO是一種無色、無味的、無臭的氣體，相對密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。CO能燃燒，當空氣中CO濃度
在13%~75%有爆炸的危險。CO進入人體后，首先與血液中的血紅素相結合，因而減少了血紅素與氧結合的機會，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的主要來源：井下爆破;礦井火災;煤炭自燃以及煤塵、瓦斯爆炸事故等。
2、簡要說明決定礦井通風阻力大小的因素有哪些?
答：摩擦阻力系數α;井巷斷面;井巷周長;巷道長度;巷道內風量是否過于集中、避免巷道突然擴大或縮小、直角拐彎等因素。
3、礦井局部風量調節的方法有哪些?
答：(1) 增阻調節法
(2) 減阻調節法
(3) 增能調節法
4、簡述礦井通風系統的類型及其適用條件?
答：通風系統可以分為中央式、對角式、區域式及混合式。
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，井田走向長度小于4KM，瓦斯與自然發火都不嚴重的礦井。
中央邊界式適用條件：適用于煤層傾角較小，埋藏較淺，井田走向長度不大，瓦斯與自然發火比較嚴重的礦井。
對角式分為兩翼對角式和分區對角式。
兩翼對角式適用條件：煤層走向大于4KM，井型較大，瓦斯與自然發火嚴重的礦井;或低瓦斯礦井，煤層走向較長，產量較大的礦井。
分區對角式適用條件：煤層埋藏淺，或因地表高低起伏較大，無法開掘總回風巷。
區域式適用條件：井田面積大、儲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，地質和地面地形復雜;或產量大，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) 開采技術因素：①開采規模;②開采順序與回采方法;③生產工藝;④風量變化;⑤采區通風系統;⑥采空區的密閉質量
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采后呈破碎狀態。
(2)有較好的蓄熱條件。
(3)有適量的通風供氧，通風是維持較高氧濃度的必要條件，是保證氧化反應自動加速的前提;實驗表明，氧濃度〉15%時，煤炭氧化方可較快進行。
(4)上述三個條件共存的時間大于煤的自燃發火期。
上述四個條件缺一不可，前三個條件是煤炭自燃的必要條件，最后一個條件是充分條件。。
二、計算題(1題15分、2題20分，3題15分、共50分)
1、(15分) 用精密氣壓計測得A、B管道外的大氣壓力為101325Pa，1號水柱計hs=1764Pa，4號水柱計讀數hs=1666 Pa，速壓為196Pa，請問：
(1) 判斷A、B兩管道的通風方式，標出風機位置、風流方向、皮托管正、負端;
(2) 判斷各水柱計測得是何壓力?未知的水柱計讀數，并在圖中標出各液面的位置?
(3) 求A、B管道內測點的絕對靜壓?
圖1
答：
(1) A管道的通風方式為抽出式通風(1分);B管道的通風方式為壓入式通風(1分)。
A、B管道的風機位置(1分)、風流方向(1分)、皮托管正、負端(1分)、各液面的位置(2分)如圖所示：
(2) 1管測量的是相對靜壓;2管測量的是動壓;3管測量的是相對全壓;
4管測量的是相對靜壓;5管測量的是動壓;6管測量的是相對全壓。(每個0.5分)
由 得
2管水柱計讀數為196Pa;3管水柱計讀數為1568Pa;(1.5分)
5管水柱計讀數為196Pa;6管水柱計讀數為1862Pa。(1.5分)
(3) A管道內測點的絕對靜壓 (1分)
B管道內測點的絕對靜壓 (1分)
2、(20分)某抽出式通風礦井如圖2所示，進風井口標高為+90m，出風井口標高為+175m，兩井筒井底標高同為-450m。地面空氣平均密度ρ0=1.11Kg/m3，進風井空氣平均密度
ρ12=1.19Kg/m3，回風井空氣平均密度ρ34=1.23Kg/m3，風峒中斷面4空氣的密度
ρ4=1.21Kg/m3。風峒斷面積9.6m2，通過的風量137m3/s，通風機房水柱計的讀數為2870Pa。求：
(1)礦井自然風壓HN。說明是幫助還是阻礙主要通風機通風?
(2)礦井的通風阻力hR14
(3)礦井等級孔
(4)通風機的靜壓Hs;設擴散器阻力HRd=25Pa，擴散器出口動壓Hvd=47Pa，通風機的全壓Ht是多少?
(5)主要通風機靜壓輸出功率。
答：
(1) 礦井自然風壓
由計算得知，HN阻礙通風。
(2) 礦井通風阻力
(2.5分)
礦井的通風阻力 (2.5分)
(3) 礦井的等積孔
(4) 通風機全壓
(5) 主要通風機靜壓輸出功率
3、(15分)某礦通風系統如圖3所示，各進風井口標高相同，每條井巷的風阻分別為，R1=0.33，R2=0.2，R3=0.1，R4=0.12，R5=0.1，單位為N2s/m8。礦井進風量為100m3/s。計算：
1、畫出礦井的網絡圖。
2、每條風路的自然分配風量;
3、礦井的總風阻。
圖3
答：(1) 礦井的通風網絡圖如圖4所示
圖4
(2) 由題意得并聯風路R2、R3的風阻值 N2s/m8
支路4與并聯風路23串聯，所以其風阻值為 N2s/m8
左邊支路與之路1構成并聯風路，
并聯風路的風阻值 N2s/m8
支路1的風量 m3/s
左邊支路的風量Q左=100-40.59=59.41 m3/s，即Q4=59.41 m3/s
支路2的風量 m3/s
支路3的風量Q3= Q左- Q2=59.41-24.50=34.91m3/s
支路5的風量Q5=100 m3/s
(3) 礦井的總風阻 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、比較掘進工作面壓入式和抽出式通風方式的優、缺點?
答：1) 壓入式通風時，局部通風機及其附屬電氣設備均布置在新鮮風流中，污風不通過局部通風機，安全性好;而抽出式通風時，含瓦斯的污風通過局部通風機，若局部通風機不具備防爆性能，則非常危險;
2) 壓入式通風風筒出口風速和有效射程均較大，可防止瓦斯層狀積聚，且因風速較大而提高散熱效果;抽出式通風有效吸程小，掘進施工中難以保證風筒吸入口到工作面的距離在有效吸程之內。與壓入式通風相比，抽出式風量小，工作面排污風所需時間長、速度慢;
3) 壓入式通風時，掘進巷道涌出的瓦斯向遠離工作面方向排走，而用抽出式通風時,巷道壁面涌出的瓦斯隨風流向工作面，安全性較差;
4) 抽出式通風時，新鮮風流沿巷道進向工作面，整個井巷空氣清新，勞動環境好;而壓入式通風時，污風沿巷道緩慢排出，當掘進巷道越長，排污風速度越慢，受污染時間越久;
5) 壓入式通風可用柔性風筒，其成本低、重量輕，便于運輸，而抽出式通風的風筒承受負壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風筒，成本高，重量大，運輸不便。
2、煤塵爆炸的條件，特征?瓦斯、煤塵爆炸有何不同?
答：煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性;煤塵必須懸浮于空氣中，并達到一定的濃度;存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源。
1) 煤塵的爆炸性
煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸危險性必須經過試驗確定。
2) 懸浮煤塵的濃度
井下空氣中只有懸浮的煤塵達到一定濃度時，才可能引起爆炸，單位體積中能夠發生煤塵爆炸的最低和最高煤塵量稱為下限和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會發生爆炸。煤塵爆炸的濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類和溫度及試驗條件等有關。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為30～50g/m3，上限濃度為1000～2000g/m3。其中爆炸力最強的濃度范圍為300～500g/m3。
3) 引燃煤塵爆炸的高溫熱源
煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵性質、濃度及試驗條件的不同而變化。我國煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃。煤塵爆炸的最小點火能為4.5～40mj。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達到，
特征：
(1) 形成高溫、高壓、沖擊波煤塵爆炸火焰溫度為1600～1900℃，爆源的溫度達到2000℃以上，這是煤塵爆炸得以自動傳播的條件之一。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爆源距離的延長而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物，壓力將進一步增加，尤其是連續爆炸時，后一次爆炸的理論壓力將是前一次的5～7倍。煤塵爆炸產生的火焰速度可達1120m/s，沖擊波速度為2340m/s
(2) 煤塵爆炸具有連續性
(3) 煤塵爆炸的感應期煤塵爆炸也有一個感應期，即煤塵受熱分解產生足夠數量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。根據試驗，煤塵爆炸的感應期主要決定于煤的揮發分含量，一般為40～280ms，揮發分越高，感應期越短。
(4) 揮發分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時，參與反應的揮發分約占煤塵揮發分含量的40%～70%，致使煤塵揮發分減少。
(5) 產生大量的CO煤塵爆炸時產生的CO，在災區氣體中的濃度可達2%～3%，甚至高達8%左右。爆炸事故中受害者的大多數(70%～80%)是由于CO中毒造成的。
不同：看是否形成“粘焦”現象，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。
3、均壓防火的實質是什么?試述利用風壓調節法防火的具體措施?
答：均壓防滅火的實質是利用風窗、風機、調壓氣室和連通管等調壓設施，改變漏風區域的壓力分布，降低漏風壓差，減少漏風，從而達到抑制遺煤自燃、惰化火區，或熄滅火源的目的。
具體措施：調節風窗調壓;風機調壓;風窗-風機聯合調壓;調壓氣室-連通管調壓。
4、試述瓦斯爆炸的過程及其危害?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：瓦斯爆炸的過程：瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫熱源的作用下發生激烈氧化反應的過程。
最終的化學反應式為：CH4+2O2=CO2+2H2O
如果O2不足，反應的最終式為：CH4+O2=CO+H2+H2O
礦井瓦斯爆炸是一種熱-鏈反應過程(也稱連鎖反應)。
礦內瓦斯爆炸的危害是：高溫、沖擊波和有害氣體。
瓦斯爆炸的三個基本條件：瓦斯濃度在爆炸范圍內，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%;高于最低點燃能量的熱源存在的時間大于瓦斯的引火感應期。
防止采煤工作面上隅角瓦斯積聚的主要措施：
① 迫使一部份風流流經工作面上隅角，將該處積存的瓦斯沖淡排出。
② 全負壓引排法。
③ 上隅角排放瓦斯。
