通风安全学考试题及参考答案[1].doc

809026331@西 安 科 技 大 学2009—2010学 年 第一学 期 期末 考 试 试 题（卷）
院系： 班级： 姓名： 学号：
装 订 线 装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记 装 订 线
科 目
矿井通风与安全
考试性质
考试
命题

审批

3 如图所示，已知II . III号水柱计的读数分别为196Pa，980Pa，请问：
（1）判断如图所示通风方式，标出风流方向、皮托管正负端；
（2）I、II、III号水柱计测得是何压力?求出I号水柱计读数?（10分）

题3 题4
4如图1、2两点安装风机F1、F2，进风井A和B的入风量拟定为QA=40m3/s，QB=30m3/s，已知RA=0.981 N·s2/m8，RB=RD=1.4715 N·s2/m8，RC=2.943 N·s2/m8，RE=0.249 N·s2/m8，求通风机工况点及风路C中风流流向。（10分）
四、论述（10分）
对比分析目前的煤层防灭火技术主要有哪些？
试卷类型
C
考试地点
雁塔校区
学生班级
采矿06级
成绩

1．命题时尽量采用计算机激光打印，手写必须字迹工整、清晰。审批由教研室主任负责；
2．（考试）科目应与教学计划保持一致，不能用简写或别称，考试性质为＂考试＂或＂考查＂；
3．试卷类型注明A、B、C、D等字样，考试地点注明雁塔（校区）或临潼（校区）；
4．试题（卷）内容不要超出线格范围，以免影响试题印制和考生阅题。
一、名词解释（20分；每个2分）
1 绝对湿度；2 局部阻力；3 通风机工况点；4 呼吸性粉尘；5 煤与瓦斯突出；6 均压防灭火；7自然风压；8 内因火灾；9 绝对瓦斯涌出量；10 矿尘；
二、简答题（35分；每个7分）
1煤炭自燃的发展过程大致可分为哪几个阶段，各阶段有何特征?
2如何判定一个瓦斯矿井采用瓦斯抽放的必要性？简述矿井瓦斯抽放方法有哪些？
3发生风流逆转和逆退的原因是什么？如何防止风流逆转和逆退？
4比较掘进工作面压入式和抽出式通风方式的优、缺点。
5地面防水措施主要有哪些?
三、计算题（35分）
1某矿瓦斯风化带深170m，采深260m时相对瓦斯涌出量为7.2m3/t，320m时为11.6 m3/t，预测380m时的相对瓦斯涌出量为多少。（5分）
2 已知某矿井总回风量为4500 m3/min，瓦斯浓度为0.6%，日产量为4000 t，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。（10分）

西安科技大学2009～2010学年第 1 学期
《矿井通风与安全》试卷（C）卷
参考答案及评分标准
一、名词解释（每题2分，共20分）
1 绝对湿度：指单位容积或单位质量湿空气中含有水蒸汽的质量。（2分）
2 局部阻力：风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附加的阻力，称为局部阻力。（2分）
3 通风机工况点：以同样的比例把矿井总风阻R曲线绘制于通风机个体特性曲线图中，则风阻R曲线与风压曲线交于A点，此点就是通风机的工况点或工作点（2分）
4 呼吸性粉尘：呼吸性粉尘是指能在人体肺泡内沉积的，粒径在5~7μm以下的粉尘，特别是2μm以下的粉尘。（2分）
5 煤与瓦斯突出：煤矿地下采掘过程中，在很短时间(数分钟)内，从煤(岩)壁内部向采掘工作空间突然喷出煤(岩)和瓦斯的动力现象，人们称为煤(岩)与瓦斯突出，简称瓦斯突出或突出。（2分）
6 均压防灭火：均压防灭火就是采用风窗、风机、连通管、调压气室等调压手段，改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差，减少漏风，从而达到抑制和熄灭火区的目的。（2分）
7 自然风压：由于井内空气与围岩存在温度差，空气与围岩进行热交换而造成同标高处空气柱的重量不同，矿井进、出风两侧空气柱的重量差就是自然风压。（2分）
8 内因火灾：是指煤炭接触空气后，因煤自身氧化产生热量，热量聚集使煤炭自然发火而产生的火灾。（2分）
9 绝对瓦斯涌出量：绝对瓦斯涌出量是指单位时间内涌出的瓦斯体积量，单位为m3/d或m3/min。（2分）
10 矿尘：指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。（2分）
二、简述题（每题7分，共35分）
1 煤炭自燃的发展过程大致可分为哪几个阶段，各阶段有何特征?
答：煤炭自燃过程大体分为3个阶段：①潜伏期；②自热期；②燃烧期 （1分）
自燃潜伏期煤体温度的变化不明显，煤的氧化进程十分平稳缓慢，然而它确实在发生变化，不仅煤的重量略有增加，着火点温度降低，而且氧化性被活化。它的长短取决于煤的自燃倾向性的强弱和外部条件。（2分）
经过这个潜伏期之后，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物分解成水(H20)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)。氧化产生的热量使煤温继续升高，超过自热的临界温度(60～80℃)，煤温上升急剧加速，氧化进程加快，开始出现煤的干馏，产生芳香族的碳氢化合物(CxHy)、氢(H2)、更多的一氧化碳(CO)等可燃气体，这个阶段为自热期。（2分）
临界温度也称自热温度（Self-heating temperature，SHT），是能使煤自发燃烧的最低温度。一旦达到了该温度点，煤氧化的产热与煤所在环境的散热就失去了平衡，即产热量将高于散热量，就会导致煤与环境温度的上升，从而又加速了煤的氧化速度并又产生更多的热量，直至煤自燃起来，即进入燃烧阶段。（2分）
2 如何判定一个瓦斯矿井采用瓦斯抽放的必要性？简述矿井瓦斯抽放方法有哪些？
答：衡量一个矿井是否有必要抽放，可以根据以下几点：对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，所以矿井瓦斯用处量超过通风所能稀释瓦斯量时，即应考虑抽放瓦斯；对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量>5m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量>3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯。对于全矿井，一般认为，绝对瓦斯涌出量>30m3/min，相对瓦斯涌出量>15~25m3/t时应抽放瓦斯；开采保护层应考虑抽放瓦斯。（3分）
开采层瓦斯抽放方法：（1）岩巷揭煤、煤巷掘进预抽：由岩巷向煤巷打穿层钻孔，煤巷工作面打超前钻孔。（2）采空区大面积预抽：由开采层机巷、风巷或煤门打上向、下向顺层钻孔；由石门、岩巷或临近层煤巷向开采层打穿层钻孔；地面钻孔；密闭开采巷道。（3）边掘边抽：由煤巷两侧或岩巷向煤层周围打防护钻孔。（4）边材边抽：由开采层机巷、风巷等向工作面前方卸压区打钻；由岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未开采分层打穿层或顺层钻孔。（1分）
邻近层瓦斯抽放方法：（1）开采工作面推过后抽放上下邻近煤层：由开采层机巷、风巷、中巷或岩巷向邻近层打钻；由开采层机巷、风巷、中巷或岩巷向采空区方向打斜交钻孔；由煤门打沿邻近层钻孔；地面钻孔；在邻近层掘汇集瓦斯巷道；（1分）
采空区瓦斯抽放：密封采空区插管、打钻和预埋管抽放。（1分）
围岩瓦斯抽放：由岩巷两侧或正前向裂隙带打钻、密闭岩巷进行抽放等措施。（1分）
3发生风流逆转和逆退的原因是什么？如何防止风流逆转和逆退？
答：1)上行风路产生火风压。发生风流逆转的原因主要是：①因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大：②因巷道冒顶等原因造成火源下风副风阻增大，导致主干风路火源上风侧风量减小．沿程各节点压能降低。为了防止旁侧风路风流逆转，主要措施有：①降低火风压；②保持主要通风机正常运转；⑧采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻。（2分）
2)下行风路产生火风压。在下行风路中产生火风压，其作用方向与主要通风机作用风压方向相反。当火风压等于主要通风机分配到该分支压力时，该分支的风流就会停滞；当火风压大于该分支的压力时，该分支的风流就会反向。主干风路风阻及其产生的火风压一定时，风量越小，越容易反向。防止下行风风路风流逆转的途径有：减小火势，降低火风压；增大主要通风机分配到该分支上的压力。 （2分）
3）发生风流逆退的原因是：烟气增量过大，主通风机风压作用于主干风路的风压小。防止逆退措施是：减小主干风路排烟区段的风阻；在火源的下风侧使烟流短路排至总回风；在火源的上风侧、巷道的下半部构筑挡风墙，迫使风流向上流，并增加风流的速度。挡风墙距火源5m左右；也可在巷道中安带调节风窗的风障，以增加风速。（3分）
4 比较掘进工作面压入式和抽出式通风方式的优、缺点。
答：掘进工作面压入式和抽出式通风方式均具有自己的优、缺点，现分析比较如下：
（1）压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机防爆性能出现问题，则非常危险。（2分）
（2）压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。而抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。与压入式通风相比，抽出式风量小，工作面排污风所需时间长、速度慢。（2分）
（3）压入式通风时，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，而用抽出式通风时，巷道壁面涌出的瓦斯随风流流向工作面，安全性较差。（1分）
（4）抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，掘进巷道越长，排污风速越慢，受污染时间越久。这种情况在大断面长距离巷道掘进中尤为突出。（1分）
（5）压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。（1分）
基于上述分析，当以排除瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进时应采用压入式通风，而当以排除粉尘为主的井巷掘进时，宜采用抽出式通风。
5 地面防水措施主要有哪些?
答：主要有以下措施：合理选择井筒位置（1分）；河流改道（1分）；铺整河底（1分）；填堵通道（1分）；挖沟排(截)洪（1分）；排除积水（1分）；加强雨季前的防讯工作（1分）。
三、计算题（35分）
1某矿瓦斯风化带深170m，采深260m时相对瓦斯涌出量为7.2m3/t，320m时为11.6 m3/t，预测380m时的相对瓦斯涌出量为多少。（5分）
解：
瓦斯梯度：
gm=(H2-H1)/(q2-q1)=(300-240)/(11.6-7.2)=13.6t/m3（2分）
采深360m时的瓦斯涌出量为：
qm=qm1+(H-H1)/gm=11.6+(360-300)/13.6=16.0m3/t（3分）
2已知某矿井总回风量为4500 m3/min，瓦斯浓度为0.6%，日产量为4000 t，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。（10分）
解：绝对瓦斯涌出量：Qg=4500×0.6%=27m3/min（3分）
相对瓦斯涌出量：qg=（4500×60×24×0.6%）/4000=9.72m3/t（4分）
因为：Qg<40m3/min，但qg<10m3/t，故此矿为低瓦斯矿井（3分）
3 如图所示，已知II . III号水柱计的读数分别为196Pa， 980Pa，请问：
（1）判断如图所示通风方式，标出风流方向、皮托管正负端；
（2）I、II、 III号水柱计测得是何压力?求出I号水柱计读数? （10分）

解：
（1）管道通风方式为抽出式（2分），风流方向为从左向右（1分），皮托管正（右）、负（左）端（2分）；
（2）I号测的是相对静压， II号测的是动压， III号测的是相对全压（3分）
由|hti|=|hi| -hvi，可以得出I号管的读数为196+980=1176Pa（2分）
4如图1、2两点安装风机F1、F2，进风井A和B的入风量拟定为QA=40m3/s，QB=30m3/s，已知RA=0.981 N·s2/m8，RB=RD=1.4715 N·s2/m8，RC=2.943 N·s2/m8，RE=0.249 N·s2/m8，求通风机工况点及风路C中风流流向。（10分）

解：
B段的阻力分别为：
hA= RA QA2=0.981×402=1569.6Pa（1分）
hB= RB QB2=1.4715×302=1324.4Pa（1分）

因为HA大于HB
因此C中的风流方向为4流向3
hC=1569.6-1324.4=245.2Pa（1分）
（1分）
对 3、4点分别应用节点风量平衡定律有：
QE=QA+QC=40+9.1=49.1m3/s
QD=QB-QC=30-9.1=20.9m3/s（1分）

因此有：
hE=RE×QE2=0.249×49.1×49.1=599.1Pa（1分）
hD= RD×QD2=1.4715×20.9×20.9=642.8Pa（1分）

因此F1风路的总阻力为：
hF1= hA+ hE=1569.6+599.1=2168.7Pa（1分）
hF2= hB+ hD=1324.4+642.8=1967.2Pa（1分）
因此工况分别为
F1(49.1，2168.7)与F2(20.9，1967.2)
分支C的方向为4→3。（1分）
四、论述题（10分）
对比分析目前的煤层防灭火技术主要有哪些？
答：目前煤矿井下常用的防灭火技术主要有：堵漏、均压、惰气、惰泡、三相泡沫、阻化剂、用水灭火、灌浆、胶体防灭火技术等。这些技术按其主要作用和功能可归纳为以下几类：（2分）
1）控制漏风技术（2分）
主要目的是：减少或杜绝松散煤体氧气的供给。技术手段有：水泥喷浆；泡沫喷涂；纳米改性弹性体材料涂抹；均压。
2）火区惰化技术（2分）
主要目的是：主要是降低火区氧浓度，窒息火区。主要技术手段为N2、CO2等惰性气体；惰气泡沫；三相泡沫。
3）煤体阻化（2分）
主要目的是：降低煤体的氧化活性，抑制煤氧结合。主要技术手段为：喷注CaCl2；雾化阻化剂；惰化阻化剂。
4）吸热降温（2分）
主要目的是：降低煤温，彻底熄灭火区，防止复燃。注水；灌浆；液氮；液态CO2。

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