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1、矿井通风与安全(井巷通风阻力)第1页，共77页，编辑于2022年，星期日一、风流流态一、风流流态1 1、管道流、管道流 同同一一流流体体在在同同一一管管道道中中流流动动时时，不不同同的的流流速速，会会形形成成不不同同的的流流动动状状态态。当当流流速速较较低低时时，流流体体质质点点互互不不混混杂杂，沿沿着着与与管管轴轴平平行行的的方方向向作作层层状状运运动动，称称为为层层流流。当当流流速速较较大大时时，流流体体质质点点的的运运动动速速度度在在大大小小和和方方向向上上都都随随时时发发生生变变化化，成成为为互互相相混混杂杂的的紊紊乱乱流流动动，称称为为紊流紊流(或湍流或湍流)。雷诺数雷诺数Re Re
2、 式中：平均流速式中：平均流速v v、管道直径、管道直径d d和流体的运动粘性系数和流体的运动粘性系数 。在在实实际际工工程程计计算算中中，为为简简便便起起见见，通通常常以以R Re e=2300=2300作作为为管管道道流流动动流流态态的的判判定定准准数数，即即：R Re e2300 2300 层流，层流，R Re e2300 2300 紊流紊流当量直径：对非圆形断面的井巷，以井当量直径：对非圆形断面的井巷，以井巷断面的当量直径巷断面的当量直径dede来表示。来表示。第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布第2页，共77页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 井巷断面上风速分布井
3、巷断面上风速分布第3页，共77页，编辑于2022年，星期日因此，因此，非圆形断面井巷的雷诺数非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：可用下式表示：对于不同形状的井巷断面，其对于不同形状的井巷断面，其周长周长U U与断面积与断面积S S的关系，可用下式表示：的关系，可用下式表示：式中：式中：C C断面形状系数：梯形断面形状系数：梯形C C=4.16=4.16；三心拱；三心拱C C=3.85=3.85；半圆拱；半圆拱C C=3.90=3.90。2 2、孔隙介质流、孔隙介质流 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：式中：式中：KK冒落带渗流系数，
4、冒落带渗流系数，m m2 2；ll滤流带粗糙度系数，滤流带粗糙度系数，m m。层流，层流，R Re e0.250.25；紊流，紊流，R Re e2.52.5；过渡流过渡流 0.250.25R Re e2.5，砂砂粒粒凸凸起起高高度度几几乎乎全全暴暴露露在在紊紊流流核核心心中中，故故ReRe对对 值值的的影影响响极极小小，略略去去不不计计，相相对对糙糙度度成成为为 的的唯唯一一影影响响因因素素。故故在在该该区区段段，与与ReRe无无关关，而而只只与与相相对对糙糙度度有有关关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区阻力平方区，尼古拉兹公式：，尼古拉兹公式：注注：
5、矿矿井井巷巷道道中中的的风风流流，其其性性质质与与上上面面完完全全一一样样，且且矿矿井井巷巷道道的的粗粗糙糙度度较较大大，因因此此在在较较小小的的ReRe时时就就开开始始由由层层流流变变为为紊紊流流；此此外外，由由于于大大多多数数矿矿井井巷巷道道风风流流的的ReRe均均大大于于100000100000，故故 值值仅仅决决定定于于井井巷巷壁壁的的相相对对粗粗糙糙度度而而与与ReRe无无关关。在在一一定定时时期期内内，各各井井巷巷壁壁的的相相对粗糙度可认为不变，因之对粗糙度可认为不变，因之 值即为常量。值即为常量。第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第12页，共77页，编辑于2022年，星期
6、日2 2、层流摩擦阻力、层流摩擦阻力当流体在圆形管道中作层流流动时，从当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式理论上可以导出摩擦阻力计算式：=可可得得圆圆管管层层流流时时的的沿沿程程阻阻力力系系数数：，可可见见古古拉拉兹兹实实验验所所得得到到的的层层流流时时 与与ReRe的的关关系系与与理理论论分分析析得得到到的的关关系系完完全全相相同同，理理论论与与实实验验的的正正确确性性得得到到相相互互的的验验证。证。即有结论：即有结论：层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对对于于紊紊流流运运动动，=f=f(R
7、e(Re，/r)/r)，关关系系比比较较复复杂杂。用用当当量量直直径径dede=4=4S S/U U代代替替d d，代代入入阻阻力力通通式式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第13页，共77页，编辑于2022年，星期日二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1 1摩擦阻力系数摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的矿井中大多数通风井巷风流的ReRe值已进入阻力平方区，值已进入阻力平方区，值只与相对糙度有关，对于几值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则何尺寸和支护已定型
8、的井巷，相对糙度一定，则 可视为定值；在标准状态下空气密可视为定值；在标准状态下空气密度度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。对上式，对上式，令：令：称为摩擦阻力系数，单位为称为摩擦阻力系数，单位为 kg/mkg/m3 3 或或 N.sN.s2 2/m/m4 4。则得到则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：计算式写为：第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第14页，共77页，编辑于2022年，星期日 标标准准摩摩擦擦阻阻力力系系数数：通通过过大大量量实实验验和和实实测测所所得得的的、在在标标准准状状态态（0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）条条件件
9、下下的的井井巷巷的的摩摩擦擦阻阻力力系系数数，即即所所谓谓标标准准 0 0值值，当当井巷中空气密度井巷中空气密度 1.2kg/m1.2kg/m3 3时，其时，其 值应按下式修正：值应按下式修正：对对于于砌砌碹碹和和锚锚喷喷巷巷道道，壁壁面面粗粗糙糙程程度度可可用用尼尼古古拉拉兹兹实实验验的的相相对对粗粗糙糙度度来来表表示示，可可直直接接查查出出摩摩擦擦阻阻力力系系数数值值。相相对对支支架架巷巷道道而而言言，砌砌碹碹和和锚锚喷喷巷巷道道摩摩擦擦阻阻力力系系数数值值不不是是很很大大，但但随随着着相相对对粗粗糙糙度度的的增增大大而而增大。增大。第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第15页，共7
10、7页，编辑于2022年，星期日 对对于于用用木木棚棚子子、工工字字钢钢、U U型型钢钢和和混混凝凝土土棚棚等等支支护护巷巷道道，要要同同时时考考虑虑支支架架的的间间距距和和支支架架厚厚度度，其其粗粗糙糙度度用用纵纵口口径径来来表表示示。如如图图所所示示，纵纵口口径径是是相相邻邻支支架架中中心心线线之之间间的的距距离离L L（m m）与与支支架架直直径径或或厚厚度度d d0 0（m m）之之比，即：比，即：图图 纵口径纵口径 与摩擦阻力系数与摩擦阻力系数 关系曲线关系曲线第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第16页，共77页，编辑于2022年，星期日2 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f 对对
11、于于已已给给定定的的井井巷巷，L L、U U、S S都都为为已已知知数数，故故可可把把上上式式中中的的、L L、U U、S S 归归结为一个参数结为一个参数R Rf f：R Rf f 称为称为巷道的摩擦风阻巷道的摩擦风阻，其单位为：，其单位为：kg/mkg/m7 7 或或 N.sN.s2 2/m/m8 8。工程单位：工程单位：kgf.skgf.s2 2/m/m8 8 ，或写成：，或写成：kk。1 N.s1 N.s2 2/m/m8 8=9.8 k=9.8 k第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第17页，共77页，编辑于2022年，星期日R Rf ff f(,S,U,L),S,U,L)。在在
12、正正常常条条件件下下当当某某一一段段井井巷巷中中的的空空气气密密度度 一一般般变变化化不不大大时时，可可将将R R f f 看看作是反映井巷几何特征的参数。作是反映井巷几何特征的参数。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：此式就是完全紊流此式就是完全紊流(进入阻力平方区进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。即下的摩擦阻力定律。即在完全紊流情况下的摩擦阻在完全紊流情况下的摩擦阻力定律。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。力定律。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得新建矿
13、井：查表得 0 0 R Rf f h hf f 生产矿井：生产矿井：h hf f R Rf f 0 0 0 0标准阻力系数；标准阻力系数；阻力系数；阻力系数；R Rf f巷道的摩擦风阻；巷道的摩擦风阻；h hf f巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力 第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第18页，共77页，编辑于2022年，星期日例例1 1 某梯形木支架煤巷，长某梯形木支架煤巷，长200200米，断面积为米，断面积为4m4m2 2，沿断面的周长为，沿断面的周长为8.3m8.3m，巷道摩擦阻力，巷道摩擦阻力系数系数 通过查表得到的标准值为通过查表得到的标准值为0.018Ns0.018Ns2 2/m/m
14、4 4，若通过巷通的风量为，若通过巷通的风量为960m960m3 3/min/min，试求其，试求其摩擦阻力摩擦阻力?因此，该巷道的摩擦阻力为因此，该巷道的摩擦阻力为119.5Pa119.5Pa。例例2 2、某某设设计计巷巷道道为为梯梯形形断断面面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采采用用工工字字钢钢棚棚支支护护，支支架架截截面面高高度度d d0 0=14cm=14cm，纵纵 口口 径径=5=5，计计 划划 通通 过过 风风 量量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，预预 计计 巷巷 道道 中中 空空 气气 密密 度度=1.25kg/m=1.25kg/m
15、3 3，求该段巷道的通风阻力。，求该段巷道的通风阻力。根据所给的根据所给的d d0 0、S S值，由附表查得值，由附表查得:0 0=284.210=284.2104 40.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 2/m/m4 4则：巷道实际摩擦阻力系数则：巷道实际摩擦阻力系数 NsNs2 2m m4 4巷道摩擦风阻巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力 第二节第二节 摩擦风阻和阻力摩擦风阻和阻力第19页，共77页，编辑于2022年，星期日在在风风流流运运动动过过程程中中，由由于于井井巷巷边边壁壁条条件件的的变变化化，风风流流在在局局部部地地区区受受到到局局部部阻阻力力物物（如如巷巷道道断
16、断面面突突然然变变化化，风风流流分分叉叉与与交交汇汇，断断面面堵堵塞塞等等）的的影影响响和和破破坏坏，引引起起风风流流流流速速大大小小、方方向向和和分分布布的的突突然然变变化化，导导致致风风流流本本身身产产生生很很强强的的冲冲击击，形形成成极极为为紊紊乱乱的的涡涡流流，造造成成风风流流能能量量损损失失，这这种种均均匀匀稳稳定定风风流流经经过过某某些些局局部部地地点点所所造造成成的的附附加加的的能能量量损损失，就叫做失，就叫做局部阻力局部阻力。一、局部阻力及其计算一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力和摩擦阻力类似，局部阻力h hl l一般也用动压的倍数来表示：一般也用动压的倍数来表示：
17、式中：式中：局部阻力系数局部阻力系数，无因次。层流，无因次。层流 计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/Sv=Q/S，当当 确定后，便可用确定后，便可用 第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第20页，共77页，编辑于2022年，星期日几种常见的局部阻力产生的类型：几种常见的局部阻力产生的类型：、突变、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变、渐变 主要是由于
18、沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为 V V h hv v p p ，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于于0,0,在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第21页，共77页，编辑于2022年，星期日、转弯处、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压在外侧出现减速增压，
19、出现涡漩。，出现涡漩。、分岔与会合、分岔与会合 上述的综合。上述的综合。局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。部阻力愈大。第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第22页，共77页，编辑于2022年，星期日二、局部阻力系数和局部风阻二、局部阻力系数和局部风阻1 1、局部阻力系数、局部阻力系数 紊流局部阻力系数紊流局部阻力系数 一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。突然扩大突然扩大或或式中：式中：v v1 1、v v
20、2 2分别为小断面和大断面的平均流速，分别为小断面和大断面的平均流速，m/sm/s；S S1 1、S S2 2分别为小断面和大断面的面积，分别为小断面和大断面的面积，m m；m m空气平均密度，空气平均密度，kg/mkg/m3 3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第23页，共77页，编辑于2022年，星期日突然缩小突然缩小对应于小断面的动压对应于小断面的动压 ，值可按下式计算：值可按下式计算：逐渐扩大逐渐扩大 逐渐扩大逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩
21、擦损失摩擦损失和和扩张损扩张损失失两部分组成。两部分组成。当当 2020时，渐扩段的局部阻力系数时，渐扩段的局部阻力系数 可用下式求算：可用下式求算：式中式中 风道的摩擦阻力系数，风道的摩擦阻力系数，NsNs2 2/m/m4 4；n n风道大、小断面积之比，即风道大、小断面积之比，即2 21 1；扩张角。扩张角。第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第24页，共77页，编辑于2022年，星期日转弯转弯巷道转弯时的局部阻力系数巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度考虑巷道粗糙程度)可按下式计算：可按下式计算：当当巷高与巷宽之比巷高与巷宽之比H H/b b=0.2=0.21.0 1.0 时
22、时，当当 H H/b b=1=12.5 2.5 时时 式中式中 0 0假定边壁完全光滑时，假定边壁完全光滑时，9090转弯的局部阻力系数，其值见表转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-13-3-1；巷巷道的摩擦阻力系数，道的摩擦阻力系数，N.sN.s2 2/m/m4 4；巷道转弯角度影响系数，见表巷道转弯角度影响系数，见表3-3-23-3-2。第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第25页，共77页，编辑于2022年，星期日风流分叉与汇合风流分叉与汇合风风流流分分叉叉 典典型型的的分分叉叉巷巷道道如如图图所所示示，1 12 2段段的的局局部部阻阻力力h hl l2 2和和1 13 3段段的的
23、局局部部阻阻力力h hl l3 3分别用下式计算：分别用下式计算：风流汇合风流汇合 如图所示，如图所示，1 13 3段和段和2 23 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3、h hl l2 23 3分别按下式计算：分别按下式计算：式中：式中：2312312第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第26页，共77页，编辑于2022年，星期日计计算算局局部部阻阻力力时时，先先要要根根据据井井巷巷局局部部地地点点的的特特征征，对对照照前前人人实实验验查查出出局局部部阻阻力力系系数数，然后用其指定的相应风速然后用其指定的相应风速V V进行计算进行计算：第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力
24、第27页，共77页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第28页，共77页，编辑于2022年，星期日2 2、局部风阻、局部风阻在局部阻力计算式中，令在局部阻力计算式中，令 ，则有：，则有：式中式中R Rl l称为局部风阻称为局部风阻，其单位为，其单位为N.sN.s2 2/m/m8 8或或kg/mkg/m7 7。上上式式为为完完全全紊紊流流状状态态下下的的局局部部阻阻力力定定律律，R R局局与与R R摩摩一一样样，也也可可看看作作局局部部阻阻力力物物的的一一个个特特征征参参数数，它它反反映映的的是是风风流流通通过过局局部部阻阻力力物物时时通通风风的难易程度。的难易程
25、度。R R局局一定时，一定时，h h局局与与Q Q的平方成正比。的平方成正比。第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第29页，共77页，编辑于2022年，星期日例例 某某水水平平巷巷道道如如图图所所示示，用用压压差差计计和和胶胶皮皮管管测测得得1-21-2及及1-31-3之之间间的的阻阻力力分分别别为为295Pa295Pa和和440Pa440Pa，巷巷道道的的断断面面积积均均等等于于6 6，周周长长10m10m，通通过过的的风风量量为为40 40，求求巷巷道道的的摩摩擦擦阻阻力力系系数数及及拐弯处的局部阻力系数。拐弯处的局部阻力系数。解题思路：解题思路：先测定出先测定出1 12 2断面之间
26、的总阻力断面之间的总阻力h h1-21-2,再用公再用公式式 计算出计算出1 12 2断面之间的摩擦阻力，减去摩断面之间的摩擦阻力，减去摩擦阻力，得到局部阻力值，再用公式擦阻力，得到局部阻力值，再用公式 计算得到局部阻力系数计算得到局部阻力系数 。第三节第三节 局部风阻和阻力局部风阻和阻力第30页，共77页，编辑于2022年，星期日解解:（1）2-3段的阻力为：段的阻力为：（2）摩擦阻力系数为：摩擦阻力系数为：（3）1-2段的摩擦阻力为：段的摩擦阻力为：（4）拐弯处的局部阻力为：拐弯处的局部阻力为：（5）巷道中的风速为：巷道中的风速为：（6）局部阻力系数为：局部阻力系数为：第三节第三节 局部风
27、阻和阻力局部风阻和阻力第31页，共77页，编辑于2022年，星期日一、井巷阻力特性一、井巷阻力特性 在在紊紊流流条条件件下下，摩摩擦擦阻阻力力和和局局部部阻阻力力均均与与风风量量的的平平方方成成正正比比。故故可可写写成成一一般般形形式：式：h hRQRQ2 2 Pa Pa。对对于于特特定定井井巷巷，R R为为定定值值。用用纵纵坐坐标标表表示示通通风风阻阻力力(或或压压力力)，横横坐坐标标表表示示通通过过风风量量。根根据上式即可画出一条抛物线，称为据上式即可画出一条抛物线，称为该井巷的阻力特性曲线该井巷的阻力特性曲线。风阻。风阻R R越大，曲线越陡。越大，曲线越陡。第三节第三节 局部风阻和阻力局
28、部风阻和阻力第32页，共77页，编辑于2022年，星期日二、矿井总风阻二、矿井总风阻 从从入入风风井井口口到到主主要要通通风风机机入入口口，把把顺顺序序连连接接的的各各段段井井巷巷的的通通风风阻阻力力累累加加起起来来，就得到就得到矿井通风总阻力矿井通风总阻力h hRmRm，这就是，这就是井巷通风阻力的叠加原则井巷通风阻力的叠加原则。已知矿井通风总阻力已知矿井通风总阻力h hRmRm和矿井总风量和矿井总风量Q Q，即可求得矿井总风阻：，即可求得矿井总风阻：单位：单位：N.sN.s2 2/m/m8 8 R Rm m是反映矿井通风难易程度的一个指标。是反映矿井通风难易程度的一个指标。R Rm m越大
29、，矿井通风越困难越大，矿井通风越困难；三、矿井等积孔三、矿井等积孔我国常用矿井等积孔我国常用矿井等积孔(与矿井风阻值相当的孔与矿井风阻值相当的孔)作为衡量矿井通风难易程度的指标。作为衡量矿井通风难易程度的指标。假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A A(m(m2 2)的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积孔口面积A A称为该矿井的等积孔。称为该矿井的等积孔。AIIIP2,v2P1,v1第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总
30、风阻与等积孔第33页，共77页，编辑于2022年，星期日设风流从设风流从I III II，且无能量损失，（，且无能量损失，（风速风速v v1 10 0）则有：则有：得：得：风流收缩处断面面积风流收缩处断面面积A A2 2与孔口面积与孔口面积A A之比称为收缩系数之比称为收缩系数，由水力学可知，由水力学可知，一般一般=0.65=0.65，故故A A2 2=0.65=0.65A A。则。则v v2 2Q/AQ/A2 2=Q/0.65=Q/0.65A A，代入上式后并整理得：，代入上式后并整理得：取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，则，则:，因因R Rm m=h hm m2 2，故有：，故有
31、：由由此此可可见见，如如果果矿矿井井的的通通风风阻阻力力h h相相同同，等等积积孔孔A A大大的的矿矿井井，风风量量Q Q必必大大，表表示示通通风风容容易易；等等积积孔孔A A小小的的矿矿井井，风风量量Q Q必必小小，表表示示通通风风困困难难。故故可可以以表表示示矿矿井井通通风风的的难难易易程程度度。当当A A，容易；，容易；A A 2 2，中等；，中等；A A困难。困难。第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总风阻与等积孔第34页，共77页，编辑于2022年，星期日例例3 3、某某矿矿井井为为中中央央式式通通风风系系统统，测测得得矿矿井井通通风风总总阻阻力力h hRmRm=2800Pa=280
32、0Pa，矿矿井井总总风风量量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求矿井总风阻求矿井总风阻R Rm m和等积孔和等积孔A A，评价其通风难易程度。，评价其通风难易程度。解解 对照表对照表3-4-13-4-1可知，该矿通风难易程度属中等。可知，该矿通风难易程度属中等。注：注：对对于于多多风风机机工工作作的的矿矿井井，应应根根据据各各主主要要通通风风机机工工作作系系统统的的通通风风阻阻力力和和风风量量，分分别别计计算算各各主主要要通通风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。表表3-4-13-4-1所所列列衡衡量量矿矿井井通通风风难难易易程程度度的的等等积积孔孔值
33、值，是是18731873年年缪缪尔尔格格(Murgue)(Murgue)根根据据当当时时的的生生产产情情况况提提出出的的3 3，一一直直沿沿用用至至今今。由由于于现现代代的的矿矿井井规规模模、开开采采方方法法、机机械械化化程程度度和和通通风风机机能能力力等等较较以以前前已已有有很很大大的的发发展展和和提提高高，表表中中的的数数据据对对小小型型矿矿井井还还有有一一定定的的参参考考价价值值，对对大大型型矿矿井井或或多多风风机机通通风风系系统统的的矿矿井井，衡衡量量通通风风难难易易程程度度的的指指标标还还有有待待研究研究。第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总风阻与等积孔第35页，共77页，编辑于2
34、022年，星期日煤科院抚顺分院提出，根据煤炭产量及瓦斯等级确定的矿井通风难易程度的煤科院抚顺分院提出，根据煤炭产量及瓦斯等级确定的矿井通风难易程度的分级标准。分级标准。年产量 Mt/a低瓦斯矿井高瓦斯矿井附注A的最小值（m2）R的最大值A的最小值（m2）R的最大值0.10.20.30.450.60.91.21.82.43.01.01.51.52.02.02.02.52.52.52.51.420.630.630.350.350.350.230.230.230.231.02.0 2.0 3.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 7.01.420.35 0.35 0.16 0.16 0.09
35、0.06 0.04 0.03 0.03外部漏风允许10时，A的最小值减5%,R的最大值加10；外部漏风允许15时，A的最小值减10，R的最大值加20，即为矿井A的最小值，R 的最大值。第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总风阻与等积孔第36页，共77页，编辑于2022年，星期日注注：对对矿矿井井来来说说，上上述述公公式式只只能能计计算算单单台台通通风风机机工工作作时时的的矿矿井井等等积积孔孔大大小小，对对于于多多台台通通风风机机工工作作矿矿井井等等积积孔孔的的计计算算，应应根根据据全全矿矿井井总总功功率率等等于于各各台台主主要要通通风风机机工工作作系系统统功功率率之之和和的的原原理理计计算算出
36、出总总阻阻力力，得得矿矿井井通通风风总总阻阻力力,而而总总风风量量等等于于各各台台主主要要通通风风机机风风路路上上的的风风量量之之和和，即：即：上式即是多台主要通风机矿井等积孔的计算公式。上式即是多台主要通风机矿井等积孔的计算公式。第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总风阻与等积孔第37页，共77页，编辑于2022年，星期日例例4 4、已知矿井总阻力为已知矿井总阻力为1440Pa1440Pa，风量为，风量为60m60m3 3/s/s，试求该矿井的风阻与等积孔，试求该矿井的风阻与等积孔?如生产上如生产上要求将风量提高到要求将风量提高到70m70m3 3/s/s，问风阻与等积孔之值是否改变，问风阻
37、与等积孔之值是否改变?阻力增加到多少阻力增加到多少?解：解：当井巷的规格尺寸与连接形式没有改变及采掘工作面没有移动时，则风量的增加并不当井巷的规格尺寸与连接形式没有改变及采掘工作面没有移动时，则风量的增加并不改变等积孔与风阻之值。由于风量增加到改变等积孔与风阻之值。由于风量增加到70m70m3 3/s/s，故阻力增加到：，故阻力增加到：h hRQRQ2 20.4700.4702 21960 Pa1960 Pa注：注：物体在单位时间内所做的功叫做功率，其计量单位是物体在单位时间内所做的功叫做功率，其计量单位是Nm/sNm/s。风流的风压。风流的风压h h乘风乘风量量Q Q的计量单位就是的计量单位
38、就是N/mN/m2 2mm3 3/s/s Nm/sNm/s。故。故风流功率风流功率N N的计算式为的计算式为:N=hQ/1000N=hQ/1000，kW kW 矿井一天的通风电费是：矿井一天的通风电费是：式中式中e:e:每度电的单价，每度电的单价，y/(kWh)y/(kWh)；:风机、输电、变电、传动等总效率。直接传动时，取风机、输电、变电、传动等总效率。直接传动时，取0.60.6；间接传动时，取；间接传动时，取0.50.5。第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总风阻与等积孔第38页，共77页，编辑于2022年，星期日例例4 4、如图所示的矿井，左右两翼的通风阻力分别是；如图所示的矿井，左右两
39、翼的通风阻力分别是；h hr1r11274Pa1274Pa；h hr2r21960Pa1960Pa通过两翼主扇的风量分别是通过两翼主扇的风量分别是Q Qf1 f160m60m3 3/s/s；Q Qf2 f270m70m3 3/s/s。两翼的外部漏风率分别是。两翼的外部漏风率分别是L Le1e14%4%；L Le2e25%5%。则两翼不包括漏风的风量分别是：。则两翼不包括漏风的风量分别是：Q Qm1m1(1(1L Le1e1)Q)Qf1 f1(1(14%)604%)6057.6m57.6m3 3/s/s Q Qm2m2(1(1L Le2e2)Q)Qf2 f2(1(15%)705%)7066.5m
40、66.5m3 3/s/s两翼两翼(不包括外部漏风不包括外部漏风)的风阻分别是：的风阻分别是：R R1 1h hr1r1/Q/Qm1m12 21274/(57.6)1274/(57.6)2 20.38399N.s0.38399N.s2 2/m/m8 8 R R2 2h hr2r2/Q/Qm2m22 21960/(66.5)1960/(66.5)2 20.44321N.s0.44321N.s2 2/m/m8 8 两翼两翼(不包括外部漏风不包括外部漏风)的等积孔分别是：的等积孔分别是：第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总风阻与等积孔第39页，共77页，编辑于2022年，星期日为了计算全矿的总风阻和
41、总等积孔，须先求出全矿的总阻力为了计算全矿的总风阻和总等积孔，须先求出全矿的总阻力h hr r，因全矿的风流总，因全矿的风流总功率等于左右两翼风流的功率之和，即功率等于左右两翼风流的功率之和，即h hr r(Q(Qm1m1Q Qm2m2)h hr1r1Q Qm1m1h hr2r2Q Qm2m2，WW 故故 则全矿不包括外部漏风的总风阻是：则全矿不包括外部漏风的总风阻是：全矿不包括外部漏风的总等积孔是：全矿不包括外部漏风的总等积孔是：对于用多台主扇通风的矿井，都要用这种方法计算全矿的总风阻和总等积孔。对于用多台主扇通风的矿井，都要用这种方法计算全矿的总风阻和总等积孔。只有只有h hr1r1h h
42、r2r2时，才能用时，才能用A AA A1 1A A2 2计算。设两翼主扇的风压分别等于其通风阻力。计算。设两翼主扇的风压分别等于其通风阻力。则两翼的通风电费分别为：则两翼的通风电费分别为：第四节第四节 矿井总风阻与等积孔矿井总风阻与等积孔第40页，共77页，编辑于2022年，星期日一、降低井巷摩擦阻力措施一、降低井巷摩擦阻力措施1 1减小摩擦阻力系数减小摩擦阻力系数。2 2保保证证有有足足够够大大的的井井巷巷断断面面。在在其其它它参参数数不不变变时时，井井巷巷断断面面扩扩大大33%33%，R Rf f值值可可减减少少50%50%。3 3选选用用周周长长较较小小的的井井巷巷。在在井井巷巷断断面
43、面相相同同的的条条件件下下，圆圆形形断断面面的的周周长长最最小小，拱拱形形断断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。面次之，矩形、梯形断面的周长较大。4 4减少巷道长度。减少巷道长度。5 5避免巷道内风量过于集中。避免巷道内风量过于集中。二、降低局部阻力措施：二、降低局部阻力措施：局局部部阻阻力力与与 值值成成正正比比，与与断断面面的的平平方方成成反反比比。因因此此，为为降降低低局局部部阻阻力力，应应尽尽量量避避免免井井巷巷断断面面的的突突然然扩扩大大或或突突然然缩缩小小，断断面面大大小小悬悬殊殊的的井井巷巷，其其连连接接处处断断面面应应逐逐渐渐变变化化。尽尽可可能能避避免免井井巷巷直直角角转转弯
44、弯或或大大于于9090的的转转弯弯，主主要要巷巷道道内内不不得得随随意意停停放放车车辆辆、堆堆积积木木料料等等。要要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。第五节第五节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力措施第41页，共77页，编辑于2022年，星期日第五节第五节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力措施第42页，共77页，编辑于2022年，星期日当连接不同断面的巷道时，要把连接的边缘做成斜线或圆弧型。当连接不同断面的巷道时，要把连接的边缘做成斜线或圆弧型。巷巷道道拐拐弯弯时时，转转角角越越小小越越好好。在在
45、拐拐弯弯的的内内侧侧做做成成斜斜线线型型和和圆圆弧弧型型。要要尽尽量量避避免免出出现现直直角角弯弯。巷巷道道尽尽可可能能避避免免突突然然分分叉叉和和突突然然汇汇合合，在在分分叉叉和和汇汇合合处处的内侧也要做成斜线或圆弧型。的内侧也要做成斜线或圆弧型。第五节第五节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力措施第43页，共77页，编辑于2022年，星期日测风测风 风风量量是是单单位位时时间间通通过过井井巷巷断断面面的的空空气气体体积积，等等于于井井巷巷断断面面积积与与通通过过井井巷巷的的平平均均风风速速的的乘乘积积。因因此此，测测量量风风量量时时必必然然测测定定风风速速。风风速速和和风风量量测测定定时
46、时矿矿井井通通风风测测定定技技术术中中的的重重要要组组成成部部分分，也也是是矿矿井井通通风管理中的基础性工作。风管理中的基础性工作。规规程程规规定定：矿矿井井必必须须建建立立测测风风制制度度，每每1010天天进进行行一一次次全全面面测测风风。对对采采掘掘工工作作面面和和其其他他用用风风地地点点，应应根根据据实实际际需需要要随随时时测测风风，每每次次测测风风结结果果应应记记录录并并写写在在测测风风地地点点的的记记录录牌牌上上。矿矿井井应应根根据据测测风风结结果果采采区区措措施施，进行风量调节。进行风量调节。第六节第六节 风量与通风阻力测试风量与通风阻力测试第44页，共77页，编辑于2022年，星
47、期日一、巷道内风速分布一、巷道内风速分布空气在井巷中流动时，风速在巷道断面上的分布不均匀。一般在巷道轴心部分的风速最大，空气在井巷中流动时，风速在巷道断面上的分布不均匀。一般在巷道轴心部分的风速最大，靠近巷道周壁部分的风速最小。通常所谓巷道内的风速都是指平均风速。平均风速与最大靠近巷道周壁部分的风速最小。通常所谓巷道内的风速都是指平均风速。平均风速与最大风速的比值称为巷道的风速分布系数，风速的比值称为巷道的风速分布系数，KvKv，其值与井巷的粗糙度有关，巷道壁面越，其值与井巷的粗糙度有关，巷道壁面越光滑，光滑，KvKv越大，即断面上的风速分布越均匀。越大，即断面上的风速分布越均匀。二二 测风仪
48、表测风仪表测量井巷风速的仪表叫测量井巷风速的仪表叫风表，又称风速计风表，又称风速计。目前煤矿重常用的风表按照结构个原理不。目前煤矿重常用的风表按照结构个原理不同可以分为同可以分为机械式、热效式、电子叶轮式和超声波机械式、热效式、电子叶轮式和超声波等几种。等几种。1 1、机械式风表、机械式风表是目前煤矿采用最广泛的风表，全部采用机械结构，多用于测量平均风速，也可以用于点风速是目前煤矿采用最广泛的风表，全部采用机械结构，多用于测量平均风速，也可以用于点风速的测定。按其感受风力部件的形状不同，有分为叶轮式和杯式两种，其中杯式主要是气象部门，的测定。按其感受风力部件的形状不同，有分为叶轮式和杯式两种，
49、其中杯式主要是气象部门，叶轮式在煤矿应用广泛。叶轮式在煤矿应用广泛。结构原理：结构原理：机械叶轮式风表由叶轮、传动涡轮、蜗杆、计数器、回零压杆、离合闸板、机械叶轮式风表由叶轮、传动涡轮、蜗杆、计数器、回零压杆、离合闸板、护壳等构成，如图所示。护壳等构成，如图所示。第六节第六节 风量与通风阻力测试风量与通风阻力测试第45页，共77页，编辑于2022年，星期日风表的叶轮由风表的叶轮由8 8个铝合金叶片组成，叶片与转轴的垂直平面构成一定的角度，当风流个铝合金叶片组成，叶片与转轴的垂直平面构成一定的角度，当风流吹动叶轮时，通过传动机构将运动传给计数器吹动叶轮时，通过传动机构将运动传给计数器3 3、指示
50、出叶轮的转速，离合闸板、指示出叶轮的转速，离合闸板4 4的作用的作用是使计数器与叶轮轴连结或分开，用于开关计数器。回零压杆是使计数器与叶轮轴连结或分开，用于开关计数器。回零压杆5 5的作用是能够使风表的表的作用是能够使风表的表针回零。针回零。分类：分类：风表按风速的测定范围不同分为高速风表（风表按风速的测定范围不同分为高速风表（0.825m/s0.825m/s）、中速风表（）、中速风表（0.5-10m/s0.5-10m/s）、）、和低速风表（和低速风表（0.35m/s0.35m/s）三种。三种风表的结构大致相同，只是叶片的厚度不同。启动风）三种。三种风表的结构大致相同，只是叶片的厚度不同。启动