礦井通風(fēng)與防塵

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering1MineVentilationandDustControl

《礦井通風(fēng)與防塵》江西理工大學(xué)唐敏0797-8312200(O);tmkjxust@126.com2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering2參考文獻(xiàn)1礦井通風(fēng)技術(shù)測(cè)定及其應(yīng)用淮南煤炭學(xué)院通風(fēng)安全教研室煤炭工業(yè)出版社2礦井通風(fēng)阻力及其測(cè)定黃元平煤炭工業(yè)出版社3煤礦安全手冊(cè)第一篇礦井通風(fēng)與空調(diào)趙金福煤炭工業(yè)出版社4礦井通風(fēng)黃元平中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社5礦井通風(fēng)與安全吳中立中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社6礦井通風(fēng)工程（美）C.J.霍爾煤炭工業(yè)出版社7金屬礦井通風(fēng)防塵設(shè)計(jì)參考資料冶金工業(yè)出版社8通風(fēng)學(xué)（日）平松良雄冶金工業(yè)出版社9冶金地下礦山安全規(guī)程10金屬非金屬礦山安全湖北科學(xué)技術(shù)出版社11礦山安全培訓(xùn)教材國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局安全科學(xué)技術(shù)研究中心12教材：礦井通風(fēng)與防塵王英敏冶金工業(yè)出版社2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering3目錄Contents

1緒論

2礦內(nèi)大氣

3礦內(nèi)風(fēng)流的基本性質(zhì)

4礦內(nèi)風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的能量方程式

5井巷通風(fēng)阻力

6礦井自然通風(fēng)

7機(jī)械通風(fēng)QR,1,2,3,4,5,6,7,8,9Q10,11,12,13,148礦井通風(fēng)網(wǎng)路中風(fēng)流基本定律和風(fēng)量自然分配

9礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)

10礦井通風(fēng)系統(tǒng)

11局部通風(fēng)

12礦井通風(fēng)管理與監(jiān)測(cè)

13礦井防塵2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering41

緒論Introduction

1.1課程性質(zhì)、目的及任務(wù)

1.2課程的主要內(nèi)容和基本要求

1.3課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)

1.4課程的實(shí)驗(yàn)安排

1.5課程的學(xué)時(shí)分配2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering51.1課程性質(zhì)、目的及任務(wù)

theproperties,PurposesandTaskoftheCourse

《礦井通風(fēng)與防塵》是采礦工程、安全工程專業(yè)的限選專業(yè)課。礦井通風(fēng)是礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最基本的一環(huán)，在礦井建設(shè)和生產(chǎn)期間始終占有非常重要的地位。礦井通風(fēng)的根本目的就是向礦井輸入新鮮空氣和排出污濁空氣。即依靠通風(fēng)動(dòng)力將定量的新鮮空氣，沿著既定的通風(fēng)線路不斷地輸入井下，以滿足回采工作面、掘進(jìn)工作面、機(jī)電硐室、火藥庫(kù)以及其他用風(fēng)地點(diǎn)的需要；同時(shí)，將用過(guò)的空氣不斷排出地面?；救蝿?wù)是供給礦井新鮮風(fēng)量，以沖淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性氣體和粉塵，保證井下風(fēng)流的質(zhì)量和數(shù)量符合國(guó)家安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，防止各種傷害和爆炸事故，保障井下人員身體健康和生命安全，保護(hù)國(guó)家資源和財(cái)產(chǎn)。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering61.2課程的主要內(nèi)容和基本要求

theMainContentsandBasicRequirementsoftheCourse主要內(nèi)容

1

研究礦內(nèi)有毒、有害（CO，NO2，H2S，SO2）及放射性氣體和粉塵生成及分布的規(guī)律。

2研究礦內(nèi)氣候條件的變化規(guī)律。

3

正確確定礦井的總供風(fēng)量和各作業(yè)地點(diǎn)所需的風(fēng)量。

4

正確確定礦井的通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)和通風(fēng)方法。

5

正確計(jì)算礦井通風(fēng)阻力，合理確定所需的通風(fēng)動(dòng)力。

6

隨著生產(chǎn)的發(fā)展變化及時(shí)進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

7

對(duì)礦井通風(fēng)狀況進(jìn)行檢查、測(cè)定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題?；疽笳莆盏V內(nèi)大氣的性質(zhì)和風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，學(xué)會(huì)礦井通風(fēng)和防塵的檢測(cè)方法、技術(shù)管理措施和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering71.3課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)

theKeynoteandDifficultPointoftheCourse

重點(diǎn)是學(xué)習(xí)礦內(nèi)風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律、風(fēng)量計(jì)算及分配、礦井通風(fēng)阻力計(jì)算以及主扇選型。

難點(diǎn)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering81.4課程的實(shí)驗(yàn)安排

ExperimentArrangementoftheCourse

本課程設(shè)有14學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，主要有：

1

空氣物理參數(shù)測(cè)定及風(fēng)速儀的校正；

2

風(fēng)流壓力測(cè)定、管道斷面壓力分布的測(cè)定；

3

風(fēng)流沿程流動(dòng)壓力的測(cè)定、阻力系數(shù)的測(cè)定及通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定；

4

粉塵濃度及分散度的測(cè)定。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering91.5課程的學(xué)時(shí)分配

TeachingHoursoftheCourse

本課程總學(xué)時(shí)56，其中授課42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)14學(xué)時(shí)。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering102礦內(nèi)大氣

AtmosphereAirinMine

2.1礦內(nèi)空氣的主要成分

2.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體

2.3放射性氣體

2.4礦內(nèi)氣候條件2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering112.1礦內(nèi)空氣的主要成分

MainCompositionofMineAir

2.1.1地面空氣

2.1.2礦井空氣

2.1.3井下空氣的主要成分2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering122.1.1地面空氣AtmosphericAir

地面空氣一般是由以下幾種氣體混合組成：

O2

氧20.90％；（按體積百分比）

N2

氮78.13％；

CO2

二氧化碳0.03％；

Ar

氬0.93％；其它稀有氣體0.01％。地面空氣是干空氣和水蒸氣的混合氣體，在正常情況下，地面空氣（干空氣）中各種氣體的組成如上述，它們表示某種氣體的體積在干空氣的總體積中所占的百分?jǐn)?shù)。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering132.1.2礦井空氣AirinMine

地面空氣進(jìn)入礦井以后即稱為礦井空氣。地面空氣進(jìn)入井下后會(huì)發(fā)生物理和化學(xué)兩種變化。一般來(lái)講，正常的地面空氣進(jìn)入礦井后，當(dāng)其成分與地面空氣成分相同或相差不多時(shí)，稱為礦內(nèi)新鮮空氣（安全規(guī)程規(guī)定，就含塵量而言，入風(fēng)風(fēng)源的含塵量不大于0.5mg/m3）（新風(fēng)）。當(dāng)井下空氣中混入各種有毒有害氣體，含氧量降低，CO2增加，以及粉塵含量增加，這時(shí)稱為礦內(nèi)污濁空氣（污風(fēng)）。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering14物理變化PhysicalChange

1氣體混入。井下空氣中混入CO2

和H2S

等氣體。

2固體混入。井下各作業(yè)點(diǎn)所產(chǎn)生的礦塵（巖塵）和其它雜塵浮游在井下空氣中。

3氣象變化。主要是由于井下空氣的溫度、氣壓和濕度的變化引起井下空氣的體積和濃度變化。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering15化學(xué)變化ChemicalChange

井下一切物質(zhì)（如巖石，坑木等）的緩慢氧化、自燃現(xiàn)象及人體呼吸產(chǎn)生CO2

。井下爆破、火區(qū)氧化、機(jī)械潤(rùn)滑油高溫分解等都能產(chǎn)生CO。井下火區(qū)氧化和含硫礦的水解都能產(chǎn)生H2S。井下爆破能產(chǎn)生氧化氮（NO2

及N2O5）等。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering162.1.3井下空氣的主要成分

MainCompositionofMineAir

井下空氣的主要成分有O2，N2，

CO2

，但是N2是惰性氣體，變化不大，故主要還是O2

，CO2。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering17氧氣(O2)（1）Oxygen

氧氣是維持人體正常生理機(jī)能所需要的氣體,人體維持正常生命過(guò)程所需的氧氣量，取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動(dòng)強(qiáng)度等。

人體輸氧量與勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系

勞動(dòng)強(qiáng)度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）

休息

6-150.2－0.4

輕勞動(dòng)

20-250.6-1.0

中度勞動(dòng)

30-401.2-2.6

重勞動(dòng)

40-601.8-2.4

極重勞動(dòng)

40-802.5-3.1

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering18氧氣(O2)（2）Oxygen

氧氣既提供人呼吸，又是助燃物質(zhì)。井下工人勞動(dòng)，需要有足夠含氧量的空氣，但對(duì)一些采空區(qū)域卻要阻止含氧空氣進(jìn)入，以防自燃，釀成火災(zāi)。當(dāng)空氣中的含氧量減小時(shí)，人們的呼吸就會(huì)感到困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致窒息（含氧量降到6％－9％）。所以，我國(guó)礦山安全規(guī)程規(guī)定，礦內(nèi)空氣的含氧量不得低于20％。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering19二氧化碳(CO2)CarbonDioxide

CO2是一種比重為1.52的無(wú)色，略帶酸臭味的氣體，常沉積在巷道的底部。當(dāng)空氣中CO2濃度過(guò)大時(shí)，造成氧濃度降低，可以引起缺氧窒息。當(dāng)空氣中的CO2含量達(dá)10－20％，人就有生命危險(xiǎn)。我國(guó)礦山安全規(guī)程規(guī)定：有人工作或可能有人到達(dá)的井巷，CO2不得大于0.5％，總回風(fēng)流中CO2不大于1％。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering202.2礦內(nèi)空氣中常見的有害氣體

MainNoxiousGasesinMine

金屬礦山井下常見的對(duì)安全生產(chǎn)威脅最大的有毒氣體有：CO，NO2，SO2

，H2S等。

2.2.1有毒氣體的來(lái)源

2.2.2各種有毒氣體的性質(zhì)

2.2.3礦塵

2.2.4礦內(nèi)空氣成分安全標(biāo)準(zhǔn)2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering212.2.1有毒氣體的來(lái)源

theSourceofNoxiousGases

1爆破時(shí)所產(chǎn)生的炮煙。炸藥在井下爆炸后，產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，如CO,NO2等。

2柴油機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的廢氣。柴油機(jī)工作時(shí)所排廢氣的主要成分時(shí)氧化氮，CO、醛類和油煙等。

3硫化礦物的氧化。在開采高硫礦床時(shí)，由于硫化礦物緩慢氧化，產(chǎn)生SO2

和H2S氣體。

4井下火災(zāi)。井下火災(zāi)引起坑木燃燒，產(chǎn)生大量的CO。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering22爆破Explosion

爆破是礦山生產(chǎn)的主要作業(yè)之一。爆破后，工人不能立即進(jìn)入工作面，因?yàn)楝F(xiàn)代各種工業(yè)炸藥的爆破分解都是建立在可燃物質(zhì)(如碳、氫、氧等)氣化的基礎(chǔ)上。當(dāng)炸藥爆炸時(shí)除產(chǎn)生水蒸氣和氮外，還產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等有毒有害氣體，統(tǒng)稱為炮煙。它會(huì)直接危害礦工的健康和安全。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering232.2.2各種有毒氣體的性質(zhì)

thePropertiesofNoxiousGases

一氧化碳（CO）：礦山安全規(guī)程規(guī)定：礦內(nèi)空氣中CO濃度不可超過(guò)0.0024％。爆破后，在通風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，CO濃度降至0.02％時(shí)，才可進(jìn)入工作面。

氮氧化物（NOx→NO2）：礦山安全規(guī)程規(guī)定：氮氧化物不大于0.00025％。（NOx－5mg/m3）硫化氫（H2S）：礦山安全規(guī)程規(guī)定：井下空氣中H2S含量不能超過(guò)0.00066％。（H2S—10mg/m3）。

二氧化硫(SO2)：礦山安全規(guī)程規(guī)定：空氣中SO2含量不得超過(guò)0.0005％。（SO2

－5mg/m3）。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering24一氧化碳CarbonMonoxide

一氧化碳是一種無(wú)色、無(wú)味、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。一氧化碳能燃燒，當(dāng)空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內(nèi)時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)。

主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細(xì)胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進(jìn)入人體后，首先就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”。當(dāng)濃度為0.08%時(shí)，40分鐘引起頭痛眩暈和惡心；濃度為0.32%時(shí)，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering25氮氧化物（NOx→NO2）NitrogenDioxide

炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生一系列的氮氧化物，如NO，NO2，NO遇空氣中的氧就立即氧化為NO2。

NO2是一種比重為1.57的褐紅色氣體，易溶于水而生成腐蝕性很強(qiáng)的硝酸，對(duì)眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用。

主要危害：對(duì)于人體最大的危害是引起肺水腫。二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現(xiàn)黃色斑點(diǎn)。礦內(nèi)空氣中當(dāng)NO2的濃度為0.01%時(shí)，出現(xiàn)嚴(yán)重中毒，

0.025％時(shí)，很快使人中毒死亡。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering26硫化氫（H2S）HydrogenSulfide

硫化氫無(wú)色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001％即可嗅到，但當(dāng)濃度較高時(shí)，因嗅覺(jué)神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對(duì)密度為1.19，易溶于水，所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為6.0％時(shí)，有爆炸危險(xiǎn)。

主要危害：硫化氫劇毒，有強(qiáng)烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過(guò)程，使人體缺氧。當(dāng)空氣中硫化氫濃度較低時(shí)，主要以腐蝕刺激作用為主；濃度較高時(shí)能引起人體迅速昏迷或死亡。如當(dāng)濃度達(dá)到0.1%時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)有生命危險(xiǎn)。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering27二氧化硫(SO2)SulfurDioxide

二氧化硫(SO2)，無(wú)色、有強(qiáng)烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達(dá)到0.0005％即可嗅到。其相對(duì)密度為2.2，常存在于巷道底部，易溶于水。

主要危害：遇水后生成硫酸，對(duì)眼睛及呼吸系統(tǒng)粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當(dāng)濃度達(dá)到0.002％時(shí)，眼睛及呼吸器官即感到有強(qiáng)烈的刺激；濃度達(dá)0.05％時(shí)，短時(shí)間內(nèi)即有致命危險(xiǎn)。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering282.2.3礦塵MineDust

在開采過(guò)程中，所產(chǎn)生的一切細(xì)散狀礦物和巖石的塵粒，稱為礦塵，它能較長(zhǎng)久地懸浮于空氣中，也叫做粉塵。含游離二氧化矽（SiO2）的粉塵叫做矽塵。礦塵最大危害是，當(dāng)人體長(zhǎng)期吸入含有游離SiO2的礦塵時(shí)，會(huì)引起矽肺病。矽肺病是礦山的一種主要職業(yè)病，是因?yàn)殚L(zhǎng)期大量吸入含游離SiO2的礦塵引起的。矽塵沉積于肺泡中，使肺組織部分地失去彈性而硬化，使人們呼吸功能減退，出現(xiàn)咳嗽、氣短、胸痛、無(wú)力等癥狀，不僅造成病痛，并影響勞動(dòng)能力，嚴(yán)重時(shí)將喪失勞動(dòng)能力。井下作業(yè)場(chǎng)所的粉塵濃度必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering29二氧化矽SiliconDioxide

二氧化矽是地殼上常見的氧化物，是許多巖石和礦物的重要組成部分，它有兩種存在狀態(tài)：一種是結(jié)合態(tài)的二氧化硅，即矽酸鹽礦物，如長(zhǎng)石，滑石，石棉等，對(duì)人體的危害較輕。另一種是游離狀態(tài)的SiO2,主要是石英，以及燧石、磷石英、白石英等。礦塵中含游離SiO2含量越高，對(duì)人體危害越大。一般金屬礦山礦塵游離SiO2含量在30－70％左右，有時(shí)高達(dá)90％以上。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering30粉塵濃度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

theNationalStandardofDustDensity

我國(guó)《關(guān)于防止廠礦企業(yè)中矽塵危害的決定》中規(guī)定，作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵氣體濃度：含游離SiO2大于10％者，不能超過(guò)2mg/m3，小于10％者，不得超過(guò)10mg/m3。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering31礦內(nèi)空氣成分安全標(biāo)準(zhǔn)

SafetyStandardofAirComposition

inMine成分安全標(biāo)準(zhǔn)（體積%）重量濃度(mg/m3)成分安全標(biāo)準(zhǔn)（體積%）重量濃度(mg/m3)O2≥20％NO20.00025％5CO2≤0.5％SO20.0005％15CO≤0.0024％30H2S0.00066％10浮塵含游離SiO2>10％時(shí)，≤2mg/m3含游離SiO2<10％時(shí)，≤10mg/m32023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering322.3放射性氣體RadiatedGases2.3.1氡及其子體的性質(zhì)和危害

2.3.2礦內(nèi)大氣中氡的來(lái)源

2.3.3氡及氡子體的最大允許度

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering332.3.1氡及其子體的性質(zhì)和危害

thePropertiesandHarmofRadon

氡是一種惰性氣體，對(duì)人體無(wú)直接危害，但氡子體是呈固體微粒形式，大小為0.001-0.05μm，有一定的荷電性，具有很強(qiáng)的附著能力。因此，在空氣中很容易與粉塵結(jié)合形成“放射性氣溶膠”。被吸入人體后，氡及其子體繼續(xù)衰變放出α射線，長(zhǎng)期作用能使支氣管和肺組織產(chǎn)生慢性損傷，引起病變，故認(rèn)為它是產(chǎn)生礦工肺癌的原因之一。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering342.3.2礦內(nèi)大氣中氡的來(lái)源

SourceofRadoninMineAir

巖石中普遍存在著鈾，鈾不斷地衰變，不斷產(chǎn)生氡氣，并從巖石的裸露表面進(jìn)入空氣中。氡在水中的溶解度不大，但由于巖石裂隙中存在高濃度的氡，使地下水中溶解大量的氡，一經(jīng)流入礦井，氡便從水中析出。采礦及掘進(jìn)都在不斷地破碎礦巖。隨著礦巖裸露面的增加，也增加了礦井的氡析出量。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering352.3.3氡及氡子體的最大允許濃度

thePermissibleConcentrationofRadon

我國(guó)制訂的《放射性防護(hù)規(guī)定》中指出，礦山井下工作場(chǎng)所空氣中氡及其子體最大允許濃度如下：氡：1×10-10Ci/L=3.7kBq/m3，或叫1艾曼氡子體的α潛能值：

4×104MeV/L=6.4μJ/m3;

空氣中氡子體濃度的限值：8.3μJ/m3。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering362.4礦內(nèi)氣候條件theClimateConditioninMine

2.4.1概述

2.4.2礦內(nèi)空氣的濕度、含濕量

2.4.3礦內(nèi)空氣溫度

2.4.4井下氣候條件的舒適性

2.4.5衡量礦井氣候條件的指標(biāo)2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering372.4.1概述（1）GeneralIntroduction

礦井氣候條件主要指礦井空氣的溫度、濕度和流速等，也稱礦井氣候條件的三要素。人體在工作或休息時(shí)，都在不斷產(chǎn)生和散發(fā)熱量。在正常條件下，人體產(chǎn)熱速率和環(huán)境冷卻能力相適應(yīng)而處于平衡狀態(tài)，體溫保持在36.5－37度。新陳代謝是人類生命活動(dòng)的基本過(guò)程之一。人體散熱主要是通過(guò)人體皮膚表面與外界的對(duì)流、輻射和汗液蒸發(fā)這三種基本形式進(jìn)行的。對(duì)流散熱取決于周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決于環(huán)境溫度；蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的相對(duì)濕度和流速。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering382.4.1概述（2）GeneralIntroduction

在悶熱的環(huán)境中從事繁重勞動(dòng)時(shí)，環(huán)境冷卻速率低于人體產(chǎn)熱速率，體溫將升高，并導(dǎo)致心率加快，身體不舒適，勞動(dòng)生產(chǎn)率下降，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致中暑和死亡。礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素。

空氣溫度：對(duì)人體對(duì)流散熱起著主要作用。

相對(duì)濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。

風(fēng)速：影響人體的對(duì)流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對(duì)流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。同時(shí)濕交換效果也隨風(fēng)速增大而加強(qiáng)。如有風(fēng)的天氣，涼衣服干得快。影響人體產(chǎn)生熱量主要決定于勞動(dòng)強(qiáng)度。而影響人體散熱的條件是空氣的溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合狀態(tài)。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering392.4.2礦內(nèi)空氣的濕度、含濕量HumidityofMineAir1幾個(gè)概念

2影響濕度的原因

3礦井濕度變化規(guī)律2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering40幾個(gè)概念Concept

1絕對(duì)濕度（

）。單位體積或單位重量的濕空氣中所含水蒸氣重量的實(shí)際值（g/m3

或g/kg）。

2飽和能力（

）

。單位體積或單位重量的空氣能容納水蒸氣量的極限能力或最大能力（g/m3

或g/kg）。當(dāng)溫度升高時(shí)，空氣的體積增大，空氣分子間的孔隙增大，容納水蒸氣的能力增大。這就是說(shuō)，空氣溫度越高，空氣的飽和能力就越大。

3相對(duì)濕度(φ

)。在溫度相同和壓力相同的條件下，空氣的絕對(duì)濕度和飽和能力的百分比叫做空氣的相對(duì)濕度。

4露點(diǎn)。在氣壓不變，水蒸氣無(wú)增減的情況下，不飽和空氣因冷卻而達(dá)到飽和時(shí)的溫度。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering41相對(duì)濕度的計(jì)算CalculationofRelativeHumidity

為水蒸氣壓力，為飽和水蒸氣壓力。

φ=0，φ=100%

，分別意味著什么？在一定溫度和壓力下，的數(shù)值是常數(shù)，則由上式可知，φ和是成正比例變化的，即空氣的相對(duì)濕度越大，則空氣的絕對(duì)濕度也越大，即表示這時(shí)的空氣越潮濕。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering42影響濕度的原因Factors

AffectingHumidity1地面濕度隨季節(jié)變化。陰雨季節(jié)濕度較大，夏季相對(duì)濕度較低（氣溫高，高），冬季相對(duì)濕度較大（氣溫低，低）。

2地面濕度與地理位置有關(guān)。沿海地區(qū)較高，向內(nèi)陸逐漸降低，西北地區(qū)達(dá)到最低值。因?yàn)榭諝庵兴魵鈦?lái)自水面，故大氣中濕度一般自沿海向內(nèi)陸和自低層向高層（海拔）遞減。（如贛南平均海拔300－500m，甘肅2000m左右）。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering43礦井濕度變化規(guī)律ChangeLawofHumidityinMine

井下濕度由于礦井涌水或滴水或充填、濕式作業(yè)、噴霧灑水等原因，井下通常都很潮濕，金屬礦山井下相對(duì)濕度在80－90％左右。一般來(lái)說(shuō)，在礦井進(jìn)風(fēng)路線上，冷天相對(duì)濕度大，含有一定量水蒸氣的冷空氣進(jìn)入井下，氣溫逐漸升高，其飽和能力逐漸變大，相對(duì)濕度變小，沿途要吸收井巷中的水分，則進(jìn)風(fēng)段干燥；熱天相對(duì)濕度低，熱空氣進(jìn)入井下，氣溫逐漸降低，其飽和能力逐漸變小，使其中一部分水蒸氣凝結(jié)成水珠，故進(jìn)風(fēng)段里很潮濕。這就是人們常見的進(jìn)風(fēng)段冬干夏濕現(xiàn)象。采掘工作面和回風(fēng)路線上，因氣溫常年不變，故其濕度亦幾乎常不變，而且相對(duì)濕度都在95％以上。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering442.4.3礦內(nèi)空氣溫度TemperatureofAirinMine

1溫度變化

2影響礦內(nèi)溫度的因素3井下氣溫變化規(guī)律

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering45溫度變化theChangeofTemperature

礦內(nèi)空氣溫度是礦內(nèi)氣候條件的一個(gè)重要因素。礦內(nèi)空氣最適宜人們勞動(dòng)的溫度是15-20℃。空氣在礦井中流動(dòng)，會(huì)由于各種原因而導(dǎo)致溫升。通常有對(duì)流溫升和換熱溫升。

對(duì)流溫升，是指空氣由于絕熱壓縮和水分蒸發(fā)時(shí)所引起的空氣溫度變化。

換熱溫升，是指巖石和空氣中的熱交換，所引起的空氣溫度的變化。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering46影響礦內(nèi)溫度的因素

theFactorsAffectingTemperatureinMine

地面空氣溫度

空氣受壓縮和膨脹

巖石溫度的影響2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering47地面空氣溫度

theTemperatureofAtmosphericAir

地面氣溫一年四季有周期性變化，甚至一日之內(nèi)也發(fā)生周期性變化。地面空氣溫度的變化對(duì)井下空氣的影響極大。我國(guó)北方冬季寒冷，進(jìn)風(fēng)段若不預(yù)熱，有可能出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象；南方夏季炎熱，使井下溫度升高，惡化工作環(huán)境，尤其是淺井。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering48空氣受壓縮和膨脹CompressionandExpansionofAir

當(dāng)空氣沿井筒向下流動(dòng)時(shí)，由于井筒加深，空氣受壓縮，而放出熱量，使空氣溫度升高；當(dāng)空氣向上流動(dòng)時(shí)，則膨脹吸熱，使溫度降低。

空氣溫升計(jì)算式：

t2-t1=g(z1-z2)/Cp

t1、t2－1、2點(diǎn)的空氣溫度，℃；z1、z2

－1、2點(diǎn)的標(biāo)高，m;Cp

－空氣的定壓比熱，J/kg·℃；

g－重力加速度，m/s2。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering49巖石溫度的影響（1）EffectofRockTemperature

地表以下巖石的溫度是變化的，可分為三帶：

變溫帶：溫度隨地表溫度而變化；

恒溫帶：不受地表溫度的變化影響，而穩(wěn)定不變。其溫度近似等于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，深度大約距地表20－30米。

增溫帶：在恒溫帶以下，巖石溫度隨深度的增加而增加。一定深度的巖石溫度計(jì)算式：

tZ

=t0+Gt

(Z-Z0)

tZ

－距地面垂深Z米處的巖層溫度，℃；t0－恒溫帶處巖層的溫度，可近似取當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?，℃。Z－巖層的深度，m；

Z0

－恒溫帶的深度，m;Gt

－地溫梯度，即巖層溫度隨深度的變化率?！?m。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering50巖石溫度的影響（2）EffectofRockTemperature

圍巖與井下空氣的熱交換是一個(gè)復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)定過(guò)程，但其主要熱交換方式為傳導(dǎo)和對(duì)流。當(dāng)圍巖溫度高于進(jìn)入礦內(nèi)空氣的溫度時(shí)，巖體內(nèi)部的熱量就會(huì)傳遞到巷道壁，再由巖壁散發(fā)到空氣中，使空氣加熱而升溫。巖體中的熱量不斷地傳給空氣，在巷道周圍逐漸形成冷卻圈。冷卻圈的大小決定于巖石的性質(zhì)、巖體與空氣的溫差，以及距井口的距離和通風(fēng)時(shí)間的長(zhǎng)短。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering51井下氣溫變化規(guī)律（1）

theChangeLawofTemperatureinMine

在進(jìn)風(fēng)路線上（指向礦井進(jìn)風(fēng)口到采掘工作面的一段路線）：

冬季：冷空氣進(jìn)入井下，冷氣溫與地溫進(jìn)行熱交換，風(fēng)流吸熱，地溫散熱，因地溫隨深度增加且風(fēng)流下行受壓縮，故沿線氣溫逐漸升高。

夏季：與冬季的情況相反，沿線氣溫逐漸下降。即在進(jìn)風(fēng)路線上，氣溫隨四季而變，和地表氣溫相比，有冬暖夏涼的現(xiàn)象，對(duì)地表氣溫起調(diào)節(jié)作用，進(jìn)風(fēng)路線好比調(diào)節(jié)器。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering52井下氣溫變化規(guī)律（2）

theChangeLawofTemperatureinMine

在采掘工作面內(nèi)，由于物質(zhì)的氧化程度大，機(jī)電設(shè)備多，人員多以及爆破工作等，致使產(chǎn)生較大的熱量，對(duì)風(fēng)流起著加熱作用，氣溫逐漸升高，而且常年變化不大，故采掘工作面好比是恒溫加熱器。在回風(fēng)路線上，因地溫逐漸變小，風(fēng)流向上流動(dòng)體積膨脹，風(fēng)流匯合，風(fēng)速增加，使氣溫逐漸降低，但常年變化不大。對(duì)于平硐進(jìn)風(fēng)，井下風(fēng)流路線不長(zhǎng)的礦井，由于熱交換不充分致使整個(gè)風(fēng)流路線上（包括采掘工作面）的氣溫都可能隨四季地面氣溫而變。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering53井下進(jìn)風(fēng)線路上氣溫變化規(guī)律

theChangeLawofTemperatureinEntranceRouteunderground夏冬氣溫進(jìn)風(fēng)段工作面回風(fēng)段2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering54井下氣候條件的舒適性

theComfortableConditionofClimateunderground

人體散熱方式分為對(duì)流、輻射和蒸發(fā)。氣溫較低時(shí)，人體以對(duì)流及輻射形式放散的熱量較大。隨著氣溫的升高，對(duì)流及輻射的散熱量漸漸減小，以汗水蒸發(fā)形式放散的熱量增加。當(dāng)氣溫近似于體溫時(shí)，對(duì)流及輻射散熱趨近于零，完全靠汗水蒸發(fā)散熱。當(dāng)井下的相對(duì)濕度大于80％時(shí)，人體出汗不易蒸發(fā)，相對(duì)濕度低于30％，則感到干燥。最舒適的相對(duì)濕度為50－60％。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering55衡量礦井氣候條件的指標(biāo)（1）

IndexesJudgingClimateConditioninMine

1干球溫度干球溫度是我國(guó)現(xiàn)行的評(píng)價(jià)礦井氣候條件的指標(biāo)之一。

特點(diǎn)：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標(biāo)比較簡(jiǎn)單，使用方便。但這個(gè)指標(biāo)只反映了氣溫對(duì)礦井氣候條件的影響，而沒(méi)有反映出氣候條件對(duì)人體熱平衡的綜合作用。

2濕球溫度

濕球溫度是可以反映空氣溫度和相對(duì)濕度對(duì)人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個(gè)指標(biāo)仍沒(méi)有反映風(fēng)速對(duì)人體熱平衡的影響。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering56衡量礦井氣候條件的指標(biāo)（2）

IndexesJudgingClimateConditioninMine

3卡他度：井下氣候條件是溫度、濕度和風(fēng)速三者的綜合作用，單獨(dú)用某一因素來(lái)評(píng)價(jià)氣候條件是不夠的。一般評(píng)價(jià)勞動(dòng)條件舒適程度的綜合指數(shù)，多采用卡他度。

卡他度表示具有與人的體溫接近的卡他溫度計(jì)向外界散熱的速度。是1916年由英國(guó)L.希爾等人提出的。卡他度分為：干卡他度、濕卡他度。

干卡他度：反映了氣溫和風(fēng)速對(duì)氣候條件的影響，但沒(méi)有反映空氣濕度的影響。

濕卡他度：表示對(duì)流、輻射和蒸發(fā)三者的綜合散熱效果。它是在卡他計(jì)貯液球上包裹上一層濕紗布時(shí)測(cè)得的卡他度，其實(shí)測(cè)和計(jì)算方法完全與干卡他度相同。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering57衡量礦井氣候條件的指標(biāo)（3）

IndexesJudgingClimateConditioninMine

卡他度是指溫度由38℃度降到35℃時(shí)的卡他溫度計(jì)的液球，在單位時(shí)間內(nèi)，單位表面上所散發(fā)的熱量，它的單位是毫卡/厘米2秒

H=F/t。

H

－卡他度；F－卡他度常數(shù)；t－由38℃度降到35℃所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，秒。卡他度的測(cè)定由實(shí)驗(yàn)完成。一般來(lái)說(shuō)，卡他度的值越大，散熱條件越好。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering58

礦內(nèi)風(fēng)流的基本性質(zhì)

theBasicPropertiesofAirflowinMine3.1前言

3.2礦內(nèi)空氣的密度及計(jì)算

3.3礦內(nèi)空氣壓力及測(cè)定

3.4礦內(nèi)風(fēng)流的流動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）狀態(tài)

3.5礦內(nèi)風(fēng)流的流速及測(cè)定

3.6礦內(nèi)風(fēng)流的流動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）形式

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering593.1前言Preface

在一條風(fēng)道中的兩點(diǎn)空氣能量不同，空氣必然從能量高的地點(diǎn)流向能量低的地點(diǎn)，從而形成風(fēng)流。這說(shuō)明空氣流動(dòng)必須具備兩個(gè)條件:一是有通路，一是能量不同?？諝獗旧砟芰康淖兓窃斐娠L(fēng)流流動(dòng)的根本原因。欲了解礦內(nèi)空氣流動(dòng)規(guī)律，必須先了解礦內(nèi)風(fēng)流的基本性質(zhì)。本章將著重討論風(fēng)流的物理性質(zhì)和狀態(tài)變化，流態(tài)和運(yùn)動(dòng)型式，風(fēng)流壓力和流速等。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering603.2礦內(nèi)空氣的密度及計(jì)算

AirDensityandItsCalculationinMine

密度：?jiǎn)挝惑w積的空氣所具有的質(zhì)量。

ρ=M/V(㎏/m3),M－質(zhì)量，V－體積；干空氣密度：ρ=1.293T0p/p0T(㎏/m3)，或代入具體條件后：ρ=3.48p/T(㎏/m3)；不同濕度條件下空氣的密度：

ρ=3.48(p/T)(1-0.378φpb/p)(㎏/m3)p－空氣壓力（KPa），T－空氣絕對(duì)溫度（K），

φ

－空氣相對(duì)濕度（％），pb－飽和水蒸氣壓力(KPa)。經(jīng)驗(yàn)公式:ρ=3.45p/T(㎏/m3),(濕度對(duì)密度影響小)2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering613.3礦內(nèi)空氣壓力及測(cè)定

AirPressureandItsMeasure3.3.1空氣壓力

1空氣靜壓（靜壓強(qiáng)）

2動(dòng)壓

3全壓

4空氣壓力的單位

3.3.2礦內(nèi)空氣壓力的測(cè)定2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering623.3.1空氣壓力AirPressure

單位體積空氣包圍著地球的大氣，受地心吸引力的作用，對(duì)其底部單位面積上所具有的重力稱為大氣壓力，也稱為氣壓。所以大氣壓力是一個(gè)壓強(qiáng)的概念。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering63空氣靜壓（靜壓強(qiáng)）AirStaticPressure

空氣的靜壓是氣體分子間的壓力或氣體分子對(duì)容器壁所施加的壓力。井下空間某一點(diǎn)空氣靜壓的大小與該點(diǎn)在大氣中所處的位置和受扇風(fēng)機(jī)所造成的人工壓力有關(guān)。在礦井里，隨著深度的增加，上部空氣輕，重量（空氣靜壓）亦增加。對(duì)于海拔高度不大的礦井來(lái)說(shuō)，通常垂直深度每增加100m就要增加1.2－1.3KPa的壓力?？諝忪o壓根據(jù)量度時(shí)所選擇的基準(zhǔn)不同，可分為絕對(duì)靜壓和相對(duì)靜壓。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering64絕對(duì)靜壓和相對(duì)靜壓

AbsoluteandRelativePressure

絕對(duì)壓力：以真空為測(cè)算零點(diǎn)（比較基準(zhǔn)）而測(cè)得的壓力稱為絕對(duì)壓力，用Ps

表示。

相對(duì)壓力：以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)赝瑯?biāo)高的大氣壓力(Pa)為測(cè)算基準(zhǔn)(零點(diǎn))測(cè)得的壓力稱之為相對(duì)壓力，即通常所說(shuō)的表壓力，用HS

表示。當(dāng)某點(diǎn)的相對(duì)靜壓大于大氣壓，則稱為正壓，反之為負(fù)壓。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering65絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和大氣壓力的關(guān)系

theRelationshipamongAbsolute,RelativePressureandatmosphereabPs(a)

真空PaPs(b)Hs(a)(+)Hs(b)(-)Pa2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering66動(dòng)壓VelocityPressure

流動(dòng)空氣具有一定的動(dòng)能，因此，風(fēng)流中任一點(diǎn)除有靜壓Hs外，還有動(dòng)壓Hv。動(dòng)壓因空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，恒為正值且具有方向。

Hv=ρv2/2(Pa),

ρ－單位體積空氣的質(zhì)量，kg/m3;v－風(fēng)流速度，m/s。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering67全壓TotalPressure

某點(diǎn)風(fēng)流的全壓,即該點(diǎn)的靜壓和動(dòng)壓的疊加。當(dāng)靜壓用絕對(duì)靜壓Ps表示時(shí)，則Ps與動(dòng)壓Hv疊加后的壓力稱為絕對(duì)全壓,Pt，即Pt=Ps+Hv。若靜壓用相對(duì)壓力Hs表示時(shí)，則Hs與動(dòng)壓Hv疊加所得的壓力稱為相對(duì)全壓,Ht。由于前面提到Hs可正可負(fù)，故Ht也可正可負(fù)，則我們說(shuō)相對(duì)全壓為相對(duì)靜壓和動(dòng)壓的代數(shù)和。

壓入式與抽出式通風(fēng)的全壓表達(dá)式是不同的。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering68壓入式及抽出式通風(fēng)

ExhaustandBlowingVentilation

壓入式，扇風(fēng)機(jī)安裝在入風(fēng)井，壓入新風(fēng)，井下巷道內(nèi)的風(fēng)流都處于正壓狀態(tài)（即高于大氣壓）。在壓入通風(fēng)風(fēng)流中,相對(duì)全壓Ht為：

Ht=Hs+Hv

，Ht>Hs,Ht均為正值，Hs可正可負(fù)；

抽出式，扇風(fēng)機(jī)安裝在回風(fēng)井，抽出污風(fēng)，井下巷道內(nèi)的風(fēng)流均處于負(fù)壓狀態(tài)（低于大氣壓）。在抽出式通風(fēng)中，Ht

、

Hs為負(fù)值，相對(duì)全壓Ht為：

Ht(負(fù)值)=Hs(負(fù)值)+Hv

在實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣取絕對(duì)值，則

|

Ht|=|Hs|-

Hv2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering69風(fēng)流點(diǎn)壓力測(cè)定示意圖

DiagramofSurveysforAirflowPressureHt

Hv+HsHtHv

Hs+－

壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)Hs=ps-pa,Ht=pt-pa,Hv=pt-psHs=pa-ps,Ht=pa-pt,Hv=pt-ps

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering70皮托管PitotTube

1

內(nèi)管；2

外管；3

側(cè)孔；4

前孔2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering71不同通風(fēng)方式的壓力關(guān)系示意圖

DiagramofPressureRelationshipwithDifferentVentilationMethod

壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)

Hs=ps-pa,Ht=pt-pa,Hv=pt-psHs=pa-ps,Ht=pa-pt,Hv=pt-ps

PtPsHsHvHtPa真空PaHsHtHvPsPt真空2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering72空氣壓力的單位Unitof

AirPressure

（1）Kg/m2；（2）mmH2O；（3）mmHg；（4）帕斯卡(Pascal)，Pa（N/m2）。因?yàn)?Kg重的水鋪在1m2的面積上將形成1mm高的水柱，所以1Kg/m2=1mm水柱=9.8Pa(ρ水=1000kg/m3)

通風(fēng)工程中常用mm水柱表示壓力，當(dāng)壓力很大時(shí)，也用mm水銀柱表示。水銀比重為13.6，故1mm水銀柱=13.6mm水柱。在我國(guó)法定計(jì)量單位(亦即國(guó)際單位制)中以帕斯卡作為壓強(qiáng)單位，簡(jiǎn)稱帕，以Pa表示。它的物理意義是每平方米面積所承受多少牛頓(N)的壓力。工程上還常用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mm水銀柱=10336mm水柱=101.3kPa.2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering733.3.2礦內(nèi)空氣壓力的測(cè)定

SurveysofAirPressureinMine1絕對(duì)靜壓的測(cè)定通常使用水銀氣壓計(jì)和空盒氣壓計(jì)測(cè)定礦內(nèi)外空氣絕對(duì)靜壓。（見實(shí)驗(yàn)）

2相對(duì)壓力的測(cè)定通常用U形壓差計(jì)、單管傾斜壓差計(jì)或補(bǔ)償微壓計(jì)與皮托管配合測(cè)量風(fēng)流的靜壓、動(dòng)壓和全壓。（見實(shí)驗(yàn)）2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering743.4礦內(nèi)風(fēng)流的流動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）狀態(tài)

AirflowStateinMine3.4.1流體流態(tài)的種類

3.4.2流體流態(tài)的判斷2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering753.4.1流體流態(tài)的種類

VarietyofAirflowState

嚴(yán)格地講，風(fēng)流的流態(tài)有三種：層流、紊流和過(guò)渡流。

風(fēng)速極小時(shí)，風(fēng)流中出現(xiàn)分層現(xiàn)象，層與層間互不干擾。如在風(fēng)流中施放煙霧，可以看到煙霧在斷面上各點(diǎn)沿著一定的軌跡前進(jìn)，這種流態(tài)叫做層流。

風(fēng)速較大時(shí)，風(fēng)流在前進(jìn)途中發(fā)生強(qiáng)烈的橫向脈動(dòng)，如施放煙霧，將很快彌漫全斷面，看不清煙霧的運(yùn)動(dòng)軌跡，這種流態(tài)稱為紊流。在層流和紊流之間的流態(tài)稱為過(guò)渡流態(tài)或中間流態(tài)，人們通常都將過(guò)渡流也劃歸為紊流范圍，是還沒(méi)有達(dá)到完全穩(wěn)定的紊流狀態(tài)。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering763.4.2流體流態(tài)的判斷（1）JudgingAirflowState

實(shí)驗(yàn)證明，流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，受著流體的速度、粘滯性和管道的尺寸等因素的影響。這三個(gè)影響因素，可用一種沒(méi)有量綱的數(shù)值Re（雷諾數(shù)）來(lái)表示。

Re=Vd/υ

V—流體在管道中的平均速度（m/s）；d—管道直徑(米）;

υ—流體粘性運(yùn)動(dòng)系數(shù)（m2/s）。

當(dāng)Re<2300層流

Re>2300紊流。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering773.4.2流體流態(tài)的判斷（2）JudgingAirflowState

水力半徑r：反映流體流過(guò)管道的難易程度。數(shù)學(xué)意義是流體的斷面面積S（m2）和流體的周邊長(zhǎng)（濕周）P（m）之比，即：

r=S/Pr=d/4(圓形風(fēng)管)

非圓形的風(fēng)管流體流態(tài)判斷式

Re=4VS/υP

礦井中的空氣流態(tài)絕大多數(shù)是屬于紊流狀態(tài)。對(duì)于不同形狀的井巷斷面，周界長(zhǎng)P與斷面S的關(guān)系為

P≈CS1/2

m

C－斷面形狀系數(shù)：梯形，C=4.16；三心拱，C=3.85；半圓拱，C=3.90；圓斷面，C=3.54。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering783.5礦內(nèi)風(fēng)流的流速及測(cè)定

VelocityofMineAirflowandItsSurveys3.5.1礦內(nèi)風(fēng)流的速度分布與平均風(fēng)速

3.5.2風(fēng)速測(cè)定（見實(shí)驗(yàn)）

3.5.3風(fēng)表校正（見實(shí)驗(yàn)）

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering793.5.1礦內(nèi)風(fēng)流的速度分布與平均風(fēng)速

VelocityDistributionofMineAirflowandAverageAirspeed

由于空氣的粘性和井巷壁面（粗糙度）的影響，井巷斷面上的風(fēng)速分布是不均勻的。在邊壁附近的層流邊層的流速稱為邊界風(fēng)速，在層流邊層以外，從巷道壁向巷道軸心方向，風(fēng)速逐漸增大。設(shè)斷面上任一點(diǎn)的風(fēng)速為Vi，則按斷面S平均風(fēng)速可用下式表示：V=∫s

Vids/S∫s

Vids

即為通過(guò)斷面S的風(fēng)量Q，故Q=VS。斷面上的風(fēng)速分布與巷道粗糙程度有關(guān)。通常巷道軸心附近風(fēng)速最大。平均風(fēng)速V與最大風(fēng)速Vmax

的比值稱為風(fēng)速分布系數(shù),Kv，又稱速度場(chǎng)系數(shù)。巷壁愈光滑，Kv值愈大，即在斷面上風(fēng)速分布愈均勻。砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護(hù)巷道，Kv=0.68～0.82；無(wú)支護(hù)巷道，Kv=0.74～0.81。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering80層流邊層BoundaryofLaminarFlow

在貼近壁面處仍存在層流運(yùn)動(dòng)薄層，即層流邊層。其厚度δ隨Re增加而變薄，它的存在對(duì)流動(dòng)阻力、傳熱和傳質(zhì)過(guò)程有較大影響。在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風(fēng)速逐漸增大，呈拋物線分布。δvvmax2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering813.5.2風(fēng)速測(cè)定（見實(shí)驗(yàn)）

AirspeedSurveys1用風(fēng)表測(cè)定風(fēng)速風(fēng)表可以測(cè)定某一點(diǎn)的風(fēng)速，也可測(cè)定巷道斷面的平均風(fēng)速。

2用熱電式風(fēng)速儀和皮托管壓差計(jì)測(cè)風(fēng)速熱電式風(fēng)速儀可分為熱線和熱球風(fēng)速儀，只能測(cè)定點(diǎn)風(fēng)速（見實(shí)驗(yàn)）。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering823.5.3風(fēng)表校正（見實(shí)驗(yàn)）

AdjustingAnemometer

由于風(fēng)表制造上的誤差和使用中的磨損以及溫度、濕度、風(fēng)速、粉塵的影響，表速（指示風(fēng)速）并不等于實(shí)際風(fēng)速，此時(shí)需要對(duì)風(fēng)表在專門的設(shè)備上進(jìn)行校正。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering833.6礦內(nèi)風(fēng)流的流動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）形式

theFlowingPatternoftheMineAirflow

3.6.1

礦內(nèi)風(fēng)流的流動(dòng)型式

3.6.2

排煙（塵）過(guò)程分析

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering843.6.1礦內(nèi)風(fēng)流的流動(dòng)型式

theFlowingPatternoftheMineAirflow1固定邊界流（巷道型風(fēng)流）:這是一種有固定邊界的風(fēng)流，如風(fēng)流在井筒巷道中流動(dòng)。

特點(diǎn)：風(fēng)流受固定邊界的限制而沿風(fēng)道方向流動(dòng)。

2自由風(fēng)流或射流（硐室型風(fēng)流）:這是一種沒(méi)有固定邊界的風(fēng)流，如風(fēng)流由風(fēng)管流入巷道，或風(fēng)流從巷道流入大斷面的硐室。

特點(diǎn)：風(fēng)流的邊界不是風(fēng)道壁，而是空氣。自由風(fēng)流的橫斷面隨流動(dòng)方向逐漸擴(kuò)散，形成圓錐形。根據(jù)圓錐形風(fēng)速在前進(jìn)過(guò)程中是否能充分發(fā)展，又可分為不完全自由風(fēng)流和完全自由風(fēng)流。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering85不完全自由風(fēng)流和完全自由風(fēng)流

LimitedFreeAirflowandFreeAirflow

不完全自由風(fēng)流完全自由風(fēng)流2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering863.6.2排煙（塵）過(guò)程分析

AnalysisofDust-emission1巷道型風(fēng)流與紊流變形根據(jù)巷道型風(fēng)流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，風(fēng)流（污風(fēng)）沿巷道按巷道內(nèi)風(fēng)速分布曲線運(yùn)動(dòng)。

2硐室型風(fēng)流與紊流擴(kuò)散管內(nèi)空氣注入無(wú)限空間時(shí)，將出現(xiàn)自由風(fēng)流。具有貫穿風(fēng)流的硐室中排煙排塵如圖示。在紊流擴(kuò)散作用下，新鮮空氣與炮煙在邊界層相互摻雜。若出口處d-d的煙塵平均濃度為C’，峒室里的炮煙平均濃度為C，則定義

K＝C’/C

為紊流擴(kuò)散系數(shù)。由此可知，紊流擴(kuò)散系數(shù)K越大，排煙越快；反之，越慢。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering87紊流變形

TurbulentDeformationaL

be

e'

e''

cd2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering88具有貫穿風(fēng)流硐室中的排煙排塵

Dust-emissionintheRoomwithathroughVentilation

a

aQCC’ddbbL2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering89

礦內(nèi)風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的能量方程式

FlowingEnergyEquationofMineAirflow4.1不可壓縮性實(shí)際流體能量方程式

4.2能量方程在通風(fēng)阻力的測(cè)定中的應(yīng)用

4.3能量方程式在分析通風(fēng)動(dòng)力與阻力關(guān)系時(shí)的應(yīng)用

4.4有分支風(fēng)路的能量方程式

4.5可壓縮性實(shí)際流體能量方程式2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering904.1不可壓縮性實(shí)際流體能量方程式（1）

EnergyEquationforincompressibleRealFluid

氣體是可壓縮的，氣體的壓縮性表現(xiàn)在其密度的變化，在礦井通風(fēng)中，通常視風(fēng)流為不可壓縮。理想流體和實(shí)際流體在不可壓縮情況下的單位體積流體運(yùn)動(dòng)微分方程分別為：若考慮阻力，則有下式，其中dh/dl為阻力坡度。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering914.1不可壓縮性實(shí)際流體能量方程式（2）

EnergyEquationforincompressibleRealFluidh12—單位體積實(shí)際流體在斷面1，2之間，因克服阻力所損失的能量，在礦井通風(fēng)中稱為通風(fēng)阻力。能校正系數(shù)K，其物理意義為該斷面上實(shí)際流速計(jì)算的動(dòng)能之總和與按斷面平均流速計(jì)算的動(dòng)能之總和的比值，其大小取決于管道的粗糙度。k值的變化在1.05—1.10間，礦井通風(fēng)中通常取k＝1

。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering924.1不可壓縮性實(shí)際流體能量方程式（3）

EnergyEquationforincompressibleRealFluid

前面曾討論了礦內(nèi)空氣密度受靜壓、風(fēng)速及高度變化的影響不大，可視為不可壓縮氣體來(lái)處理。但是，為了真實(shí)地反映各點(diǎn)的能量