第3章 礦井通風阻力

礦井通風與安全

MineVentilationandSafety1安全工程學院仲曉星中國礦業(yè)大學多媒體教學課件礦內(nèi)空氣動力學基礎重點1、風流能量與能量方程2、點壓力之間的關系2位能（勢能）靜壓能（流動功）動能

3風流能量在礦井井巷中，風流任一斷面上能量（機械能）由三部分組成：這三部分能量在通風測量中則以壓力的形式出現(xiàn)，分別表示為靜壓，位壓和動壓。41.不可壓縮流體的能量方程假設空氣是不可壓縮的52.可壓縮流體的能量方程（1）可壓縮空氣單位質量流體的能量方程斷面1上，1kg空氣所具有的能量為：斷面2上，1kg空氣所具有的能量為：6

1kg空氣由1斷面

流至

2斷面

的過程中，克服流動阻力消耗的能量為LR（J/kg），這部分被消耗的能量將轉化為熱能qR（J/kg）地溫（通過井巷壁面或淋水等其他途徑）、機電設備等傳給1kg空氣的熱量為q（J/kg），這些熱量將增加空氣的內(nèi)能并使空氣膨脹做功。假設1－2斷面間有壓源Lt（J/kg）（如局部通風機）。單位質量可壓縮流體在有壓源的井巷中流動時能量方程的一般表達式！7（2）可壓縮空氣單位體積流體的能量方程無壓源的：有壓源的(Ht)：1－2斷面間按狀態(tài)過程考慮的空氣平均密度ρm

點壓力

靜壓

全壓

動壓8相對靜壓相對全壓當時當?shù)嘏c風道中i點同標高的大氣壓9孔b：平行于風流方向，只感受i點的絕對靜壓，稱為靜壓孔；孔a：正對風流，除了感受靜壓外，還受動壓作用，稱為全壓孔。皮托管是一種測壓管，它是承受和傳遞壓力的工具。它由兩個同心管（一般為圓形）組成，其結構如圖所示。尖端孔口a與標著（十）號的接頭相通，側壁小孔b與標著（一）號的接頭相通。點壓力的測定

a圖為壓入式通風，在壓入式通風時，風筒中任一點i的相對全壓恒為正值，所以稱之為正壓通風b圖為抽出式通風，在抽出式通風時，除風筒的風流入口斷面的相對全壓為零外，風筒內(nèi)任一點i的相對全壓恒為負值，故又稱為負壓通風。10壓入式抽出式不同通風方式時，風流中某點各種壓力之間的相互關系。111、壓入式通風系統(tǒng)壓力坡度

由能量方程得：

由于通風機入口外P0，其風速等于0，當忽略這段巷道的阻力不計時，其能量方程式為：

Hf——通風機全壓，Pa。12通風機全壓與自然風壓共同作用，克服了礦井阻力，并在出風井口造成動壓損失。2、抽出式通風系統(tǒng)壓力坡度

對1、2兩斷面列能量方程得：

此式表明，抽出式通風時，通風機在風硐中所造成的靜壓（絕對值）與自然風壓共同作用，克服礦井通風阻力，并在風硐中造成動壓損失。為了分析通風機全壓與通風阻力的關系，需要列出由通風機入口2到擴散塔出口3的能量方程式。

將兩式合并，可得：

13抽出式通風機的全壓與自然風壓共同作用，克服礦井通風阻力，并在通風機擴散塔出口，造成動壓損失。第3章礦井通風阻力14中國礦業(yè)大學多媒體教學課件第3章礦井通風阻力風流必須具有一定的能量，用以克服井巷對風流所呈現(xiàn)的通風阻力。通常礦井通風阻力分為摩擦阻力與局部阻力兩類，它們與風流的流動狀態(tài)有關。一般情況下，摩擦阻力是礦井通風總阻力的主要組成部分。15第3章礦井通風阻力3.1風流的流動狀態(tài)

3.2摩擦阻力

3.3局部阻力

3.4通風阻力定律和特性

3.5通風阻力測量16學習目標、重點與難點學習目標1、風流的流動狀態(tài)2、摩擦阻力3、局部阻力4、通風阻力定律和特性、通風阻力測量重點與難點1、摩擦阻力產(chǎn)生的原因和測算2、局部阻力產(chǎn)生的原因和測算173.1風流的流動狀態(tài)

風流的流動狀態(tài)分為層流與紊流。層流是指流體各層的質點互不混合，質點流動的軌跡為直線或有規(guī)則的平滑曲線，并與管道軸線方向基本平行。紊流是指流體的質點強烈互相混合，質點的流動軌跡極不規(guī)則，除了沿流動總方向發(fā)生位移外，還有垂直于流動總方向的位移，且在流體內(nèi)部存在著時而產(chǎn)生、時而消失的旋渦。流體的流動狀態(tài)受流體的速度、粘性和管道尺寸等影響。流體的速度越大，粘性越小，管道的尺寸越大，則流體越易成為紊流，反之，越易成為層流。18□

可用一個無因次參數(shù)Re（雷諾數(shù)）來表示上述三因素的綜合作用。對于圓形管道（3-1-1）式中：V為管道中流體的平均速度，m/s；d為圓形管道的直徑，m；v為流體的運動粘性系數(shù)，與流體的溫度、壓力有關。

設r為流體的水力半徑，指流體的斷面S（m2）與流體的周界U（m）之比，即r＝S/U，m。因風流充滿管道，故在直徑為d的圓形管道中，風流的水力半徑為：，或，m（3-1-2）代入（3-1-1）式，得出用于非圓形巷道風流雷諾數(shù)的計算式為：（3-1-3）式中：S為巷道的斷面，m2；U為巷道的周界，m。19據(jù)前人的實驗，水流在各種粗糙壁面、平直的圓管內(nèi)流動，當Re≤2000時，水流呈層流狀態(tài)；約在Re>2000時，水流開始向紊流過渡，故稱2000為臨界雷諾數(shù)；Re≥100000時，水流呈完全紊流。把水流的這些數(shù)值近似應用于風流，便可大致估計出風流在各種流態(tài)下的平均風速。例如某巷道的斷面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，風流的運動黏性系數(shù)v＝14.4×10－6m2/s。則用（3-1-3）式估算出風流開始向紊流過渡的平均風速為：

井巷中最低風速都在0.15～0.25m/s以上，且大多數(shù)井巷的斷面都大于2.5m2，故大多數(shù)井巷中的風流不會出現(xiàn)層流，只有風速很小的漏風風流，才可能出現(xiàn)層流。又如在上例中，Re≥100000時，該巷道內(nèi)風流呈現(xiàn)完全紊流的平均風速約為：V＝100000×6.58×14.4×10-6/（4×2.5）＝0.95m/s.203.2摩擦阻力3.2.1摩擦阻力的意義和理論基礎風流在井巷中作均勻流動時，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起內(nèi)外摩擦而產(chǎn)生的阻力稱作摩擦阻力。（均勻流動是指風流沿程的速度和方向都不變，而且各斷面上的速度分布相同）

流態(tài)不同的風流，摩擦阻力hfr的產(chǎn)生情況和大小也不同。前人實驗得出水流在圓管中的沿程阻力公式是：

（3-2-1）式中：λ為實驗比例系數(shù)，無因次；ρ為水流的密度，kg/m3；L為圓管的長度，m；d為圓管的直徑，m；V為圓管內(nèi)水流的平均速度，m/s。上式是礦井風流摩擦阻力計算式的基礎，它對于不同流態(tài)的風流都能應用，只是流態(tài)不同時，式中λ的實驗表達式不同。21□圖3-2-1

尼古拉茨

實驗圖

據(jù)前人在壁面能分別膠結各種粗細砂粒的圓管中，實驗得出流態(tài)不同的水流，λ系數(shù)和管壁的粗糙度Re的關系。實驗是用管壁平均突起的高度（即砂粒的平均直徑）k（m）和管道的直徑d（m）之比來表示管壁的相對光滑度。利用閥門不斷改變管內(nèi)水流的速度，實驗結果如圖3-2-1所示。22

（1）在lgRe≤3.3（即Re≤2000）以下，即當流體作層流運動時，由左邊斜線可以看出，相對光滑度不同的所有試驗點都分布于其上，λ隨Re的增加而減少，且與管道的相對光滑度無關，此時，λ與Re的關系式為：λ=64/Re

（3-2-2）（2）在3.3<lgRe<5.0（即2000<Re<100000）的范圍內(nèi)，即當流體由層流到紊流再到完全紊流的中間過渡狀態(tài)時，λ系數(shù)既和Re有關，又和管壁的相對光滑度有關。23

（3）在lgRe≥5.0（即Re≥100000）以上，即當流體作完全紊流狀態(tài)流動時，λ系數(shù)和Re無關，只和管壁的相對光滑度有關，管壁的相對光滑度越大，λ值越小。其實驗式為

（3-2-3）24在紊流狀態(tài)下，流體的能量損失大大超過層流狀態(tài)。在層流狀態(tài)下，能量只損失在速度不同的流體層間的內(nèi)摩擦力方面，而在紊流狀態(tài)下，除這種損失外還有消耗在因流體質點相互混雜、能量交換而引起的附加損失，當雷諾數(shù)增加到一定程度時，這種附加損失將急劇增大到主導地位。

如圖所示，紊流的結構可分為層流邊層、過渡層和紊流區(qū)三個組成部分。紊流區(qū)又稱紊流核，是紊流的主體，層流區(qū)流速很小或接近于零。隨著雷諾數(shù)增大，層流邊層的厚度減薄，以至不能遮蓋管壁的突起高度，管壁粗糙度即對流動阻力發(fā)生影響。當Re≥100000

，流體呈完全紊流和層流邊層厚度趨于零時，則如（3-2-3）式所示，λ值只決定于管壁的相對粗糙度，而與Re無關。253.2摩擦阻力3.2.2完全紊流狀態(tài)下的摩擦阻力定律井下多數(shù)風流屬于完全紊流狀態(tài)，故重點討論完全紊流狀態(tài)下的摩擦阻力。把上面(3-2-2)式代入(3-2-1)式，得，Pa（3-2-4）因礦井空氣密度變化不大，而且對于尺度和支護已定型的井巷，其壁面的相對光滑度是定值，則在完全紊流狀態(tài)下，值是常數(shù)。把上式中的用一個系數(shù)來表示，即（3-2-5）此系數(shù)稱為摩擦阻力系數(shù)。在完全紊流狀態(tài)下，井巷的值只受、或的影響。對于尺寸和支護已定型的井巷，值只與或成正比。將（3-2-5）代入（3-2-4）式，得，Pa（3-2-6)若通過井巷的風量為Q（m3/S），則V=Q/S，代入上式，得2627由于礦井中巷道的長度，周界及摩擦阻力系數(shù)在巷道形成后一般變化較小，可看作常數(shù)。再令：Rfr——為巷道的摩擦風阻。這時：這就是完全紊流情況下的摩擦阻力定律。當巷道風阻一定時，摩擦阻力與風量的平方成正比。28

[例1]某梯形木支架煤巷，長200m，斷面積為4m2，沿斷面的周長為8.3m，巷道摩擦阻力系數(shù)α通過查表得到的標準值為0.018N·s2/m4，若通過巷道的風量為960m3/min，試求其摩擦阻力?解：該巷道的摩擦阻力為119.5Pa。

應當注意，巷道的α值隨ρ的改變而改變，在高原地區(qū)，空氣稀薄，或ρ發(fā)生變化時，α值需進行校正。校正式如下：3.2摩擦阻力

層流狀態(tài)下，具有的特點，

λ=64/Re

293.2.3層流狀態(tài)下的摩擦阻力定律V=Q/S層流狀態(tài)下的摩擦阻力系數(shù)3.2摩擦阻力303.2.3層流狀態(tài)下的摩擦阻力定律層流狀態(tài)下的摩擦風阻這就是風流在層流狀態(tài)下的摩擦阻力定律。當巷道風阻一定時，摩擦阻力與風量的一次方成正比。3.2摩擦阻力3.2.4摩擦阻力的計算方法完全紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力的計算是新礦井通風設計的重要依據(jù)。即按照所設計的井巷長度、周界、凈斷面積、支護方式和要求通過的風量，以及其中有無提升運輸設備等，用查表法選定該井巷的摩擦阻力系數(shù)值，然后用完全紊流狀態(tài)摩擦阻力計算公式計算該井巷的摩擦阻力。確定摩擦阻力系數(shù)值的查表法是從前人實驗或實測所歸納出來的表3-1～表3-15中查出適合該井巷的標準值(指空氣密度為1.2kg／m3的值，N·s2／m4)。對于平原地區(qū)的新礦井通風設計，可用此標準值進行計算。3132摩擦阻力系數(shù)的確定

礦井摩擦阻力系數(shù)的確定有兩種途徑，一是查找專門的設計手冊選??；二是通過現(xiàn)場實測。由得。只要測出上式的各項，即可以求出α。α與井巷長度無關，所以不必在巷道的全長進行測定。α的測定是在當?shù)?、當時的溫度、濕度測定的，而ρ是隨溫度、濕度和氣壓而變化的。因此，在實測出α’的同時，必須算出實際的空氣重率ρ’，然后，換算成標準狀態(tài)下ρ

（=1.2kg/m3）的α，即

（N·s2/m4）

3.2摩擦阻力3.2.5降低摩擦阻力的措施井巷通風阻力是引起風壓損失的主要根源，因此降低井巷通風阻力，特別是降低摩擦阻力就能用較少的風壓消耗而通過較多的風量。許多原來是阻力大，通風困難的礦井，經(jīng)降低阻力后即變?yōu)樽枇π?、通風容易的礦井。根據(jù)hfr＝(αLU/S3)Q2的關系式可以看出，保證一定風量，降低摩擦阻力的方法就是降低摩擦風阻，根據(jù)影響Rfr的各因素，降低摩擦阻力的主要措施有：

33□1．降低α

Rfr與α成正比，而α主要決定于巷道粗糙度，因此降低α，就應盡量使巷道光滑。當采用棚子支護的采區(qū)巷道時，要盡可能地使支架整齊、背好幫頂，在無支護的巷道，要盡可能把頂?shù)装寮皟蓭托拚?，使壁面平整；對于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌碹的支護方式，特別是采用錨桿支護技術時，更能有效地使α系數(shù)減小。

2．擴大巷道斷面S

因Rfr與S3成反比，所以擴大巷道斷面也是降低摩擦阻力的主要措施。由于摩擦阻力又與風量的平方成正比，因此在采用這種措施時，應抓主要矛盾，即首先應考慮風量大、斷面小的總回風道的擴大，其次再考慮其它巷道的擴大。在其它參數(shù)不變時，井巷斷面擴大33%，Rf值可減少50%。343.2.5降低摩擦阻力的措施3．減少周界長U

（選用周界較小的井巷）

Rfr與U成正比，在斷面積相等的條件下，選用周長較小的比周長較大的斷面好。在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長最小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長較大。

4.減少巷道長度L

（縮短風路的長度）

Rfr與L成正比，進行開拓設計時，就應在滿足開采需要的條件下，盡可能縮短風路的長度。例如，當采用中央并列式通風系統(tǒng)，如阻力過大時，即可將其改為兩翼式通風系統(tǒng)以縮短回風路線。

5．避免巷道內(nèi)風量過大。

摩擦阻力與風量的平方成正比。巷道內(nèi)的風量如果過大，摩擦阻力就會大大增加。因此，要盡可能使礦井的總進風早分開，總回風晚匯合，即風流“早分晚合”。

降低摩擦阻力，還應同時結合井巷的其它用途與經(jīng)濟等因素進行綜合考慮。如斷面過大，不但不經(jīng)濟，而且也不好維護，反而不如選用雙巷。353.2.5降低摩擦阻力的措施3.3局部阻力3.3.1局部阻力的概念風流在井巷的局部地點，由于速度或方向突然發(fā)生變化，導致風流本身產(chǎn)生劇烈的沖擊，形成極為紊亂的渦流，因而在該局部地帶產(chǎn)生一種附加的阻力，稱為局部阻力。由局部阻力產(chǎn)生的能量損失稱為局部損失。井下產(chǎn)生局部阻力的地點較多，例如巷道拐彎、分叉和匯合處，巷道斷面變化處，進風井口和回風井口等。36□幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：１、突變紊流通過突變部分時，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。２、漸變主要是由于沿流動方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。因為Vhvp

，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動，面渦漩。

37３、轉彎處流體質點在轉彎處受到離心力作用，在外側出現(xiàn)減速增壓，出現(xiàn)渦漩。４、分岔與會合上述的綜合?！嗑植孔枇Φ漠a(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。383.3局部阻力3.3.2局部阻力定律前人實驗證明，在完全紊流狀態(tài)下，不論井巷局部地點的斷面、形狀和拐彎如何變化，所產(chǎn)生的局部阻力都和局部地點的前面或后面斷面上的速壓成正比。如右圖所示的突然擴大的巷道，該局部地點的局部阻力為（3-3-2）式中：

v1、v2分別是局部地點前后斷面上的平均風速，m/s；、－局部阻力系數(shù)，無因次，分別對應于hv1、hv2。對于形狀和尺寸已定型的局部地點，這兩個系數(shù)都是常數(shù)，但它們彼此不相等?？梢匀斡闷渲械囊粋€系數(shù)和相應的速壓計算局部阻力；—局部地點的空氣密度,kg/m3。39若通過局部地點的風量為Q，前后兩個斷面積是S1和S2，則兩個斷面上的平均風速為：

v1=Q/S1

，m/s；v2=Q/S2

，m/s代入（3-3-1）式，得，Pa（3-3-2）令，N.S2/m8

（3-3-3）式中Rer稱為局部風阻。當局部地點的規(guī)格尺寸和空氣密度都不變時，Rer是一個常數(shù)。將（3-3-3）代入（3-3-2），得，Pa（3-3-4）上式表示風流完全紊流狀態(tài)下的局部阻力定律，和完全紊流狀態(tài)的摩擦阻力定律一樣，當Rer一定時，her和Q2成正比。403.3局部阻力3.3.3局部阻力的計算方法在一般情況下，由于礦井內(nèi)風流的速壓較小，所產(chǎn)生的局部風阻也較小，井下各處的局部阻力之和只占礦井總阻力的10～20%左右。因此，在通風設計工作中，不逐一計算井下各處的局部阻力，只在這個百分數(shù)范圍內(nèi)估計一個總數(shù)。但對掘進通風用的風筒和風量較大的井巷，由于其中風流的速壓較大，就要逐一計算局部阻力。計算局部阻力時，用（3-3-1）式比較簡便。先要根據(jù)井巷局部地點的特征，對照前人實驗所得表3-3-1和表3-3-2，查出局部阻力系數(shù)的近似值，然后用圖表中所指定的相應風速進行計算。

（3-3-1）41各種巷道突擴和突縮的值（光滑管道）

上表3-3-1表示巷道局部地點小斷面S1和大斷面S2的比值相同時，突然縮小比突然擴大的局部阻力系數(shù)要小；42幾種局部阻力的ζ值（光滑管道）43

上表3-3-2第一項所示的進風口比最后一項所示的出風口的局部阻力系數(shù)也要小。這是因為風流突然縮小時，所產(chǎn)生的沖擊現(xiàn)象沒有風流突然擴大時那樣急劇的緣故。例:

某進風井內(nèi)的風速＝8m／s，井口空氣密度是1.2kg／m3，井口的凈斷面S＝12.6m2，查表3-3-2知該井口風流突然收縮的局部阻力系數(shù)是0.6，則該井口的局部阻力和局部風阻為（Pa）

（N.S2/m8）如果上列是條件相同的回風井口，查表3-3-2知該井口風流突然擴大的局部阻力系數(shù)是l，則該井口的局部阻力和局部風阻分別為（Pa），N.S2/m8以上計算結果是：；443.3局部阻力3.3局部阻力3.3.4降低局部阻力的措施由于局部阻力與風速的平方或風量的平方成正比。故對于風速高、風量大的井巷，更要注意降低局部阻力，即在這些井巷內(nèi)：要盡可能避免斷面的突然擴大或突然縮??；盡可能地避免拐彎，在拐彎處的內(nèi)側和外側要做成斜面或圓弧形，拐彎的彎曲半徑盡可能加大，還可設置導風板；盡可能避免突然分叉和突然匯合，在分叉和匯合處的內(nèi)側要做成斜面或圓弧形。對于風速大的風筒，要懸掛平直，拐彎的彎曲半徑要盡可能加大。453.3局部阻力3.3.4降低局部阻力的措施此外，在主要巷道內(nèi)不得隨意停放車輛、堆積木材或器材；必要時，宜把正對風流的固定物體(例如罐道梁)做成流線形。46表明：正面阻力等于正面風阻與風量的平方的乘積。正面阻力系數(shù)的測定方法與局部阻力系數(shù)一樣。井巷內(nèi)存在某些物體（如罐道梁，電機車、礦車等），當空氣在井巷中流動時，只能在這些物體的周圍流過，使風流受到附加阻力的作用，這種附加阻力稱為正面阻力。3.4通風阻力定律和特性3.4.1通風阻力定律所謂通風阻力定律，就是前面所述的摩擦阻力定律和局部阻力定律的結合，也就是通風阻力、風阻和風量三個參數(shù)相互依存的規(guī)律。在完全紊流狀態(tài)下，通風阻力定律是：

h＝RQ2，Pa，（3-4-1）即h和R(N.s2/m8)的一次方成正比，和Q（m3/s）的平方成正比。若某一井巷通過一定風量，同時產(chǎn)生摩擦阻力和局部阻力，則h和R分別是該井巷的通風阻力和總風阻。對于一個礦井來說，h、R和Q分別代表該礦井的通風阻力、總風阻和總風量。47□在層流狀態(tài)下，通風阻力定律是：h=RQ（3-4-2）

即h和R(N.s2/m8)的一次方成正比，和Q（m3/s）的一次方成正比。在中間過渡狀態(tài)下，通風阻力定律是：

h=RQx

（3-4-3）

即h和R(N.SX/m2+3X)的一次方成正比，和Q（m3/s）的x方成正比。指數(shù)X大于1而小于2。上述通風阻力定律是礦井通風學科中最基本的定律。只有井下個別風速較小的地方才可能用到層流或中間過渡態(tài)下的通風阻力定律。483.4通風阻力定律和特性3.4.2井巷的通風特性某一井巷或礦井的通風特性就是該礦井或井巷所特有的反映通風難易程度或通風能力大小的性能。這種特性可用該井巷或礦井的風阻值的大小來表示。通風阻力相同時，風阻大的井巷或礦井，風量必小，表示通風困難通風能力?。环粗?，風阻小的井巷或礦井，風量必大，表示通風容易，通風能力大。所以，井巷或礦井的通風特性又名風阻特性。49□為了形象化，習慣引用一個和風阻的數(shù)值相當、意義相同的假想的面積值（m2）來表示井巷或礦井的通風難易程度。這個假想的孔口稱作井巷或礦井的等積孔（又稱當量孔）。等積孔就是用一個與井巷風阻值相當?shù)睦硐肟椎拿娣e值來衡量井巷通風的難易程度。由于等積孔不是實物，宜用一種假想的模型(上圖)來說明：假設壓氣缸內(nèi)的靜壓P，速壓等于零；孔口外氣流收縮最小處的靜壓為Pˊ，速壓為ρV2/2，式中V為收縮最小處的速度，ρ為空氣的密度。當孔口的面積A值一定時，P與Pˊ之差值越大，孔口流出的風量Q就越大。這種關系好比某一井巷或礦井的風阻值一定時，通風阻力h越大，通過該井巷或礦井的風量就越大，因此，需要找出hs、A和Q的關系式來模擬井巷或礦井的通風阻力定律。5051

設當空氣自左向右流經(jīng)此孔時，無阻力，無能量損失，并設當空氣從此孔流出后，在其流線斷面最小處(虛線位置)的流速為V(m/s)，則這個理想孔左、右兩側的靜壓差可全部變?yōu)樗賶?靜壓能全部轉化為動能)，由此可得：

實驗證明，在出口流線斷面最小處的面積一般為0.65A(m2)，當流量為Q(m3/s)時，V＝Q/0.65A，將此V值與ρ＝1.2kg/m3代入上式，即得：52

上式表示A和R成反比。即井巷或礦井的R值大，相當?shù)腁值就小，表示該礦井或井巷通風困難；反之亦然。計算出礦井的風阻和等積孔后，就可以對該礦井的通風難易程度進行評價，評價的標準如下表：用礦井等積孔A

和礦井風阻R表示礦井通風的難易程度實質上一樣，只是礦井等積孔比礦井風阻更形象化。值得指出的是，礦井等積孔僅僅是評定礦井通風難易程度的一個指標，它并不能全面地反映礦井通風難易程度。礦井通風難易程度的評判應當從礦井通風的根本目的（供給井下充足的新鮮空氣，沖淡有毒有害氣體，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境）入手，具體應考慮：(1)礦井總風量是否滿足需要；(2)井下各用風區(qū)域間的風量調配是否容易；(3)礦井瓦斯涌出量的大?。?4)礦井開采強度；(5)采煤方法等。5354

[例]

已知礦井總阻力為1440Pa，風量為60m3/s，試求該礦井的風阻與等積孔?如生產(chǎn)上要求將風量提高到70m3/s，問風阻與等積孔之值是否改變?阻力增加到多少?解：當井巷的規(guī)格尺寸與連接形式?jīng)]有改變及采掘工作面沒有移動時，則風量的增加并不改變等積孔與風阻之值。由于風量增加到70m3/s，故阻力增加到：

h＝RQ2＝0.4×702＝1960Pa553.4.3井巷風阻特性曲線

根據(jù)礦井通風阻力定律可知，當井巷風阻一定時，井巷通風阻力與風量成正比。則取不同的風量值便可得到不同的阻力值。在以風量為橫軸，以風壓為縱軸的坐標系中標出這些不同的點，并用曲線聯(lián)結，便可得一條拋物線，該拋物線是由井巷風阻確定的，稱為井巷風阻特性曲線。由圖可知，風阻越大，風阻曲線越陡。當用圖解法解通風網(wǎng)絡和進行扇風機二次分析時，井巷風阻曲線是不可缺少的條件之一。hRQ3.4通風阻力定律和特性56

3.4.4風流的功率與電耗

物體在單位時間內(nèi)所做的功叫做功率，其計量單位是N·m/s。風流的風壓h乘風量Q的計量單位就是N/m2×m3/s＝N·m/s。故風流功率N的計算式為，

N=h·Q/1000，kW

礦井一天的通風電費是：式中e——每度電的單價，y/(kW·h)；η——風機、輸電、變電、傳動等總效率。直接傳動時，取0.6；間接傳動時，取0.5。3.4通風阻力定律和特性57

例：如圖所示的礦井，左右兩翼的通風阻力分別是；

hr1＝1274Pa；hr2＝1960Pa通過兩翼主扇的風量分別是Qf1＝60m3/s；Qf2＝70m3/s。兩翼的外部漏風率分別是

Qm1＝(1－Le1)Qf1＝(1－4%)×60＝57.6m3/sQm2＝(1－Le2)Qf2＝(1－5%)×70＝66.5m3/s兩翼不包括漏風的風量分別是：Le1＝4%；Le2＝5%。則求礦井的總風阻、總等級孔和總電費，并評價該礦井通風難易程度。58

兩翼不包括外部漏風的風阻分別是：

R1＝hr1/Qm12＝1274/(57.6)2＝0.38399N.s2/m8R2＝hr2/Qm22＝1960/(66.5)2＝0.44321N.s2/m8兩翼不包括外部漏風的等積孔分別是：59

為了計算全礦的總風阻和總等積孔，須先求出全礦的總阻力hr，因全礦的風流總功率等于左右兩翼風流的功率之和，即

hr(Qm1＋Qm2)＝hr1Qm1＋hr2Qm2，W

故全礦不包括外部漏風的總阻力為：則全礦不包括外部漏風的總風阻是：60

全礦不包括外部漏風的總等積孔是：

對于用多臺主扇通風的礦井，都要用這種方法計算全礦的總風阻和總等積孔。只有hr1＝hr2時，才能用A＝A1＋A2計算。設兩翼主扇的風壓分別等于其通風阻力。則兩翼的通風電費分別為：□全礦一天的通風電費（元/天）是：3.5通風阻力測量（一）阻力測定方法與原理測定方法：

壓差計法氣壓計法測定原理：61□3.5通風阻力測量（二）通風阻力測量的內(nèi)容包括：1、測算風阻井巷的風阻是反映井巷通風特性的重要參數(shù)，分析任何通風問題都和這個參數(shù)有關。故通風阻力測量的主要內(nèi)容，是通過測量各巷道的通風阻力和風量以標定它們的標準風阻值(指井下平均空氣密度的風阻值)，并編輯成表，作為基本資料。這種測量內(nèi)容不受風壓和風量變化的影響，但精度要求較高，故可用一個小組(4～5人)逐段進行，不趕時間，力求測準。2、測算摩擦阻力系數(shù)

支護方式和斷面不同的井巷，其摩擦阻力系數(shù)不同。為了適應礦井通風設計工作的需要，須通過測量通風阻力和風量以標定各種類型的井巷的摩擦阻力系數(shù)，編集成表。這也是一項精度要求較高，以小組人力進行的細致工作。各種風筒的摩擦阻力系數(shù)也要進行標定。62□3、測量通風阻力的分配情況為了尋求和分析問題，有時需要沿著通風阻力大的路線，在盡可能短的時間內(nèi)，連續(xù)測量各個區(qū)段的通風阻力，以得出整個路線上通風阻力的分配情況。由于各區(qū)段的通風阻力難免有波動，故要根據(jù)測量路線的長短，分成若干小組，分段同時進行?？傊?，通風阻力測量是礦井通風技術管理工作的基礎，也是掌握生產(chǎn)礦井通風情況的重要手段。上述內(nèi)容的測量方法基本有兩種：一為用膠皮管和壓差計把兩測點聯(lián)起來的測法；二為用氣壓計不用連接兩測點的測法。兩類方法各有優(yōu)缺點和適用條件，可互相補充。63

通風阻力測量儀器、儀表和用品64序號名稱型號數(shù)量用途1精密氣壓計1測氣壓2干濕溫度計1測干濕溫度3高、中、低速風表3測風速4秒表1測風計時5皮尺5m1測斷面尺寸6手表機械表1記錄測量時間7竹竿2m1輔助測量8記錄表格自制若干測風和測壓記錄測風點巷道斷面及風速測量記錄表65測點風表讀數(shù)風表號全高(m)凈寬(m)巷道形狀支護方式測點附近巷道素描12高中微ABCDE

誤差計算66式中：hr——系統(tǒng)實測通風阻力，Pa；

——由通風機房水柱計讀數(shù)計算出的系統(tǒng)理論通風阻力，Pa。（三）測算礦井的通風總阻力和總風阻

1、對于抽出式通風的礦井如圖所示，風流自靜止的地表大氣(其絕對靜壓是P0，速壓等于零)開始，經(jīng)過進風口l沿井巷到主通風機進風口2，沿途所遇到的摩擦阻力與局部阻力的總和就是抽出式通風的礦井通風總阻力hr。據(jù)能量方程可知：67682斷面的相對靜壓是：

該礦井的自然風壓是：因2斷面的相對全壓是：