礦井通風(fēng)阻力

礦井通風(fēng)阻力第1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2第3章礦井通風(fēng)阻力中國礦業(yè)大學(xué)多媒體教學(xué)課件第2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3上一章內(nèi)容第2章礦內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2.1流體的概念2.2風(fēng)流能量與能量方程2.3風(fēng)流壓力及壓力坡度

第3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4上一章內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)1、流體的概念2、風(fēng)流能量與能量方程3、風(fēng)流壓力及壓力坡度重點(diǎn)與難點(diǎn)1、點(diǎn)壓力之間的關(guān)系2、能量方程及其在礦井中的應(yīng)用第4頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月5第3章礦井通風(fēng)阻力風(fēng)流必須具有一定的能量，用以克服井巷對(duì)風(fēng)流所呈現(xiàn)的通風(fēng)阻力。通常礦井通風(fēng)阻力分為摩擦阻力與局部阻力兩類，它們與風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。一般情況下，摩擦阻力是礦井通風(fēng)總阻力的主要組成部分。第5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月6第3章礦井通風(fēng)阻力第3章礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)

3.2摩擦阻力

3.3局部阻力

3.4通風(fēng)阻力定律和特性

3.5通風(fēng)阻力測量

第6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月7學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)與難點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)2、摩擦阻力3、局部阻力4、通風(fēng)阻力定律和特性、通風(fēng)阻力測量重點(diǎn)與難點(diǎn)1、摩擦阻力產(chǎn)生的原因和測算2、局部阻力產(chǎn)生的原因和測算第7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月83.1流體的概念風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)分為層流與紊流。層流是指流體各層的質(zhì)點(diǎn)互不混合，質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)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(zhì)點(diǎn)強(qiáng)烈互相混合，質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)軌跡極不規(guī)則，除了沿流動(dòng)總方向發(fā)生位移外，還有垂直于流動(dòng)總方向的位移，且在流體內(nèi)部存在著時(shí)而產(chǎn)生、時(shí)而消失的旋渦。流體的流動(dòng)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?！醯?頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月9可用一個(gè)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(duì)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(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，與流體的溫度、壓力有關(guān)。設(shè)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(fēng)流充滿管道，故在直徑為d的圓形管道中，風(fēng)流的水力半徑為：，或，m（3-2-2）代入（3-1-1）式，得出用于非圓形巷道風(fēng)流雷諾數(shù)的計(jì)算式為：（3-1-3）式中S為巷道的斷面，m2；U為巷道的周界，m。第9頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月10據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)，水流在各種粗糙壁面、平直的圓管內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)時(shí)，水流呈層流狀態(tài)；約在時(shí)，水流開始向紊流過渡，故稱2000為臨界雷諾數(shù)；當(dāng)時(shí)，水流呈完全紊流。把這些數(shù)值近似應(yīng)用于風(fēng)流，便可大致估計(jì)出風(fēng)流在各種流態(tài)下的平均風(fēng)速。例如某巷道的斷面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，風(fēng)流的＝14.410－6m2/s。則用（3-1-3）式估算出風(fēng)流開始向紊流過渡的平均風(fēng)速為：井巷中最低風(fēng)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(fēng)流不會(huì)出現(xiàn)層流，只有風(fēng)速很小的漏風(fēng)風(fēng)流，才可能出現(xiàn)層流。又如在上例中，Re＝100000時(shí)，該巷道內(nèi)風(fēng)流呈現(xiàn)完全紊流的平均風(fēng)速約為：V＝100000×6.58×14.4×10-6/（4×2.5）＝0.95m/s.第10頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月113.2摩擦阻力3.2.1摩擦阻力的意義和理論基礎(chǔ)風(fēng)流在井巷中作均勻流動(dòng)時(shí)，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。所謂均勻流動(dòng)是指風(fēng)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(fēng)流，摩擦阻力hfr的產(chǎn)生情況和大小也不同。前人實(shí)驗(yàn)得出水流在圓管中的沿程阻力公式是：式中λ為實(shí)驗(yàn)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(fēng)流摩擦阻力計(jì)算式的基礎(chǔ)，它對(duì)于不同流態(tài)的風(fēng)流都能應(yīng)用，只是流態(tài)不同時(shí)，式中λ的實(shí)驗(yàn)表達(dá)式不同?！醯?1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月12又據(jù)前人在壁面能分別膠結(jié)各種粗細(xì)砂粒的圓管中，實(shí)驗(yàn)得出流態(tài)不同的水流，λ系數(shù)和管壁的粗糙度、Re的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)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(duì)光滑度。并用閥門不斷改變管內(nèi)水流的速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-2-1所示，圖中表明以下幾種情況：（1）在lgRe≤3.3（即Re≤2000）以下，即當(dāng)流體作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，由左邊斜線可以看出，相對(duì)光滑度不同的所有試驗(yàn)點(diǎn)都分布于其上，λ隨Re的增加而減少，且與管道的相對(duì)光滑度無關(guān)，此時(shí)，λ與Re的關(guān)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(dāng)流體由層流到紊流再到完全紊流的中間過渡狀態(tài)時(shí)，λ系數(shù)既和Re有關(guān)，又和管壁的相對(duì)光滑度有關(guān)。第12頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月13（3）在lgRe≥5.0（即Re≥100000）以上，即當(dāng)流體作完全紊流狀態(tài)流動(dòng)時(shí)，λ系數(shù)和Re無關(guān)，只和管壁的相對(duì)光滑度有關(guān)，管壁的相對(duì)光滑度越大，λ值越小。其實(shí)驗(yàn)式為

（3-2-3）第13頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月14圖3-2-1尼古拉茨實(shí)驗(yàn)圖第14頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月15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(zhì)點(diǎn)相互混雜、能量交換而引起的附加損失，當(dāng)雷諾數(shù)增加到一定程度時(shí)，這種附加損失將急劇增大到主導(dǎo)地位。如圖3-2-2所示，紊流的結(jié)構(gòu)可分為層流邊層、過渡層和紊流區(qū)三個(gè)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(duì)流動(dòng)阻力發(fā)生影響。當(dāng)，流體呈完全紊流和層流邊層厚度趨于零時(shí)，則如（3-2-3）式所示，λ值只決定于管壁的相對(duì)粗糙度，而與Re無關(guān)。第15頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月16

例：某巷道的斷面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，風(fēng)流的ν＝14.4×10－6m2/s，試計(jì)算出風(fēng)流開始出現(xiàn)紊流時(shí)的平均風(fēng)速？解：當(dāng)風(fēng)流開始出現(xiàn)紊流時(shí)，則其Re＝2000，當(dāng)完全紊流時(shí)，Re＝100000，因此：由于煤礦中大部分巷道的斷面均大于2.5m2，井下巷道中的最低風(fēng)速均在0.25米/秒以上，所以說井巷中的風(fēng)流大部為紊流，很少為層流。第16頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月173.2摩擦阻力3.2.2完全紊流狀態(tài)下的摩擦阻力定律前面談到，井下多數(shù)風(fēng)流屬于完全紊流狀態(tài)，故下面重點(diǎn)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(duì)于尺度和支護(hù)已定型的井巷，其壁面的相對(duì)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(gè)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(duì)于尺寸和支護(hù)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(fēng)量為Q（），則V=Q/S，代入上式，得第17頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月18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(fēng)阻。這時(shí)：這就是完全紊流情況下的摩擦阻力定律。當(dāng)巷道風(fēng)阻一定時(shí)，摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。第18頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月19

井巷摩擦阻力的計(jì)算[例1]某梯形木支架煤巷，長200米，斷面積為4m2，沿?cái)嗝娴闹荛L為8.3m，巷道摩擦阻力系數(shù)α通過查表得到的標(biāo)準(zhǔn)值為0.018N·s2/m4，若通過巷通的風(fēng)量為960m3/min，試求其摩擦阻力?解：答：該巷道的摩擦阻力為119.5Pa。應(yīng)當(dāng)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，當(dāng)?shù)氐摩林敌柽M(jìn)行校正。校正式如下：第19頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月203.2.3層流狀態(tài)下的摩擦阻力定律第20頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月213.2.4摩擦阻力的計(jì)算方法完全紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力的計(jì)算是新礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。即按照所設(shè)計(jì)的井巷長度、周界、凈斷面積、支護(hù)方式和要求通過的風(fēng)量，以及其中有無提升運(yùn)輸設(shè)備等，用查表法選定該井巷的摩擦阻力系數(shù)值，然后用(3-2-8)或(3-2-10)式計(jì)算該井巷的摩擦阻力。確定值的查表法是從前人實(shí)驗(yàn)或?qū)崪y所歸納出來的表3-2-1～表3-2-15中查出適合該井巷的標(biāo)準(zhǔn)值(指空氣密度為1.2kg／m3的值，N·s2／m4)。對(duì)于平原地區(qū)的新礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)，可用此標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。第21頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月223.2.5降低摩擦阻力的措施井巷通風(fēng)阻力是引起風(fēng)壓損失的主要根源，因此降低井巷通風(fēng)阻力，特別是降低摩擦阻力就能用較少的風(fēng)壓消耗而通過較多的風(fēng)量。許多原來是阻力大，通風(fēng)困難的礦井，經(jīng)降低阻力后即變?yōu)樽枇π　⑼L(fēng)容易的礦井。根據(jù)hfr＝(αLU/S3)Q2的關(guān)系式可以看出，保證一定風(fēng)量，降低摩擦阻力的方法就是降低摩擦風(fēng)阻，根據(jù)影響Rfr的各因素，降低摩擦阻力的主要措施有：□第22頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月231．降低αRfr與α成正比，而α主要決定于巷道粗糙度，因此降低α，就應(yīng)盡量使巷道光滑。當(dāng)采用棚子支護(hù)巷道時(shí)，要很好地剎幫背頂，在無支護(hù)的巷道，要注意盡可能把頂?shù)装寮皟蓭托拚?；?duì)于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌璇，特別是采用錨桿支護(hù)技術(shù)時(shí)，更能有效地使α系數(shù)減小。2．?dāng)U大巷道斷面S因Rfr與S3成反比，所以擴(kuò)大巷道斷面有時(shí)成為降低摩擦阻力的主要措施。由于摩擦阻力又與風(fēng)量的平方成正比，因此在采用這種措施時(shí)，應(yīng)抓主要矛盾，即首先應(yīng)考慮風(fēng)量大、斷面小的總回風(fēng)道的擴(kuò)大，其次再考慮其它巷道的擴(kuò)大。第23頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月243．減少周界長URfr與U成正比，在斷面積相等的條件下，選用周長較小的拱形斷面比周長較大的梯形斷面好。4.減少巷道長LRfr與L成正比，進(jìn)行開拓設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)在滿足開采需要的條件下，盡可能縮短風(fēng)路的長度。例如，當(dāng)采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)，如阻力過大時(shí)，即可將其改為兩翼式通風(fēng)系統(tǒng)以縮短回風(fēng)路線。5．避免巷道內(nèi)風(fēng)量過大。摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。巷道內(nèi)的風(fēng)量如果過大，摩擦阻力就會(huì)大大增加。因此，要盡可能使礦井的總進(jìn)風(fēng)早分開，總回風(fēng)晚匯合，即風(fēng)流“早分晚合”。

降低摩擦阻力，還應(yīng)同時(shí)結(jié)合井巷的其它用途與經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行綜合考慮。如斷面過大，不但不經(jīng)濟(jì)，而且也不好維護(hù)，反而不如選用雙巷。第24頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月253.3局部阻力3.3.1局部阻力的概念風(fēng)流在井巷的局部地點(diǎn)，由于速度或方向突然發(fā)生變化，導(dǎo)致風(fēng)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。井下產(chǎn)生局部阻力的地點(diǎn)較多，例如巷道拐彎、分叉和匯合處，巷道斷面變化處，進(jìn)風(fēng)井口和回風(fēng)井口等?！醯?5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月263.3.2局部阻力定律前人實(shí)驗(yàn)證明，在完全紊流狀態(tài)下，不論井巷局部地點(diǎn)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(diǎn)的前面或后面斷面上的速壓成正比。例如圖3-3-1所示突然擴(kuò)大的巷道，該局部地點(diǎn)的局部阻力為式中v1、v2分別是局部地點(diǎn)前后斷面上的平均風(fēng)速，m/s；、－局部阻力系數(shù)，無因次，分別對(duì)應(yīng)于hv1、hv2。對(duì)于形狀和尺寸已定型的局部地點(diǎn)，這兩個(gè)系數(shù)都是常數(shù)，但它們彼此不相等。可以任用其中的一個(gè)系數(shù)和相應(yīng)的速壓計(jì)算局部阻力；—局部地點(diǎn)的空氣密度,kg/m3。第26頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月27若通過局部地點(diǎn)的風(fēng)量為Q，前后兩個(gè)斷面積是S1和S2，則兩個(gè)斷面上的平均風(fēng)速為：v1=Q/S1，m/s；v2=Q/S2，m/s代入（3-3-1）式，得，Pa（3-3-2）令，Ns2/m8（3-3-3）式中Rer稱為局部風(fēng)阻。當(dāng)局部地點(diǎn)的規(guī)格尺寸和空氣密度都不變時(shí)，Rer是一個(gè)常數(shù)。將（3-3-3）代入（3-3-2），得，Pa（3-3-4）上式表示完全紊流狀態(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(dāng)Rer一定時(shí)，her和Q平方成正比。第27頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月283.3.3局部阻力的計(jì)算方法在一般情況下，由于礦井內(nèi)風(fēng)流的速壓較小，所產(chǎn)生的局部風(fēng)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。故在通風(fēng)設(shè)計(jì)工作中，不逐一計(jì)算井下各處的局部阻力，只在這個(gè)百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)估計(jì)一個(gè)總數(shù)。但對(duì)掘進(jìn)通風(fēng)用的風(fēng)筒和風(fēng)量較大的井巷，由于其中風(fēng)流的速壓較大，就要逐一計(jì)算局部阻力。計(jì)算局部阻力時(shí)，用（3-3-1）式比較簡便。先要根據(jù)井巷局部地點(diǎn)的特征，對(duì)照前人實(shí)驗(yàn)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(yīng)風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算。（3-3-1）第28頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月29幾種局部阻力的ζ值第29頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月30表3-3-1表示巷道局部地點(diǎn)小斷面S1和大斷面S2的比值相同時(shí)，突然縮小比突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)要??；表3-3-2第一項(xiàng)所示的進(jìn)風(fēng)口比最后一項(xiàng)所示的出風(fēng)口的局部阻力系數(shù)也要小。這是因?yàn)轱L(fēng)流突然縮小時(shí)，所產(chǎn)生的沖擊現(xiàn)象沒有風(fēng)流突然擴(kuò)大時(shí)那樣急劇的緣故。第30頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月31例如，某進(jìn)風(fēng)井內(nèi)的風(fēng)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(fēng)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(fēng)阻為（Pa）

（Ns2/m8）如果上列是條件相同的回風(fēng)井口，查表3-3-2知該井口風(fēng)流突然擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)是l，則該井口的局部阻力和局部風(fēng)阻分別為（Pa），Ns2/m8以上計(jì)算結(jié)果是：；第31頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月323.3.4降低局部阻力的措施由于局部阻力與風(fēng)速的平方或風(fēng)量的平方成正比。故對(duì)于風(fēng)速高、風(fēng)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(kuò)大或突然縮小；盡可能避免拐的彎，在拐彎處的內(nèi)側(cè)和外側(cè)要做成斜面或圓弧形，拐彎的彎曲半徑盡可能加大，還可設(shè)置導(dǎo)風(fēng)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(cè)要做成斜面或圓弧形。對(duì)于風(fēng)速大的風(fēng)筒，要懸掛平直，拐彎的彎曲半徑要盡可能加大。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(shí)，宜把正對(duì)風(fēng)流的固定物體(例如罐道梁)做成流線形。第32頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月333.4通風(fēng)阻力定律和特性3.4.1通風(fēng)阻力定律所謂通風(fēng)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(jié)合，也就是通風(fēng)阻力、風(fēng)阻和風(fēng)量三個(gè)參數(shù)相互依存的規(guī)律。在完全紊流狀態(tài)下，通風(fēng)阻力定律是：h＝RQ2，Pa，（3-4-1）即h和R(Ns2/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(fēng)量，同時(shí)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(fēng)阻力和總風(fēng)阻。對(duì)于一個(gè)礦井來說，h、R和Q分別代表該礦井的通風(fēng)阻力、總風(fēng)阻和總風(fēng)量?！醯?3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月34在層流狀態(tài)下，通風(fēng)阻力定律是：h=RQ（3-4-2）即h和R(Ns2/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(fēng)阻力定律是：h=RQx（3-4-3）即h和R(Nsx/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(fēng)阻力定律是礦井通風(fēng)學(xué)科中最基本的定律。只有井下個(gè)別風(fēng)速較小的地方才可能用到層流或中間過渡態(tài)下的通風(fēng)阻力定律。第34頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月353.4.2井巷的通風(fēng)特性某一井巷或礦井的通風(fēng)特性就是該礦井或井巷所特有的反映通風(fēng)難易程度或通風(fēng)能力大小的性能。這種特性可用該井巷或礦井的風(fēng)阻值的大小來表示。通風(fēng)阻力相同時(shí)，風(fēng)阻大的井巷或礦井，風(fēng)量必小，表示通風(fēng)困難通風(fēng)能力??；反之，風(fēng)阻小的井巷或礦井，風(fēng)量必大，表示通風(fēng)容易，通風(fēng)能力大。所以，井巷或礦井的通風(fēng)特性又名風(fēng)阻特性?！醯?5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月36為了形象化，習(xí)慣引用一個(gè)和風(fēng)阻的數(shù)值相當(dāng)、意義相同的假想的面積值（m2）來表示井巷或礦井的通風(fēng)難易程度。這個(gè)假想的孔口稱作井巷或礦井的等積孔（又稱當(dāng)量孔）。

等積孔就是用一個(gè)與井巷風(fēng)阻值相當(dāng)?shù)睦硐肟椎拿娣e值來衡量井巷通風(fēng)的難易程度。由于等積孔不是實(shí)物，宜用一種假想的模型(圖3-4-1)來說明（3-4-4）式的來源：假設(shè)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(dāng)孔口的面積A值一定時(shí)，P與Pˊ之差值越大，孔口流出的風(fēng)量Q就越大。這種關(guān)系好比某一井巷或礦井的風(fēng)阻值一定時(shí)，通風(fēng)阻力h越大，通過該井巷或礦井的風(fēng)量就越大，因此，需要找出hs、A和Q的關(guān)系式來模擬井巷或礦井的通風(fēng)阻力定律。第36頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月37

設(shè)當(dāng)空氣自左向右流經(jīng)此孔時(shí)，無阻力，無能量損失，并設(shè)當(dāng)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(gè)理想孔左、右兩側(cè)的靜壓差可全部變?yōu)樗賶?靜壓能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能)，由此可得：

實(shí)驗(yàn)證明，在出口流線斷面最小處的面積一般為0.65A(m2)，再當(dāng)流量為Q(m3/s)時(shí)，V＝Q/0.65A，以此V值與ρ＝1.2kg/m3代入上式，即得：第37頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月38

由此得到：上式表示A和R成反比。即井巷或礦井的R值大，相當(dāng)?shù)腁值就小，表示該礦井或井巷通風(fēng)困難；反之亦然。計(jì)算出礦井的風(fēng)阻和等積孔后，就可以對(duì)該礦井的通風(fēng)難易程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)如下表：第38頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月39用礦井等積孔A和礦井風(fēng)阻R表示礦井通風(fēng)的難易程度實(shí)質(zhì)上一樣，只是礦井等積孔比礦井風(fēng)阻更形象化。值得指出的是，礦井等積孔僅僅是評(píng)定礦井通風(fēng)難易程度的一個(gè)指標(biāo)，它并不能全面地反映礦井通風(fēng)難易程度。礦井通風(fēng)難易程度的評(píng)判應(yīng)當(dāng)從礦井通風(fēng)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(yīng)考慮：(1)礦井總風(fēng)量是否滿足需要；(2)井下各用風(fēng)區(qū)域間的風(fēng)量調(diào)配是否容易；(3)礦井瓦斯涌出量的大??；(4)礦井開采強(qiáng)度；(5)采煤方法等方面內(nèi)容。第39頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月40

[例]已知礦井總阻力為1440Pa，風(fēng)量為60m3/s，試求該礦井的風(fēng)阻與等積孔?如生產(chǎn)上要求將風(fēng)量提高到70m3/s，問風(fēng)阻與等積孔之值是否改變?阻力增加到多少?解：當(dāng)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(dòng)時(shí)，則風(fēng)量的增加并不改變等積孔與風(fēng)阻之值。由于風(fēng)量增加到70m3/s，故阻力增加到：h＝RQ2＝0.4×702＝1960Pa第40頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月41

3.4.3風(fēng)流的功率與電耗物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做功率，其計(jì)量單位是N·m/s。風(fēng)流的風(fēng)壓h乘風(fēng)量Q的計(jì)量單位就是N/m2×m3/s＝N·m/s。故風(fēng)流功率N的計(jì)算式為，

N=h·Q/1000，kW

礦井一天的通風(fēng)電費(fèi)是：式中e——每度電的單價(jià)，y/(kW·h)；η——風(fēng)機(jī)、輸電、變電、傳動(dòng)等總效率。直接傳動(dòng)時(shí)，取0.6；間接傳動(dòng)時(shí)，取0.5。第41頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月42

例：如圖所示的礦井，左右兩翼的通風(fēng)阻力分別是；

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

Qm1＝(1－Le1)Qf1＝(1－4%)×60＝57.6m3/sQm2＝(1－Le2)Qf2＝(1－5%)×70＝66.5m3/s率分別是Le1＝4%；Le2＝5%。則兩翼不包括漏風(fēng)的風(fēng)量分別是：第42頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月43

兩翼不包括外部漏風(fēng)的風(fēng)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(fēng)的等積孔分別是：第43頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月44

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

hr(Qm1＋Qm2)＝hr1Qm1＋hr2Qm2，W

故則全礦不包括外部漏風(fēng)的總風(fēng)阻是：第44頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月45

全礦不包括外部漏風(fēng)的總等積孔是：

對(duì)于用多臺(tái)主扇通風(fēng)的礦井，都要用這種方法計(jì)算全礦的總風(fēng)阻和總等積孔。只有hr1＝hr2時(shí)，才能用A＝A1＋A2計(jì)算。設(shè)兩翼主扇的風(fēng)壓分別等于其通風(fēng)阻力。則兩翼的通風(fēng)電費(fèi)分別為：□全礦一天的通風(fēng)電費(fèi)是（元/天）第45頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月463.5通風(fēng)阻力測量（一）阻力測定方法與原理測定方法：壓差計(jì)法氣壓計(jì)法測定原理：□第46頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月473.5通風(fēng)阻力測量（二）通風(fēng)阻力測量的內(nèi)容包括：1.測算風(fēng)阻。井巷的風(fēng)阻是反映井巷通風(fēng)特性的重要參數(shù)，分析任何通風(fēng)問題都和這個(gè)參數(shù)有關(guān)。故通風(fēng)阻力測量的主要內(nèi)容，是通過測量各巷道的通風(fēng)阻力和風(fēng)量以標(biāo)定它們的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻值(指井下平均空氣密度的風(fēng)阻值)，并編輯成表，作為基本資料。這種測量內(nèi)容不受風(fēng)壓和風(fēng)量變化的影響，但精度要求較高，故可用一個(gè)小組(4～5人)逐段進(jìn)行，不趕時(shí)間，力求測準(zhǔn)。2.測算摩擦阻力系數(shù)。支護(hù)方式和斷面不同的井巷，其摩擦阻力系數(shù)不同。為了適應(yīng)礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)工作的需要，須通過測量通風(fēng)阻力和風(fēng)量以標(biāo)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(xiàng)精度要求較高，以小組人力進(jìn)行的細(xì)致工作。各種風(fēng)筒的摩擦阻力系數(shù)也要進(jìn)行標(biāo)定?！醯?7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月483.測量通風(fēng)阻力的分配情況。為了尋求和分析問題，有時(shí)需要沿著通風(fēng)阻力大的路線，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)測量各個(gè)區(qū)段的通風(fēng)阻力，以得出整個(gè)路線上通風(fēng)阻力的分配情況。由于各區(qū)段的通風(fēng)阻力難免有波動(dòng)，故要根據(jù)測量路線的長短，分成若干小組，分段同時(shí)進(jìn)行?？傊?，通風(fēng)阻力測量是礦井通風(fēng)技術(shù)管理工作的基礎(chǔ)，也是掌握生產(chǎn)礦井通風(fēng)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(jì)把兩測點(diǎn)聯(lián)起來的測法；二為用氣壓計(jì)不用連接兩測點(diǎn)的測法。兩類方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，可互相補(bǔ)充。第48頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月49通風(fēng)阻力測量儀器、儀表和用品序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量用途1精密氣壓計(jì)1測氣壓2干濕溫度計(jì)1測干濕溫度3高、中、低速風(fēng)表3測風(fēng)速4秒表1測風(fēng)計(jì)時(shí)5皮尺5m1測斷面尺寸6手表機(jī)