1、井巷通風阻力及技術管理第一頁，共36頁。2溫故而知新3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定上一章我們已經解決的問題：1.描述空氣流動用到哪些參數？ 2.空氣流動的內在原因是什么？3.如何描述空氣流動的基本規律？4.如何測定礦井空氣參數？本章需要解決的問題：1.空氣在井巷中流動的阻力是如何產生的？如何減小通風阻力？2.如何測定礦井通風阻力？第二頁，共36頁。3本章主要內容1、摩擦風阻與阻力-摩擦阻力- 摩擦阻力系數- 摩擦風阻-阻力計算2、局部風阻與阻力-局部阻力及計算-阻力系數-局部風阻3、礦井總風阻與礦井等積孔-阻力特性-礦井總風阻-礦井等積孔4、礦井通風阻力測定

2、方法3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第三頁，共36頁。3.1井巷通風阻力、礦井通風阻力礦井通風阻力是指礦井風流流動過程中，在風流內部粘滯力和慣性力、井巷壁面的外部阻滯、障礙物的擾動作用下，部分機械能不可逆轉地轉化為熱能而引起的損失。通風壓力和通風阻力是作用力和反作用力的關系，其方向相反，數值相等。礦井通風阻力包括摩擦阻力和局部阻力兩類。43 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第四頁，共36頁。5、摩擦阻力與摩擦風阻1）摩擦阻力風流在井巷中作沿程流動時，由于流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力

3、)。由流體力學可知，無論層流還是紊流，以風流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計算： 無因次系數，即沿程阻力系數，通過實驗求得。D圓形風管直徑，非圓形管用當量直徑；3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第五頁，共36頁。6礦井中大多數通風井巷風流的Re值已進入阻力平方區，值只與相對糙度有關，對于幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一定，則可視為定值；在標準狀態下空氣密度=1.2kg/m3。 對上式， 令：稱為摩擦阻力系數，單位為 kg/m3 或 N.s2/m4。 則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式寫為：對于不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的

4、關系，可用下式表示：C斷面形狀系數：梯形C4.16；三心拱C3.85；半圓拱C3.90。 3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第六頁，共36頁。7標準摩擦阻力系數： 通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態（0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數，即所謂標準值0值，當井巷中空氣密度1.2kg/m3時，其值應按下式修正：3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第七頁，共36頁。82）摩擦風阻Rf對于已給定的井巷，L、U、S都為已知數，故可把上式中的、L、U、S 歸結為一個參數Rf： Rf 稱為巷道的

5、摩擦風阻，其單位為：kg/m7 或 N.s2/m8。在正常條件下當某一段井巷中的空氣密度一般變化不大時，可將R f 看作是反映井巷幾何特征的參數。則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式寫為：此式就是完全紊流(進入阻力平方區)下的摩擦阻力定律。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第八頁，共36頁。93）井巷摩擦阻力計算方法新建礦井：查表得0 Rf hf 生產礦井：hf Rf 0 3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第九頁，共36頁。10例題:某設計巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，采用工字鋼棚

6、支護，支架截面高度d0=14cm，縱口徑=5，計劃通過風量Q=1200m3/min，預計巷道中空氣密度=1.25kg/m3，求該段巷道的通風阻力。解 根據所給的d0、S值，由附錄5附表5-4查得: 0 =284.21040.88=0.025Ns2/m4則：巷道實際摩擦阻力系數巷道摩擦風阻巷道摩擦阻力3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十頁，共36頁。114）降低井巷摩擦阻力措施（1）擴大巷道斷面，降低摩擦風阻。（2）提高井巷壁面的平整、光滑度，降低摩擦阻力系數（ ）。提高井巷工程施工質量和日常維護質量選擇粗糙度較小的支護材料及支護方式錨噴巷道應

7、盡量采用光爆工藝，使巷道的凸凹度不大于50mm(3）合理選擇井巷斷面形狀，減少周界長度。(4）優化設計，準確施工，盡量縮短井巷長度。(5）風量不宜過大，滿足設計要求即可，盡量避免主要巷道內風量過于集中現象。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十一頁，共36頁。12、局部風阻與阻力由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區受到影響而破壞，從而引起風流速度場分布變化和產生渦流等，造成風流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。、局部阻力及其計算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動壓的倍數來表示：式中：局部阻力系數，無因次。計算局部

8、阻力，關鍵是局部阻力系數確定，因v=Q/S,當確定后，便可用 3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十二頁，共36頁。13幾種常見的局部阻力產生的類型：突變紊流通過突變部分時，由于慣性作用，出現主流與邊壁脫離的現象，在主流與邊壁之間形成渦漩區，從而增加能量損失。漸變主要是由于沿流動方向出現減速增壓現象，在邊壁附近產生渦漩。因為V hv p ，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，出現與主流相反的流動，面渦漩。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定

9、第十三頁，共36頁。14轉彎處 流體質點在轉彎處受到離心力作用，在外側出現減速增壓，出現渦漩。分岔與會合 上述的綜合。 局部阻力的產生主要是與渦漩區有關，渦漩區愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十四頁，共36頁。15、局部阻力系數計算紊流局部阻力系數一般主要取決于局部阻力物的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。1）突然擴大或式中： v1、v2分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/s；S1、S2分別為小斷面和大斷面的面積，m；m空氣平均密度，kg/m3。對于粗糙度較大的井巷，可進行修正 3.1井巷通風阻力3 井巷通

10、風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十五頁，共36頁。162）突然縮小對應于小斷面的動壓 ，值可按下式計算： 考慮到巷道粗糙度的影響：3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十六頁，共36頁。173）逐漸擴大逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多，其能量損失可認為由摩擦損失和擴張損失兩部分組成。當20時，漸擴段的局部阻力系數可用下式求算：式中 風道的摩擦阻力系數，Ns2/m4； n風道大、小斷面積之比，即21； 擴張角。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十七頁，共36頁。184）

11、轉彎巷道轉彎時的局部阻力系數(考慮巷道粗糙程度)可按下式計算：當巷高與巷寬之比H/b=0.21.0 時， 當 H/b=12.5 時式中 0假定邊壁完全光滑時，90轉彎的局部阻力系數，其值見表3-3-1； 巷道的摩擦阻力系數，N.s2/m4； 巷道轉彎角度影響系數，見表3-3-2。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十八頁，共36頁。19（2) 風流匯合 如圖所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分別按下式計算：式中：123.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第十九頁，共36頁。20、降低局部

12、阻力措施要把連接不同斷面巷道的邊緣做成斜線或圓弧形。巷道拐彎時，轉角越小越好，在拐彎曲內側或內外兩側做成斜線形或圓弧形。要盡量避免出現直角拐彎。減少產生局部阻力地點的風速及巷道的粗糙度。及時清理巷道中的堆積物，盡量避免成串的礦車長時間地停留在主要通風巷道內，以免阻擋風流，造成通風情況惡化。在主通風機的進風口安裝集風器，在出風口安裝擴散器。在風速高、風量大的井巷中，可在拐彎處設置若干塊導風板。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十頁，共36頁。21、礦井總風阻與礦井等積孔3.1.4.1.礦井總風阻從入風井口到主要通風機入口，把順序連接的各段井巷

13、的通風阻力累加起來，就得到礦井通風總阻力hRm，這就是井巷通風阻力的疊加原則。已知礦井通風總阻力hRm和礦井總風量Q，即可求得礦井總風阻： Rm是反映礦井通風難易程度的一個指標。Rm越大，礦井通風越困難；反之，則較容易。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十一頁，共36頁。223.1.4.2.礦井等積孔我國常用礦井等積孔作為衡量礦井通風難易程度的指標。假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為A(m2)的孔口。當孔口通過的風量等于礦井風量，且孔口兩側的風壓差等于礦井通風阻力時，則孔口面積A稱為該礦井的等積孔。AIIIP2v2P1v13.1井巷

14、通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十二頁，共36頁。23設風流從I II，且無能量損失， 則有：得：風流收縮處斷面面積A2與孔口面積A之比稱為收縮系數，由水力學可知，一般=0.65，故A2=0.65A。則v2=Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：AIIIP2v2P1v13.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十三頁，共36頁。24取=1.2kg/m3，則： 因Rm=hm2，故有 由此可見，A是Rm的函數，故可以表示礦井通風的難易程度。當A，容易；A - 2，中等；A困難。3.1井巷通風阻力3

15、井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十四頁，共36頁。25例題：某礦井為中央式通風系統，測得礦井通風總阻力hRm=2800Pa，礦井總風量Q=70m3/s，求礦井總風阻Rm和等積孔A，評價其通風難易程度。解 對照表3-4可知，該礦通風難易程度屬中等。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十五頁，共36頁。26對于多風機工作的礦井，應根據各主要通風機工作系統的通風阻力和風量，分別計算各主要通風機所擔負系統的等積孔，進行分析評價。必須指出，表3-4所列衡量礦井通風難易程度的等積孔值，是1873年繆爾格(Murgue)根

16、據當時的生產情況提出的3，一直沿用至今。由于現代的礦井規模、開采方法、機械化程度和通風機能力等較以前已有很大的發展和提高，表中的數據對小型礦井還有一定的參考價值，對大型礦井或多風機通風系統的礦井，衡量通風難易程度的指標還有待研究。3.1井巷通風阻力3 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十六頁，共36頁。3.2礦井通風阻力測定、測定準備工作1）測定路線的選擇結合礦井的生產布局和通風現狀選擇測定路線，同時，控制其它路線的阻力。2）測點布置在確定測點布置時考慮以下原則：測點布置應能控制各分支井巷和工作面的阻力及風量；在局部阻力大的地點前后以及在需要控制的典型巷道的首末

17、均設置測點。273 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定第二十七頁，共36頁。3）儀器、儀表28儀 器 名 稱規 格 型 號數 量氣 壓 計精密數字氣壓計3風 表中、微速各兩塊4濕 度 計2秒 表2皮 尺23 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定3.2礦井通風阻力測定第二十八頁，共36頁。、測定方法采用精密氣壓計逐點測定法，選擇地面井口作為基點，設置精密氣壓計監測地面氣壓變化情況，并每隔5分鐘讀一次相對壓力數值。測定組沿測定路線按選定的測點依次進行測定。在各測點測定風流壓力、巷道的風速、斷面尺寸、氣象條件并記錄測點位置、標高及測定時間等。如此

18、依次測定完全部的測點。待測點氣壓計回到井口時再重新校對儀器讀數，以檢查儀器的誤差，至此測定完畢。293 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定3.2礦井通風阻力測定第二十九頁，共36頁。、資料整理1）空氣密度式中P測點大氣壓力，Kpa； B氣壓計絕對氣壓讀數，mbar； 1000儀器基數，mbar； t空氣溫度，； 測點相對濕度，； Psat水蒸汽飽和蒸汽壓，KPa。30P=(1000+B)/103 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定3.2礦井通風阻力測定第三十頁，共36頁。2）巷道斷面積測點巷道斷面積按下列公式計算：梯形或矩形巷道： SBH半園拱巷道： SHB0.1073B2三心拱巷道： SHB0.0733B2式中 S巷道斷面積，m2； B巷道寬度或平均寬度，m； H巷道全高或拱基高，m；3）測點風速測點斷面風速由測出的表速按下式換算成真實風速：V(S0.4)(axb)/S ， m/min式中 x表風速； a、b風表校正系數。313 井巷通風阻力與技術管理3.1井巷通風阻力3.2礦井通風阻力測定3.2礦井通風阻力測定第三十一頁，共36頁。4）速壓式中 hv測點速壓，Pa； v測點風速，v=V/60，m/s。5）測點間風量的確定風量按下述原則確定：兩測點間沒有分支巷道如圖 (a)所示，巷道通過的風量可取兩測點風量的平均值，即