第二章第二節(jié)通風(fēng)

1、 任務(wù)1 制定降低礦井通風(fēng)阻力的措施能力目標(biāo)：能力目標(biāo)： 1、會用查表發(fā)確定井巷的摩擦阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)； 2、會測算摩擦阻力、井巷風(fēng)阻、等級孔； 3、會根據(jù)礦井的通風(fēng)阻力狀況編制降低阻力的措施。知識目標(biāo)：知識目標(biāo)： 1、理解并能解釋摩擦阻力、局部阻力產(chǎn)生的原因、相關(guān)概念計影響因素； 2、能陳述并解釋阻力、局部阻力、等級孔的表達(dá)式及意義；一、摩擦阻力一、摩擦阻力 （一）風(fēng)流的流動狀態(tài)風(fēng)流的流動狀態(tài) 1 1、層流和紊流、層流和紊流 層流層流：指流體各層的質(zhì)點相互不混合，呈流束狀，為有秩序：指流體各層的質(zhì)點相互不混合，呈流束狀，為有秩序地流動，各流束的質(zhì)點沒有能量交換。地流動，各流束的質(zhì)點沒有

2、能量交換。 紊流紊流：紊流和層流相反，流體質(zhì)點在流動過程中有強(qiáng)烈混合：紊流和層流相反，流體質(zhì)點在流動過程中有強(qiáng)烈混合和相互碰撞，質(zhì)點之間有能量交換。和相互碰撞，質(zhì)點之間有能量交換。 2 2、流動狀態(tài)的判別、流動狀態(tài)的判別 18831883年英國物理學(xué)家雷諾通過實驗證明：流體的流動狀態(tài)取年英國物理學(xué)家雷諾通過實驗證明：流體的流動狀態(tài)取決于管道的決于管道的平均流速平均流速、管道的、管道的直徑直徑和流體的和流體的運(yùn)動粘性系數(shù)運(yùn)動粘性系數(shù)。這三個因素的綜合影響可用一個無因次參數(shù)來表示，這個無這三個因素的綜合影響可用一個無因次參數(shù)來表示，這個無因次參數(shù)叫因次參數(shù)叫雷諾數(shù)雷諾數(shù)。 vd Re= 雷諾數(shù)當(dāng)流

3、速很小、管徑很細(xì)、流體的運(yùn)動粘度較大時，流體呈層流運(yùn)動，反之，為紊流流動。 R Re2300 e2300 為層流為層流 R Re2300 e2300 為紊流為紊流非圓形管道的雷諾判別系數(shù) R Re=e= UvS43 3、井巷中風(fēng)流的流動狀態(tài)、井巷中風(fēng)流的流動狀態(tài) 規(guī)程規(guī)定，井巷中最低允許風(fēng)速為0.15m/s,而井下巷道的風(fēng)速都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述數(shù)值，所以井巷風(fēng)流的流動狀態(tài)都是紊流，只有風(fēng)速很小的漏風(fēng)風(fēng)流，才有可能出現(xiàn)層流。（二）摩擦阻力二）摩擦阻力 井下風(fēng)流沿井巷或管道流動時，由于空氣的粘性，受到井井下風(fēng)流沿井巷或管道流動時，由于空氣的粘性，受到井巷壁面的限制，造成空氣分子之間相互摩擦（內(nèi)摩擦）以巷

4、壁面的限制，造成空氣分子之間相互摩擦（內(nèi)摩擦）以及空氣與井巷或管道周壁間的摩擦，從而產(chǎn)生阻力，稱這及空氣與井巷或管道周壁間的摩擦，從而產(chǎn)生阻力，稱這種阻力為種阻力為摩擦阻力摩擦阻力。（一）層流狀態(tài)下井巷摩擦阻力（一）層流狀態(tài)下井巷摩擦阻力 QSLUh322摩空氣的動力粘性系數(shù)，空氣的動力粘性系數(shù)，Pa.sPa.s； Q Q井巷風(fēng)量，井巷風(fēng)量，m m3 3/s/s； 2、紊流狀態(tài)下的摩擦阻力 ，摩23QSLUhPa 2Ns井巷的摩擦阻力系數(shù)，Kg/m3或/m4； （三）摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻（三）摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻 1、摩擦阻力系數(shù) 確定方法有查表和實測兩種方法。 2、摩擦風(fēng)阻 ,3SULR

5、摩= Kg/m7或82m/Ns3、摩擦阻力定律 h摩=R摩Q2，Pa （四四）降低摩擦阻力的措施）降低摩擦阻力的措施 摩擦阻力是礦井通風(fēng)阻力的主要部分，因此降低井巷摩擦阻力是通風(fēng)技術(shù)管理的重要工作。由公式可知，降低摩擦阻力的措施有：1 1減少摩擦阻力系數(shù)減少摩擦阻力系數(shù) 2 2井巷風(fēng)量要合理井巷風(fēng)量要合理 3 3保證井巷通風(fēng)斷面保證井巷通風(fēng)斷面 4 4減少巷道長度減少巷道長度 5 5選用周長較小的井巷斷面選用周長較小的井巷斷面坑木等在巷道亂堆亂放增加了巷道阻力二、局部阻力二、局部阻力在風(fēng)流運(yùn)動過程中，由于井巷邊壁條件的變化，風(fēng)流在局在風(fēng)流運(yùn)動過程中，由于井巷邊壁條件的變化，風(fēng)流在局部地區(qū)受到局

6、部阻力物（如巷道斷面突然變化，風(fēng)流分叉與部地區(qū)受到局部阻力物（如巷道斷面突然變化，風(fēng)流分叉與交匯，斷面堵塞等）的影響和破壞，引起風(fēng)流流速大小、方交匯，斷面堵塞等）的影響和破壞，引起風(fēng)流流速大小、方向和分布的突然變化，導(dǎo)致風(fēng)流本身產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊，形成向和分布的突然變化，導(dǎo)致風(fēng)流本身產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊，形成極為紊亂的渦流，造成風(fēng)流能量損失，這種均勻穩(wěn)定風(fēng)流經(jīng)極為紊亂的渦流，造成風(fēng)流能量損失，這種均勻穩(wěn)定風(fēng)流經(jīng)過某些局部地點所造成的附加的能量損失，就叫做局部阻力。過某些局部地點所造成的附加的能量損失，就叫做局部阻力。 （一）局部阻力的成因與計算（一）局部阻力的成因與計算局部阻力分為：局部阻力分為：突變類

7、型突變類型和和漸變類型漸變類型兩種兩種 1、局部阻力種類和產(chǎn)生地點、局部阻力種類和產(chǎn)生地點a a、c c、e e、g g屬于突變類型屬于突變類型, b, b、d d、f f、h h屬于漸變類型。屬于漸變類型。（圖（圖5-1 巷道的突變與漸變類型）巷道的突變與漸變類型）局部阻力的地點：1）巷道斷面的突然擴(kuò)大與縮?。ㄈ绮蓞^(qū)車場、井口、調(diào)節(jié)風(fēng)窗、風(fēng)橋、風(fēng)硐等）； 2）巷道的各種拐彎（如各類車場、大巷、采區(qū)巷道、工作面巷道等）； 3）各類巷道的交叉、交匯（如井底車場、中部車場）等等2、局部阻力計算 h局22v ，Pa h局,222QS Pa （二）局部阻力系數(shù)與風(fēng)阻（二）局部阻力系數(shù)與風(fēng)阻 1、局部阻

8、力系數(shù) 大量實驗研究表明，紊流局部阻力系數(shù)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。由于產(chǎn)生局部阻力的過程非常復(fù)雜，所以系數(shù)一般由實驗求得，計算局部阻力時查表附錄二即可。 2、局部風(fēng)阻R局 R局 ， Kg/m7或 22S82m/Ns3 3、局部阻力定律h局R局Q2 在一般情況下，由于井巷內(nèi)的風(fēng)流速壓較小，所產(chǎn)生的局部阻力也較小，井下所有的局部阻力之和只占礦井總阻力的1020左右。故在通風(fēng)設(shè)計中，一般只對摩擦阻力進(jìn)行計算，對局部阻力不作詳細(xì)計算，而按經(jīng)驗估算。 （三）降低局部阻力的措施（三）降低局部阻力的措施產(chǎn)生局部阻力的直接原因是，由于局部阻力地點巷道斷面的變化，引起了井巷風(fēng)流速

9、度的大小、方向、分布的變化。因此，降低局部阻力就是改善局部阻力物斷面的變化形態(tài)，減少風(fēng)流流經(jīng)局部阻力物時產(chǎn)生的劇烈沖擊和巨大渦流，減少風(fēng)流能量損失，主要措施如下： 1最大限度減少局部阻力地點的數(shù)量。井下盡量少使用直徑很小的鐵風(fēng)橋，減少調(diào)節(jié)風(fēng)窗的數(shù)量；應(yīng)盡量避免井巷斷面的突然擴(kuò)大或突然縮小，斷面比值要小。2當(dāng)連接不同斷面的巷道時，要把連接的邊緣做成斜線或圓弧型。3巷道拐彎時，轉(zhuǎn)角越小越好。在拐彎的內(nèi)側(cè)做成斜線型和圓弧型。 要盡量避免出現(xiàn)直角彎。巷道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)也要做成斜線或圓弧型。4減少局部阻力地點的風(fēng)流速度及巷道的粗糙程度。 5在風(fēng)筒或通風(fēng)機(jī)的入風(fēng)口安裝集

10、風(fēng)器，在出風(fēng)口安裝擴(kuò)散器。 6減少井巷正面阻力物，及時清理巷道中的堆積物，采掘工作面所用材料要按需使用，不能集中堆放在井下巷道中。巷道管理要做到無雜物、無淤泥、無片幫，保證有效通風(fēng)斷面。在可能的條件下盡量不使成串的礦車長時間地停留在主要通風(fēng)巷道內(nèi)，以免阻擋風(fēng)流，使通風(fēng)狀況惡化。 三、礦井通風(fēng)阻力三、礦井通風(fēng)阻力（一）礦井通風(fēng)阻力定律（一）礦井通風(fēng)阻力定律1、層流狀態(tài)下的通風(fēng)阻力定律 h阻RQ，Pa 2、紊流狀態(tài)下的通風(fēng)阻力定律 h阻RQ2 ，Pa R井巷風(fēng)阻，Kg/m7或82m/Ns R R是由井巷中通風(fēng)阻力物的種類、幾何尺寸和壁面粗糙是由井巷中通風(fēng)阻力物的種類、幾何尺寸和壁面粗糙程度等因素決

11、定的，反映井巷的固有特性。當(dāng)通過井巷的程度等因素決定的，反映井巷的固有特性。當(dāng)通過井巷的風(fēng)量一定時，井巷通風(fēng)阻力與風(fēng)阻成正比，風(fēng)量一定時，井巷通風(fēng)阻力與風(fēng)阻成正比， 因此，風(fēng)阻值因此，風(fēng)阻值大的井巷其通風(fēng)阻力也大，反之，風(fēng)阻值小的通風(fēng)阻力也大的井巷其通風(fēng)阻力也大，反之，風(fēng)阻值小的通風(fēng)阻力也小。可見，井巷風(fēng)阻值的大小標(biāo)志著通風(fēng)難易程度，風(fēng)阻小?？梢?，井巷風(fēng)阻值的大小標(biāo)志著通風(fēng)難易程度，風(fēng)阻大時通風(fēng)困難，風(fēng)阻小時通風(fēng)容易。所以，大時通風(fēng)困難，風(fēng)阻小時通風(fēng)容易。所以，在礦井通風(fēng)中在礦井通風(fēng)中把井巷風(fēng)阻值的大小作為判別礦井通風(fēng)難易程度的一個重把井巷風(fēng)阻值的大小作為判別礦井通風(fēng)難易程度的一個重要指標(biāo)。要

12、指標(biāo)。將紊流通風(fēng)阻力定律將紊流通風(fēng)阻力定律h h阻阻RQRQ2 2繪制成曲線，這條曲線繪制成曲線，這條曲線就叫做該井巷就叫做該井巷阻力特性曲線阻力特性曲線。（圖（圖5-2 5-2 井巷阻力特性曲線）井巷阻力特性曲線）平面坐標(biāo)系中為一條二次拋物線平面坐標(biāo)系中為一條二次拋物線 ，曲線越陡、曲率，曲線越陡、曲率越大，井巷風(fēng)阻越大，通風(fēng)越困難。反之，曲線越緩，越大，井巷風(fēng)阻越大，通風(fēng)越困難。反之，曲線越緩，通風(fēng)越容易。通風(fēng)越容易。（二）礦井總風(fēng)阻（二）礦井總風(fēng)阻 對于一個確定的礦井通風(fēng)網(wǎng)路，其總風(fēng)阻值就叫做礦井總風(fēng)阻。 ，礦礦礦2QhR R礦礦井總風(fēng)阻，Kg/m7或 表示礦井通風(fēng)的難易程度，是評價礦井

13、通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的一個重要指標(biāo)，也是衡量一個礦井通風(fēng)安全管理水平的重要尺度。82/mNsh礦礦井總阻力，Pa Q礦礦井總風(fēng)量，m3/s。 （三）礦井等積孔（三）礦井等積孔為了更形象、更具體、更直觀地衡量礦井通風(fēng)難易程度，礦井通風(fēng)學(xué)上用一個假想的、并與礦井風(fēng)阻值相當(dāng)?shù)目椎拿娣e作為評價礦井通風(fēng)難易程度，這個假想孔的面積就叫做礦井等積孔礦井等積孔。hQA19. 12mRA19.12m或或公式表明，如果礦井的通風(fēng)阻力h相同，等積孔A大的礦井，風(fēng)量Q必大，表示通風(fēng)容易；等積孔A小的礦井，風(fēng)量Q必小，表示通風(fēng)困難。所以，礦井等積孔能夠反映不同礦井或同一礦井不同時期通風(fēng)技術(shù)管理水平。同時，也可以評判礦井通風(fēng)設(shè)

14、計是否經(jīng)濟(jì)。 表表5-1 5-1 礦井通風(fēng)難易程度的分級標(biāo)準(zhǔn)礦井通風(fēng)難易程度的分級標(biāo)準(zhǔn) 82m/Ns通風(fēng)阻力等級通風(fēng) 難易程度風(fēng)阻R 等積孔A （m2)大阻力礦 困 難1.421中阻力礦中 等1.420.3512小阻力礦容 易0.352必須指出，表5-1所列衡量礦井通風(fēng)難易程度的等積孔值，是1873年繆爾格根據(jù)當(dāng)時的生產(chǎn)情況提出的，一直沿用至今。由于現(xiàn)代化礦井開采規(guī)模、開采方法、機(jī)械化程度和通風(fēng)能力等較以前有很大的發(fā)展和提高，表中的標(biāo)準(zhǔn)對大型礦井已經(jīng)不能適應(yīng) 煤科院撫順分院提出，根據(jù)煤炭產(chǎn)量及瓦斯等級確定的礦井通風(fēng)煤科院撫順分院提出，根據(jù)煤炭產(chǎn)量及瓦斯等級確定的礦井通風(fēng)難易程度的分級標(biāo)準(zhǔn)。難易

15、程度的分級標(biāo)準(zhǔn)。 82/mNs82m/Ns 年產(chǎn)量 Mt/a低瓦斯礦井高瓦斯礦井附注A的最小值 （m2）R的最大值 A的最小值（m2）R的最大值0.1 0.2 0.3 0.45 0.6 0.9 1.2 1.8 2.4 3.01.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 2.51.42 0.63 0.63 0.35 0.35 0.35 0.23 0.23 0.23 0.231.0 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 7.01.42 0.35 0.35 0.16 0.16 0.09 0.06 0.04 0.03 0.03外部漏風(fēng)允許10時，A的最小值減5%,R的最大值加10；外部漏風(fēng)允許15時，A的最小值減10，R的最大值加20，即為礦井A的最小值，R 的最大值。對礦井來說，上述公式只能計算單臺通風(fēng)機(jī)工作時的礦井等積孔大小，對于多臺通風(fēng)機(jī)工作礦井等積孔的計算，應(yīng)根據(jù)全礦井總功率等于各臺主要通風(fēng)機(jī)工作系統(tǒng)功率之和的原理計算出總阻力，而總風(fēng)量等于各臺主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)路上的風(fēng)量之和，代入公式即：22/3/19. 119. 1mQhQQQhQhQAiiiiiii，）（總總上式就是多臺主要通風(fēng)機(jī)礦井等積孔的計算公式。 式中 hi各臺主要通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的