3-通風(fēng)阻力-礦長培訓(xùn)課件

第三章井巷通風(fēng)阻力第一節(jié)風(fēng)流的流動狀態(tài)第二節(jié)摩擦阻力一、摩擦阻力的意義和理論基礎(chǔ)二、完全紊流狀態(tài)下的摩擦阻力定律三、層流狀態(tài)下的摩擦阻力定律四、摩擦阻力的計算方法五、降低摩擦阻力的措施第三章井巷通風(fēng)阻力第三節(jié)局部阻力一、局部阻力的概念二、局部阻力定律三、局部阻力的計算方法四、降低局部阻力的措施第四節(jié)通風(fēng)阻力定律和特性一、通風(fēng)阻力定律二、井巷的通風(fēng)特性三、風(fēng)流的功率與電耗本章目錄第三節(jié)局部阻力本章目錄第五節(jié)通風(fēng)阻力測量一、通風(fēng)阻力測量的內(nèi)容與意義二、用傾斜壓差計測算井巷的風(fēng)阻三、用傾斜壓差計測算井巷的摩擦阻力系數(shù)四、用氣壓計測算井巷的風(fēng)阻五、測算礦井的通風(fēng)總阻力和總風(fēng)阻本章目錄第五節(jié)通風(fēng)阻力測量本章目錄第三章井巷通風(fēng)阻力風(fēng)流流動時，必須具有一定的能量(通風(fēng)壓力)，用以克服井巷及空氣分子之間的摩擦對風(fēng)流所產(chǎn)生的阻力。通風(fēng)壓力克服通風(fēng)阻力，兩者因次相同，數(shù)值相等，方向相反。知道通風(fēng)阻力的大小就能確定所需通風(fēng)壓力的大小。在礦井通風(fēng)中，存在著摩擦阻力和局部阻力，必須分析研究它們的特性、測定方法以及降低措施等，從而作為選擇通風(fēng)設(shè)備，進(jìn)行通風(fēng)管理與設(shè)計的依據(jù)。這在通風(fēng)設(shè)計中尤其重要。第三章井巷通風(fēng)阻力風(fēng)流流動時，必須具有一定的能量(通3.1風(fēng)流的流態(tài)流體產(chǎn)生的阻力與流體流動過程中的狀態(tài)有關(guān)。流體流動時有兩種狀態(tài)；一種是流體呈層狀流動，各層間流體互不混合，流體質(zhì)點流動的軌跡為直線或有規(guī)則的平滑曲線，這一狀態(tài)稱為層流。在流速很小、管徑很小、或粘性較大的流體流動時會發(fā)生層流。3.1風(fēng)流的流態(tài)流體產(chǎn)生的阻力與流體流動過程中的狀態(tài)另一種是流體流動時，各部分流體強烈地互相混合，流體質(zhì)點的流動軌跡是極不規(guī)則的。除了有沿流體總方向的位移外，還有垂直于液流總方向的位移，流體內(nèi)部存在著時而產(chǎn)生時而消滅的漩渦，這種狀態(tài)稱為紊流。研究層流與紊流的主要意義在于兩種流態(tài)有著不同的阻力定律。另一種是流體流動時，各部分流體強烈地互相混合，流體質(zhì)點的雷諾數(shù)試驗證明，層流與紊流彼此間的轉(zhuǎn)變關(guān)系決定于液體的密度ρ、絕對粘性系數(shù)μ，流體的平均速度V與管道水力直徑d，這些因素的綜合影響可以用雷諾數(shù)來表示為：

式中，ν——運動粘性系數(shù)，m2/s。雷諾數(shù)試驗證明，層流與紊流彼此間的轉(zhuǎn)變關(guān)系決定于液體的密度

當(dāng)Re≤2000時，流體呈層流流動；當(dāng)Re＞2000時，液流開始向紊流流動過渡；當(dāng)Re＞10000時，流體完全呈現(xiàn)為紊流。礦井巷道很少為圓形，對于非圓形通風(fēng)巷道，以4S/U(水力直徑)代替上式中的d，即：式中，U——巷道周界長度，m。

c—斷面形狀系數(shù)，梯形斷面c=4.16；三心拱c=3.85；半圓拱c=3.90；圓斷面，c=3.54。當(dāng)Re≤2000時，流體呈層流流動；

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，試計算出風(fēng)流開始出現(xiàn)紊流時的平均風(fēng)速？解：當(dāng)風(fēng)流開始出現(xiàn)紊流時，則其Re＝2000，當(dāng)完全紊流時，Re＝10000，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。

例：某巷道的斷面S＝2.5m2，周界U＝6.53.2摩擦阻力一、摩擦阻力及影響因素風(fēng)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，因而產(chǎn)生阻力，這種阻力，叫做摩擦阻力。所謂均勻流動是指風(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。一般情況下，摩擦阻力要占能量方程中通風(fēng)阻力的80～90％，它是礦井通風(fēng)設(shè)計，選擇扇風(fēng)機的主要參數(shù)，也是生產(chǎn)中分析與改善礦井通風(fēng)工作的主要對象。3.2摩擦阻力一、摩擦阻力及影響因素前人實驗得出水流在圓管中的沿程阻力公式（達(dá)西公式）是：式中λ——實驗比例系數(shù)，無因次；

ρ——水流的密度，kg/m3

；

L——圓管的長度，m；

d——圓管的直徑，m；

V——管內(nèi)水流的平均速度，m/s。前人實驗得出水流在圓管中的沿程阻力公式（達(dá)西公式）是：

尼古拉茲在壁面分別膠結(jié)各種粗細(xì)砂粒的圓管中，實驗得出了流態(tài)不同的水流λ系數(shù)同管壁的粗糙程度、雷諾數(shù)的關(guān)系。管壁的粗糙程度用管道的直徑d(m)和管壁平均突起的高度(即砂粒的平均直徑)k(m)之比來表示。并用閥門不斷改變管內(nèi)水流速度，結(jié)果如圖所示。尼古拉茲在壁面分別膠結(jié)各種粗細(xì)砂粒的圓管中，實驗得出了流試驗結(jié)果可分以下幾種情況：

1)

在lgRe≤3.3(Re≤2320)時，即當(dāng)液體作層流流動，由左邊斜線可以看出，所有試驗點都分布于其上，λ隨Re的增加而減小，且與管道的相對粗糙度無關(guān)，這時λ與Re的關(guān)系式為：

λ＝64/Re

2)

在3.3<1gRe<5.0(2320＜Re≤100000)的范圍內(nèi)，流體由層流向紊流過渡，λ系數(shù)既和Re有關(guān)，也和管壁的粗糙度有關(guān)。試驗結(jié)果可分以下幾種情況：

3)

當(dāng)Re≥100000時，流體成為紊流流動。λ與Re無關(guān)，只和管壁的粗糙度有關(guān)。管壁的粗糙度越大，λ系數(shù)就越大。其試驗式為：礦井巷道中的風(fēng)流，其性質(zhì)與上面完全一樣，所不同的是礦井巷道的粗糙度較大，在較小的Re時，便開始由層流變?yōu)槲闪?；此外，由于大多?shù)礦井巷道風(fēng)流的Re均大于100000，故λ值僅決定于井巷壁的相對粗糙度，而與Re無關(guān)。在一定時期內(nèi)，各井巷壁的相對粗糙度可認(rèn)為不變，因之λ值即為常量。3)當(dāng)Re≥100000時，流體成為紊流流動。λ與Re無

二、井巷摩擦阻力計算公式由于礦井巷道極少為圓形，可用當(dāng)量直徑d＝4S/U代入沿程阻力公式得：令：

α是巷道的摩擦阻力系數(shù)，與巷道幫壁的粗糙程度有關(guān)。則：二、井巷摩擦阻力計算公式由于礦井巷道極少為圓形，可用當(dāng)

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：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，摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。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?nèi)?、井巷摩擦阻力的計?/p>

[例1]某梯形木支架煤巷，長200米，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(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：三、井巷摩擦阻力的計算[例1]某梯形木支架煤巷，長20

四、降低井巷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：四、降低井巷摩擦阻力的措施井巷通風(fēng)阻力是引起風(fēng)壓損失的主降低井巷摩擦阻力的措施

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(yīng)盡量使巷道光滑。當(dāng)采用棚子支護(hù)巷道時，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?；對于井下的主要巷道，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，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，所以擴大巷道斷面有時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，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)道的擴大，其次再考慮其它巷道的擴大。降低井巷摩擦阻力的措施1）降低αRfr與α成正比，而α主降低井巷摩擦阻力的措施

3）減少周界長U

Rfr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L

Rfr與L成正比，進(jìn)行開拓設(shè)計時，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，即可將其改為兩翼式通風(fēng)系統(tǒng)以縮短回風(fēng)路線。降低摩擦阻力，還應(yīng)同時結(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。降低井巷摩擦阻力的措施3）減少周界長URfr與U成正比3.3局部阻力一、局部阻力的產(chǎn)生風(fēng)流流經(jīng)井巷的某些局部地點——突然擴大或縮小、轉(zhuǎn)彎、交岔以及堆積物或礦車等，由于速度或方向發(fā)生突然的變化，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，從而損失能量。造成這種沖擊與渦流的阻力即稱為局部阻力。3.3局部阻力一、局部阻力的產(chǎn)生二、局部阻力定律實驗證明，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her，都和局部地點的前面或后面斷面上的hv1或hv2成正比：

ξ1、ξ2——局部阻力系數(shù)，無因次，分別對應(yīng)于hv1、hv2。可選用其中一個系數(shù)和相應(yīng)的速壓計算；二、局部阻力定律若通過局部地點的風(fēng)量是Q(m3/s)，前后兩個斷面積是S1和S2(m2)，則兩個斷面上的平均風(fēng)速為：

Vl＝Q/S1；V2＝Q/S2，m/s代入上式：

令：式中Rer叫做局部風(fēng)阻。由此得到：her＝RerQ2，Pa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)下的摩擦阻力定律一樣，當(dāng)Rer一定時，her和Q的平方成正比。若通過局部地點的風(fēng)量是Q(m3/s)，前后兩個斷面積是S1

三、局部阻力的計算方法計算局部阻力時，先要根據(jù)井巷局部地點的特征，對照前人實驗查出局部阻力系數(shù)ξ，然后用其指定的相應(yīng)風(fēng)速V進(jìn)行計算：三、局部阻力的計算方法計算局部阻力時，先要根據(jù)井巷局部3_通風(fēng)阻力-礦長培訓(xùn)課件四、降低局部阻力的措施由于局部阻力是風(fēng)流在局部阻力地點發(fā)生劇烈的沖擊而產(chǎn)生的，故降低局部阻力的措施主要是：

1）在容易發(fā)生局部阻力的地點，應(yīng)盡量減少局部風(fēng)阻值ξ值。如采用斜線形或圓弧形連接斷面不同的巷道。巷道轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)角β愈小愈好。四、降低局部阻力的措施由于局部阻力是風(fēng)流在局部阻力地點降低局部阻力的措施

2）盡量減少產(chǎn)生局部阻力的條件，如不用或少用直徑很小的鐵筒風(fēng)橋，避免在主要巷道內(nèi)任意停放礦車、堆積木材、器材等；

3）局部阻力與V2成正比，故應(yīng)特別注意降低總回風(fēng)道和風(fēng)峒的局部阻力，及時清掃風(fēng)峒內(nèi)的堆積物，在井筒與風(fēng)峒的轉(zhuǎn)彎處做成圓滑的壁面。降低局部阻力的措施2）盡量減少產(chǎn)生局部阻力的條件，如不用3.4井巷風(fēng)阻與等積孔

一、井巷風(fēng)阻及其阻力特性在礦井巷道中，任何井巷的通風(fēng)阻力，不管它是摩擦阻力、局部阻力或系兩者同時具有的阻力，其阻力公式均可寫成通式：

h＝RQ2

3.4井巷風(fēng)阻與等積孔一、井巷風(fēng)阻及其阻力特性二、井巷等積孔

當(dāng)研究井巷通風(fēng)阻力時，為了在概念上更形象化，有時采用井巷等積孔來代替井巷風(fēng)阻。等積孔就是用一個與井巷風(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。設(shè)想將一個礦井的入風(fēng)口到出風(fēng)口，沿著井下主要巷道進(jìn)行均勻壓縮，最后形成一個薄片，在這個薄片上將形成一個孔口，這個孔口面積A使得薄片的兩端作用有礦井的風(fēng)壓差P時，通過孔口的風(fēng)量正好為該礦井的風(fēng)量Q，這時，該孔口面積即為礦井的等積孔。二、井巷等積孔口，這個孔口面積A使得薄片的兩端作用有礦井的風(fēng)設(shè)當(dāng)空氣自左向右流經(jīng)此孔時，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)，再當(dāng)流量為Q(m3/s)時，V＝Q/0.65A，以此V值與ρ＝1.2kg/m3代入上式，即得：設(shè)當(dāng)空氣自左向右流經(jīng)此孔時，無阻力，無能量損失，并由此得到：這就是計算礦井等積孔常用的公式。計算出礦井的風(fēng)阻和等積孔后，就可以對該礦井的通風(fēng)難易程度進(jìn)行評價，評價的標(biāo)準(zhǔn)如下表：由此得到：

[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時，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[例]已知礦井總阻力為1440Pa，風(fēng)量為60m3/s，

三、風(fēng)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(fēng)流的風(fēng)壓h乘風(fēng)量Q的計量單位就是N/m2×m3/s＝N·m/s。故風(fēng)流功率N的計算式為

N=h·Q/1000，kW

礦井一天的通風(fēng)電費是：式中，e——每度電的單價，y/(kW·h)；

η——風(fēng)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。三、風(fēng)流的功率與電耗物體在單位時間內(nèi)所做的功叫做功率，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)率分別是Le1＝4%；Le2＝5%。則兩翼不包括漏風(fēng)的風(fēng)量分別是：

Qm1＝(1－Le1)Qf1＝(1－4%)×60＝57.6m3/s

Qm2＝(1－Le2)Qf2＝(1－5%)×70＝66.5m3/s例：如圖所示的礦井，左右兩翼的通風(fēng)阻力分別是；

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：兩翼不包括外部漏風(fēng)的風(fēng)阻分別是：為了計算全礦的總風(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：

為了計算全礦的總風(fēng)阻和總等積孔，須先求出全礦的總阻力hr，

全礦不包括外部漏風(fēng)的總等積孔是：對于用多臺主扇通風(fēng)的礦井，都要用這種方法計算全礦的總風(fēng)阻和總等積孔。只有hr1＝hr2時，才能用A＝A1＋A2計算。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)電費分別為：全礦不包括外部漏風(fēng)的總等積孔是：3.5井巷通風(fēng)阻力測定一、阻力測定的內(nèi)容與意義

1.測算風(fēng)阻2.測算摩擦阻力系數(shù)3.測量通風(fēng)阻力的分配情況3.5井巷通風(fēng)阻力測定一、阻力測定的內(nèi)容與意義測算風(fēng)阻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，故可用一個小組(4～5人)逐段進(jìn)行，不趕時間，力求測準(zhǔn)。只要井巷的斷面和支護(hù)方式不發(fā)生變化，測一次即可，發(fā)生變化時，才需重測。對于掘進(jìn)通風(fēng)用的各種風(fēng)筒，也要標(biāo)定出標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻表以備用。為了檢查或分析比較，有時還要測算各采區(qū)、各水平和全礦井的總風(fēng)阻或總等積孔。

測算風(fēng)阻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)測算摩擦阻力系數(shù)為了適應(yīng)礦井通風(fēng)設(shè)計工作的需要，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。

測算摩擦阻力系數(shù)為了適應(yīng)礦井通風(fēng)設(shè)計工作的需要，須通過測量測量通風(fēng)阻力的分配情況為了尋求和分析問題，有時需要沿著通風(fēng)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(fēng)阻力，以得出整個路線上通風(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，故要根據(jù)測量路線的長短，分成若干小組，分段同時進(jìn)行。測量通風(fēng)阻力的分配情況為了尋求和分析問題，有時需要沿著通風(fēng)二、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：二、阻力測定方法與原理測定方法：

通風(fēng)阻力測量儀器、儀表和用品序號名稱型號數(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(fēng)表3測風(fēng)速4秒表1測風(fēng)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(fēng)和測壓記錄通風(fēng)阻力測量儀器、儀表和用品序號名稱型號數(shù)測風(fēng)點巷道斷面及風(fēng)速測量記錄表測點風(fēng)表讀數(shù)風(fēng)表號全高(m)凈寬(m)巷道形狀支護(hù)方式測點附近巷道素描12高中微ABCDE

測風(fēng)點巷道斷面及風(fēng)速測量記錄表測點風(fēng)表讀數(shù)風(fēng)表號全高凈寬巷道誤差計算式中：hr——系統(tǒng)實測通風(fēng)阻力，Pa；

hr’——由通風(fēng)機房水柱計讀數(shù)計算出的系統(tǒng)理論通風(fēng)阻力，Pa。誤差計算式中：hr——系統(tǒng)實測通風(fēng)阻力，Pa；三、測算礦井的通風(fēng)總阻力和總風(fēng)阻

1.對于抽出式通風(fēng)的礦井如圖所示，風(fēng)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(jìn)風(fēng)口l沿井巷到主通風(fēng)機進(jìn)風(fēng)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(fēng)的礦井通風(fēng)總阻力hr。據(jù)能量方程可知：三、測算礦井的通風(fēng)總阻力和總風(fēng)阻1.對于抽出式通風(fēng)的2斷面的相對靜壓是：

該礦井的自然風(fēng)壓是：因2斷面的相對全壓是：因此，2斷面的相對靜壓是：該礦井的自然風(fēng)壓是：因2斷面的相對全壓所示的方法測量hs2，即靠近2斷面的周壁固定一圈外徑4～6mm的銅管，等距離鉆8個垂直于風(fēng)流方向的小眼(直徑1～2mm)，再用一根銅管和這一圈銅管連通，并穿出風(fēng)硐壁和膠皮管相聯(lián)，膠皮管另一端和主通風(fēng)機房內(nèi)的壓差計相聯(lián)。所示的方法測量hs2，即靠近2斷面的周壁固定一圈外徑4～第三章井巷通風(fēng)阻力第一節(jié)風(fēng)流的流動狀態(tài)第二節(jié)摩擦阻力一、摩擦阻力的意義和理論基礎(chǔ)二、完全紊流狀態(tài)下的摩擦阻力定律三、層流狀態(tài)下的摩擦阻力定律四、摩擦阻力的計算方法五、降低摩擦阻力的措施第三章井巷通風(fēng)阻力第三節(jié)局部阻力一、局部阻力的概念二、局部阻力定律三、局部阻力的計算方法四、降低局部阻力的措施第四節(jié)通風(fēng)阻力定律和特性一、通風(fēng)阻力定律二、井巷的通風(fēng)特性三、風(fēng)流的功率與電耗本章目錄第三節(jié)局部阻力本章目錄第五節(jié)通風(fēng)阻力測量一、通風(fēng)阻力測量的內(nèi)容與意義二、用傾斜壓差計測算井巷的風(fēng)阻三、用傾斜壓差計測算井巷的摩擦阻力系數(shù)四、用氣壓計測算井巷的風(fēng)阻五、測算礦井的通風(fēng)總阻力和總風(fēng)阻本章目錄第五節(jié)通風(fēng)阻力測量本章目錄第三章井巷通風(fēng)阻力風(fēng)流流動時，必須具有一定的能量(通風(fēng)壓力)，用以克服井巷及空氣分子之間的摩擦對風(fēng)流所產(chǎn)生的阻力。通風(fēng)壓力克服通風(fēng)阻力，兩者因次相同，數(shù)值相等，方向相反。知道通風(fēng)阻力的大小就能確定所需通風(fēng)壓力的大小。在礦井通風(fēng)中，存在著摩擦阻力和局部阻力，必須分析研究它們的特性、測定方法以及降低措施等，從而作為選擇通風(fēng)設(shè)備，進(jìn)行通風(fēng)管理與設(shè)計的依據(jù)。這在通風(fēng)設(shè)計中尤其重要。第三章井巷通風(fēng)阻力風(fēng)流流動時，必須具有一定的能量(通3.1風(fēng)流的流態(tài)流體產(chǎn)生的阻力與流體流動過程中的狀態(tài)有關(guān)。流體流動時有兩種狀態(tài)；一種是流體呈層狀流動，各層間流體互不混合，流體質(zhì)點流動的軌跡為直線或有規(guī)則的平滑曲線，這一狀態(tài)稱為層流。在流速很小、管徑很小、或粘性較大的流體流動時會發(fā)生層流。3.1風(fēng)流的流態(tài)流體產(chǎn)生的阻力與流體流動過程中的狀態(tài)另一種是流體流動時，各部分流體強烈地互相混合，流體質(zhì)點的流動軌跡是極不規(guī)則的。除了有沿流體總方向的位移外，還有垂直于液流總方向的位移，流體內(nèi)部存在著時而產(chǎn)生時而消滅的漩渦，這種狀態(tài)稱為紊流。研究層流與紊流的主要意義在于兩種流態(tài)有著不同的阻力定律。另一種是流體流動時，各部分流體強烈地互相混合，流體質(zhì)點的雷諾數(shù)試驗證明，層流與紊流彼此間的轉(zhuǎn)變關(guān)系決定于液體的密度ρ、絕對粘性系數(shù)μ，流體的平均速度V與管道水力直徑d，這些因素的綜合影響可以用雷諾數(shù)來表示為：

式中，ν——運動粘性系數(shù)，m2/s。雷諾數(shù)試驗證明，層流與紊流彼此間的轉(zhuǎn)變關(guān)系決定于液體的密度

當(dāng)Re≤2000時，流體呈層流流動；當(dāng)Re＞2000時，液流開始向紊流流動過渡；當(dāng)Re＞10000時，流體完全呈現(xiàn)為紊流。礦井巷道很少為圓形，對于非圓形通風(fēng)巷道，以4S/U(水力直徑)代替上式中的d，即：式中，U——巷道周界長度，m。

c—斷面形狀系數(shù)，梯形斷面c=4.16；三心拱c=3.85；半圓拱c=3.90；圓斷面，c=3.54。當(dāng)Re≤2000時，流體呈層流流動；

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，試計算出風(fēng)流開始出現(xiàn)紊流時的平均風(fēng)速？解：當(dāng)風(fēng)流開始出現(xiàn)紊流時，則其Re＝2000，當(dāng)完全紊流時，Re＝10000，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。

例：某巷道的斷面S＝2.5m2，周界U＝6.53.2摩擦阻力一、摩擦阻力及影響因素風(fēng)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，因而產(chǎn)生阻力，這種阻力，叫做摩擦阻力。所謂均勻流動是指風(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。一般情況下，摩擦阻力要占能量方程中通風(fēng)阻力的80～90％，它是礦井通風(fēng)設(shè)計，選擇扇風(fēng)機的主要參數(shù)，也是生產(chǎn)中分析與改善礦井通風(fēng)工作的主要對象。3.2摩擦阻力一、摩擦阻力及影響因素前人實驗得出水流在圓管中的沿程阻力公式（達(dá)西公式）是：式中λ——實驗比例系數(shù)，無因次；

ρ——水流的密度，kg/m3

；

L——圓管的長度，m；

d——圓管的直徑，m；

V——管內(nèi)水流的平均速度，m/s。前人實驗得出水流在圓管中的沿程阻力公式（達(dá)西公式）是：

尼古拉茲在壁面分別膠結(jié)各種粗細(xì)砂粒的圓管中，實驗得出了流態(tài)不同的水流λ系數(shù)同管壁的粗糙程度、雷諾數(shù)的關(guān)系。管壁的粗糙程度用管道的直徑d(m)和管壁平均突起的高度(即砂粒的平均直徑)k(m)之比來表示。并用閥門不斷改變管內(nèi)水流速度，結(jié)果如圖所示。尼古拉茲在壁面分別膠結(jié)各種粗細(xì)砂粒的圓管中，實驗得出了流試驗結(jié)果可分以下幾種情況：

1)

在lgRe≤3.3(Re≤2320)時，即當(dāng)液體作層流流動，由左邊斜線可以看出，所有試驗點都分布于其上，λ隨Re的增加而減小，且與管道的相對粗糙度無關(guān)，這時λ與Re的關(guān)系式為：

λ＝64/Re

2)

在3.3<1gRe<5.0(2320＜Re≤100000)的范圍內(nèi)，流體由層流向紊流過渡，λ系數(shù)既和Re有關(guān)，也和管壁的粗糙度有關(guān)。試驗結(jié)果可分以下幾種情況：

3)

當(dāng)Re≥100000時，流體成為紊流流動。λ與Re無關(guān)，只和管壁的粗糙度有關(guān)。管壁的粗糙度越大，λ系數(shù)就越大。其試驗式為：礦井巷道中的風(fēng)流，其性質(zhì)與上面完全一樣，所不同的是礦井巷道的粗糙度較大，在較小的Re時，便開始由層流變?yōu)槲闪?；此外，由于大多?shù)礦井巷道風(fēng)流的Re均大于100000，故λ值僅決定于井巷壁的相對粗糙度，而與Re無關(guān)。在一定時期內(nèi)，各井巷壁的相對粗糙度可認(rèn)為不變，因之λ值即為常量。3)當(dāng)Re≥100000時，流體成為紊流流動。λ與Re無

二、井巷摩擦阻力計算公式由于礦井巷道極少為圓形，可用當(dāng)量直徑d＝4S/U代入沿程阻力公式得：令：

α是巷道的摩擦阻力系數(shù)，與巷道幫壁的粗糙程度有關(guān)。則：二、井巷摩擦阻力計算公式由于礦井巷道極少為圓形，可用當(dāng)

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：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，摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。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?nèi)?、井巷摩擦阻力的計?/p>

[例1]某梯形木支架煤巷，長200米，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(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：三、井巷摩擦阻力的計算[例1]某梯形木支架煤巷，長20

四、降低井巷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?、通風(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：四、降低井巷摩擦阻力的措施井巷通風(fēng)阻力是引起風(fēng)壓損失的主降低井巷摩擦阻力的措施

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(yīng)盡量使巷道光滑。當(dāng)采用棚子支護(hù)巷道時，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茫粚τ诰碌闹饕锏?，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，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，所以擴大巷道斷面有時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，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)道的擴大，其次再考慮其它巷道的擴大。降低井巷摩擦阻力的措施1）降低αRfr與α成正比，而α主降低井巷摩擦阻力的措施

3）減少周界長U

Rfr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L

Rfr與L成正比，進(jìn)行開拓設(shè)計時，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，即可將其改為兩翼式通風(fēng)系統(tǒng)以縮短回風(fēng)路線。降低摩擦阻力，還應(yīng)同時結(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。降低井巷摩擦阻力的措施3）減少周界長URfr與U成正比3.3局部阻力一、局部阻力的產(chǎn)生風(fēng)流流經(jīng)井巷的某些局部地點——突然擴大或縮小、轉(zhuǎn)彎、交岔以及堆積物或礦車等，由于速度或方向發(fā)生突然的變化，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，從而損失能量。造成這種沖擊與渦流的阻力即稱為局部阻力。3.3局部阻力一、局部阻力的產(chǎn)生二、局部阻力定律實驗證明，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her，都和局部地點的前面或后面斷面上的hv1或hv2成正比：

ξ1、ξ2——局部阻力系數(shù)，無因次，分別對應(yīng)于hv1、hv2?？蛇x用其中一個系數(shù)和相應(yīng)的速壓計算；二、局部阻力定律若通過局部地點的風(fēng)量是Q(m3/s)，前后兩個斷面積是S1和S2(m2)，則兩個斷面上的平均風(fēng)速為：

Vl＝Q/S1；V2＝Q/S2，m/s代入上式：

令：式中Rer叫做局部風(fēng)阻。由此得到：her＝RerQ2，Pa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)下的摩擦阻力定律一樣，當(dāng)Rer一定時，her和Q的平方成正比。若通過局部地點的風(fēng)量是Q(m3/s)，前后兩個斷面積是S1

三、局部阻力的計算方法計算局部阻力時，先要根據(jù)井巷局部地點的特征，對照前人實驗查出局部阻力系數(shù)ξ，然后用其指定的相應(yīng)風(fēng)速V進(jìn)行計算：三、局部阻力的計算方法計算局部阻力時，先要根據(jù)井巷局部3_通風(fēng)阻力-礦長培訓(xùn)課件四、降低局部阻力的措施由于局部阻力是風(fēng)流在局部阻力地點發(fā)生劇烈的沖擊而產(chǎn)生的，故降低局部阻力的措施主要是：

1）在容易發(fā)生局部阻力的地點，應(yīng)盡量減少局部風(fēng)阻值ξ值。如采用斜線形或圓弧形連接斷面不同的巷道。巷道轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)角β愈小愈好。四、降低局部阻力的措施由于局部阻力是風(fēng)流在局部阻力地點降低局部阻力的措施

2）盡量減少產(chǎn)生局部阻力的條件，如不用或少用直徑很小的鐵筒風(fēng)橋，避免在主要巷道內(nèi)任意停放礦車、堆積木材、器材等；

3）局部阻力與V2成正比，故應(yīng)特別注意降低總回風(fēng)道和風(fēng)峒的局部阻力，及時清掃風(fēng)峒內(nèi)的堆積物，在井筒與風(fēng)峒的轉(zhuǎn)彎處做成圓滑的壁面。降低局部阻力的措施2）盡量減少產(chǎn)生局部阻力的條件，如不用3.4井巷風(fēng)阻與等積孔

一、井巷風(fēng)阻及其阻力特性在礦井巷道中，任何井巷的通風(fēng)阻力，不管它是摩擦阻力、局部阻力或系兩者同時具有的阻力，其阻力公式均可寫成通式：

h＝RQ2

3.4井巷風(fēng)阻與等積孔一、井巷風(fēng)阻及其阻力特性二、井巷等積孔

當(dāng)研究井巷通風(fēng)阻力時，為了在概念上更形象化，有時采用井巷等積孔來代替井巷風(fēng)阻。等積孔就是用一個與井巷風(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。設(shè)想將一個礦井的入風(fēng)口到出風(fēng)口，沿著井下主要巷道進(jìn)行均勻壓縮，最后形成一個薄片，在這個薄片上將形成一個孔口，這個孔口面積A使得薄片的兩端作用有礦井的風(fēng)壓差P時，通過孔口的風(fēng)量正好為該礦井的風(fēng)量Q，這時，該孔口面積即為礦井的等積孔。二、井巷等積孔口，這個孔口面積A使得薄片的兩端作用有礦井的風(fēng)設(shè)當(dāng)空氣自左向右流經(jīng)此孔時，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)，再當(dāng)流量為Q(m3/s)時，V＝Q/0.65A，以此V值與ρ＝1.2kg/m3代入上式，即得：設(shè)當(dāng)空氣自左向右流經(jīng)此孔時，無阻力，無能量損失，并由此得到：這就是計算礦井等積孔常用的公式。計算出礦井的風(fēng)阻和等積孔后，就可以對該礦井的通風(fēng)難易程度進(jìn)行評價，評價的標(biāo)準(zhǔn)如下表：由此得到：

[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時，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[例]已知礦井總阻力為1440Pa，風(fēng)量為60m3/s，

三、風(fēng)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(fēng)流的風(fēng)壓h乘風(fēng)量Q的計量單位就是N/m2×m3/s＝N·m/s。故風(fēng)流功率N的計算式為

N=h·Q/1000，kW

礦井一天的通風(fēng)電費是：式中，e——每度電的單價，y/(kW·h)；

η——風(fēng)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。三、風(fēng)流的功率與電耗物體在單位時間內(nèi)所做的功叫做功率，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)率分別是Le1＝4%；Le2＝5%。則兩翼不包括漏風(fēng)的風(fēng)量分別是：

Qm1＝(1－Le1)Qf1＝(1－4%)×60＝57.6m3/s

Qm2＝(1－Le2)Qf2＝(1－5%)×70＝66.5m3/s例：如圖所示的礦井，左右兩翼的通風(fēng)阻力分別是；

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：兩翼不包括外部漏風(fēng)的風(fēng)阻分別是：為了計算全礦的總風(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：

為了計算全礦的總風(fēng)阻和總等積孔，須先求出