礦井通風(fēng)阻力-1

第三章 礦井通風(fēng)阻力量調(diào)整、礦井通風(fēng)系統(tǒng)治理和安全評(píng)價(jià)的理論根底。通風(fēng)阻力產(chǎn)生的根本緣由是風(fēng)流流淌過(guò)程的粘性和慣性〔內(nèi)因，以及井〔外因〔大致80％左右。第一節(jié)摩擦阻力流淌狀態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度在斷面上的分布和阻力形式也完全不同?！惨弧硨恿骱臀闪鞯垒S線方向根本平行。紊流：紊流和層流相反，流體質(zhì)點(diǎn)在流淌過(guò)程中有猛烈混合和相互碰撞，質(zhì)點(diǎn)之間有能量交換，質(zhì)點(diǎn)的流淌軌跡極不規(guī)章，除了有總流方向的流淌外，〔二〕流淌狀態(tài)的判別1883無(wú)因次參數(shù)來(lái)表示，這個(gè)無(wú)因次參數(shù)叫雷諾數(shù)。對(duì)于圓形管道，雷諾數(shù)為：vdRe= 〔3-1〕式中vm/s；dm；——流體的運(yùn)動(dòng)粘性數(shù)，礦井通風(fēng)中一般用平均值v1.501105m2/s；為紊流流淌。很多學(xué)者經(jīng)過(guò)對(duì)圓形管道水流的大量試驗(yàn)證明：當(dāng)Re<2320時(shí)，水流呈層流狀態(tài)，叫下臨界值；當(dāng)Re>12023時(shí)，水流呈完全紊流狀態(tài)，叫上臨界值。Re＝2320～12023時(shí)，為層流和紊流不穩(wěn)定過(guò)渡區(qū)，Re＝2320～4000區(qū)域內(nèi)，流淌狀態(tài)不是固定的，由管道的粗糙程度、流體進(jìn)入管道的狀況等外部條件而定，只要稍有干擾，流態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，因此，為便利起見(jiàn)，在實(shí)際工程計(jì)算中，通常以Re＝2300作為管道流淌流態(tài)的判別系數(shù)，即：Re2300為層流Re>2300 為紊流折算成圓形斷面。所謂水力半徑Rw〔也叫當(dāng)量直徑〕就是流過(guò)斷面面積S和潮濕周界〔即流體在管道斷面上與管壁接觸的周長(zhǎng))U之比。對(duì)于圓形斷面有SdRw＝U 4 〔3-2)用水力半徑代替圓形管道直徑就會(huì)得到非圓形管道的雷諾判別系數(shù)，即：4vSRe=U 〔3-3)式中 S——非圓形管道面積，m2；Um；其它符號(hào)意義同前。對(duì)于不同外形的斷面，其周長(zhǎng)U與斷面S的關(guān)系，可用下式表示：SUCS式中 斷面外形系數(shù)梯形三心拱半圓拱C=3.90〔三〕井巷中風(fēng)流的流淌狀態(tài)可用式〔3-3〕計(jì)算雷諾數(shù)近似判別井巷中風(fēng)流的流淌狀態(tài)。3-1某梯形巷道的斷面積S=9m2,360m3/min,試判別風(fēng)流流態(tài)。4vS

4Q 436060解：Re=U

＝C S =

=128120＞23001.501101.5011054.16 9例3-2 巷道條件同前，求相應(yīng)于Re=2300的層流臨界風(fēng)速vReU 23004.16 91.501105解：v= 4S =

49

=0.01197m/s0.15m/s,而井下巷道的風(fēng)速都風(fēng)流，才有可能消滅層流。二、摩擦阻力〔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，稱這種阻力為摩擦阻力?！惨弧尺_(dá)西公式和尼古拉茲試驗(yàn)在水力學(xué)中，用來(lái)計(jì)算圓形管道沿程阻力的計(jì)算式叫做達(dá)西公式，即：L v2Lh摩＝d 2 ，Pa 〔3-4〕式中 h摩——摩擦阻力，Pa；——試驗(yàn)系數(shù)，無(wú)因次；L——管道的長(zhǎng)度，m；d——管道的直徑, ——流體的密度，kg/m3；v——管道內(nèi)流體的平均流速，m/s；上式對(duì)于層流和紊流狀態(tài)都適用,大不一樣和試驗(yàn)系數(shù)的關(guān)系。管壁粗糙度是用相對(duì)粗糙度來(lái)表示的，即砂粒的平均直徑〔m〕與管道直徑r1/1261/2561/507系數(shù)與管壁相對(duì)粗糙度、雷諾數(shù)Re的關(guān)系，如圖3-1所示。圖中的曲線是以〔lg100lgRe值隨Re變化特征圖中曲線分為五個(gè)區(qū)：圖3-1 尼古拉茲試驗(yàn)結(jié)果Re<2320〔lgRe＜3.36〕時(shí)，不管管道粗糙度如何，其試驗(yàn)結(jié)果都集中分布于直線Ⅰ上，這說(shuō)明隨Re的增加而削減，而與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)，而只與雷諾數(shù)Re有關(guān)。其關(guān)系式為：＝64/Re。這是由于各種〔3-2所示〕所以，試驗(yàn)系數(shù)與粗糙度無(wú)關(guān)。2320Re4000〔3.36lgRe3.6)，在此區(qū)間內(nèi)，不同的相對(duì)粗糙度的管內(nèi)流體由層流轉(zhuǎn)變紊流。全部的試驗(yàn)點(diǎn)幾乎都集中在線段Ⅱ上。Re的增加而增大，與相對(duì)粗糙度無(wú)明顯關(guān)系。Ⅲ區(qū)——水力光滑區(qū)。當(dāng)Re＞4000〔lgRe3.6〕時(shí)，不同相對(duì)粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)起初都集中在曲線Ⅲ上，隨著Re的增加，相對(duì)粗糙度大的管道，試驗(yàn)點(diǎn)在較低Re時(shí)就偏離曲線Ⅲ，相對(duì)粗糙度小的管道在較大的Re時(shí)才偏離。在Ⅲ曲線范圍內(nèi)， 與Re有關(guān)，而與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)。 與Re聽(tīng)從＝0.3164/Re0.254000＜Re＜10000的范圍內(nèi)，它始終是水力光滑。紊流過(guò)渡區(qū)。由水力光滑區(qū)向水力粗糙區(qū)過(guò)渡，即圖中的Ⅳ所示區(qū)段在這個(gè)區(qū)段內(nèi)各種不同相對(duì)粗糙的試驗(yàn)點(diǎn)各自分散呈一波狀曲線 與Re有關(guān)，也與相對(duì)粗糙度有關(guān)。粒凸起的高度幾乎全暴露在紊流的核心中，所以Re對(duì)值的影響微小，可省略不計(jì)，相對(duì)粗糙度成為的唯一影響因素。故在該區(qū)， 與相對(duì)粗糙度有關(guān)。對(duì)于肯定的相對(duì)粗糙度的管道，為定值。圖3-2 流態(tài)構(gòu)造在水力學(xué)上尼古拉茲試驗(yàn)比較完整地反映了 的變化規(guī)律提醒了 的主要影響因素，解決了水在管道中沿程阻力計(jì)算問(wèn)題。而空氣在井巷中的流淌和水在管道中的流淌很相像，所以，可以把流體力學(xué)計(jì)算水流沿程阻力的達(dá)西〔3-4〕作為滿流井巷礦井摩擦阻力計(jì)算的普遍公式?！捕硨恿髂Σ磷枇哪峁爬澰囼?yàn)的結(jié)果可以知道流體在層流狀態(tài)時(shí)試驗(yàn)系數(shù) 諾數(shù)Re有關(guān)，故將式＝64/Re代入達(dá)西公式〔3-4〕中，得：64 L v2eh摩=Re

d

，Pa 〔3-5〕vd再將雷諾數(shù)Re = 和式代入式〔3-5〕中，得：h 摩 d2

〔3-6〕將式〔3-2〕及v 井巷摩擦阻力計(jì)算式：h 2LU2Q摩 S3

〔3-7〕式中 ——空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)，Pa.s；其它符號(hào)意義同前。很少用?！踩澄闪髂Σ磷枇孪锏赖娘L(fēng)流大多屬于完全紊流狀態(tài)，所以試驗(yàn)系數(shù)值取決于巷道壁得到應(yīng)用于礦井通風(fēng)工程上的紊流摩擦阻力計(jì)算公式： h v2，摩 8 S Pa； 〔3-8〕從前面分析可知，流體在完全紊流狀態(tài)時(shí)，對(duì)于確定的粗糙度，值是確形式是確定的，井巷壁面的相對(duì)粗糙度變化不大，因而在礦井條件下值被視為常數(shù)。而礦井空氣的密度變化不大，也可以視為常數(shù)，故令：8 〔3-9〕稱為摩擦阻力系數(shù)。由于是無(wú)因次量，故具有與空氣密度一樣的因Kg/m3。將式〔3-9〕及v=Q/S代入〔3-8〕得：h 摩

LUQ2，S3

Pa 〔3-10〕式中 ——井巷的摩擦阻力系數(shù)，Kg/m3或Ns

2/m4；式中其它符號(hào)意義同前。三、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻〔一〕摩擦阻力系數(shù)擦阻力系數(shù)值。從式〔3-9〕看，摩擦阻力系數(shù)值，取決于空氣密度和試驗(yàn)系數(shù)值，而礦井空氣密度一般變化不大，因此值主要取決于值，主要決的支護(hù)形式值也不同。確定值方法有查表和實(shí)測(cè)兩種方法。1、查表確定值值〔指支護(hù)形式、凈斷面積、有無(wú)提升設(shè)備和其它設(shè)施等實(shí)測(cè)得到的。修正：〔3-11〕

01.2 Kg/m3不同井巷的相對(duì)粗糙度差異很大。示，可直接查出摩擦阻力系數(shù)值。相對(duì)支架巷道而言，砌碹和錨噴巷道摩擦阻力系數(shù)值不是很大，但隨著相對(duì)粗糙度的增大而增大。U型鋼和混凝土棚等支護(hù)巷道，要同時(shí)考慮支架的間距和支架厚度，其粗糙度用縱口徑來(lái)表示。如圖3-3所示，縱口徑是相鄰支架中心線之間的距離L〔m〕與支架直徑或厚度d0〔m〕之比，即：L＝d0〔3-12〕式中——縱口徑，無(wú)因次；L——支架的間距，m；d0,m?！矆D3-3 支架巷道的縱口徑〕〔圖3-4 縱口徑與摩擦阻力系數(shù)關(guān)系曲線〕圖3-4是在平巷模型中試驗(yàn)獲得的縱口徑與摩擦阻力系數(shù)關(guān)系曲線圖。＜5～6隨縱口徑＝5～6時(shí)，摩擦阻力系數(shù)到達(dá)最大值；當(dāng)＞5～6時(shí)，摩擦阻力系數(shù)隨縱口徑增加而削減。這說(shuō)明＝5～6時(shí)，引起的風(fēng)流能量損失最大，產(chǎn)生的通風(fēng)選用支護(hù)密度。d0和兩個(gè)數(shù)值在附錄表中查出該巷道的初值，再依據(jù)該巷道的凈斷面積S值查出校正系數(shù)，對(duì)的初值進(jìn)展斷面校摩擦阻力系數(shù)較小，故乘以一個(gè)小于11的系數(shù)。2、實(shí)測(cè)確定值在生產(chǎn)礦井中，常常需要把握各個(gè)巷道的實(shí)際摩擦阻力系數(shù)值，目的是為降低礦井通風(fēng)阻力，合理調(diào)整礦井風(fēng)量，供給原始的第一手資料。所以，實(shí)測(cè)摩擦阻力系數(shù)〔二〕摩擦風(fēng)阻對(duì)于已經(jīng)確定的井巷，巷道的長(zhǎng)度LUS以及巷道的支護(hù)形式〔摩擦阻力系數(shù)〕都是確定的，故把公式〔3-10〕中的、L、U、S用一R摩來(lái)表示，得到下式：LU,R摩= S3

Kg/m7或Ns2

/m8； 〔3-13〕R摩稱為摩擦風(fēng)阻。其國(guó)際單位是Kg/m7和Ns2/m8R摩是空氣參數(shù)確定時(shí)，摩擦風(fēng)阻RR摩看作反映井巷幾何特征的參數(shù)，它反映的是井巷通風(fēng)的難易程度?！?-10〕得到公式：h摩=R摩Q2，Pa 〔3-14〕完全紊流時(shí)摩擦阻力定律，它說(shuō)明白當(dāng)摩擦風(fēng)阻肯定時(shí)，摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。其次節(jié)局部阻力在風(fēng)流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于井巷邊壁條件的變化，風(fēng)流在局部地區(qū)受到局部〔〕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，點(diǎn)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(jì)算〔一〕局部阻力的成因分析井下巷道千變?nèi)f化，產(chǎn)生局部阻力的地點(diǎn)很多，有巷道斷面的突然擴(kuò)大與縮小〔如采區(qū)車場(chǎng)、井口、調(diào)整風(fēng)窗、風(fēng)橋、風(fēng)硐等，巷道的各種拐彎〔如各類車場(chǎng)、大巷、采區(qū)巷道、工作面巷道等，各類巷道的穿插、交匯〔場(chǎng)、中部車場(chǎng)〕等等。在分析產(chǎn)生局部阻力緣由時(shí)，常將局部阻力分為突變類型和漸變類型〔3-5所示〕兩種。圖中a、c、e、g屬于突變類型，b、d、f、h屬于漸變類型。圖3-5 巷道的突變與漸變類型紊流流體通過(guò)突變部位時(shí)，由于慣性的作用，不能隨從邊壁突然變化，不斷被主流帶走，補(bǔ)充進(jìn)去的流體，又形成的渦流，因而增加了能量損失，產(chǎn)生局部阻力。邊壁雖然沒(méi)有突然變化，但假設(shè)在沿流淌方向消滅減速增壓現(xiàn)象的地方，3-5b，巷道斷面漸寬，沿程流速減小，靜壓不斷增加，壓差的作用方向與主流的方向相反，使邊壁四周很小的流速漸漸削減到零，在3-5h中，直道上的渦流區(qū)，也是由于減速增壓過(guò)程造成的。所以收縮段一般不會(huì)產(chǎn)生渦流。假設(shè)收縮角很大，在緊接漸縮段之后也會(huì)消滅渦3-5d所示。是能量損失的主要局部。綜上所述，局部的能量損失主要和渦流區(qū)的存在有關(guān)。渦流區(qū)越大，能量主流的速度梯度增大，也增加能量損失，在渦流被不斷帶走和集中的過(guò)程中，使下游肯定范圍內(nèi)的紊流脈動(dòng)加劇，增加了能量損失，這段長(zhǎng)度稱為局部阻力大小與雷諾數(shù)Re成反比。受局部阻力物影響而仍能保持著層流，只有在Re2023阻力計(jì)算，重點(diǎn)爭(zhēng)論紊流時(shí)的局部阻力?！捕尘植孔枇τ?jì)算前面或后面斷面上的速壓成正比。與摩擦阻力類似，局部阻力h局一般也用速壓的倍數(shù)來(lái)表示。v2h局＝ 2式中h局——局部阻力，Pa；

，Pa 〔3-15〕——局部阻力系數(shù)，無(wú)因次；v ——局部地點(diǎn)前后斷面上的平均風(fēng)速，m/s；——風(fēng)流的密度，Kg/m3；假設(shè)將v＝Q/S，代入式〔3-15〕后，得到：h局＝2S2

Pa 〔3-16〕在查表確定局部阻力系數(shù)值時(shí)，肯定要和局部阻力物的斷面S、風(fēng)量Q、風(fēng)速v相對(duì)應(yīng)。二、局部阻力系數(shù)與風(fēng)阻〔一〕局部阻力系數(shù)產(chǎn)生局部阻力的過(guò)程格外簡(jiǎn)單，要確定局部阻力系數(shù)也是格外簡(jiǎn)單的。大量試驗(yàn)爭(zhēng)論說(shuō)明，紊流局部阻力系數(shù)主要取決于局部阻力物的外形，而邊壁的粗糙程度為次要因素，但在粗糙程度較大的支架巷道中也需要考慮。由于產(chǎn)生局部阻力的過(guò)程格外簡(jiǎn)單，所以系數(shù)一般由試驗(yàn)求得，附錄二是由前人通過(guò)試驗(yàn)得到的局部局部阻力系數(shù)，計(jì)算局部阻力時(shí)查表即可。3-33-61-21-3之間610m，通過(guò)的風(fēng)量為40m3/s，求巷道的摩擦阻力系數(shù)及拐彎處的局部阻力系數(shù)。圖3-6 解:〔1〕2-3段的阻力為：h23h

h1h

12

440295145Pa摩擦阻力系數(shù)為：ha 23S 0.0196h3 14563LUQ2 10010402 Ns2/m41-2段的摩擦阻力為：22

Q2S3

10 40263

247Pa拐彎處的局部阻力為：h＝h h 局 12 摩12巷道中的風(fēng)速為：vQ406.7m/sS 6局部阻力系數(shù)為： h局彎 22

4821.2(6.7)2

1.81～2斷面之間的總阻力h1-2,再用公式LUh 摩

Q2S3 計(jì)算出1～2斷面之間的摩擦阻力，減去摩擦阻力，得到局部阻〔3-15〕計(jì)算得到局部阻力系數(shù)?！捕尘植匡L(fēng)阻同摩擦阻力一樣，當(dāng)產(chǎn)生局部阻力的區(qū)段形成后，、S都可視為確 Q2定值，故將公式h局＝2S2

中的

用一個(gè)常量來(lái)表示，即有：R局＝2S2 ，Kg/m7或Ns2

/m8

〔3-17〕 Q2將上式代入公式 h局＝2S2

得到局部阻力定律：h局＝R局Q2 〔3-18〕上式為完全紊流狀態(tài)下的局部阻力定律，h局與R摩一樣，也可看作局部R局肯定時(shí)，h局與Q的平方成正比。10％～20％左右。故在通風(fēng)設(shè)計(jì)第三節(jié)礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔一、礦井通風(fēng)阻力定律力和全部的局部阻力之和。即：hh阻= 摩

h

，Pa局

〔3-19〕h當(dāng)巷道風(fēng)流為紊流狀態(tài)時(shí)，將公式摩

LUQ2S3

Q2和h局＝2S2 以h摩=RQ2h局＝RQ2代入上式得到：LUQ2

Q2RQ2

〔R R〕Q2h阻＝〔3-20〕

S3 2S2 摩 局 摩 局R R〕

摩 局，得到：h阻RQ2Pa 〔3-2〕式中 R——井巷風(fēng)阻，Kg/m7或Ns2

/m8R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打算的，反映井巷的固有特性。當(dāng)通過(guò)井巷的風(fēng)量肯定時(shí)，井巷通風(fēng)阻力與風(fēng)阻成小?？梢?jiàn)，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(shí)通風(fēng)困難，風(fēng)阻小時(shí)通風(fēng)簡(jiǎn)潔。所以，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(gè)重要指標(biāo)。式〔3-21〕就是井巷中風(fēng)流紊流狀態(tài)下的礦井通風(fēng)阻力定律，它反映了風(fēng)何巷道。風(fēng)量的一次方成正比，同樣可以得到層流狀態(tài)下的通風(fēng)阻力定律：h阻RQPa 〔3-2〕阻力定律h阻＝RQn，Pa 〔3-23〕n=1時(shí)是層流通風(fēng)阻力定律，n=2時(shí)是紊流通風(fēng)阻力定律，n=1～2時(shí)是中間過(guò)渡狀態(tài)通風(fēng)阻力定律，式〔3-23〕就是礦井通風(fēng)學(xué)中最一般的通風(fēng)阻力定律定律。由于井下只有個(gè)別風(fēng)速很小的地點(diǎn)才有可能用到層流或中間過(guò)渡狀態(tài)h阻＝RQ2是通風(fēng)學(xué)中應(yīng)用最廣泛、最重要的通風(fēng)定律。將紊流通風(fēng)阻力定律h阻＝RQ2繪制成曲線，即：當(dāng)風(fēng)阻R值肯定時(shí)，用橫坐標(biāo)表示井巷通過(guò)的風(fēng)量Qi，用縱坐標(biāo)表示通風(fēng)阻力hi，將風(fēng)量與對(duì)應(yīng)的阻力〔Qi，hi〕繪制于平面坐標(biāo)系中得到一條二次拋物線如圖〔3-7〕所示，這條越困難。反之，曲線越緩，通風(fēng)越簡(jiǎn)潔。3-7井巷阻力特性曲線應(yīng)了解曲線的意義，把握其繪制方法。二、礦井總風(fēng)阻〔第五章介紹風(fēng)量的關(guān)系是：hR 礦，礦 Q2礦

〔3-24)式中 R礦——礦井總風(fēng)阻，Kg/m7或Ns2

/m8也是衡量一個(gè)礦井通風(fēng)安全治理水平的重要尺度。h礦——礦井總阻力，Pa率之和來(lái)確定的。Q礦——礦井總風(fēng)量，m3/s。三、礦井等積孔個(gè)假想孔的面積就叫做礦井等積孔。〔m2所示。當(dāng)孔口通過(guò)的風(fēng)量等于礦井總風(fēng)量Q，而且孔口兩側(cè)的風(fēng)壓差等于礦井通風(fēng)總阻力〔p1－p2=h〕時(shí)，則孔口的面積A值就是該礦井的等積孔?，F(xiàn)用能量方程來(lái)查找礦井等積孔A與礦井總風(fēng)量Q和礦井總阻力h之間的關(guān)系。圖3-8 等積孔1在薄壁左側(cè)距孔口A足夠遠(yuǎn)處〔風(fēng)速v 0)取斷面I－I，其靜壓為p1,在1孔口右側(cè)風(fēng)速收縮斷面最小處取斷面II－II〔A〕p2，風(fēng)速v為最大。薄壁很薄其阻力無(wú)視不計(jì)，則I－I、II－II斷面的能量方程式為：由于p1-〔p22 由于p1-〔p22 2 ，pap1-p2=h,pa〔3-25〕〔3-26〕所以h=v22 ，pa〔3-27〕:

v2h，m/s 〔2hA與孔口面積A之比稱為收縮系數(shù) vQ

Q ,整理得：

＝0.65，故A＝0.65A,則該處的風(fēng)速0.65 2hA0.65 2h

A 0.65A代入上式，，m2 〔3-29)假設(shè)礦井空氣密度為標(biāo)準(zhǔn)空氣密度，即1.2Kg/m3時(shí)，則得：hA1.19Qh，m2 〔3-30〕將hRQ2代入公式〔3-30〕中，得：RA1.19R,m2 〔3-31〕公式說(shuō)明，假設(shè)礦井的通風(fēng)阻力h一樣，等積孔A大的礦井，風(fēng)量Q必大，表示通風(fēng)簡(jiǎn)潔；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(shí)期通風(fēng)技術(shù)治理水平。同時(shí)，也可以評(píng)判礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)。公式〔3-31〕說(shuō)明等積孔A與風(fēng)阻R的平方根成反比，即井巷或礦井的風(fēng)阻越小時(shí)，等積孔A越大，通風(fēng)越簡(jiǎn)潔；反之，越困3-1所示。3-1礦井通風(fēng)難易程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)阻力等級(jí)通風(fēng)阻力等級(jí)通風(fēng)難易程度R〔Ns2/m8〕A〔m2)大阻力礦中阻力礦小阻力礦困中容難＞1.42等1.42～0.35易＜0.35＜11～2＞2必需指出，表3-11873年繆對(duì)小型礦井還有肯定的參考價(jià)值，對(duì)于大型礦井或多風(fēng)機(jī)通風(fēng)礦井應(yīng)參照表難易程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。3-2礦井等積孔分類表〔m2〕0.11.01.421.01.420.21.50.632.00.350.31.50.632.00.350.452.00.353.00.160.62.00.353.00.160.92.00.354.00.091.22.50.235.00.061.82.50.236.00.042.42.50.237.00.033.02.50.237.00.03低瓦斯礦井高瓦斯礦井〔Mt/a〕A的最小低瓦斯礦井高瓦斯礦井〔Mt/a〕A的最小R 的最大值A(chǔ)的最R 的最大值〔Ns2/m8〕小值附注〔Ns2/m8〕外部漏風(fēng)允的最小值減5%,R的最大值加10％；外部漏風(fēng)允的最小值減10％，R的最即為礦井A的最小值，R的最大值。hQ hQhQhQhQ hQ

〔3-32〕總總 1 1 2 2 3 3 n n i ih hQ/Q總 i i

〔3-33〕Q QQ總 1 2h總h總

Q Q3 nQ

QiihQi iQihQi i

〔3-34〕i〔hQi〔hQQi i i

總1.19

，m2

〔3-35〕式〔3-35〕就是多臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)礦井等積孔的計(jì)算公式。式中hi——各臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力，Pa；Qi——各臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量，m3/s；第四節(jié) 降低礦井通風(fēng)阻力措施6171023個(gè)風(fēng)井的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，有40%的礦井通風(fēng)50%。所以，無(wú)論是礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)礦井通風(fēng)治理工作，都要做到盡濟(jì)效益都具有特別的實(shí)際意義。首先要保證通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行安全牢靠，礦井主要通風(fēng)機(jī)要在經(jīng)濟(jì)、合理、高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，準(zhǔn)時(shí)調(diào)整礦井總風(fēng)量，盡量避開(kāi)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量過(guò)剩和缺乏；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)要合理、簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定；通風(fēng)方法和通風(fēng)方式要適應(yīng)降阻的要求〔如抽出式通風(fēng)要比〔主要是增阻調(diào)整法〕的地點(diǎn)和數(shù)量，使調(diào)整后的總風(fēng)阻接近不加調(diào)整風(fēng)窗時(shí)的風(fēng)阻，調(diào)整幅度要小、質(zhì)量要高。降低礦井通風(fēng)阻力的重點(diǎn)在最大阻力路線上的公共段通風(fēng)阻力。由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力等于該系統(tǒng)最大阻力路線上的各分支的摩擦阻力和局部阻力之和，因此在降阻之前首先要確定通風(fēng)系統(tǒng)的最大阻力路線，通過(guò)阻力測(cè)定，了解最大阻力路線上的阻力分布狀況，找出阻力較大的分支，對(duì)其實(shí)施降阻措施。具體方法如下：一、降低摩擦阻力的措施摩擦阻力是礦井通風(fēng)阻力的主要局部，因此降低井巷摩擦阻力是通風(fēng)技術(shù)LUh治理的重要工作。由公式摩

S3

可知，降低摩擦阻力的措施有：削減摩擦阻力系數(shù)礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用值小的支護(hù)方式，如錨噴、砌碹、錨桿、錨鎖、如砌碹巷道的值僅有支架巷道的30%～40%。施工時(shí)肯定要保證施工質(zhì)量，應(yīng)盡量承受光面爆破技術(shù)，盡可能使井巷壁面平坦光滑，使井巷壁面的凹凸度不大于50mm。對(duì)于支架巷道，要留意支護(hù)質(zhì)量，支架不僅要整齊全都，有時(shí)還要?jiǎng)x幫背頂，并且要留意支護(hù)密度。準(zhǔn)時(shí)修復(fù)被破壞的支架，失修率不大于力。井巷風(fēng)量要合理總進(jìn)風(fēng)早分開(kāi)、總回風(fēng)晚集合。保證井巷通風(fēng)斷面低通風(fēng)阻力，當(dāng)井巷通過(guò)的風(fēng)量肯定時(shí)，井巷斷面擴(kuò)大33%，通風(fēng)阻力可削減通，保持巷道足夠斷面。削減巷道長(zhǎng)度改造，選擇合理的通風(fēng)方式。選用周長(zhǎng)較小的井巷斷面巷道可以考慮矩形和梯形斷面。二、降低局部阻力的措施流，削減風(fēng)流能量損失，主要措施如下：，削減調(diào)整風(fēng)窗的數(shù)量；應(yīng)盡量避開(kāi)井巷斷面的突然擴(kuò)大或突然縮小，斷面比值要小。當(dāng)連接不同斷面的巷道時(shí)，要把連接的邊緣做成斜線或圓弧型〔如圖3-。巷道拐彎時(shí)，轉(zhuǎn)角越小越好〔3-10〕在拐彎的內(nèi)側(cè)做成斜線型和叉和集合處的內(nèi)側(cè)也要做成斜線或圓弧型。圖3-9巷道連接處為斜線型 圖3-10巷道拐彎處為圓弧型削減局部阻力地點(diǎn)的風(fēng)流速度及巷道的粗糙程度。在風(fēng)筒或通風(fēng)機(jī)的入風(fēng)口安裝集風(fēng)器，在出風(fēng)口安裝集中器。料要按需使用，不能集中堆放在井下巷道中。巷道治理要做到無(wú)雜物、無(wú)淤泥停留在主要通風(fēng)巷道內(nèi)，以免阻擋風(fēng)流，使通風(fēng)狀況惡化。第五節(jié) 礦井通風(fēng)阻力測(cè)定礦井通風(fēng)阻力測(cè)定工作是通風(fēng)技術(shù)治理的重要內(nèi)容之一，其目的在于檢查通風(fēng)阻力的分布是否合理，某些巷道或區(qū)段的阻力是否過(guò)大，為改善礦井通風(fēng)通過(guò)阻力測(cè)量，還可求出礦井各類巷道的風(fēng)阻值和摩擦阻力系數(shù)值，以備通風(fēng)技術(shù)治理和通風(fēng)計(jì)算時(shí)使用。量法。通風(fēng)阻力測(cè)定的根本內(nèi)容及要求包括以下幾個(gè)方面：?jiǎn)栴}都和這個(gè)參數(shù)有關(guān)。只要測(cè)定出各條井巷的通風(fēng)阻力和該巷通過(guò)的風(fēng)量，測(cè)準(zhǔn)。數(shù)也不同。只要測(cè)出各井巷的阻力、長(zhǎng)度、凈斷面積和通過(guò)的風(fēng)量，代入公式不必測(cè)量整個(gè)巷道的阻力，但測(cè)量精度要求高。應(yīng)沿著通風(fēng)阻力大的路線測(cè)定各段通風(fēng)阻力，了解整個(gè)風(fēng)路上通風(fēng)阻力分布狀況。也可分成假設(shè)干小段，同時(shí)測(cè)定，這樣既可以削減測(cè)定阻力的誤差，也可以節(jié)約時(shí)間。測(cè)量全礦井通風(fēng)阻力時(shí)要求連續(xù)、快速。一、通風(fēng)阻力測(cè)定的方法及步驟〔一〕測(cè)定前的預(yù)備工作儀表和人員的預(yù)備依據(jù)阻力測(cè)定方法和測(cè)定內(nèi)容預(yù)備儀表。每個(gè)測(cè)定小組必備的儀表有：綜合參數(shù)檢測(cè)儀；用壓差計(jì)法時(shí)，可備單管傾斜壓差計(jì)一臺(tái)，內(nèi)徑4～6mm膠皮管或彈性好的塑料管兩根，靜壓管或皮托管兩支，小氣筒一個(gè)，酒精或乙醇假設(shè)干，有時(shí)為了便于壓差計(jì)調(diào)平，放置皮托管，還常用三角架、小平板等。測(cè)量風(fēng)速：高、中、低速風(fēng)表各一只，秒表一塊?！布僭O(shè)用礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀測(cè)氣壓，可以不必預(yù)備此項(xiàng)儀器〕測(cè)量井巷幾何參數(shù)：20～30m長(zhǎng)皮尺一個(gè)，鋼卷尺一個(gè)，斷面測(cè)量?jī)x一個(gè)。全部測(cè)定儀器都必需附有校正表和校正曲線，精度應(yīng)能滿足測(cè)定要求。測(cè)定時(shí)，儀表精度應(yīng)當(dāng)全都，校正方法和時(shí)間全都。選擇測(cè)量路線和測(cè)點(diǎn)則依據(jù)需要僅在該區(qū)段內(nèi)選擇測(cè)量路線。選擇路線后，按以下原則布置測(cè)點(diǎn)：B的12倍;距離一般可為巷道寬度B的3〔如圖3-11〕所示。3-11測(cè)點(diǎn)布置〔由于并聯(lián)風(fēng)路中各分支的風(fēng)壓支巷道的風(fēng)阻。風(fēng)狀況。安設(shè)皮托管或靜壓管時(shí)，在測(cè)點(diǎn)之前至少有3m長(zhǎng)的巷道支架良好，沒(méi)有空頂、空幫、凹凸不平或積存物等狀況。間緊急，局部阻力的測(cè)量可以留待以后進(jìn)展，以免影響整個(gè)測(cè)量工作。前將測(cè)點(diǎn)間距、巷道斷面積測(cè)出。測(cè)點(diǎn)位置、間距、標(biāo)高和編號(hào)注入圖中。預(yù)備記錄表格測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓根底記錄表、各巷道規(guī)格根底記錄表〔參見(jiàn)附錄三。〔二〕壓差計(jì)法測(cè)量通風(fēng)阻力測(cè)量?jī)x器4-6mm的膠皮管，承受壓力的儀器用皮托管或靜壓管。靜壓管如圖3-12所1與管接頭32，靜壓從今傳遞。為了測(cè)量動(dòng)壓值，還需用風(fēng)表、濕度計(jì)和氣壓計(jì)。圖3-12 靜壓管測(cè)量阻力原理3-13所示。2點(diǎn)之后a圖”接頭的壓p zg 力為 1 12,作用在壓差計(jì)“-”接頭的壓力為p zg 讀換算成垂直mmH2O，再換算成Pa值應(yīng)為：圖3-13 單管傾斜壓差計(jì)測(cè)量阻力布置圖〔p zg 〕p p p zg

12

2=〔1-

12 〔3-36〕1點(diǎn)之后b圖”接頭

“-”接頭的壓力為

p2+

zg

12，故：p〔p

zg 〕 p p

zgK L讀g= 1-

12 =〔1-

12 〔3-37〕12兩斷面的靜壓差與位122點(diǎn)之122兩斷面之間的通風(fēng)阻力為：h ＝〔p

p)(0zg

2)(2

v21

2v2)阻12 1 2

12 2

〔3-38〕L p p由于 K 2L p p所以用單管傾斜壓差計(jì)測(cè)量阻力的計(jì)算公式為：阻讀h＝KL阻讀

，Pa 〔3-39)動(dòng)式中 L讀——單管傾斜壓差計(jì)的讀數(shù)，mmH2O；動(dòng)K——單管傾斜壓差計(jì)的校正系數(shù)；h 12斷面動(dòng)的平均動(dòng)壓時(shí)，h速為正值，反之，為負(fù)值。同樣適用于用其它壓差計(jì)測(cè)量任意兩測(cè)點(diǎn)的通風(fēng)阻力。井下測(cè)量步驟井下測(cè)量時(shí)儀器的布置如圖3-13所示，將兩個(gè)靜壓管用三角架設(shè)于1點(diǎn)和2點(diǎn)，其尖部迎風(fēng)，管軸和風(fēng)向平行。用膠皮管將靜壓管與壓差計(jì)相連。讀取壓差計(jì)的夜面讀數(shù)L讀和儀器校正系數(shù)K3-3中。3-13-23-4中。13，進(jìn)展與上述一樣的測(cè)量工作，如此連續(xù)循環(huán)進(jìn)展，直到測(cè)完為止。留意事項(xiàng)在傾斜巷道內(nèi)，不宜安設(shè)測(cè)點(diǎn)，始末兩點(diǎn)盡量安設(shè)在上下水平巷道內(nèi)。干擾的地點(diǎn)，膠皮管沿工作面鋪設(shè)。假設(shè)該工作面鄰近有行人或通風(fēng)小眼，也可將膠皮管通過(guò)這些小眼鋪設(shè)。，重測(cè)定。故障可能是：(2)壓差計(jì)漏氣，測(cè)壓管內(nèi)或測(cè)壓管與容器連接處有氣泡。(3)靜壓管放置在風(fēng)流的渦流區(qū)內(nèi)。分段測(cè)定的積存誤差和縮短測(cè)定時(shí)間?！踩硽鈮河?jì)法測(cè)量通風(fēng)阻力〔儀器的操作原理與使用方法參見(jiàn)其次章第三節(jié)〕測(cè)量阻力原理上動(dòng)壓差和位壓差，以計(jì)算通風(fēng)阻力。即：h ＝〔p

p)(zg

zg

v2)( 1

v2 2 2)

1 2 1 1 2 2 2 2

〔3-40〕阻2或 h1阻2

＝P

h

〔3-41)靜位動(dòng)式中P靜位動(dòng)

Pa；靜位h Pa；位動(dòng)h Pa；動(dòng)其它符號(hào)意義同前。氣壓計(jì)測(cè)量通風(fēng)阻力的方法有逐點(diǎn)測(cè)定法和雙測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)定法。逐點(diǎn)測(cè)定法將一臺(tái)氣壓計(jì)留在基點(diǎn)作為校正大氣壓變化使用，另一臺(tái)作為測(cè)壓儀器從那么兩測(cè)點(diǎn)確實(shí)定壓力差就是氣壓計(jì)在兩測(cè)點(diǎn)的儀器讀數(shù)差值。即：pp1

h h讀1 讀2

， 〔3-42〕式中P1P2——分別為前、后測(cè)點(diǎn)的實(shí)際確定靜壓，Pa；、h h、讀1

靜壓進(jìn)展校正。即：p p1

(h讀1

h )(h讀2

h )讀2

〔3-43〕將式3-4〕代入式3-4;h ＝〔h

h h

h

(zg

zg

v2)( 1

v2 2 2)

讀1 讀2

讀1 讀2

1 1 2 2

2 〔3-44〕或 h ＝〔h

h 〔h

h

h

〔3-45〕阻12

讀1 讀2

讀1 讀2 位 動(dòng)h

Pa；讀2讀2h 讀2讀2

其它符號(hào)意義同前。雙測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)定法它是用兩臺(tái)氣壓計(jì)〔I、II號(hào)〕1號(hào)測(cè)點(diǎn)定基點(diǎn)，然后將I號(hào)儀器1號(hào)測(cè)點(diǎn)，將II2號(hào)測(cè)點(diǎn)，商定時(shí)間同時(shí)讀取兩臺(tái)儀器的讀數(shù)I3測(cè)點(diǎn)，II2測(cè)點(diǎn)不動(dòng)，再同時(shí)讀數(shù)。如此需要進(jìn)展大氣壓變化的校正，但是測(cè)定時(shí)比較麻煩。用氣壓計(jì)法測(cè)定通風(fēng)阻力主要以逐點(diǎn)測(cè)定法為主。井下測(cè)量步驟15～20min后，按“總清”鍵，記錄基點(diǎn)確定壓力值。將一臺(tái)儀器留于基點(diǎn)處測(cè)量基點(diǎn)的大氣壓力變化狀況，并每逢5的倍數(shù)5min記錄一次。55min記錄一次。3-1至附表3-4中。如此逐點(diǎn)進(jìn)展，直到將測(cè)點(diǎn)測(cè)完為止。留意事項(xiàng)1)由于礦井的通風(fēng)狀態(tài)是變化的，井下大氣壓的變化有時(shí)滯后于地面大氣在井底車場(chǎng)四周。的影響較大，所以測(cè)得的結(jié)果往往誤差較大，故在實(shí)際測(cè)定通風(fēng)阻力時(shí)，一般用機(jī)械風(fēng)表和濕度計(jì)測(cè)測(cè)點(diǎn)的巷道斷面平均風(fēng)速和濕度。進(jìn)展。〔四〕測(cè)定方法的選擇一般不會(huì)返工，所以，在標(biāo)定井巷風(fēng)阻和計(jì)算摩擦阻力系數(shù)時(shí)，多承受壓差計(jì)法。但這種方法收放膠皮管的工作量很大，費(fèi)時(shí)較多，尤其是在回采工作面、井筒內(nèi)或者行人困難井巷及特長(zhǎng)距離巷道，不宜承受此方法。用氣壓計(jì)法測(cè)量通風(fēng)阻力，不需要收放膠皮管和靜壓管，測(cè)定簡(jiǎn)潔。由于〔礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀將阻力測(cè)量的全部參數(shù)測(cè)出，省時(shí)省力，操作簡(jiǎn)潔，但位壓很難準(zhǔn)確測(cè)算，精二、數(shù)據(jù)處理及牢靠性檢查〔一〕測(cè)定數(shù)據(jù)的處理至導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論，所以必需賜予重視。井巷風(fēng)阻和摩擦阻力系數(shù)計(jì)算以及礦井壓能圖的繪制等。巷道平均風(fēng)速的計(jì)算將附表3-1中的表速通過(guò)校正曲線查出它的真風(fēng)速v真測(cè)風(fēng)校正系數(shù)K即得實(shí)際平均風(fēng)速〔參見(jiàn)第一章第四節(jié)。空氣密度計(jì)算蒸氣的壓力p飽，再查表1-12《由風(fēng)扇濕度計(jì)讀數(shù)值查相對(duì)濕度》得到各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度值后，代入密度計(jì)算公式計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的密度值?？諝饷芏鹊挠?jì)算，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后第三位。時(shí)，應(yīng)當(dāng)用兩測(cè)點(diǎn)密度的算術(shù)平均值。3-53-63-7中。風(fēng)量Q的計(jì)算量為：QQ 1Q2，m3/sQ均 2 〔3-46〕式中Q1、Q2——分別為巷道始末斷面的風(fēng)量，m3/s。前后分別計(jì)算平均風(fēng)量。Q 2.842Q P ，m3/s標(biāo) 測(cè)273.15t 〔3-47〕式中 Q測(cè)——實(shí)測(cè)的風(fēng)量，m3/s；P——測(cè)風(fēng)處的大氣壓力，KPa；C。3-53-63-7中。通風(fēng)阻力h阻計(jì)算3-53-7中。3-63-7中通風(fēng)系統(tǒng)總阻力h總的計(jì)算線各測(cè)段通風(fēng)阻力之和，即：h 總

1-2+h阻

+h阻

3-4+ 阻

〔n-n+1〕 Pa； 〔3-48〕阻3-53-6中。依據(jù)附表3-5和附表3-6中統(tǒng)計(jì)整理的數(shù)據(jù)，在方格紙上以巷道累計(jì)長(zhǎng)度3-14。圖3-14 阻力測(cè)量成果圖測(cè)點(diǎn)的相對(duì)總壓能hi計(jì)算+h總i＝h靜i+h h Pa+式中h靜i—

＝〔h

〕g，Pa；氣hi—儀器在測(cè)點(diǎn)讀數(shù)出的相對(duì)靜壓，當(dāng)測(cè)點(diǎn)確實(shí)定壓力高于基點(diǎn)時(shí)，讀數(shù)顯示“+”值，低于基點(diǎn)時(shí)，讀數(shù)顯示“-氣h氣—地面大氣壓力比記憶大氣壓力po增大了h氣少了h氣值，因此，應(yīng)將h氣值加到相對(duì)靜壓中，即h氣為正值，反之，為負(fù)值。將上述結(jié)果記入附表3-6中。當(dāng)全部測(cè)點(diǎn)的相對(duì)總壓能計(jì)算出之后，即可繪制壓能圖。圖3-153-16為該通風(fēng)網(wǎng)路的壓能圖。右側(cè)的三角形頂點(diǎn)表示通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓。圖3-15 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖 圖3-16 通風(fēng)壓能圖摩擦阻力系數(shù)3-7。巷道風(fēng)阻R計(jì)算將附表3-5和附表3-6中的風(fēng)量、兩測(cè)點(diǎn)間的阻力代入下式h阻12

，Ns2/m8 〔3-50〕R1-2100R100=

L1-2

,Ns2

/m8m 〔3-51〕式中R1-2Ns2

/m8；R100Ns2L1-2——兩測(cè)點(diǎn)間的距離,m。3-7中。〔二〕測(cè)定結(jié)果牢靠性檢查

/m8m；測(cè)點(diǎn)資料匯總以后，應(yīng)對(duì)全系統(tǒng)或個(gè)別地段測(cè)定結(jié)果進(jìn)展檢查校驗(yàn)。進(jìn)展一些校驗(yàn)測(cè)定，則是完全必要的。風(fēng)量的校驗(yàn)換算成標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣狀態(tài)下的風(fēng)量，依據(jù)“在密度不變的狀況下，流進(jìn)匯必要時(shí)進(jìn)展局部或全部重測(cè)定。通風(fēng)阻力的校驗(yàn)5%。假使測(cè)定時(shí)只需要測(cè)量一條路線，為了校驗(yàn)，也應(yīng)盡可能再選擇一條路線最短而又與之并聯(lián)的風(fēng)路，測(cè)量它的通風(fēng)阻力以便校驗(yàn)。測(cè)量全礦井系統(tǒng)總阻力時(shí)，最好利用通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置的壓差計(jì)讀數(shù)校驗(yàn)。通過(guò)壓差計(jì)的讀數(shù)及測(cè)定風(fēng)機(jī)入風(fēng)口的動(dòng)壓和礦井的自然風(fēng)壓，計(jì)算出全礦井的通風(fēng)阻力，再與分段測(cè)量累計(jì)的全礦井總阻力相比較，其誤差不應(yīng)大于5%。三、礦井通風(fēng)阻力測(cè)定報(bào)告的編寫(xiě)通風(fēng)阻力測(cè)定工作完畢以后，必需對(duì)所測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)展整理分析并編寫(xiě)通合實(shí)際的技術(shù)數(shù)據(jù)。礦井通風(fēng)阻力測(cè)定報(bào)告的編寫(xiě)內(nèi)容主要有：〔一〕礦井概況主要