礦井通風-情景二

學習情境二：礦井通風阻力測定任務一：壓差計法測定礦井通風阻力任務二：氣壓計法測定礦井通風阻力任務三：礦井通風阻力測定報告的編寫

任務一：測定礦井通風阻力教學內(nèi)容

1、風流的流動狀態(tài)；2、礦井摩擦阻力、礦井局部阻力；3、阻力測量原理。

知識目標

1、了解通風阻力的概念、成因，風阻的概念；2、理解通風阻力、風阻、摩擦阻力系數(shù)的計算；3、掌握壓差計法測定礦井通風阻力的方法。

技能目標

1、會用壓差計法測算大巷通風阻力；2、會測算巷道的風阻；3、會測算摩擦阻力系數(shù)。重點和難點1、礦井通風阻力的計算；2、降低礦井通風阻力的具體措施；3、掌握壓差計法測定礦井通風阻力的方法4、礦井通風難易程度評價指標

【任務內(nèi)容及要求】1、了解通風阻力的概念、成因，風阻的概念；2、理解通風阻力、風阻、摩擦阻力系數(shù)的計算；3、掌握壓差計法測定礦井通風阻力的方法。【相關知識】1.風流的流動狀態(tài)流體在運動中有兩種不同的狀態(tài)，即層流流動和紊流流動。流體以不同的流動狀態(tài)運動時，其速度在斷面上的分布和阻力形式也完全不同。（1）層流和紊流

層流：指流體各層的質(zhì)點相互不混合，呈流束狀，為有秩序地流動，各流束的質(zhì)點沒有能量交換。質(zhì)點的流動軌跡為直線或有規(guī)則的平滑曲線，并與管道軸線方向基本平行。

紊流：紊流和層流相反，流體質(zhì)點在流動過程中有強烈混合和相互碰撞，質(zhì)點之間有能量交換，質(zhì)點的流動軌跡極不規(guī)則，除了有總流方向的流動外，還有垂直或斜交總流方向的流動，流體內(nèi)部存在著時而產(chǎn)生、時而消失的渦流。（2）流動狀態(tài)的判別

許多學者經(jīng)過對圓形管道水流的大量實驗證明：當Re＜2320時，水流呈層流狀態(tài)，叫下臨界值；當Re＞100000時，水流呈完全紊流狀態(tài)，叫上臨界值； Re＝2320～100000時，為層流和紊流不穩(wěn)定過渡區(qū)。為方便起見，在實際工程計算中，通常以Re＝2300作為管道流動流態(tài)的判別系數(shù)，即：

Re≤2300為層流

Re＝2300～100000時，為層流和紊流過渡

Re＞100000為完全紊流

（3）井巷中風流的流動狀態(tài)

井巷中空氣的流動，近似于水在管道中的、流動，井下除了豎井以外，大部分巷道都為非圓形巷道，而且它充滿整個井巷，故濕潤周界就是斷面的周長?？捎檬剑?-3）計算雷諾數(shù)近似判別井巷中風流的流動狀態(tài)。2.礦井通風阻力

礦井通風阻力產(chǎn)生的根本原因是風流流動過程的黏性和慣性（內(nèi)因），以及井巷壁面對風流的阻滯作用和擾動作用（外因）。井巷風流在流動過程中，克服內(nèi)部相對運動造成的機械能量損失就叫礦井通風阻力。通風阻力包括摩擦阻力和局部阻力兩大類，其中摩擦阻力是井巷通風阻力的主要因素。（1）摩擦阻力

井下風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。（2）局部阻力

在風流運動過程中，由于井巷邊壁條件的變化，風流在局部地區(qū)受到局部阻力物（如巷道斷面突然變化，風流分叉與交匯，斷面堵塞等）的影響和破壞，引起風流流速大小、方向和分布的突然變化，導致風流本身產(chǎn)生很強的沖擊，形成極為紊亂的渦流，造成風流能量損失，這種均勻穩(wěn)定風流經(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。

綜上所述，局部的能量損失主要和渦流區(qū)的存在有關。渦流區(qū)越大，能量損失的就越多。僅僅流速分布的改變，能量損失并不太大。在渦流區(qū)及其附近，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擴散的過程中，使下游一定范圍內(nèi)的紊流脈動加劇，增加了能量損失，這段長度稱為局部阻力物的影響長度。（4）降低礦井通風阻力措施

根據(jù)我國對617對井口和1023個風井的調(diào)查和統(tǒng)計，有40%的礦井通風阻力屬于中阻力和大阻力礦井，個別礦井的通風電耗甚至占到了礦井總電耗的50%。所以，無論是新礦井通風設計還是生產(chǎn)礦井通風管理工作，都要做到盡可能降低礦井通風阻力。降低礦井通風阻力，特別是降低井巷的摩擦阻力對減少風壓損失、減低通風電耗、減少通風費用和保證礦井安全生產(chǎn)、追求最大經(jīng)濟效益都具有特別的實際意義。

降低礦井通風阻力是一項非常龐大的系統(tǒng)工程，要綜合考慮諸多方面因素。首先要保證通風系統(tǒng)運行安全可靠，礦井主要通風機要在經(jīng)濟、合理、高效區(qū)運轉，及時調(diào)節(jié)礦井總風量，盡量避免通風機風量過剩和不足；通風網(wǎng)絡要合理、簡單、穩(wěn)定；通風方法和通風方式要適應降阻的要求（如抽出式通風要比壓入式的通風阻力大，中央并列式通風路線要長）；要確定通風系統(tǒng)的最大阻力路線，通過阻力測定，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，對其實施降阻措施。具體方法如下：1）降低摩擦阻力的措施摩擦阻力是礦井通風阻力的主要部分，因此降低井巷摩擦阻力是通風技術管理的重要工作。由公式可知，降低摩擦阻力的措施有：①減少摩擦阻力系數(shù)②井巷風量要合理③保證井巷通風斷面④減少巷道長度⑤選用周長較小的井巷斷面

因為摩擦阻力與風量的平方成正比，因此在通風設計和技術管理過程中，不能隨意增大風量，各用風地點的風量在保證安全生產(chǎn)要求的條件下，應盡量減少。掘進初期用局部通風機通風時，要對風量加以控制。及時調(diào)節(jié)主通風機的工況，減少礦井富?？傦L量。避免巷道內(nèi)風量過于集中，要盡可能使礦井的總進風早分開、總回風晚匯合。

因為巷道的摩擦阻力和巷道長度成正比，所以在礦井通風設計和通風系統(tǒng)管理時，在滿足開拓開采的條件下，要盡量縮短風路長度，及時封閉廢棄的舊巷和甩掉那些經(jīng)過采空區(qū)且通風路線很長的巷道，及時對生產(chǎn)礦井通風系統(tǒng)進行改造，選擇合理的通風方式。

在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長最小，拱形次之，矩形和梯形的周長較大。因此，在礦井通風設計時，一般要求立井井筒采用圓形斷面，斜井、石門、大巷等主要井巷采用拱型斷面，次要巷道及采區(qū)內(nèi)服務年限不長的巷道可以考慮矩形和梯形斷面。2）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，引起了井巷風流速度的大小、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，減少風流能量損失，主要措施如下：

減少局部阻力地點的風流速度及巷道的粗糙程度。

在風筒或通風機的入風口安裝集風器，在出風口安裝擴散器。（5）礦井通風阻力測定

礦井通風阻力測定工作是通風技術管理的重要內(nèi)容之一，其目的在于檢查通風阻力的分布是否合理，某些巷道或區(qū)段的阻力是否過大，為改善礦井通風系統(tǒng)，減少通風阻力，降低礦井通風機的電耗以及均壓防滅火提供依據(jù)。此外，通過阻力測量，還可求出礦井各類巷道的風阻值和摩擦阻力?凳擔員竿ǚ緙際豕芾硨屯ǚ緙撲閌筆褂謾?

通風阻力的測量方法常用的有兩種，一為壓差計測量法，二為氣壓計測量法。任務二：氣壓計法測定礦井通風阻力

教學內(nèi)容

1、風流的流動狀態(tài)；2、礦井摩擦阻力、局部阻力；3、氣壓計法測定礦井通風阻力的原理；4、氣壓計法測定礦井通風阻力的原理。

知識目標

1、了解通風阻力的概念、成因，風阻的概念；2、理解通風阻力、風阻、摩擦阻力系數(shù)的計算；3、掌握氣壓計法測定礦井通風阻力的方法。

技能目標

1、會用氣壓計法測算某礦通風阻力；2、會測算測量礦井通風阻力分布。

重點和難點

1、礦井通風阻力的計算；2、降低礦井通風阻力的具體措施；3、掌握氣壓計法測定礦井通風阻力的方法4、礦井通風難易程度評價指標

【任務內(nèi)容及要求】1、了解通風阻力的概念、成因，風阻的概念；2、理解通風阻力、風阻、摩擦阻力系數(shù)的計算；3、掌握氣壓計法測定礦井通風阻力的方法。

礦井通風阻力測定工作是通風技術管理的重要內(nèi)容之一，其目的在于檢查通風阻力的分布是否合理，某些巷道或區(qū)段的阻力是否過大，為改善礦井通風系統(tǒng)，減少通風阻力，降低礦井通風機的電耗以及均壓防滅火提供依據(jù)。此外，通過阻力測量，還可求出礦井各類巷道的風阻值和摩擦阻力系數(shù)值，以備通風技術管理和通風計算參考。

因為摩擦阻力與風量的平方成正比，因此在通風設計和技術管理過程中，不能隨意增大風量，各用風地點的風量在保證安全生產(chǎn)要求的條件下，應盡量減少。掘進初期用局部通風機通風時，要對風量加以控制。及時調(diào)節(jié)主通風機的工況，減少礦井富?？傦L量。避免巷道內(nèi)風量過于集中，要盡可能使礦井的總進風早分開、總回風晚匯合。

在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長最小，拱形次之，矩形和梯形的周長較大。因此，在礦井通風設計時，一般要求立井井筒采用圓形斷面，斜井、石門、大巷等主要井巷采用拱型斷面，次要巷道及采區(qū)內(nèi)服務年限不長的巷道可以考慮矩形和梯形斷面。

因為巷道的摩擦阻力和巷道長度成正比，所以在礦井通風設計和通風系統(tǒng)管理時，在滿足開拓開采的條件下，要盡量縮短風路長度，及時封閉廢棄的舊巷和甩掉那些經(jīng)過采空區(qū)且通風路線很長的巷道，及時對生產(chǎn)礦井通風系統(tǒng)進行改造，選擇合理的通風方式。1）測定方法的選擇

用壓差計法測量通風阻力時，只測定壓差計讀數(shù)和動壓差值，就可以測量出該段通風阻力，不需要測算位壓，數(shù)據(jù)整理比較簡單，測量的結果比較精確，一般不會返工，所以，在標定井巷風阻和計算摩擦阻力系數(shù)時，多采用壓差計法。但這種方法收放膠皮管的工作量很大，費時較多，尤其是在回采工作面、井筒內(nèi)或者行人困難井巷及特長距離巷道，不宜采用此方法。

用氣壓計法測量通風阻力，不需要收放膠皮管和靜壓管，測定簡單。

由于儀器有記憶功能（礦井通風綜合參數(shù)檢測儀），在井下用一臺數(shù)字氣壓計就可以將阻力測量的所有參數(shù)測出，省時省力，操作簡單，但位壓很難準確測算，精度較差，故一般適用于無法收放膠皮管或大范圍測量礦井通風阻力分布的場合。2）通風阻力測定的基本內(nèi)容及要求：

①測算井巷風阻。井巷風阻是反映井巷通風特性的重要參數(shù)，很多通風問題都和這個參數(shù)有關。只要測定出各條井巷的通風阻力和該巷通過的風量，就可以計算出它們的風阻值。只要井巷斷面和支護方式不變，測一次即可；如果發(fā)生了變化，則需要重測。測風阻時，要逐段進行，不能趕時間，力求一次測準。

②測算摩擦阻力系數(shù)。斷面形狀和支護方式不同的井巷，其摩擦阻力系數(shù)也不同。只要測出各井巷的阻力、長度、凈斷面積和通過的風量，代入公式即可計算出摩擦阻力系數(shù)。測摩擦阻力系數(shù)時，可以分段、分時間進行測量，不必測量整個巷道的阻力，但測量精度要求高。

③測算通風阻力的分布情況。為了掌握全礦井通風系統(tǒng)的阻力分布情況，應沿著通風阻力大的路線測定各段通風阻力，了解整個風路上通風阻力分布情況。也可分成若干小段，同時測定，這樣既可以減少測定阻力的誤差，也可以節(jié)約時間。測量全礦井通風阻力時要求連續(xù)、快速。3）測定目的

《煤礦安全規(guī)程》第一百—十九條規(guī)定，新井投產(chǎn)前必須進行1次礦井通風阻力測定，以后每3年至少進行1次。礦井轉入新水平生產(chǎn)或改變一翼通風系統(tǒng)后，必須重新進行礦井通風阻力測定。

礦井通風阻力大小及其分布是否合理，直接影響主要通風機的工作狀態(tài)和井下采掘工作面的風量分配，也是評價礦井通風系統(tǒng)和通風管理優(yōu)劣的主要指標之一。測定礦井通風阻力是做好生產(chǎn)礦井通風管理工作的基礎，也是拿捏生產(chǎn)礦井通風情況的重要手段．其主要目的有以下3點：①掌握礦井通風阻力的分布情況，為改善礦井通風系統(tǒng)、減少通風阻力、降低礦井通風機的能耗及為采用均壓技術防滅火等提供依據(jù)。②為通風設計和通風技術管理提供資料。③為發(fā)生事故時選擇風流控制方法提供必要的參數(shù)。任務三：礦井通風阻力測定報告的編寫

教學內(nèi)容 1、測定數(shù)據(jù)的處理：巷道平均風速計算、空氣密度計算、風量的計算、通風阻力的計算；2、測定結果可靠性檢查：風量校驗、通風阻力校驗。

知識目標 1、了解對全系統(tǒng)或個別地段測定結果進行檢查校驗2、理解風量、通風阻力校驗的原理；3、掌握巷道平均風速計算、空氣密度計算、風量的計算、通風阻力的計算的方法和原理。

技能目標

對所測定的數(shù)據(jù)進行整理分析并編寫通風阻力測定報告，從中得出有價值的結論

重點和難點

1、巷道平均風速計算；2、風量的計算；3、通風阻力的計算；【任務內(nèi)容及要求】1、熟悉測定數(shù)據(jù)的處理：巷道平均風速計算、空氣密度計算、風量的計算、通風阻力的計算；2、了解測定結果可靠性檢查：風量校驗、通風阻力校驗。

【相關知識】1.測定數(shù)據(jù)的處理

資料計算與整理，是通風阻力測定中比較重要的一項工作，測定數(shù)據(jù)的處理雖然較為繁瑣，但要求細致、認真，稍有疏忽就會前功盡棄，反復多次，甚至導致錯誤的結論，所以必須給予重視。（1）巷道平均風速的計算

將表2-6中的表速通過校正曲線查出它的真風速后，再將真風速乘以測風校正系數(shù)K即得實際平均風速。（2）空氣密度計算

通過表2-1中各測點的大氣參數(shù)和干、濕溫度值，查表1-11《在標準大氣壓下不同溫度時的飽和水蒸氣量、飽和水蒸氣壓力》表，得到各測點的飽和水蒸氣的壓力，再查表1-14《由干、濕溫度計讀數(shù)查相對濕度》得到各測點的相對濕度值后，代入密度計算公式計算出測點的密度值。

空氣密度的計算，應該精確到小數(shù)點后第三位。

計算某測點的動壓時，直接用測點的密度值計算，計算兩斷面間的位壓差時，應該用兩測點密度的算術平均值。（3）風量Q的計算

1）相鄰兩測點風量相差不大或者是均勻漏風的情況下，

2）相鄰兩測點間如有較大的集中漏風和風流的分叉、匯合時，只能在其前后分別計算平均風