第4章井巷通風(fēng)阻力

1、2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力第第4 4章章 井巷通風(fēng)阻力井巷通風(fēng)阻力(Ch4 Fiction loss of shaft)(Ch4 Fiction loss of shaft)本章重點(diǎn)和難點(diǎn)：本章重點(diǎn)和難點(diǎn)：摩擦阻力和局部阻力產(chǎn)生的原因和測算摩擦阻力和局部阻力產(chǎn)生的原因和測算2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 當(dāng)空氣沿井巷運(yùn)動時，由于風(fēng)流的粘滯性和當(dāng)空氣沿井巷運(yùn)動時，由于風(fēng)流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風(fēng)流的阻滯、擾動作用而慣性以及井巷壁面等對風(fēng)流的阻滯、擾動作用而形成通風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。形成通風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。井巷通

2、風(fēng)阻力可分為三類：摩擦阻力井巷通風(fēng)阻力可分為三類：摩擦阻力( (也稱為沿也稱為沿程阻力程阻力) )、局部阻力和正面阻力。、局部阻力和正面阻力。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力一、重要概念1.通風(fēng)阻力 在通風(fēng)工程中，空氣沿著井巷流動時，井巷對風(fēng)流呈現(xiàn)的阻力，統(tǒng)稱為井巷通風(fēng)阻力。2.風(fēng)壓損失 單位體積風(fēng)流的能量損失稱為風(fēng)壓損失或風(fēng)壓降。 井巷的通風(fēng)阻力是引起風(fēng)壓損失的原因，井巷的通風(fēng)阻力是引起風(fēng)壓損失的原因，而風(fēng)壓損失則是通風(fēng)阻力的量度。故井巷的通而風(fēng)壓損失則是通風(fēng)阻力的量度。故井巷的通風(fēng)阻力與風(fēng)壓損失在數(shù)值上是相等的。風(fēng)阻力與風(fēng)壓損失在數(shù)值上是相等的。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力

3、二、阻力分類二、阻力分類1 摩擦阻力（摩擦阻力（friction loss） 發(fā)生在風(fēng)流沿井巷流動的全部流程上的摩擦阻力，用于發(fā)生在風(fēng)流沿井巷流動的全部流程上的摩擦阻力，用于克服摩擦阻力而造成的風(fēng)流能員損失，稱為摩擦損失克服摩擦阻力而造成的風(fēng)流能員損失，稱為摩擦損失.2 局部阻力局部阻力(convenergy loss) 由風(fēng)流邊界狀況的總則改變由風(fēng)流邊界狀況的總則改變(如突然擴(kuò)大、突然縮小等如突然擴(kuò)大、突然縮小等)所所引起的阻力，稱為局部阻力。用于克服局部阻力而造成的風(fēng)引起的阻力，稱為局部阻力。用于克服局部阻力而造成的風(fēng)流能量損失稱為局部損失。流能量損失稱為局部損失。3 正面阻力（正面阻力（

4、shocking loss) 由于風(fēng)流繞過井巷中的某些物體由于風(fēng)流繞過井巷中的某些物體(如礦車、電機(jī)車如礦車、電機(jī)車)時所產(chǎn)時所產(chǎn)生的阻力。生的阻力。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力第二節(jié)第二節(jié) 摩擦風(fēng)阻與阻力摩擦風(fēng)阻與阻力一、摩擦阻力一、摩擦阻力 風(fēng)流在井巷中作沿程流動時，由于流體層間的摩擦和流風(fēng)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( (也叫也叫沿程阻力沿程阻力) )。 由流體力學(xué)可知，無論層流還是紊流，以風(fēng)流壓能損失由流體力學(xué)可知，無論層流還是紊流，以風(fēng)流壓能損失來反映的摩擦阻力可用

5、下式來計算：來反映的摩擦阻力可用下式來計算： PaPa 達(dá)西系數(shù)，無因次系數(shù)。達(dá)西系數(shù)，無因次系數(shù)。 d d 圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑；圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑；2 2vdLhf2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力1 1、層流摩擦阻力、層流摩擦阻力 當(dāng)流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導(dǎo)出摩擦阻力計算式： 空氣粘性動力系數(shù)。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。且有：=64RevdLhf232當(dāng)量直徑：當(dāng)量直徑：PSde42022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力2 2、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 空氣沿井巷流動時，由于空氣與并巷周壁間的摩擦以空氣沿井巷流動時，由于空氣與

6、并巷周壁間的摩擦以及空氣微團(tuán)相互間的摩擦而產(chǎn)生的阻力，稱為摩擦阻力。及空氣微團(tuán)相互間的摩擦而產(chǎn)生的阻力，稱為摩擦阻力。根據(jù)水力學(xué)上計算紊流狀態(tài)下沿程阻力的達(dá)西公式，可以根據(jù)水力學(xué)上計算紊流狀態(tài)下沿程阻力的達(dá)西公式，可以推導(dǎo)出礦井通風(fēng)上計算風(fēng)流在紊流狀態(tài)下的摩擦阻力的公推導(dǎo)出礦井通風(fēng)上計算風(fēng)流在紊流狀態(tài)下的摩擦阻力的公式。達(dá)西公式是：式。達(dá)西公式是：PavdLhf,222022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力流體實際占有的管道斷面面積與濕周長度之比，叫水力半徑。流體實際占有的管道斷面面積與濕周長度之比，叫水力半徑。42222224/,88).),(8244mSNPavSpLhmpmSPavrLvr

7、Lhdddrff，則有：（為井巷凈斷面的周界長巷凈斷面為對于礦井風(fēng)流而言：井，代入上式可得：2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力對于確定的井巷的幾何尺寸和支護(hù)形式，為常數(shù)；礦井空氣密度變化不大，可視為常數(shù)。 因此：42/,8mSN 稱為摩擦阻力系數(shù)。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力PaQSPLhsmSQvsmQPavSPLhff,2332，則有為流過井巷的風(fēng)量2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻1 1摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù) 礦井中大多數(shù)通風(fēng)井巷風(fēng)流的礦井中大多數(shù)通風(fēng)井巷風(fēng)流的ReRe值已進(jìn)入值已進(jìn)入“阻力平方阻力平方區(qū)區(qū)”，值只與

8、相對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護(hù)已定型值只與相對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護(hù)已定型的井巷，相對糙度一定，則的井巷，相對糙度一定，則可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度氣密度=1.2=1.2kg/m3。 對上式，對上式， 令：令： 稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為 kg/mkg/m3 3 或或 N.sN.s2 2/m/m4 4。 則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為： 823QSLPhf2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)的影響因素：的影響因素： (a). (a). 空氣密度的影響空氣密

9、度的影響與與成正比成正比標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)： 通過大量實驗和實測所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（通過大量實驗和實測所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值0值，當(dāng)井巷值，當(dāng)井巷中空氣密度中空氣密度1.2kg/m1.2kg/m3 3時，其時，其值應(yīng)按下式修正：值應(yīng)按下式修正：2 . 102022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力(b). (b). 達(dá)西系數(shù)達(dá)西系數(shù)的影響的影響與與成正比，成正比， 由井巷的粗糙度和雷諾數(shù)所決定。由井巷的粗糙度和雷諾數(shù)所決定。相對粗糙度：相對粗糙度： K絕對粗糙度，即突起的平均高度。絕

10、對粗糙度，即突起的平均高度。 d管道直徑。管道直徑。dKn 2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力縱口徑：縱口徑： l 兩支架中心線距離。兩支架中心線距離。 d0支柱直徑或厚度。支柱直徑或厚度。橫口徑：橫口徑： d 圓形巷道直徑。圓形巷道直徑。0dl02dd兩類巷道：混凝土或磚石支護(hù)；支柱支護(hù)兩類巷道：混凝土或磚石支護(hù)；支柱支護(hù)2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力平巷模型中試驗獲得的縱口徑與摩擦阻力系數(shù)關(guān)系曲線圖如下：平巷模型中試驗獲得的縱口徑與摩擦阻力系數(shù)關(guān)系曲線圖如下：縱口徑與摩擦阻力系數(shù)關(guān)系曲線縱口徑與摩擦阻力系數(shù)關(guān)系曲線 2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力尼古拉茨實驗?zāi)峁爬膶嶒?/p>

11、 相對光滑度、雷諾數(shù)和相對光滑度、雷諾數(shù)和的關(guān)系：的關(guān)系： 尼古拉茲把粗細(xì)不同的砂粒均勻地粘于尼古拉茲把粗細(xì)不同的砂粒均勻地粘于管道內(nèi)壁，形成不同粗糙度的管道。管壁粗管道內(nèi)壁，形成不同粗糙度的管道。管壁粗糙度是用相對粗糙度來表示的，即砂粒的平糙度是用相對粗糙度來表示的，即砂粒的平均直徑均直徑（m）與管道直徑）與管道直徑r（m）之比。尼）之比。尼古拉茲以水為流動介質(zhì)，對相對粗糙度分別古拉茲以水為流動介質(zhì)，對相對粗糙度分別為為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進(jìn)行實驗研究。實驗得出流六種不同的管道進(jìn)行實驗研究。實驗得出流態(tài)不同的水流，態(tài)不同的水流，系

12、數(shù)與管壁相對粗糙度、系數(shù)與管壁相對粗糙度、雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re的關(guān)系。的關(guān)系。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力 圖中的曲線是以對數(shù)坐標(biāo)來表示的，縱坐標(biāo)軸為（圖中的曲線是以對數(shù)坐標(biāo)來表示的，縱坐標(biāo)軸為（lg100 ）,橫橫坐標(biāo)軸為坐標(biāo)軸為lgRe。根據(jù)值隨。根據(jù)值隨Re 變化特征圖中曲線分為五個區(qū)：變化特征圖中曲線分為五個區(qū)： 2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力區(qū)區(qū)層流區(qū)。層流區(qū)。區(qū)區(qū)臨界區(qū)。臨界區(qū)。區(qū)區(qū)水力光滑區(qū)。水力光滑區(qū)。 區(qū)區(qū)紊流過渡區(qū)。紊流過渡區(qū)。 水力粗糙區(qū)。水力粗糙區(qū)。 流態(tài)結(jié)構(gòu)圖2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力 Re5），管內(nèi)層流邊層已變得極），管內(nèi)層流邊層已變得極薄

13、，薄， 與與Re無關(guān)，而只與相對粗糙度有關(guān)。無關(guān)，而只與相對粗糙度有關(guān)。摩擦阻力與流速平方成正比，稱為阻力平摩擦阻力與流速平方成正比，稱為阻力平方區(qū)。方區(qū)。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力 在水力學(xué)上，尼古拉茲實驗比較完整地反映了在水力學(xué)上，尼古拉茲實驗比較完整地反映了 的變化的變化規(guī)律，揭示了規(guī)律，揭示了 的主要影響因素，解決了水在管道中沿程阻的主要影響因素，解決了水在管道中沿程阻力計算問題。而空氣在井巷中的流動和水在管道中的流動力計算問題。而空氣在井巷中的流動和水在管道中的流動很相似，所以，可以把流體力學(xué)計算水流沿程阻力的達(dá)西很相似，所以，可以把流體力學(xué)計算水流沿程阻力的達(dá)西公式應(yīng)用

14、于礦井通風(fēng)中，作為計算井巷摩擦阻力的理論基公式應(yīng)用于礦井通風(fēng)中，作為計算井巷摩擦阻力的理論基礎(chǔ)。礎(chǔ)。因此把公式 hf =作為滿流井巷礦井摩擦阻力計算的普遍公式。22vdL2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式: :23QSLPhf2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力2摩擦風(fēng)阻摩擦風(fēng)阻R Rf f 對于已給定的井巷，L、P、S都為已知數(shù)，故可把上式中的、L、P、S 歸結(jié)為一個參數(shù)Rf： Rf 稱為巷道的摩擦風(fēng)阻，其單位為： N.s2/m8。 工程單位：kgf .s2/m8 ，或?qū)懗桑簁。1 N.s2/m8= 9.8 k可將Rf 看作是

15、反映井巷幾何特征的參數(shù)。 則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為： 新建礦井：查表得0 Rf hf 生產(chǎn)礦井：hf Rf 0 3SPLRf2QRhff2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力3.生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測定生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測定 壓差計法壓差計法 用壓差計法測定通風(fēng)阻力的實質(zhì)是測量風(fēng)流兩點(diǎn)間的用壓差計法測定通風(fēng)阻力的實質(zhì)是測量風(fēng)流兩點(diǎn)間的勢能差和動壓差，計算出兩測點(diǎn)間的通風(fēng)阻力。勢能差和動壓差，計算出兩測點(diǎn)間的通風(fēng)阻力。 其中：右側(cè)的第二項為動壓差，通過測定、兩斷其中：右側(cè)的第二項為動壓差，通過測定、兩斷面的風(fēng)速、大氣壓、干濕球溫度，即可計算出它們的值。面的風(fēng)速、大氣壓、干濕球溫

16、度，即可計算出它們的值。第一項和第三項之和稱為勢能差，需通過實際測定。第一項和第三項之和稱為勢能差，需通過實際測定。2m21m122212121Rgg2v2vPPhZZ2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力 1 1）布置方式及連接方法）布置方式及連接方法z1z22022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力）阻力計算）阻力計算 壓差計壓差計“”感受的壓力：感受的壓力： 壓差計壓差計“”感受的壓力：感受的壓力： 故壓差計所示測值：故壓差計所示測值： 設(shè)設(shè) 且與且與1 1、2 2斷面間巷道中空氣平均斷面間巷道中空氣平均 密度相等，則：密度相等，則： 式中：式中：Z Z1212為為1 1、2 2斷面高差，斷

17、面高差，h h 值即為值即為1 1、2 2兩斷面壓能與位能和的差兩斷面壓能與位能和的差值。根據(jù)能量方程，則值。根據(jù)能量方程，則1 1、2 2巷道段的通風(fēng)阻力巷道段的通風(fēng)阻力h hR R1212為：為： 思考：思考：“把壓差計放在把壓差計放在1 1、2 2斷面之間，測值是否變化？斷面之間，測值是否變化？”)(2111ZZgPm222ZPm1222211)(ZZZZmmmgZPPhm1221)(vvhhR2222111222)()(2222111gZPZZgPhmm2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力井下測量步驟： 1）將兩個靜壓管用三角架設(shè)于）將兩個靜壓管用三角架設(shè)于1點(diǎn)點(diǎn)和和2點(diǎn)，其尖部迎風(fēng)

18、，管軸和風(fēng)向平點(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相行。用膠皮管將靜壓管與壓差計相連。連。 2）讀取壓差計的夜面讀數(shù)）讀取壓差計的夜面讀數(shù)L讀和儀讀和儀器校正系數(shù)器校正系數(shù)K，記錄于表格中。，記錄于表格中。 3）與此同時，其他人員測量測點(diǎn)的）與此同時，其他人員測量測點(diǎn)的風(fēng)速、干濕球溫度、大氣壓、巷道風(fēng)速、干濕球溫度、大氣壓、巷道斷面尺寸及測點(diǎn)間距，分別記錄于斷面尺寸及測點(diǎn)間距，分別記錄于表格中。表格中。 4）當(dāng)）當(dāng)1、2兩測點(diǎn)測完后，順著風(fēng)流兩測點(diǎn)測完后，順著風(fēng)流方向?qū)⒎较驅(qū)?測點(diǎn)的靜壓管移至測點(diǎn)測點(diǎn)的靜壓管移至測點(diǎn)3，進(jìn)行與上述相同的測量工作，如此進(jìn)行與上述相同的測量工作

19、，如此繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行，直到測完為止。繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行，直到測完為止。 2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力注意事項注意事項 1）在傾斜巷道內(nèi)，不宜安設(shè)測點(diǎn)，始末兩點(diǎn)盡量安設(shè)在上）在傾斜巷道內(nèi)，不宜安設(shè)測點(diǎn)，始末兩點(diǎn)盡量安設(shè)在上下水平巷道內(nèi)。下水平巷道內(nèi)。 2）開始測量前，用小氣筒將兩根膠皮管內(nèi)原有的空氣換成）開始測量前，用小氣筒將兩根膠皮管內(nèi)原有的空氣換成測定地點(diǎn)的空氣。測定地點(diǎn)的空氣。 3）測回采面壓差時，儀器應(yīng)安置在運(yùn)輸平巷或回風(fēng)平巷內(nèi)、）測回采面壓差時，儀器應(yīng)安置在運(yùn)輸平巷或回風(fēng)平巷內(nèi)、不易被運(yùn)輸干擾的地點(diǎn)，膠皮管沿工作面鋪設(shè)。如果該工不易被運(yùn)輸干擾的地點(diǎn)，膠皮管沿工作面鋪設(shè)。如果該工作面鄰

20、近有行人或通風(fēng)小眼，也可將膠皮管通過這些小眼作面鄰近有行人或通風(fēng)小眼，也可將膠皮管通過這些小眼鋪設(shè)。鋪設(shè)。 4）測定過程中，如果壓差計出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，必須立即查明）測定過程中，如果壓差計出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，必須立即查明原因，排除故障，重新測定。故障可能是：原因，排除故障，重新測定。故障可能是： (a)膠皮管因積水、污物進(jìn)入或打折而堵塞；膠皮管被扎膠皮管因積水、污物進(jìn)入或打折而堵塞；膠皮管被扎有小眼或破裂。有小眼或破裂。 (b)壓差計漏氣，測壓管內(nèi)或測壓管與容器連接處有氣泡。壓差計漏氣，測壓管內(nèi)或測壓管與容器連接處有氣泡。 (c)靜壓管放置在風(fēng)流的渦流區(qū)內(nèi)。靜壓管放置在風(fēng)流的渦流區(qū)內(nèi)。 5）在主要運(yùn)輸巷

21、和主要回風(fēng)測定時，應(yīng)盡可能增加兩測點(diǎn)）在主要運(yùn)輸巷和主要回風(fēng)測定時，應(yīng)盡可能增加兩測點(diǎn)的長度，以減少分段測定的積累誤差和縮短測定時間。的長度，以減少分段測定的積累誤差和縮短測定時間。 2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力 氣壓計法氣壓計法精密氣壓計測量精密氣壓計測量p p1 1，p p2 2；干濕球溫度計測干濕球溫度計測t t1 1，t t2 2，t t1 1，t t2 2，1 1,2 2 . .風(fēng)速表測風(fēng)速表測v v。m12 m12 為平均密度，或加權(quán)平均密度。為平均密度，或加權(quán)平均密度。1212222211211222)(gZvvPPhmR2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力注意事項注

22、意事項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滯后于地由于礦井的通風(fēng)狀態(tài)是變化的，井下大氣壓的變化有時滯后于地面大氣壓的變化，在同一時間內(nèi)變化幅度也與地面不同，所以校正面大氣壓的變化，在同一時間內(nèi)變化幅度也與地面不同，所以校正用的氣壓計最好放在井底車場附近。用的氣壓計最好放在井底車場附近。2）用礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測儀測定平均風(fēng)速和濕度時，由于受井下）用礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測儀測定平均風(fēng)速和濕度時，由于受井下環(huán)境的影響較大，所以測得的結(jié)果往往誤差較大，故在實際測定通環(huán)境的影響較大，所以測得的結(jié)果往往誤差較大，故在實際測定通風(fēng)阻力時，一般用機(jī)械風(fēng)表和濕度計測測點(diǎn)的巷道斷面平均風(fēng)速和風(fēng)阻力

23、時，一般用機(jī)械風(fēng)表和濕度計測測點(diǎn)的巷道斷面平均風(fēng)速和濕度。濕度。3）測定最好選在天氣晴朗、氣壓變化較小和通風(fēng)狀況比較穩(wěn)定的時）測定最好選在天氣晴朗、氣壓變化較小和通風(fēng)狀況比較穩(wěn)定的時間內(nèi)進(jìn)行。間內(nèi)進(jìn)行。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力測定方法的選擇 用壓差計法測量通風(fēng)阻力時，只測定壓差計讀數(shù)和動用壓差計法測量通風(fēng)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(fēng)阻力，不需要測算位壓，壓差值，就可以測量出該段通風(fēng)阻力，不需要測算位壓，數(shù)據(jù)整理比較簡單，測量的結(jié)果比較精確，一般不會返工，數(shù)據(jù)整理比較簡單，測量的結(jié)果比較精確，一般不會返工，所以，在標(biāo)定井巷風(fēng)阻和計算摩擦阻力系數(shù)時，多采用

24、壓所以，在標(biāo)定井巷風(fēng)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(fèi)時較多，差計法。但這種方法收放膠皮管的工作量很大，費(fèi)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。離巷道，不宜采用此方法。 用氣壓計法測量通風(fēng)阻力，不需要收放膠皮管和靜壓用氣壓計法測量通風(fēng)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(fēng)綜合參數(shù)管，測定簡單。由于儀器有記憶功能（礦井通風(fēng)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

25、有參數(shù)測出，省時省力，操作簡單，但位壓很難準(zhǔn)確測所有參數(shù)測出，省時省力，操作簡單，但位壓很難準(zhǔn)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(fēng)阻力分布的場合。量礦井通風(fēng)阻力分布的場合。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力例題例題: :某設(shè)計巷道為梯形斷面，某設(shè)計巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，采用圓木支護(hù)，木柱，采用圓木支護(hù)，木柱直徑直徑d0=200mm，縱口徑，縱口徑=5=5，計劃通過風(fēng)量，計劃通過風(fēng)量Q=1200m3/min，預(yù)計巷道中，預(yù)計巷道中空氣密度空氣密度=1.25kg/m3，求該段巷道的通風(fēng)阻力。，求

26、該段巷道的通風(fēng)阻力。解解 根據(jù)所給的根據(jù)所給的d d0 0、S S值，由附錄二查得值，由附錄二查得: : 0 0 =20.3=20.310103 30.82=0.0165Ns0.82=0.0165Ns2 2/m/m4 4則：巷道實際摩擦阻力系數(shù)則：巷道實際摩擦阻力系數(shù) NsNs2 2m m4 4巷道摩擦風(fēng)阻巷道摩擦風(fēng)阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力0172. 02 . 125. 10165. 02 . 10333877.1110000172. 06 . 4SSLSLPRf2QRhff2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力第三節(jié)第三節(jié) 局部阻力和正面阻力局部阻力和正面阻力 由于井巷斷面、方向變化以及分

27、岔或匯合等原因，使均勻流動在局由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風(fēng)流速度場分布變化和產(chǎn)生渦流等，部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風(fēng)流速度場分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。造成風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。 由于局部阻力所產(chǎn)生風(fēng)由于局部阻力所產(chǎn)生風(fēng)流速度場分布的變化比較復(fù)雜性，對局部阻力的計算一般采用經(jīng)驗公式。流速度場分布的變化比較復(fù)雜性，對局部阻力的計算一般采用經(jīng)驗公式。一、局部阻力及其計算一、局部阻力及其計算 和摩擦阻力類似，局部阻力和摩擦阻力類似，局部阻力h hl l一般也用動壓的倍數(shù)來表示：一般也

28、用動壓的倍數(shù)來表示： 式中：式中：局部阻力系數(shù)，無因次。局部阻力系數(shù)，無因次。 計算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因計算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因v=Q/S,v=Q/S,當(dāng)當(dāng)確定后，便可用確定后，便可用 22vhlReB222QShl2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力1 1突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù) 紊流通過突變部分時，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁紊流通過突變部分時，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。紊流局部阻力系數(shù)紊流局部阻力系數(shù)一般主要取決于局部阻力

29、物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。的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。 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。 211212212211221,2SSvvSSvvvSvSQPavvhse與故2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力力系數(shù)稱為突然擴(kuò)大的局部阻2122112112221222222222212,222122211QSvvSShQSvvSShll2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力2 2風(fēng)流分叉與匯合風(fēng)流分叉與匯合1) 1) 風(fēng)流分叉風(fēng)流分叉 典型的分叉巷道如圖所示，12

30、段的局部阻力hl2和13段的局部阻力hl3分別用下式計算：233213122vvvKhl222212121cos22vvvvKhl231232022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力2) 2) 風(fēng)流匯合風(fēng)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：式中：233223222vvvKhl22321121coscosvQQvQQ12233312131cos22vvvvKhl2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力3.其他類型局部阻力其他類型局部阻力22222211221122221122,2,2QsQshSQvSQvvhvhll，則有：由或，2022-5-20第4章

31、井巷通風(fēng)阻力4 4 局部風(fēng)阻局部風(fēng)阻在局部阻力計算式中，令在局部阻力計算式中，令 ， 則有：則有： 式中式中R Rl l稱為局部風(fēng)阻，其單位為稱為局部風(fēng)阻，其單位為N.sN.s2 2/m/m8 8或或kg/mkg/m7 7。 此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風(fēng)量的平方成正比。此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風(fēng)量的平方成正比。 局部阻力的產(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關(guān)，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈局部阻力的產(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關(guān)，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。多，局部阻力愈大。2QRhlllRS222022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力二、正面阻力二、正面阻力 井巷內(nèi)存在某些物體井巷內(nèi)存在某些物

32、體( (如罐道梁、電機(jī)車、堆如罐道梁、電機(jī)車、堆積物積物) )時，流只能在這些物體的周圍繞過，使風(fēng)流時，流只能在這些物體的周圍繞過，使風(fēng)流受到附加阻力的作用。這種附加阻力，稱為正面阻受到附加阻力的作用。這種附加阻力，稱為正面阻力。正面阻力計算公式如下：力。正面阻力計算公式如下： CC正面阻力系數(shù)。正面阻力系數(shù)。22mmmcvsssCh2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力 通風(fēng)阻力通用公式:PaQRhmsNssCSRPaQssCShSSQvCcmmcmmcmm,:/,22282323則有令：，故PaQRh,22022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力第四節(jié)第四節(jié) 降低礦井通風(fēng)阻力措施降低礦井通風(fēng)阻

33、力措施降低礦井通風(fēng)阻力，對保證礦井安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)降低礦井通風(fēng)阻力，對保證礦井安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義效益具有重要意義一、降低井巷摩擦阻力措施一、降低井巷摩擦阻力措施1 1減小摩擦阻力系數(shù)減小摩擦阻力系數(shù)。2 2保證有足夠大的井巷斷面。在其它參數(shù)不變時，井巷斷面擴(kuò)大保證有足夠大的井巷斷面。在其它參數(shù)不變時，井巷斷面擴(kuò)大33%33%，R Rf f值可減少值可減少50%50%。3 3選用周長較小的井巷。在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長最選用周長較小的井巷。在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長最小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長較大。小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長較大

34、。4 4減少巷道長度。減少巷道長度。5 5避免巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中。避免巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力二、降低局部阻力和正面阻力的措施二、降低局部阻力和正面阻力的措施 (1) (1) 局部阻力與局部阻力與值成正比，與斷面的平方成反比。因此，為降低局值成正比，與斷面的平方成反比。因此，為降低局部阻力，應(yīng)盡量避免井巷斷面的突然擴(kuò)大或突然縮小，斷面大小懸殊部阻力，應(yīng)盡量避免井巷斷面的突然擴(kuò)大或突然縮小，斷面大小懸殊的井巷，其連接處斷面應(yīng)逐漸變化。的井巷，其連接處斷面應(yīng)逐漸變化。 (2) (2) 盡可能避免井巷直角轉(zhuǎn)彎或小于盡可能避免井巷直角轉(zhuǎn)彎或小于9090的轉(zhuǎn)彎，主要巷道

35、內(nèi)不得隨的轉(zhuǎn)彎，主要巷道內(nèi)不得隨意停放車輛、堆積木料等。意停放車輛、堆積木料等。 (3) (3) 將永久性的正面阻力物做成流線型，并注意清除井巷內(nèi)堆積物。將永久性的正面阻力物做成流線型，并注意清除井巷內(nèi)堆積物。 (4) (4) 在風(fēng)速較大的井巷局部區(qū)段上，減小其局部阻力系數(shù)，例如在回在風(fēng)速較大的井巷局部區(qū)段上，減小其局部阻力系數(shù)，例如在回風(fēng)井與主扇相連接處設(shè)置引導(dǎo)風(fēng)流的導(dǎo)風(fēng)板。風(fēng)井與主扇相連接處設(shè)置引導(dǎo)風(fēng)流的導(dǎo)風(fēng)板。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力第五節(jié)第五節(jié) 礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔 一、井巷阻力特性曲線一、井巷阻力特性曲線 在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風(fēng)量

36、的平方成正比。故可在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風(fēng)量的平方成正比。故可寫成一般形式：寫成一般形式：h hRQRQ2 2 Pa Pa 。 對于特定井巷，對于特定井巷，R R為定值。用縱坐標(biāo)表示通風(fēng)阻力為定值。用縱坐標(biāo)表示通風(fēng)阻力( (或壓力或壓力) )，橫坐，橫坐標(biāo)表示通過風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)阻為標(biāo)表示通過風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)阻為R R時，則每一風(fēng)量時，則每一風(fēng)量Q Qi i值，便有一阻力值，便有一阻力h hi i值與值與之對應(yīng)，根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)（之對應(yīng)，根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)（Q Qi i,h,hi i）即可畫出一條拋物線。這條曲線就叫該）即可畫出一條拋物線。這條曲線就叫該井巷的阻力特性曲線。風(fēng)阻井巷的阻力特性曲線。風(fēng)阻R

37、R越大，曲線越陡。越大，曲線越陡。QhR2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力二、礦井總風(fēng)阻二、礦井總風(fēng)阻 從入風(fēng)井口到主要通風(fēng)機(jī)入口，把順序從入風(fēng)井口到主要通風(fēng)機(jī)入口，把順序連接的各段井巷的通風(fēng)阻力累加起來，就得連接的各段井巷的通風(fēng)阻力累加起來，就得到礦井通風(fēng)總阻力到礦井通風(fēng)總阻力h hRmRm，這就是井巷通風(fēng)阻力，這就是井巷通風(fēng)阻力的疊加原則。的疊加原則。 clfrmhhhh2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力 已知礦井通風(fēng)總阻力已知礦井通風(fēng)總阻力h hRmRm和礦井總風(fēng)量和礦井總風(fēng)量Q Q，即可求，即可求得礦井總風(fēng)阻：得礦井總風(fēng)阻： N.s2/m8 Rm是由井巷中通風(fēng)阻力物的種類、幾何

38、尺寸和壁面粗糙程度等因素決定的，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， 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)阻力也小。 Rm是反映礦井通風(fēng)難易程度的一個指標(biāo)。是反映礦井通風(fēng)難易程度的一個指標(biāo)。Rm越越大，礦井通風(fēng)越困難；大，礦井通風(fēng)越困難；2QhRRmm2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力三、礦井等積孔三、礦井等積孔 我國常用礦井等積孔作為衡量礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)。假我國常用礦井等積孔作為衡量礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)。假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為A A(m(m2 2) )的孔口。當(dāng)?shù)目卓?/p>

39、。當(dāng)孔口通過的風(fēng)量等于礦井風(fēng)量，且孔口兩側(cè)的風(fēng)壓差等于礦井孔口通過的風(fēng)量等于礦井風(fēng)量，且孔口兩側(cè)的風(fēng)壓差等于礦井通風(fēng)阻力時，則孔口面積通風(fēng)阻力時，則孔口面積A A稱為該礦井的等積孔。稱為該礦井的等積孔。2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力設(shè)風(fēng)流從設(shè)風(fēng)流從I III II，且無能量，且無能量損失，損失， 則有：則有：得：得： 風(fēng)流收縮處斷面面積風(fēng)流收縮處斷面面積A A2 2與與孔口面積孔口面積A A之比稱為收縮系數(shù)之比稱為收縮系數(shù)，由水力學(xué)可知，一般，由水力學(xué)可知，一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65A=0.65A。則。則v v2 2Q/A2=Q/0.65AQ/A2=Q/0.65A，代入上式，代入上式后并整理得：后并整理得：0221222211vvPvP，/2 ,222221hvhvPP/265. 0hQA2022-5-20第4章 井巷通風(fēng)阻力取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，則：，則： 因因R Rm m= =h hm m2 2，故有，故有 mRA19. 1RmhQA19. 1礦井阻力等級等積孔值(m2)風(fēng) 阻 值(N s2