第3章井巷通風(fēng)阻力

1、目錄第三章第三章 井巷通風(fēng)阻力井巷通風(fēng)阻力目錄第一節(jié)第一節(jié) 井巷斷面上的風(fēng)速分布井巷斷面上的風(fēng)速分布第二節(jié)第二節(jié) 摩擦風(fēng)阻與阻力摩擦風(fēng)阻與阻力第三節(jié)第三節(jié) 局部風(fēng)阻與阻力局部風(fēng)阻與阻力第四節(jié)第四節(jié) 礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔第五節(jié)第五節(jié) 降低礦井通風(fēng)阻力的措施降低礦井通風(fēng)阻力的措施目錄1 1、上一章內(nèi)容回顧、上一章內(nèi)容回顧 1)1)、上次課所講的主要內(nèi)容、上次課所講的主要內(nèi)容 空氣的物理性：溫度、密度（比容）、重度空氣的物理性：溫度、密度（比容）、重度( (重率重率) )、濕度、濕度( (絕對濕度、絕對濕度、相對濕度、含濕量相對濕度、含濕量) )、壓力（壓強）、粘性、焓、風(fēng)流

2、的點壓力及其相互、壓力（壓強）、粘性、焓、風(fēng)流的點壓力及其相互關(guān)系、礦井通風(fēng)能量方程關(guān)系、礦井通風(fēng)能量方程( (空氣流動連續(xù)性方程、單位質(zhì)量流量能量方程、空氣流動連續(xù)性方程、單位質(zhì)量流量能量方程、單位體積流量能量方程單位體積流量能量方程) )及通風(fēng)能量（壓力）坡度線。及通風(fēng)能量（壓力）坡度線。 2)2)、能解決的實際問題、能解決的實際問題 （1 1）密度的計算）密度的計算 （2 2）點壓力的測定）點壓力的測定 （3 3）礦井通風(fēng)阻力的計算）礦井通風(fēng)阻力的計算 （4 4） 礦井能量壓力坡度線的畫法，從圖形上直觀地看出空氣在流動礦井能量壓力坡度線的畫法，從圖形上直觀地看出空氣在流動過程中能量（壓力

3、）沿程變化規(guī)律。過程中能量（壓力）沿程變化規(guī)律。 （5 5）風(fēng)流方向的判斷）風(fēng)流方向的判斷目錄2 2、本章的重點：、本章的重點： 井巷斷面的風(fēng)速分布，摩擦阻力系數(shù)、摩擦風(fēng)阻及阻力計算，尼古拉茲井巷斷面的風(fēng)速分布，摩擦阻力系數(shù)、摩擦風(fēng)阻及阻力計算，尼古拉茲實驗，礦井局部阻力系數(shù)、局部風(fēng)阻與阻力，礦井總風(fēng)阻與等積孔、降低實驗，礦井局部阻力系數(shù)、局部風(fēng)阻與阻力，礦井總風(fēng)阻與等積孔、降低礦井通風(fēng)阻力的措施。礦井通風(fēng)阻力的措施。3 3、本章的難點：、本章的難點： 正確查算摩擦阻力系數(shù)正確查算摩擦阻力系數(shù)值值 正確計算局部阻力系數(shù)正確計算局部阻力系數(shù)值值 4 4、本章的思考題、本章的思考題 (1)(1)對

4、于給定的井巷，摩擦風(fēng)阻對于給定的井巷，摩擦風(fēng)阻R Rf f=const=const，為什么？，為什么？ (2)(2)摩擦阻力摩擦阻力與與摩擦風(fēng)阻摩擦風(fēng)阻有何不同？有何不同？ (3)(3)礦井風(fēng)量與摩擦阻力有何關(guān)系，從降低摩擦阻力的角度，應(yīng)如何礦井風(fēng)量與摩擦阻力有何關(guān)系，從降低摩擦阻力的角度，應(yīng)如何控制控制風(fēng)量風(fēng)量？局部阻力是如何產(chǎn)生的？局部阻力是如何產(chǎn)生的？ (4)(4)目前所用目前所用等積孔等積孔的計算方法、分級標(biāo)準(zhǔn)有什么不足之處？的計算方法、分級標(biāo)準(zhǔn)有什么不足之處？ (5)(5)結(jié)合礦井實際，如何結(jié)合礦井實際，如何降低降低礦井通風(fēng)阻力？如何降低局部阻力？礦井通風(fēng)阻力？如何降低局部阻力？ (

5、6)(6)如何正確如何正確合理評價合理評價礦井通風(fēng)難易程度？礦井通風(fēng)難易程度？目錄第三章第三章 井巷通風(fēng)阻力井巷通風(fēng)阻力 當(dāng)空氣沿井巷運動時，由于風(fēng)流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風(fēng)流當(dāng)空氣沿井巷運動時，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、擾動作用而形成通風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。井的阻滯、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。井巷通風(fēng)阻力可分為兩類：摩擦阻力巷通風(fēng)阻力可分為兩類：摩擦阻力( (也稱為沿程阻力也稱為沿程阻力) )和局部阻力。和局部阻力。第一節(jié)第一節(jié) 井巷斷面上風(fēng)速分布井巷斷面上風(fēng)速分布 一、風(fēng)流流態(tài)一、風(fēng)流流態(tài) 1 1、管道流、管道流 同一

6、流體在同一管道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態(tài)。同一流體在同一管道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態(tài)。當(dāng)流速較低時，流體質(zhì)點互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運動，當(dāng)流速較低時，流體質(zhì)點互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運動，稱為稱為層流層流( (或滯流或滯流) )。當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點的運動速度在大小和方向。當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都隨時發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為上都隨時發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為紊流紊流( (或湍流或湍流) )。 （）雷諾數(shù)（）雷諾數(shù)Re Re 式中：平均流速式中：平均流速v v、管道直徑、管道直徑d d

7、和流體的運動粘性系數(shù)和流體的運動粘性系數(shù) 。VdRe當(dāng)空氣溫度為150C 時， =14.4x10-6 m2/s。目錄雷諾實驗示意圖雷諾實驗示意圖實驗表明：實驗表明： Re2320 層流層流（下臨界雷諾數(shù)）（下臨界雷諾數(shù)） Re4000 紊流紊流（上臨界雷諾數(shù)）（上臨界雷諾數(shù)） 中間為中間為過渡區(qū)過渡區(qū)。 實際工程計算中，為簡便起見，通常用實際工程計算中，為簡便起見，通常用Re=2300Re=2300來判斷管路流動的流態(tài)。來判斷管路流動的流態(tài)。 ReRe2300 2300 層流，層流， ReRe2300 2300 紊流紊流目錄 （）當(dāng)量直徑（）當(dāng)量直徑 對于非圓形斷面的井巷，對于非圓形斷面的井巷

8、，ReRe數(shù)中的管道直徑數(shù)中的管道直徑d d應(yīng)以井巷斷面的當(dāng)量直應(yīng)以井巷斷面的當(dāng)量直徑徑dede來表示：來表示： 因此，非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)可用下式表示：因此，非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)可用下式表示： 對于不同形狀的井巷斷面，其周長對于不同形狀的井巷斷面，其周長U U與斷面積與斷面積S S的關(guān)系，可用下式表的關(guān)系，可用下式表示：示： 式中：式中：C C斷面形狀系數(shù)：斷面形狀系數(shù)：梯形梯形C C=4.16=4.16；三心拱；三心拱C C=4.10=4.10；半圓拱；半圓拱C C=3.84=3.84；圓形拱；圓形拱C C=3.54=3.54 。 SCU UVSRe4USde4目錄例：例：某梯形巷道，

9、采用工字鋼支護，斷面某梯形巷道，采用工字鋼支護，斷面S=9mS=9m2 2，巷道中風(fēng)量為，巷道中風(fēng)量為Q=240mQ=240m3 3/min/min，試判別，試判別風(fēng)流流態(tài)風(fēng)流流態(tài)。 解：解： 故巷道中故巷道中風(fēng)流為紊流風(fēng)流為紊流。例：例：巷道條件同前，求相應(yīng)于巷道條件同前，求相應(yīng)于ReRe23002300時的層流臨界風(fēng)速。時的層流臨界風(fēng)速。 解：解： 規(guī)程規(guī)程規(guī)定，井巷中規(guī)定，井巷中最低允許風(fēng)速為最低允許風(fēng)速為0.15m/s0.15m/s，由此可見，礦井內(nèi)所由此可見，礦井內(nèi)所有通風(fēng)井巷中的風(fēng)流均呈有通風(fēng)井巷中的風(fēng)流均呈紊流狀態(tài)紊流狀態(tài)。只有在。只有在采區(qū)冒落帶，煤巖柱裂隙采區(qū)冒落帶，煤巖柱裂

10、隙中中的漏風(fēng)風(fēng)流才有可能出現(xiàn)的漏風(fēng)風(fēng)流才有可能出現(xiàn)層流狀態(tài)層流狀態(tài)，用，用孔隙介質(zhì)流孔隙介質(zhì)流來判斷。來判斷。 6Re2300 4.16 3 15 100.012/44 9uvVm ss 2300846153164101544446.SCQUVSRe目錄2 2、孔隙介質(zhì)流、孔隙介質(zhì)流 在采空區(qū)和煤層等多孔介質(zhì)中風(fēng)流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)為：在采空區(qū)和煤層等多孔介質(zhì)中風(fēng)流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)為： 式中：式中：K K冒落帶滲流系數(shù)，冒落帶滲流系數(shù)，m m2 2；l l濾流帶粗糙度系數(shù)，濾流帶粗糙度系數(shù)，m m。 層流層流，R Re e0.250.25； 紊流，紊流，R Re e2.52.5； 過渡流過渡流 0.

11、250.25R Re e2.5，砂粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核，砂粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核心中，故心中，故ReRe對對值的影響極小值的影響極小，略去不計，相對糙度成為，略去不計，相對糙度成為的唯的唯一影響因素。故在該區(qū)段，一影響因素。故在該區(qū)段，與與ReRe無關(guān)，而只與相對糙度有關(guān)。無關(guān)，而只與相對糙度有關(guān)。摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力平方區(qū)，摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力平方區(qū)，尼古拉茲公式：尼古拉茲公式： 區(qū)區(qū)層流區(qū)層流區(qū)。當(dāng)。當(dāng)ReRe2320(2320(即即lgRelgRe3.36)3.36)時，不論管道粗糙時，不論管道粗糙度如何，其實驗結(jié)果都集中分布于直線度如何，其

12、實驗結(jié)果都集中分布于直線上。這表明上。這表明與相對糙與相對糙度度/r/r無關(guān)，只與無關(guān)，只與ReRe有關(guān)，且有關(guān)，且=64/=64/ReRe。與相對粗糙度無關(guān)與相對粗糙度無關(guān)區(qū)區(qū)過渡流區(qū)過渡流區(qū)。23202320ReRe4000(4000(即即3.36lg3.36lgReRe3.6)3.6)，在，在此區(qū)間內(nèi)，不同相對糙度的管內(nèi)流體的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。此區(qū)間內(nèi)，不同相對糙度的管內(nèi)流體的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。所有的實驗點幾乎都集中在線段所有的實驗點幾乎都集中在線段上。上。隨隨ReRe增大而增大，與相增大而增大，與相對糙度無明顯關(guān)系。對糙度無明顯關(guān)系。區(qū)區(qū)水力光滑管區(qū)水力光滑管區(qū)。在此區(qū)段內(nèi)，管

13、內(nèi)流動雖然都已處于紊流狀態(tài)。在此區(qū)段內(nèi)，管內(nèi)流動雖然都已處于紊流狀態(tài)( (ReRe4000)4000)，但，但在一定的雷諾數(shù)下，在一定的雷諾數(shù)下，當(dāng)層流邊層的厚度當(dāng)層流邊層的厚度大于管道的絕大于管道的絕對糙度對糙度（稱為水力光滑管）時，其實驗點均集中在直線（稱為水力光滑管）時，其實驗點均集中在直線上，表明上，表明與與仍然無關(guān)，而只與仍然無關(guān)，而只與ReRe有關(guān)有關(guān)。隨著。隨著ReRe的增大，相對糙度大的管道，實的增大，相對糙度大的管道，實驗點在較低驗點在較低ReRe時就偏離直線時就偏離直線，而相對糙度小的管道要在，而相對糙度小的管道要在ReRe較大時才偏較大時才偏離直線離直線。結(jié)論分析：結(jié)論分

14、析：I區(qū)2lg274. 11 r目錄2 2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：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： = = 可得圓管層流時的沿程阻力系數(shù)：可得圓管層流時的沿程阻力系數(shù)： 古拉茲實驗所得到的層流時古拉茲實驗所得到的層流時與與ReRe的關(guān)系，與理論分析得到的關(guān)系完全的關(guān)系，與理論分析得到的關(guān)系完全相同，理論與實驗的正確性得到相互的驗證。相同，理論與實驗的正確性得到相互的驗證。 層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 對于紊流運動，

15、對于紊流運動，=f (Re=f (Re，/r)/r)，關(guān)系比較復(fù)雜。用當(dāng)量直徑，關(guān)系比較復(fù)雜。用當(dāng)量直徑dede=4=4S S/ /U U代替代替d d，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式：，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式：V322dLhf VdRe 2V 642 dLRehf Re642322882QSLUvSLUvdLhf目錄8二、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值已進入阻力平方區(qū)，值已進入阻力平方區(qū)，值只與相值只與相對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護

16、已定型的井巷，相對糙度一定，對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一定，則則可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。 對上式，對上式， 令：令： 稱為摩擦阻力系數(shù)稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為，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： 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 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）條件下的）條件

17、下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值即所謂標(biāo)準(zhǔn)值0 0值值，當(dāng)井巷中空氣密度，當(dāng)井巷中空氣密度1.2kg/m1.2kg/m3 3時，其時，其值應(yīng)進行修正：值應(yīng)進行修正： = = 0 0 /1.2/1.223QSLUhf2.10目錄 由于井巷由于井巷斷面大小斷面大小、支護形式及支架規(guī)格支護形式及支架規(guī)格的多樣性，不的多樣性，不同井巷的同井巷的相對糙度相對糙度差別很大。差別很大。對于砌對于砌碹和錨噴巷道碹和錨噴巷道，壁面租糙，壁面租糙度可用尼古拉茲實驗的度可用尼古拉茲實驗的相對糙度相對糙度概念來比擬，只考慮橫斷面方概念來比擬，只考慮橫斷面方向的相對糙度。但對于用向的相對糙度。但

18、對于用木棚子、工字鋼、木棚子、工字鋼、u u型鋼和型鋼和砼棚砼棚等支等支護的巷道，還要用護的巷道，還要用支架間距支架間距( (棚距棚距)L)L與文拄的直徑或縱向厚度與文拄的直徑或縱向厚度d d。之比之比，即，即支架的縱口徑支架的縱口徑來表示巷來表示巷道的軸向相對糙度，這是因道的軸向相對糙度，這是因為，當(dāng)巷道橫斷面方向的相對糙度一定時，摩擦阻力系數(shù)隨縱為，當(dāng)巷道橫斷面方向的相對糙度一定時，摩擦阻力系數(shù)隨縱口徑的不同而產(chǎn)生較大變化?？趶降牟煌a(chǎn)生較大變化。目錄3 10d / L123456789101112131415681012141618v=6m/s; Re=146000v=14m/s;Re

19、=3400000dL縱口徑：目錄2 2摩擦風(fēng)阻摩擦風(fēng)阻R Rf f 對于已給定的井巷，對于已給定的井巷，L L、U U、S S都為已知數(shù)，故可把上式中的都為已知數(shù)，故可把上式中的、L L、U U、S S 歸結(jié)為一個參數(shù)歸結(jié)為一個參數(shù)R Rf f： R Rf f 稱為巷道的摩擦風(fēng)阻，其單位為：稱為巷道的摩擦風(fēng)阻，其單位為：kg/mkg/m7 7 或或 N.sN.s2 2/m/m8 8。 R Rf ff ( ,S,U,L)f ( ,S,U,L) 。在正常條件下當(dāng)某一段井巷中的空氣密。在正常條件下當(dāng)某一段井巷中的空氣密度度一般變化不大時，可將一般變化不大時，可將R R f f 看作是反映井巷幾何特征

20、的參數(shù)?？醋魇欠从尘飵缀翁卣鞯膮?shù)。 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： 此式就是完全紊流此式就是完全紊流( (進入阻力平方區(qū)進入阻力平方區(qū)) )下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力計算方法三、井巷摩擦阻力計算方法 新建礦井：查表得新建礦井：查表得0 0 R Rf f h hf f 生產(chǎn)礦井：生產(chǎn)礦井：h hf f R Rf f 0 0 3SLURf2QRhff目錄例題例題3-33-3某設(shè)計巷道為梯形斷面，某設(shè)計巷道為梯形斷面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采用工字鋼棚支護，支，采用工字鋼棚支護，支

21、架截面高度架截面高度d d0 0=14cm=14cm，縱口徑，縱口徑=5=5，計劃通過風(fēng)量，計劃通過風(fēng)量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，預(yù)計，預(yù)計巷道中空氣密度巷道中空氣密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求該段巷道的通風(fēng)阻力。，求該段巷道的通風(fēng)阻力。解解 根據(jù)所給的根據(jù)所給的d d0 0、S S值，由附錄值，由附錄4 4附表附表4-44-4查得查得: : 0 0 =284.2=284.210104 40.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 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

22、擦風(fēng)阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力026. 02 . 125. 1025. 02 . 10Ns2/m8 0.598877.111000026. 06 . 4333SSLSLURfPaQRhff2 .239601200598.022目錄 規(guī)程規(guī)程： 新井投產(chǎn)前必須進行新井投產(chǎn)前必須進行1 1次礦井通次礦井通風(fēng)阻力測定，以后風(fēng)阻力測定，以后每每3 3年年至少進行至少進行1 1次。礦井次。礦井轉(zhuǎn)入新水平生產(chǎn)或改變一翼通風(fēng)系統(tǒng)后，必轉(zhuǎn)入新水平生產(chǎn)或改變一翼通風(fēng)系統(tǒng)后，必須重新進行礦井通風(fēng)阻力測定。須重新進行礦井通風(fēng)阻力測定。 目錄四、生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測定四、生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測定 測定路線的選擇依據(jù)

23、的原則測定路線的選擇依據(jù)的原則 在所有并聯(lián)風(fēng)路中選擇風(fēng)量較大且通過回采工作在所有并聯(lián)風(fēng)路中選擇風(fēng)量較大且通過回采工作面的主風(fēng)流風(fēng)路作為主測定路線；面的主風(fēng)流風(fēng)路作為主測定路線； 選擇路線較長且包括有較多井巷類型和支護形式選擇路線較長且包括有較多井巷類型和支護形式的線路作為主測定線路；的線路作為主測定線路； 選擇沿主風(fēng)流方向且便于測定工作順利進行的線選擇沿主風(fēng)流方向且便于測定工作順利進行的線路作為主測定線路。路作為主測定線路。目錄1 1、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)流兩點間的勢能差和動壓差，計算出兩測點間的通阻力。勢能差和動

24、壓差，計算出兩測點間的通阻力。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。第一項和第三項之和稱壓、干濕球溫度，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。為勢能差，需通過實際測定。 1 1）布置方式及連接方法）布置方式及連接方法2m21m122212121Rgg2v2vPPhZZz1z2目錄）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

25、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： 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)()(2222111gZPZZgPhmm目錄2 2、氣壓計法、氣壓計法

26、由能量方程：由能量方程：h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+()+( 1 1v v1 12 2/2- /2- 2 2v v2 22 2/2/2)+ )+ m12m12gZgZ1212 用用精密氣壓計精密氣壓計分別測得分別測得1 1，2 2斷面的靜壓斷面的靜壓P P1 1，P P2 2 用干用干濕球溫度計濕球溫度計測得測得t t1 1,t,t2 2,t,t1 1,t,t2 2,和和 1 1, , 2 2，進而計算，進而計算 1 1， 2 2 用用風(fēng)表風(fēng)表測定測定1 1，2 2斷面的風(fēng)速斷面的風(fēng)速v1,v2v1,v2。 m12m12為為1 1，2 2斷面的平均密度，若高差不大，就

27、用算術(shù)平均值，若高斷面的平均密度，若高差不大，就用算術(shù)平均值，若高差大，則有加權(quán)平均值；差大，則有加權(quán)平均值； Z Z12121 1，2 2斷面高差，從斷面高差，從采掘工程平面圖采掘工程平面圖查得。查得。目錄 測試方法：測試方法： (1)(1)兩點同時法兩點同時法 在一條分支巷道的在一條分支巷道的兩端用兩臺精密氣壓計同時讀數(shù)兩端用兩臺精密氣壓計同時讀數(shù)，從而減少了因氣，從而減少了因氣壓波動、罐籠提升、礦車運行和風(fēng)門啟閉等動態(tài)因素的影響，提高了測定壓波動、罐籠提升、礦車運行和風(fēng)門啟閉等動態(tài)因素的影響，提高了測定數(shù)據(jù)的可靠性，適用于數(shù)據(jù)的可靠性，適用于測定時間長、要求精度高、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜測定時

28、間長、要求精度高、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的礦的礦井。井。 (2)(2)基點法基點法 一臺儀器一臺儀器( (作為基準(zhǔn)儀作為基準(zhǔn)儀) )在井底車場監(jiān)視大氣壓變化，另一臺儀器到各在井底車場監(jiān)視大氣壓變化，另一臺儀器到各個測點進行讀數(shù)，根據(jù)基點的儀器讀值進行修正。適用于個測點進行讀數(shù)，根據(jù)基點的儀器讀值進行修正。適用于測定時間短、礦測定時間短、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)簡單井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)簡單的礦井。的礦井。 計算公式：計算公式： h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+)+ P P1212+(+( 1 1v v1 12 2/2- /2- 2 2v v2 22 2/2/2)+ )+ m12m12gZgZ1212目

29、錄第三節(jié)第三節(jié) 局部風(fēng)阻與阻力局部風(fēng)阻與阻力 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，造成區(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，這種阻力稱為風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力局部阻力。 由于局部阻力所產(chǎn)生風(fēng)流速由于局部阻力所產(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。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

30、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。 計算局部阻力計算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因，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，便可確定后，便可用用 22vhl222QShl目錄1)1)層流層流 實驗表明：在層流條件下，流體經(jīng)過局部阻力物后，仍保持層流，局實驗表明：在層流條件下，流體經(jīng)過局部阻力物后，仍保持層流，局部阻力仍是由流層之間的粘性切應(yīng)力引起的，只是部阻力仍是由流層之間的粘性切應(yīng)力引起的，只是由于邊壁變化；使流由于邊壁變化；使流速重新分布，加強了相

31、鄰流層間的相對運動，而增加了局部能量損失速重新分布，加強了相鄰流層間的相對運動，而增加了局部能量損失。此時，局部阻力系數(shù)與此時，局部阻力系數(shù)與ReRe成反比，即：成反比，即： 式中：式中：BB因局部阻力物形式不同而異的常數(shù)。因局部阻力物形式不同而異的常數(shù)。2)2)紊流紊流 局部阻力物影響而仍能保持層流者，只有在局部阻力物影響而仍能保持層流者，只有在Re2000Re2000時才有可能，在礦時才有可能，在礦井通風(fēng)井巷中的很少見的，所以井通風(fēng)井巷中的很少見的，所以重點討論紊流時產(chǎn)生局部阻力重點討論紊流時產(chǎn)生局部阻力。 為了探討局部阻力成因，現(xiàn)分析幾種典型局部阻力物附近的流動情況。為了探討局部阻力成因

32、，現(xiàn)分析幾種典型局部阻力物附近的流動情況。ReB目錄幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：、突變、突變 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)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。象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。、漸變、漸變 漸擴段漸擴段主要是由于沿流動方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)主要是由于沿流動方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。因為生渦漩。因為 V hV hv v p p ，壓差的作用，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于方向與流

33、動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于0, 0, 在在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動，渦漩。這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動，渦漩。 漸縮段漸縮段? ? 目錄、轉(zhuǎn)彎處、轉(zhuǎn)彎處 流體質(zhì)點在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用，在外側(cè)出現(xiàn)減速增流體質(zhì)點在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用，在外側(cè)出現(xiàn)減速增壓，出現(xiàn)渦漩。壓，出現(xiàn)渦漩。、分岔與會合、分岔與會合 上述的綜合。上述的綜合。 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，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。能量損失愈多，局部阻力愈大。目錄二、局部阻力系數(shù)和局部風(fēng)阻二、局部阻力系數(shù)和局部風(fēng)阻( (一一

34、) ) 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 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物的形狀，而邊壁的粗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。糙程度為次要因素。1 1突然擴大突然擴大或或式中：式中： v v1 1、v v2 2分別為小斷面和大斷面的平均流速，分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/sm/s； S S1 1、S S2 2分別為小斷面和大斷面的面積，分別為小斷面和大斷面的面積，m m； m m空氣平均密度，空氣平均密度，kg/mkg/m3 3。對于粗糙度較大的井巷，可進行修正對于粗糙度較大的井巷，可進行修正 2211211222122211QSvvSShl22

35、22222222122221QSvvSShl01.01目錄2 2突然縮小突然縮小對應(yīng)于對應(yīng)于小斷面的動壓小斷面的動壓 ，值可按下式計算：值可按下式計算： 3 3逐漸擴大逐漸擴大 逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多，其能量損失可認(rèn)為由摩擦逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多，其能量損失可認(rèn)為由摩擦損失和擴張損失兩部分組成。損失和擴張損失兩部分組成。 當(dāng)當(dāng)2020時，漸擴段的局部阻力系數(shù)時，漸擴段的局部阻力系數(shù)可用下式求算：可用下式求算：式中式中 風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)，NsNs2 2/m/m4 4； n n風(fēng)道大、小斷面積之比，即風(fēng)道大、小斷面積之比，即2 21 1； 擴張角。擴張角

36、。 2211sin112sinnn222v1215 .0SS013.01目錄4 4轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎巷道轉(zhuǎn)彎時的局部阻力系數(shù)巷道轉(zhuǎn)彎時的局部阻力系數(shù)( (考慮巷道粗糙程度考慮巷道粗糙程度) )可按下式計算：可按下式計算：當(dāng)巷高與巷寬之比當(dāng)巷高與巷寬之比H H/ /b b=0.2=0.21.01.0 時，時， 當(dāng)當(dāng) H H/ /b b=1=12.52.5 時時 式中式中 0 0假定邊壁完全光滑時，假定邊壁完全光滑時，9090轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)，其值見轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)，其值見表表3-3-13-3-1； 巷道的摩擦阻力系數(shù)，巷道的摩擦阻力系數(shù)，N.sN.s2 2/m/m4 4； 巷道轉(zhuǎn)彎角度影響系數(shù)，見表巷

37、道轉(zhuǎn)彎角度影響系數(shù)，見表3-3-23-3-2。 Hb280bH65.035.01280目錄5 5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，典型的分叉巷道如圖所示，1 12 2段的局部阻力段的局部阻力h hl l2 2和和1 13 3段的局部阻段的局部阻力力h hl l3 3分別用下式計算：分別用下式計算：2) 2) 風(fēng)流匯合風(fēng)流匯合 如圖所示，如圖所示，1 13 3段和段和2 23 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3、h hl l2 23 3分別按下式計算：分別按下式計算： 式中：式中：23331213122vvvKhlcos233223222

38、vvvKhl22321131coscosvQQvQQ1222221212122vvvvKhlcos233213122vvvKhl23123目錄( (二二) ) 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2QRhlllRS22目錄第四節(jié)第四節(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、井巷阻力特性一、井巷阻力特性 在紊流條件下，

39、摩擦阻力和局部阻力均與風(fēng)量的平方成正比。故在紊流條件下，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：可寫成一般形式：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，橫坐標(biāo)表示通過風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)阻為坐標(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值與之對應(yīng)，根據(jù)坐標(biāo)點（值與之對應(yīng)，根據(jù)坐標(biāo)點（Q Qi i,h,hi i）即可畫出一條拋物線。這條）即可畫出一條拋物線。這條曲線就叫該井巷的曲線就叫該井巷的阻力特性曲線阻

40、力特性曲線。風(fēng)阻。風(fēng)阻R R越大，曲線越陡。越大，曲線越陡。QhR目錄二、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)機入口，把順序連接的各段井巷的通風(fēng)阻力從入風(fēng)井口到主要通風(fēng)機入口，把順序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)總阻力累加起來，就得到礦井通風(fēng)總阻力h hRmRm，這就是井巷通風(fēng)阻力的疊加，這就是井巷通風(fēng)阻力的疊加原則。原則。 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，即可求得礦井總風(fēng)阻：，即可求得礦井總風(fēng)阻： N.sN.s2 2/m/m8 8 R Rm m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)。R

41、Rm m越大，礦井通風(fēng)越困難；越大，礦井通風(fēng)越困難；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)。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假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)孔口通過的風(fēng)量等于礦井風(fēng)量，的孔口。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)壓差等于礦井通風(fēng)阻力時，則且孔口兩側(cè)的風(fēng)壓差等于礦井通風(fēng)阻力時，則 孔口面積孔口面積A A稱為該礦井的等積孔。稱為該礦井的等積孔。2QhRRmmAIIIP2,v2P1,v1目錄設(shè)風(fēng)流從設(shè)風(fēng)流從I III II，且

42、無能量損失，且無能量損失， 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與孔口面積與孔口面積A A之比稱為之比稱為收縮系數(shù)收縮系數(shù)，由水力學(xué)可，由水力學(xué)可知，一般知，一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65=0.65A A。則。則v v2 2Q/AQ/A2 2=Q/0.65=Q/0.65A A，代入上式后并整，代入上式后并整理得：理得： 取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，則：，則： 因因R Rm m= =h hm m2 2，故有，故有 由此可見，由此可見，A A是是R Rm m的函數(shù)，的函數(shù)，故可以表示礦井通風(fēng)的難易程度。故可以表示礦井通風(fēng)的難

43、易程度。 22221122vPvPRmRmhvhvPP/2 ,222221RmhQA/265. 0RmhQA19. 1mRA19.1目錄v礦井等積孔分級標(biāo)準(zhǔn)：礦井等積孔分級標(biāo)準(zhǔn)： 歐州共同體提出：礦井產(chǎn)量歐州共同體提出：礦井產(chǎn)量T T150150萬萬t/at/a的礦井，必須滿足的礦井，必須滿足A A5m25m2；礦；礦井產(chǎn)量井產(chǎn)量T T在在6060150150萬萬t/at/a的礦井，必須滿足的礦井，必須滿足A A在在4 45m25m2；礦井產(chǎn)量；礦井產(chǎn)量T T6060萬萬t/at/a的礦井，必須滿足的礦井，必須滿足A A在在3 34m24m2。 美國規(guī)定：低瓦斯礦井：美國規(guī)定：低瓦斯礦井：A=

44、25A=254040英尺英尺2(2.322(2.323.72m2)3.72m2)；高瓦斯礦井：；高瓦斯礦井：A=40A=409090英尺英尺2(3.722(3.728.36m2)8.36m2)。 我國按等積孔大小確定礦井通風(fēng)難易程度的標(biāo)準(zhǔn)為：我國按等積孔大小確定礦井通風(fēng)難易程度的標(biāo)準(zhǔn)為：A A1m1m2 2，通風(fēng)困難；，通風(fēng)困難；A A2m2m2 2，通風(fēng)容易。，通風(fēng)容易。 目錄例題例題3-73-7某礦井為中央式通風(fēng)系統(tǒng)，測得礦井通風(fēng)總阻力某礦井為中央式通風(fēng)系統(tǒng)，測得礦井通風(fēng)總阻力h hRmRm=2800Pa=2800Pa，礦井總風(fēng)量礦井總風(fēng)量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求礦井總風(fēng)阻

45、，求礦井總風(fēng)阻R Rm m和等積孔和等積孔A A，評價其通風(fēng)難，評價其通風(fēng)難易程度。易程度。解解 對照表對照表3-4-13-4-1可知，該礦通風(fēng)難易程度屬中等?？芍?，該礦通風(fēng)難易程度屬中等。1 1、對于多風(fēng)機工作的礦井，應(yīng)根據(jù)各主要通風(fēng)機工作系統(tǒng)的通風(fēng)阻、對于多風(fēng)機工作的礦井，應(yīng)根據(jù)各主要通風(fēng)機工作系統(tǒng)的通風(fēng)阻力和風(fēng)量，分別計算各主要通風(fēng)機所擔(dān)負系統(tǒng)的等積孔，進行分力和風(fēng)量，分別計算各主要通風(fēng)機所擔(dān)負系統(tǒng)的等積孔，進行分析評價。析評價。2 2、必須指出，表、必須指出，表3-4-13-4-1所列衡量礦井通風(fēng)難易程度的等積孔值，是所列衡量礦井通風(fēng)難易程度的等積孔值，是18731873年繆爾格年繆爾

46、格(Murgue(Murgue) )根據(jù)當(dāng)時的生產(chǎn)情況提出的根據(jù)當(dāng)時的生產(chǎn)情況提出的3 3，一直沿，一直沿用至今。由于現(xiàn)代的礦井規(guī)模、開采方法、機械化程度和通風(fēng)機用至今。由于現(xiàn)代的礦井規(guī)模、開采方法、機械化程度和通風(fēng)機能力等較以前已有很大的發(fā)展和提高，表中的數(shù)據(jù)對小型礦井還能力等較以前已有很大的發(fā)展和提高，表中的數(shù)據(jù)對小型礦井還有一定的參考價值，對大型礦井或多風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)的礦井，衡量有一定的參考價值，對大型礦井或多風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)的礦井，衡量通風(fēng)難易程度的指標(biāo)還有待研究。通風(fēng)難易程度的指標(biāo)還有待研究。8222/571. 070/2800/mNsQhRmRm257. 1571. 0/19. 1/19

47、. 1mRAm目錄 一般來說，如果礦井等積孔較大，風(fēng)量足夠，漏風(fēng)不大，而且礦井一般來說，如果礦井等積孔較大，風(fēng)量足夠，漏風(fēng)不大，而且礦井調(diào)風(fēng)比較容易，應(yīng)屬通風(fēng)容易礦井。調(diào)風(fēng)比較容易，應(yīng)屬通風(fēng)容易礦井。 雖然礦井等積孔較大，如果礦井調(diào)風(fēng)困難，應(yīng)屬通風(fēng)困難礦井。雖然礦井等積孔較大，如果礦井調(diào)風(fēng)困難，應(yīng)屬通風(fēng)困難礦井。 雖然礦井等積孔較小，若主要通風(fēng)機能力大、礦井供風(fēng)量足，且調(diào)雖然礦井等積孔較小，若主要通風(fēng)機能力大、礦井供風(fēng)量足，且調(diào)風(fēng)容易，也屬通風(fēng)容易礦井。風(fēng)容易，也屬通風(fēng)容易礦井。 對調(diào)風(fēng)難易狀況相同的礦井，一般來講，礦井等積孔大的礦井比等對調(diào)風(fēng)難易狀況相同的礦井，一般來講，礦井等積孔大的礦井比

48、等積孔小的礦井通風(fēng)容易。積孔小的礦井通風(fēng)容易。 對等積孔接近的不同礦井，一般來講，調(diào)風(fēng)容易的礦井比調(diào)風(fēng)困難對等積孔接近的不同礦井，一般來講，調(diào)風(fēng)容易的礦井比調(diào)風(fēng)困難的礦井通風(fēng)容易。的礦井通風(fēng)容易。 目錄第五節(jié)第五節(jié) 降低礦井通風(fēng)阻力措施降低礦井通風(fēng)阻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)濟效益具有重要意降低礦井通風(fēng)阻力，對保證礦井安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益具有重要意一、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，井巷斷面擴大33%33%，R

49、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。周長最小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長較大。 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。目錄 某礦總回風(fēng)巷某礦總回風(fēng)巷L(fēng) L2000m2000m，S S8m8m2 2，通過風(fēng)量，通過風(fēng)量Q Q50m50m3 3/s/s，工字鋼支護梯形斷面工字鋼支護梯形斷面，0.0188Ns0.0188Ns2 2/m/m4 4，主要通風(fēng)機的，主要通風(fēng)機的總效率總效率60%60%，求：，求： 為克服這段阻力，一年要耗多少度電？為克服這段阻力，一年要耗多少度電？ 若巷