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习题三矿井通风阻力一、解释题1．层流与紊流答：流体具有层流和紊流两种流动状态，不同流态的速度分布和阻力损失各不相同作层流运动的物体，各质点互不干扰地沿着自己的流束运动作紊流运动的物体，各质点则相互混杂、碰撞，除沿流动方向运动外还有横向运动，它们的轨迹极其复杂雷诺通过试验指出，流体的流动状态与平均速度u 有关系，平均速度大时层紊流状态，反之呈层流状态此外流动状态还与管道的直径d 及流体的粘性有关这些因素的综合影响可用一个无量纲参数Re来表示，它叫雷诺数用它可以判定流体的运动状态是属于层流还是紊流Re=ud/v 式中 u ——平均速度，m/s；D——管道直径，m ；v——流体运动粘性系数，m2/s 公式表明，尽管流体类型、速度及管径不同，只要雷诺数相同其流态就应该一样也就是说，不管流体的速度、粘性及管径多大，只要知道雷诺数就可以确定流动状态由紊流运动变为层流运动的雷诺数称为临界雷诺数（流体力学中称下临界雷诺数），其值为 2300空气是流体的一种，它遵守上述规律如想知道井巷中流动的空气究竟是紊流还是层流，可根据井巷风流的具体条件，用公式Re=ud/v 进行计算就能够判断为便于分析，先把此公式改写为u=Rev/d，m/s。

假设梯形巷道断面面积为4m2， 风流的运动粘性系数取v=15*10-6m2/s ， 以临界雷诺数2300和巷道等值直径d=4S/p 代入公式u=Rev/d，即得该巷道风流在临界雷诺数时的速度其中巷道周边长p=4.16S，故 u=Rev/d= Sv4Re16.4= 4410*15*2300*16.46 =0.018m/s 计算说明，在4m2的巷道里，当风速大于0.018m/s 时即属紊流风流大多数井巷面积与风流平均速度大于上述数值，因此井巷中风流几乎都是紊流状态虽然井巷里的空气主要是紊流，但在速度非常小的地方也可能出现层流例如空气在采空区中、岩石裂缝中、风墙和充填物的空隙中以及在矿仓里的矿石间渗流时多属层流状态运动2．摩擦阻力答：空气由于具有粘性，当它沿井巷流动时，就要受到井巷对它所呈现的阻力的作用，从而导致风流本身机械能的损失在通风工程中，空气沿井巷流动时，井巷对风流所呈现的阻力，统称为井巷通风阻力；单位体积风流的的能量损失（其单位为：N·m/m3）简称为风压损失或风压降井巷的通风阻力是引起风压损失的原因，而风压损失则是通风阻力的量度故井巷的通风阻力（N/m2）与风压损失（N/m2）在数值上是相等的。

按照风流边界状况的不同，通常将井巷的通风阻力分为以下三类：第一类系发生在风流沿井巷流动的全部流程上的摩擦阻力，水力学上称为沿程阻力，矿井通风上称为摩擦阻力用于克服摩擦阻力而造成的风流能量损失，称为摩擦损失第二类系由风流边界状况的急剧改变（如突然扩大、突然缩小等）所引起的阻力，称为局部阻力用于克服局部阻力而造成的风流能量损失，称为局部损失第三类系由于风流绕过井巷中的某些物体（如矿车、电动车等）时所产生的阻力，称为正面阻力整个矿井的通风阻力，一般情况下，皆由以上三种类型的通风阻力所组成在全矿通风阻力中，一般地说，摩擦阻力所占的比例较大，局部阻力和正面阻力所占的比例较小但对个别井巷（如风桥、进风副井等）而言，有时局部和正面阻力也可占主导地位3．局部阻力答：局部阻力系由风流边界状况的急剧改变（如突然扩大、 突然缩小等） 所引起的阻力，称为局部阻力二、填空题1、井下风流多数是( 紊 ) 流，只有一部分风流可能处于向( 层流 ) 过渡的状态2、矿井通风阻力包括( 摩擦 )阻力和 ( 局部 ) 阻力3、从矿井通风阻力定律表达式h=RQ2可知，当井巷或矿井的风量(Q) 相同时，则风阻大的井巷或矿井，其通风阻力必( 也越大 )，表示通风 ( 比较困难 ) ，通风能力 ( 弱 )。

当井巷或矿井的通风阻力(h) 相同时，风阻小的井巷或矿井，其风量必( 大 )，表示通风( 容易 )，通风能力 ( 强 )4、风阻特性曲线是指( 风阻 R ) 为某一定值时，( 风量 Q ) 与 ( 通风阻力h )的函数关系曲线， 风阻特性曲线是( 光滑的曲线 ) ，其图形是 ( 抛物线 )井巷的风阻值越大，曲线越 ( 陡 )，矿井通风越 ( 困难 ) ；风阻值越小， 曲线越 ( 平缓 ) ，矿井通风越 ( 容易 )5、矿井通风阻力测量前的准备工作主要包括( 选定测定线路 )、 ( 选定布置测点 )、( 准备测定仪表 ) 、 (准备工具 ) 、 (测定小组的人员要有明确的分工 ) 、 ( 仪表、工具、记录表格要携带齐全 ) 6、测量矿井通风阻力时，测量人员可分为( 测风阻 )、 ( 测断面尺寸组 )和测压组3个小组测压组的任务是安装( 仪器 )和仪器附近的 ( 静压管 ) ，并把来自两个测点的( 胶皮管 )与仪器连结起来，读数并做( 记录 )。

测定顺序可以从进风到( 出风 ) ，亦可从 ( 出风 )到( 进风 ) 逐段进行；人员较多时可分在一条线上同时进行三、判断题 ( 正确的打“√” ，错误的打“×”) 1．井巷的净断面积增大到原来的2 倍，则摩擦风阻将减少到原来的1／8 ( √ ) 2．由通风阻力定律(h=RQ2) 可知，风阻R一定时，若风量Q增大 1 倍，则风压h 将增大 3 倍 √ ) 3·在通风设计中， 一般只对摩擦阻力进行具体计算，对局部阻力不详细计算，而只按经验估计个百分数 ( √ ) 4．掘进施工质量的好坏对矿井通风费用没有影响 ( ×) 5．实际上矿井并不存在具有实型的等积孔 ( √ ) 6- 矿井通风系统是否合理，对基本建设和生产成本有很大影响 ( √ ) 四、选择题 ( 将正确答案的编号填入空格中) 1·一般认为，等积孔A和风阻 R为( 3 )时，矿井通风容易1)A1．42kg／m7 (2)A=1 ～ 2m2，R=1．42～0．35kg／m7 (3)A>2m2，R<0．35kg／m7 五、简答题1．简述降低矿井通风阻力的目的意义答：降低矿井通风阻力的目的意义是加强矿井的通风能力，使通风容易，从而不断地向井下各作业地点供给足够数量的新鲜空气，稀释和排除各种有毒、有害气体及放射性气体和粉尘，调节矿内气候条件，造成一个良好的工作环境，并保证井下工人安全条件，提高工人劳动生存率。

2．根据摩擦阻力计算式，简述降低摩擦阻力的方法答： （1）当通过井巷的风量不变时，由于井巷的摩擦阻力与井巷的摩擦风阻成正比，而井巷的摩擦风阻与井巷的断面面积的2.5 次方成反比，所以刷大井巷的断面积，可以大大降低井巷的摩擦阻力2）由于井巷的摩擦阻力与井巷长度成正比，所以应尽量缩短井下风流的路线，以减下通风阻力，条件适当时采用分区通风效果更好3）由于井巷的摩擦阻力与井巷断面的周界长度成正比，所以在断面积相等而断面形状不同的各种井巷中，以圆形或拱形井巷的摩擦风阻最小，因此，应尽量采用圆形或拱形断面的井巷4）由于井巷的摩擦阻力与井巷的摩擦阻力系数成正比，所以保证壁面光滑、支架排列整齐可降低井巷的通风阻力5）当井巷情况（L、 P、S、a）不变时，由于摩擦阻力与风流的平均速度的平方成正比，所以主要通风井巷的风速不宜过大，也就是说，主要通风井巷的断面积不能太小3．根据局部阻力产生原因，简述降低局部阻力的方法答： （1）尽量避免井巷的突然扩大与突然缩小，将断面大小不同的巷道连接处做成逐渐扩大或逐渐缩小的形状 2）当风速不变时， 由于局部阻力与局部阻力系数成正比，所以在风速较大的井巷局部区段上，要采取有效措施减小其局部阻力系数，例如在专用回风与主扇风硐相连接处设置引导风流的导风板。

3）要尽量避免井巷直角拐弯，拐弯处内外两侧要尽量做成圆弧形，且圆弧的曲率半径应尽量放大 4）讲永久性的正面阻力物做成流线型，要注意清除井巷内的堆积物，在风速较大的主要通风井巷内这点尤其重要4. 什么叫等积孔 ?它有什么用处?一个矿井等积孔的大小说明了什么问题? 答：井巷风阻是反映井巷通风难易程度的一个重要指标，除了井巷风阻之外还常用井巷的等积孔来表示通风的难易程度设薄壁上开有一个面积为A的理想孔口（所谓理想孔口系指空气流过此孔口时，无能量损失） ，孔口两侧空气的绝对静压分别为P1与 P2（N/m2） 如果（ P 1-P2）等于某井巷的通风阻力 h，且在压力差（P1-P2）的作用下，通过孔口的风量等于通过该井巷的风量Q （m3/s ） ，则孔口的面积A（m2）称为该井巷的等积孔在上述条件下，在薄壁左侧距离孔口A 足够远处（使该处风速近于零）取截面Ⅰ，其上的风速v1近于零，而在薄壁右侧空气沿孔口出流后断面收缩段的末端（风流收缩到最小断面S处）取截面Ⅱ，其上的风速为v2（m/s） 由公式 A=1.19 hQ，m2知，当通过井巷的风量Q （m3/s ）一定时， 井巷通风阻力h（N/m2）的平方根与井巷的等积孔A（m2）成反比。

也就是说，当通过井巷的风量保持恒定时，如果井巷的等积孔A大，则井巷的通风阻力h 就小，意味着井巷通风较容易，如果井巷的等积孔A 小，则井巷的通风阻力h 就大，意味着井巷通风较困难因此，井巷的等积孔A与井巷的风阻 R一样，可以反映通风的难易程度5．简述测定矿井通风阻力的主要目的和阻力测量的基本内容答：测定矿井通风阻力的主要目的在于查明各段井巷上通风阻力的分布情况，并针对通风阻力较大的地点或区段采取降阻措施，改善矿井通风的状况，降低矿井主扇风机的电能消耗此外，通过通风阻力测定计算出来的井巷摩擦阻力系数α和局部阻力系数ζ，是进行风量调节或改造通风系统工作的可靠的基础资料，也可供设计时参考和使用阻力测量的基本内容包括一下几个方面基本内容：1、 测算井巷风阻井巷风阻是反映井巷通风特性的重要参数，很多通风问题都和这个参数有关只要测定出各条井巷的通风阻力和该巷通过的风量，就可以计算出它们的风阻值只要井巷断面和支护方式不变，测一次即可；如果发生了变化，则需要重测测风阻时，要逐段进行，不能赶时间，力求一次测准2、 测算摩擦阻力系数断面形状和支护方式不同的井巷，其摩擦阻力系数也不同只要测出各井巷的阻力、长度、净断面积和通过的风量，代入公式即可计算出摩擦阻力系数。

测摩擦阻力系数时，可以分段、分时间进行测量，不必测量整个巷道的阻力，但测量精度要求高3、 测算通风阻力的分布情况为了掌握全矿井通风系统的阻力分布情况，应沿着通风阻力大的路线测定各段通风阻力，了解整个风路上通风阻力分布情况也可分成若干小段，同时测定，这样既可以减少测定阻力的误差，也可以节约时间测量全矿井通风阻力时要求连续、快速6．矿井通风阻力测量总结报告的内容一般包括哪几个部分? 答：矿井通风阻力测量总结报告的内容一般包括：（一）矿井概况主要介绍矿井煤层赋存状况，井田开拓、采煤方法、回采工艺，各井巷的特征参数、支护形式及井巷标高，矿井生产系统等并附有全矿井生产系统图二）通风安全概况主要介绍矿井瓦斯的涌出量，煤层自然发火倾向性，煤尘爆炸指数， 水文地质情况等安全基础资料各主要用风地点的风量和质量，矿井总进风量和总回风量，通风机工况，通风机房压差计读数矿井通风方式、通风方法、通风网络以及通风构筑物的数量和位置，全矿井火区的数量和位置以及矿井通风系统并附有矿井通风系统图和通风网络图三）测量计划和步骤测定方法根据测量目的选择的测量方法，并附有测点原理布置图仪器准备以表格的形式列出仪器的数量、型号、使用状态，并将仪器编号与使用人员对应一致。

人员组织和任务分配主要分测风组、测压组、测断面尺寸组、数据记录组、通讯联络组和安全指挥组每个测定小组必须由上述人员5~6 人组成要附有任务分配表、基础数据表格测点线路的选择在通风系统图上标明所。