模块3矿井通风阻力.ppt

一、风流的流动状态 （一）层流和紊流 层流：指流体各层的质点相互不混合，呈流束状， 为有秩序地流动，各流束的质点没有能量交换 紊流：紊流和层流相反，流体质点在流动过程中有 强烈混合和相互碰撞，质点之间有能量交换， （二）流动状态的判别 1883年英国物理学家雷诺通过实验证明：流体的 流动状态取决于管道的平均流速、管道的直径和流体 的运动粘性系数这三个因素的综合影响可用一个无 因次参数来表示，这个无因次参数叫雷诺数 3-1-1 摩擦阻力Re=雷诺数当流速很小、管径很细、流体的运动粘度较大时，流 体呈层流运动，反之，为紊流流动 Re≤2300 为层流Re>2300 为紊流非圆形管道的雷诺判别系数 Re= （三）井巷中风流的流动状态 《规程》规定，井巷中最低允许风速为0.15m/s,而井下巷 道的风速都远远大于上述数值，所以井巷风流的流动状 态都是紊流，只有风速很小的漏风风流，才有可能出现 层流二、摩擦阻力井下风流沿井巷或管道流动时，由于空气的粘性，受到井巷壁面的限制，造成空气分子之间相互摩擦（内摩擦）以及空气与井巷或管道周壁间的摩擦，从而产生阻力，称这种阻力为摩擦阻力一）层流状态下井巷摩擦阻力 ——空气的动力粘性系数，Pa.s； Q——井巷风量，m3/s； （二）紊流状态下的摩擦阻力Pa ——井巷的摩擦阻力系数，Kg/m3或/m4； 三、摩擦阻力系数与摩擦风阻 （一）摩擦阻力系数确定方法有查表和实测两种方法。

（二）摩擦风阻 R摩= Kg/m7或（三）摩擦阻力定律 h摩=R摩Q2，Pa 在风流运动过程中，由于井巷边壁条件的变化，风流在局 部地区受到局部阻力物（如巷道断面突然变化，风流分叉与交 汇，断面堵塞等）的影响和破坏，引起风流流速大小、方向和 分布的突然变化，导致风流本身产生很强的冲击，形成极为紊 乱的涡流，造成风流能量损失，这种均匀稳定风流经过某些局 部地点所造成的附加的能量损失，就叫做局部阻力 一、局部阻力的成因与计算局部阻力分为：突变类型和渐变类型两种 （一）局部阻力种类和产生地点3-1-2 局部阻力（图3-5 巷道的突变与渐变类型）a、c、e、g属于突变类型, b、d、f、h属于渐变类型局部阻力的地点 ：1、巷道断面的突然扩大与缩小（如采区车场、井口 、调节风窗、风桥、风硐等）；2、巷道的各种拐弯（如各类车场、大巷、采区巷道 、工作面巷道等）；3、各类巷道的交叉、交汇（如井底车场、中部车场 ）等等（二）局部阻力计算 h局＝，Pa h局＝ Pa 二、局部阻力系数与风阻（一）局部阻力系数 大量实验研究表明，紊流局部阻力系数主要取决于 局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。

由于产生局部阻力的过程非常复杂，所以系数一 般由实验求得，计算局部阻力时查表附录二即可 （二）局部风阻R局 R局＝ ， Kg/m7或 （三）局部阻力定律h局＝R局Q2 在一般情况下，由于井巷内的风流速压较小，所产 生的局部阻力也较小，井下所有的局部阻力之和只占矿 井总阻力的10％～20％左右故在通风设计中，一般只 对摩擦阻力进行计算，对局部阻力不作详细计算，而按 经验估算 一、矿井通风阻力定律1、层流状态下的通风阻力定律 h阻＝RQ，Pa 2、紊流状态下的通风阻力定律 h阻＝RQ2 ，Pa R——井巷风阻，Kg/m7或3-1-3 矿井通风阻力R是由井巷中通风阻力物的种类、几何尺寸和壁面粗糙 程度等因素决定的，反映井巷的固有特性当通过井巷的 风量一定时，井巷通风阻力与风阻成正比， 因此，风阻值 大的井巷其通风阻力也大，反之，风阻值小的通风阻力也 小可见，井巷风阻值的大小标志着通风难易程度，风阻 大时通风困难，风阻小时通风容易所以，在矿井通风中 把井巷风阻值的大小作为判别矿井通风难易程度的一个重 要指标将紊流通风阻力定律h阻＝RQ2绘制成曲线，这条曲线 就叫做该井巷阻力特性曲线。

图3-7 井巷阻力特性曲线）平面坐标系中为一条二次抛物线 ，曲线越陡、曲率 越大，井巷风阻越大，通风越困难反之，曲线越缓， 通风越容易二、矿井总风阻 对于一个确定的矿井通风网路，其总风阻值就叫做 矿井总风阻 R矿——矿井总风阻，Kg/m7或 表示矿井通风 的难易程度，是评价矿井通风系统经济性的一个重要指 标，也是衡量一个矿井通风安全管理水平的重要尺度h矿——矿井总阻力，Pa Q矿——矿井总风量，m3/s 三、矿井等积孔为了更形象、更具体、更直观地衡量矿井通风难易 程度，矿井通风学上用一个假想的、并与矿井风阻值 相当的孔的面积作为评价矿井通风难易程度，这个假 想孔的面积就叫做矿井等积孔或公式表明，如果矿井的通风阻力h相同，等积孔A大 的矿井，风量Q必大，表示通风容易；等积孔A小的矿井 ，风量Q必小，表示通风困难所以，矿井等积孔能够 反映不同矿井或同一矿井不同时期通风技术管理水平 同时，也可以评判矿井通风设计是否经济 表3-1 矿井通风难易程度的分级标准 通风阻力 等级通风 难易程度风阻R等积孔A （m2) 大阻力矿 困 难＞1.42＜1中阻力矿中 等1.42～0.351～2 小阻力矿容 易＜0.35＞2必须指出，表3-1所列衡量矿井通风难易程度的等积 孔值，是1873年缪尔格根据当时的生产情况提出的，一 直沿用至今。

由于现代化矿井开采规模、开采方法、机 械化程度和通风能力等较以前有很大的发展和提高，表 中的标准对大型矿井已经不能适应 煤科院抚顺分院提出，根据煤炭产量及瓦斯等级确定 的矿井通风难易程度的分级标准 年产量Mt/a低瓦斯矿井高瓦斯矿井附注A的最小 值 （m2 ）R的最大 值A的最小 值（m2 ）R的最大 值0.1 0.2 0.3 0.45 0.6 0.9 1.2 1.8 2.4 3.01.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 2.51.42 0.63 0.63 0.35 0.35 0.35 0.23 0.23 0.23 0.231.0 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 7.01.42 0.35 0.35 0.16 0.16 0.09 0.06 0.04 0.03 0.03外部漏风允许10 ％时，A的最小值 减5%,R的最大值 加10％；外部漏 风允许15％时，A 的最小值减10％ ，R的最大值加20 ％，即为矿井A的 最小值，R 的最 大值。

对矿井来说，上述公式只能计算单台通风机工作时的矿井 等积孔大小，对于多台通风机工作矿井等积孔的计算，应根 据全矿井总功率等于各台主要通风机工作系统功率之和的原 理计算出总阻力，而总风量等于各台主要通风机风路上的风 量之和，代入公式即：上式就是多台主要通风机矿井等积孔的计算公式 式中 hi——各台主要通风机系统的通风阻力，Pa；Qi——各台主要通风机系统的风量，m3/s ；一、降低摩擦阻力的措施 摩擦阻力是矿井通风阻力的主要部分，因此降低井巷摩擦阻力是通风技术管理的重要工作由公式可知，降低摩擦阻力的措施有：1．减少摩擦阻力系数 2．井巷风量要合理 3．保证井巷通风断面 4．减少巷道长度 5．选用周长较小的井巷断面3-1-4 降低矿井通风阻力的措施坑木等在巷道乱堆乱放增加了巷道阻力二、降低局部阻力的措施产生局部阻力的直接原因是，由于局部阻力地点 巷道断面的变化，引起了井巷风流速度的大小、方向 、分布的变化因此，降低局部阻力就是改善局部阻 力物断面的变化形态，减少风流流经局部阻力物时产 生的剧烈冲击和巨大涡流，减少风流能量损失，主要 措施如下： 1．最大限度减少局部阻力地点的数量。

井下尽量 少使用直径很小的铁风桥，减少调节风窗的数量；应 尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面比值 要小2．当连接不同断面的巷道时，要把连接的边缘做成斜 线或圆弧型3．巷道拐弯时，转角越小越好在拐弯的内侧做成斜 线型和圆弧型要尽量避免出现直角弯巷道尽可能避免突然分叉和 突然汇合，在分叉和汇合处的内侧也要做成斜线或圆弧型 4．减少局部阻力地点的风流速度及巷道的粗糙程度 5．在风筒或通风机的入风口安装集风器，在出风口 安装扩散器 6．减少井巷正面阻力物，及时清理巷道中的堆积物 ，采掘工作面所用材料要按需使用，不能集中堆放在井 下巷道中巷道管理要做到无杂物、无淤泥、无片帮， 保证有效通风断面在可能的条件下尽量不使成串的矿 车长时间地停留在主要通风巷道内，以免阻挡风流，使 通风状况恶化 矿井通风阻力测定工作是通风技术管理的重要内容之 一，其目的在于检查通风阻力的分布是否合理，某些巷 道或区段的阻力是否过大，为改善矿井通风系统，减少 通风阻力，降低矿井通风机的电耗以及均压防灭火提供 依据此外，通过阻力测量，还可求出矿井各类巷道的 风阻值和摩擦阻力系数值，以备通风技术管理和通风计 算时使用。

通风阻力的测量方法常用的有两种，一为压差计测量法，二为气压计测量法通风阻力测定的基本内容及要求包括以下几个方面： 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 一、通风阻力测定的方法及步骤 （一）测定前的准备工作 1．仪表和人员的准备 2. 选择测量路线和测点 3．准备记录表格（二）压差计法测量通风阻力1．测量仪器此种测量法一般是用单管倾斜压差计作为显示压差 的仪器，传递压力用内径4-6mm的胶皮管，接受压力的仪 器用皮托管或静压管。

2．测量阻力原理用单管倾斜压差计测量阻力的计算公式为：（3-39)式中 h阻——单管倾斜压差计的读数，mm；K——单管倾斜压差计的校正系数；△h动——两断面动压之差，Pa当1断面的平均动 压大于2断面的平均动压时，为正值，反之，为负值上式同样适用于用其它压差计测量任意两测点的通风阻力3．井下测量步骤 1）井下测量时仪器的布置如图3-13所示，将两个静压 管用三角架设于1点和2点，其尖部迎风，管轴和风向平行 用胶皮管将静压管与压差计相连 2）读取压差计的夜面读数L读和仪器校正系数K，记录 于附表3-3中 3）与此同时，其他人员测量测点的风速、干湿球温度 、大气压、巷道断面尺寸及测点间距，分别记录于附表3-1 、附表3-2和附表3-4中 4）当1、2两测点测完后，顺着风流方向将1测点的静 压管移至测点3，进行与上述相同的测量工作，如此继续循 环进行，直到测完为止 4．注意事项 1）在倾斜巷道内，不宜安设测点，始末两点尽量安设在上下水平 巷道内 2）开始测量前，用小气筒将两根胶皮管内原有的空气换成测定地 点的空气 3）测回采面压差时，仪器应安置在运输平巷或回风平巷内、不易 被运输干扰的地点，胶皮管沿工作面铺设。

如果该工作面邻近有行人或 通风小眼，也可将胶皮管通过这些小眼铺设 4）测定过程中，如果压差计出现异常现象，必须立即查明原因， 排除故障，重新测定故障可能是： (1)胶皮管因积水、污物进入或打折。