教授讲座：通风系统技术测定与系统优化.

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1、华北科技学院华北科技学院 漆旺生漆旺生 电话：13785657595 邮箱：QWS650912 矿井通风技术测定及系统优化 1 主要内容主要内容 1.矿井通风基础理论 2.矿井通风阻力测定 3.主要通风机性能测定 4.通风系统优化 矿井通风技术测定及系统优化 2 一、矿井通风基础理论 （一）空气的主要物理参数 1. 温度 t摄氏温度数， ；T华氏温度数，K 2 .空气压力 1Pa=1N/m2，1 mmH2O=9.81 Pa，1毫巴（mb）=100 Pa 1atm =760mmHg=10332.3mmH2O=101325Pa=1013.25 mb 1atm（标准大气压） =1.033at（工程大

2、气压） 1MPa=103 kPa=106 Pa 3 （一）空气的主要物理参数 3.空气密度 kg/m3 P空气的绝对压力，Pa； t空气的干球温度，； Ps 在温度为t时饱和水蒸气的分压力，Pa； 空气的相对湿度， =01。可见，相对湿度越大 ，湿空气的密度越小。 工程实践中可以有： 4 （一）空气的主要物理参数 3.空气密度 在物理学中，把压力为1标准大气压（1atm）、温 度为0、相对湿度为0的状态称为标准状态，这时空 气的密度是1.293 kg/m3。而在矿井通风学中，把压力 为1标准大气压（1atm）、温度为20、相对湿度为 60%的状态称为标准状态，这时空气的密度是 1.2kg/m3

3、，矿井通风工程中，所有参数都要换算成这 一标准状态下进行计算。 5 （二）风流的能量与压力 1. 静压能静压 空气分子作无规则的热运动时所具有的分子动能中一部分转 化为能够对外做功的机械能叫静压能，用EP表示（J/ m3）。 空气分子撞击到器壁上，就会有力的效应，这种单位面积上的 力的效应称为静压力，简称静压，以P表示，单位为N/m2，即 Pa。在矿井通风学中，压力的概念与物理学中的压强相同，即 单位面积上受到的垂直作用力，静压力即为单位体积空气的静 压能。 静压的特点： 无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力； 风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面； 风流静压的大小（可以用仪表测量）

4、反映了单位体积风流所具 有的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为 101332Pa，则指风流1m3风流具有101332J的静压能。 6 （二）风流的能量与压力 2. 重力位能 物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置不同而具有 的一种能量称为重力位能，用EPO表示。重力位能是一个相对概 念，其计算应有一个参照基准。所以没有“位压”这一概念。 位能的特点： 位能是相对某一基准面而具有的能量，它随所选基准面的变化而 变化。但位能差为定值。 位能是一种潜在的能量，它在本处对外无力的效应，即不呈现压 力，故不能象静压那样用仪表进行直接测量。 位能和静压能可以相互转化，在进行能量转化时遵循能

5、量守恒定 律。 7 （二）风流的能量与压力 3. 动能动压 单位体积流体作宏观运动（即定向流动）时所具有的那部分能量 称为动能，用Ev表示，单位为J/ m3，其动能转化所显现的压力 称为动压或速压。 通常情况下，以某断面平均速压来研究井巷空气流动规律。 动压的特点： 只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。 动压总是大于零。垂直流动方向的作用面所承受的动压最大（即 流动方向上的动压真值）；当作用面与流动方向有夹角时，其感 受到的动压值将小于动压真值。 在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相 等，所以其动压值不等。 某断面动压即为该断面平均风速计算值。 8 （三）风

6、流点压力及其相互关系 1.概念 风流点压力是指某测点单位体积空气所具有的总能 量，即压力。它包括静压能、动压能、位能，其中风流 的静压和动压之和称为全压。相对于绝对真空的压力称 为绝对压力，相对于当时当地大气压力的压力称为相对 压力。 Pt=Ps+hv ht=Pt-P0 hs=Ps-P0 9 （三）风流点压力及其相互关系 2.关系 在抽出段： hs=Ps-P0= P0-Ps ht=Pt-P0=Ps+ hv -P0 = P0-Pt=P0-（Ps+ hv）= hs- hv 在压入段： hs=Ps-P0= Ps-P0 ht=Pt-P0= Ps+ hv -P0 = Pt-P0=Ps+ hv-P0= h

7、s+ hv 10 （三）风流点压力及其相互关系 11 （四）矿井通风能量方程 12 （四）矿井通风能量方程 3关于能量方程使用的几点说明 意义：表示1m3空气由1断面流向2断面的过程中所消耗 的能量（通风阻力），等于流经1、2断面间空气总机械能 （静压能、动压能和位能）的变化量。 风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变 化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。 风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的 地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来 进行，而不能只看其中的某一项。如不知风流方向，列能 量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的能量损失（ 通风阻力）为正

8、，说明假设的风流方向正确；如果为负， 则风流方与假设的相反。 13 （四）矿井通风能量方程 3关于能量方程使用的几点说明 正确选择求位能时的基准面。gm（Z1-Z2）是1、2断面的位能差 。当1、2 断面的标高差较大的情况下，该项数值在方程中往往占有 很大的比重，必须准确测算。其中，关键是平均密度m的计算及基 准面的选取。m的测算原则是：取测段之间的最低标高作为基准面 ，将12测段分为若干段，计算各测定断面的空气密度（测定 P、t 、），求其几何平均值。 在始、末断面间有压源时，若压源的作用方向与风流的方向一致， 则压源为正，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，则压源为 负，压源成为通风阻力

9、。 应用能量方程时要注意各项单位的一致性，必须使用国际单位。 14 （五）井巷通风阻力 1摩擦阻力 风流在井巷中做沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流 体与井巷壁间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力。 称为井巷的摩擦阻力系数，与井巷的相对糙度和空气密度有关 ，单位为 Ns2/m4=kg/m3;习惯上，在矿井通风工程中，将大气压 力为0.1013MPa，温度为t=20，相对湿度为 60%的状态称为标 准状态，在标准状态下空气密度为1.2kg/m3 ,此时井巷的摩擦阻力 系数称为标准值，记为0,当井巷中空气密度为 时： 15 （五）井巷通风阻力 2局部阻力 风流在运动过程中，由于井巷断面、方向变化以及分

10、岔 或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而遭到破 坏，从而引起风流速度场分布变化并产生涡流，导致风流 的能量损失，这种阻力称为局部阻力。 在实测井巷通风阻力时，一般都将局部阻力包含在摩擦阻力当中 ，不另行计算，但局部阻力比较明显时，只考虑局部阻力。 16 （五）井巷通风阻力 3矿井总风阻 井巷通风系统中，风流一般都处于完全紊流状态，摩擦阻力与局 部阻力均与风量的平方成正比，对于特定井巷，当空气密度不变时 ，其风阻R值基本上为定值。在矿井通风系统中，地面大气从进风 井进入井下，沿井巷流动，直到风硐由主要通风机排出，沿途要克 服各段井巷的通风阻力。从进风井口到主要通风机入口，把顺序连 接的各

11、段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力HR。若 矿井在该主要通风机负责的这一系统中总风量为Q，则本系统的总 风阻R= HR/Q2。 显然，R是反映矿井通风难易程度的一个指标，R值越大，矿井 通风越困难，反之则较容易。对于矿井某一个通风系统，其总风阻 受风网结构、井巷风阻、风量分配等多种因素影响。 17 （五）井巷通风阻力 4等积孔 习惯上，常用矿井等积孔来形象地描述矿井通风难易 程度。假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A （m2）的孔口，当孔口通过的风量等于矿井风量Q，而孔 口两侧的风压差等于该矿井通风系统的总阻力HR时，则 称该矿井通风系统的等积孔为A（ m2 ）。A与、R、

12、Q存 在下列关系： 显然，A值越大，表明R值越小，矿井通风越容易，反之越难。 矿井通风系统等积孔是针对某一风机负责的通风系统而言的，计算 时，是从进风井经井下系统至该风机入口的总通风阻力，风量Q应 是该风机所负责通风的井下总回风量（不应该包含风机房附近的地 面漏风量）。 18 （六）矿井通风动力 1概念 克服矿井通风阻力的能量或压力，称为通风动力。通风 机提供的机械风压和由于通风回路中各井巷空气密度不同 而形成的自然风压都是矿井通风动力。 2.关系 通风机装置全压是通风机装置对空气作功时消耗于每1空气的能 量。在抽出式矿井中，存在以下关系： Hft通风机装置的全压，Pa； Hfs通风机装置的静

13、压，Pa； hv通风机扩散器出口速压，Pa； HN矿井通风系统的自然风压; Nft、Nfs 通风机装置全压功率 和静压功率 19 （六）矿井通风动力 3风机房水柱计的含义 在抽出式矿井中，通常在风机入风口断面2布置测压管 ，通过U型水柱计测量该断面风流的绝对静压与风硐外大 气压P0的差值，水柱计读数hs2即是该断面风流的相对静 压，设断面2的平均风速为v，则: hv2水柱计承压口断面的平均动压，Pa； Hfs通风机装置的静压，Pa； HR矿井通风系统的总阻力，Pa； HN矿井通风系统的自然风压; 由于矿井自然风压、风机入风口断面风流的平均动压的数值一般都 比较小，有时可认为风机房水柱计读数近似

14、等于矿井通风阻力。 20 （六）矿井通风动力 3风机房水柱计的含义 通过风柱房水柱计读数可监视矿井通风的基本情况，当突然缩小 时，表明井下主要风门已打开，出现了风流短路，如果突然减小接 近0，表明风机房附近地面风门被打开（防爆门或检查门）。若突 然增大，说明井下主要巷道出现了冒顶或风硐内闸门已掉下，另外 ，井下发生瓦斯爆炸或明火火灾时，风机房水柱计读数也会发生较 大幅度的变化，因此，主要通风机房必须安设水柱计，作为通风管 理的重要参考依据。 在抽出式通风的矿井中，为减少风机出口的动能损失，必须安装 扩散器。通常将外接扩散器看作通风机装置的组成部分，总称为通 风机装置，通风机装置的全压为扩散器出

15、口与风机入口两断面间风 流的全压之差。 21 （六）矿井通风动力 4关于自然风压的计算 （在5号点装风机） 22 （七）通风网路中风量分配 23 （八）通风机特性曲线图 24 二、通风阻力测定 （一）测定原理及方法 1.气压计法：在同一时间测定1、2两点的所有参数， 求hr1-2。 2.压差计法：用压差计结合胶皮管，测定1、2两断面之 间的势能差，求hr1-2。 25 （一）测定原理及方法 1.气压计法：在同一时间测定1、2两点的所有参数， 求hr1-2。 （1）同步法：在同一时刻，分别测定1、2两断面的参数。 （2）基点法：即在井下某固定地点用两台精密气压计在同一时 刻读取风流的绝对静压，然后将仪器同时打入“压差”位置，其 中一台仪器在基点每隔5分钟读一次数据，记录基点压力的变 化情况，用另一台仪器测定各测点与基点风流的静压差，同时 准确记录测定时间，以便校正。 26 （一）测定原理及方法 （2）基点法：1号仪器在基点每隔5min读一次数据，记录基点压 力的变化情况，2号仪器测定各测点与基点风流的静压差。 实际上，可以将2号仪器在井下每一点测的数值都换算成两台