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1、2020 3 3 1 第二章矿井风流的基本性质 郝文阁 2020 3 3 2 实现矿井通风效果的物质载体是输送到井下巷道和采场的流动气体 为了客观评价气流品质和准确认识风流特征及作用 有必要首先熟悉矿井风流的基本性质 风流的流动特性和运动型式 2020 3 3 3 概述 矿井空气的物理参量及其测定矿井风流的流动状态与运动型式 2020 3 3 4 2 1矿井空气的物理参量及其测定 2 1 1矿井空气密度及计算 2020 3 3 5 2020 3 3 6 2 1 2矿井空气压力及其计算1 空气压力流动空气的压力可通过静压 动压和全压三种方式加以描述 1 空气静压空气质团具有向周围空间扩张的特性
2、当这种扩张受到限制时 气体就显现出沿各个方向挤压的属性 将单位面积受到的这种推力称为空气具有的静压 大气的压力是地面的静止空气的静压力 其值为单位面积空气柱的重力 因此 不同海拔高度处的空气的静压力时不相等的 表2 1不同海拔高度处的大气压力 2020 3 3 7 2020 3 3 8 当然 随着矿井深度的延伸 空气静压力也会相应的增加 大致每增加深100m 压力增加1 2 1 3kpa 气体的绝对压力是以真空状态的绝对零压为基准度量的静压 绝对压力恒为正值 标记为Ps 相对压力则是以当地大气压力P0为基准度量的压力 用Hs标记 数值上的等于绝对静压与大气压力的差值 相对静压可能是正值 负值或
3、零 井下空气的静压还受测压点气流速度及矿井通风方式的影响 其值可能等于或低于当地大气压 2020 3 3 9 2020 3 3 10 2020 3 3 11 2 空气压力的测定 1 空气绝对压力的测定a 水银气压计 主要放置于室内用于气压计的标定 水银槽及上部的玻璃管装有纯净水银 玻璃管上端为真空 水银槽受到的压力不同 水银玻璃管中的水银柱高度就不同 具体使用方法参照仪表的说明书 b 空盒气压计 因其携带方便 常用于井下绝对压力的测量 利用大气压力对盒面的压力作用 带动盒内的传动杠杆驱使指示转动 视其转动幅度读取大气压力值 2020 3 3 12 图2 1水银气压计 2020 3 3 13 图
4、2 2空盒气压计 2020 3 3 14 2 相对压力的测定U型压差计 透明的U型管中装有蒸镏水 U型管两个管口接有空心塑料管 U型管中两个液面的高度差即为两个塑料管口处的空气压力差值 3 动压的测定动压测定时 可将皮托管的两个接口与U型压差计相连 皮托管测量头正对风流流向 内管孔眼接受风流的全压 测量管上侧壁孔眼与外管相通 由于孔眼与风流流向相垂直 因此只能接受静压力 这样与内管和外管相连的U型管上的液面之差就是全压与静压的差值 即为风流的动压 2020 3 3 15 图2 3U型压差计图2 4皮托管 2020 3 3 16 2 1 3空气温度1 绝对温度2 矿井内空气温度变化特征由于地下岩
5、石的储热能力较空气大很多 井下岩石的温度随季节的变化就不如地表空气那样显著 因此 从地表送入井下的空气将会与沿途中接触的岩石壁进行温度差造成的对流换热 加之水气交换的潜热传递和空气压力的变化都会引起井下风流的温度与地表空气存在明显的不同 一般冬季井下空气要高于地表空气温度 夏季则相反 井下空气低于地表空气温度 2020 3 3 17 2 1 4空气湿度及其测定1 空气湿度 1 绝对湿度单位体积或单位质量湿空气中所含有的水蒸气质量数 fa g m 3或g kg 2 饱和湿度单位体积或质量在某一温度和压力下所能含有的最大水蒸汽量 fs 3 相对湿度实际空气含有的水蒸气质量与同一温度和压力条件下的饱
6、和空气的含湿度之比 2020 3 3 18 4 井下空气湿度的变化特征冬季井上空气温度低 空气较为干燥 进入井巷后 吸收井巷中的水分 夏季空气进入井巷后 随着温度巷的下降 空气中的水分容易向井巷壁面上冷凝 因此 进风巷道往往出现冬干 夏湿的现象 2 空气湿度的测定用干湿温度计构成温度计测量相对湿度的原理是利用干湿温度计相对于温度水蒸发带走的热量较小 其温度值较湿温度计要高的现象 通过读取二者的温度差 再查表确定该温度下空气的相对湿度 2020 3 3 19 2 1 5矿井风流速度及其测定 2020 3 3 20 图2 5巷道中风流速度分布 2020 3 3 21 图2 6翼式风表 2020 3
7、 3 22 2 风速测定 1 风表测风速 井下常用杯式或翼式风表直接测定风速 杯式适用测 10m s的风速 翼式适宜测0 5 10m s的风速 二者测速原理相似 利用风流吹动叶轮带动指针旋转 由指针读数和测速时间 算出表速 再由校正曲线确定实际风速 测定时 先调零 待叶轮转动稳定后 打开启动开关 记录1 2min时间 关闭开关 读取指针数 由指针数和指针转动时间 算表速N 再换算成实际风速v 风表可以测定一点的风速 也可以手持风表在巷道断面上按一定路线均匀移动风表 使移动路线尽量涵盖整个断面 依人与表的空间相对位置关系 分为迎面法和侧面法 2020 3 3 23 图2 9风表移动线路 2020
8、 3 3 24 2020 3 3 25 2 2矿井风流的流动状态与运动型式 2 2 1流动状态 2020 3 3 26 2 2 2运动型式矿内风流的运动型式指的是风流在不同类型井巷空间的运动方式 其中一种为在井巷及管道边界限制下气流运动 巷道型风流 另一种为气流在相对空间较大 边界对气流的限制不明显的大空间诸如采场中的气流运动型式 硐室风流 巷道型风流的排烟原理如图2 10 随着气流的向前推移 炮烟被向前运移的同时 炮烟区的形状也逐渐发生变形 通过紊流的运移和变形将炮烟吹出与稀释 使断面的平均浓度逐步降低 2020 3 3 27 2020 3 3 28 2020 3 3 29 2020 3 3 30 本章要求熟练掌握井下风流的主要物理参数和变化特征 熟练掌握相关压力的测定方法 理解两种风流运动型式的排烟原理
