井巷通风阻力

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1、目录井巷通风阻力Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望目录第一节第一节 井巷断面上的风速分布井巷断面上的风速分布第二节第二节 摩擦风阻与阻力摩擦风阻与阻力第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力第四节第四节 矿井总风阻与矿井等积孔矿井总风阻与矿井等积孔第五节第五节 降低矿井通风阻力的措施降低矿井通风阻力的措施目录1 1、上一章内容回顾、上一章内容回顾 1)1)、上次课所讲的主要内容、上次课所讲的主要内容 空气的物理性：温度、密度（比容）、重度空气的物理性：温度、密度（比容

2、）、重度( (重率重率) )、湿度、湿度( (绝对湿度、绝对湿度、相对湿度、含湿量相对湿度、含湿量) )、压力（压强）、粘性、焓、风流的点压力及其相互、压力（压强）、粘性、焓、风流的点压力及其相互关系、矿井通风能量方程关系、矿井通风能量方程( (空气流动连续性方程、单位质量流量能量方程、空气流动连续性方程、单位质量流量能量方程、单位体积流量能量方程单位体积流量能量方程) )及通风能量（压力）坡度线。及通风能量（压力）坡度线。 2)2)、能解决的实际问题、能解决的实际问题 （1 1）密度的计算）密度的计算 （2 2）点压力的测定）点压力的测定 （3 3）矿井通风阻力的计算）矿井通风阻力的计算 （

3、4 4） 矿井能量压力坡度线的画法，从图形上直观地看出空气在流动矿井能量压力坡度线的画法，从图形上直观地看出空气在流动过程中能量（压力）沿程变化规律。过程中能量（压力）沿程变化规律。 （5 5）风流方向的判断）风流方向的判断目录2 2、本章的重点：、本章的重点： 井井巷巷断断面面的的风风速速分分布布，摩摩擦擦阻阻力力系系数数、摩摩擦擦风风阻阻及及阻阻力力计计算算，尼尼古古拉拉兹兹实实验验，矿矿井井局局部部阻阻力力系系数数、局局部部风风阻阻与与阻阻力力，矿矿井井总总风风阻阻与与等等积积孔孔、降降低低矿井通风阻力的措施。矿井通风阻力的措施。3 3、本章的难点：、本章的难点： 正确查算摩擦阻力系数正

4、确查算摩擦阻力系数值值 正确计算局部阻力系数正确计算局部阻力系数值值 4 4、本章的思考题、本章的思考题 (1) (1)对于给定的井巷，摩擦风阻对于给定的井巷，摩擦风阻R Rf f=const=const，为什么？，为什么？ (2) (2)摩擦阻力摩擦阻力与与摩擦风阻摩擦风阻有何不同？有何不同？ (3) (3)矿井风量与摩擦阻力有何关系，从降低摩擦阻力的角度，应如何矿井风量与摩擦阻力有何关系，从降低摩擦阻力的角度，应如何控制控制风量风量？局部阻力是如何产生的？局部阻力是如何产生的？ (4) (4)目前所用目前所用等积孔等积孔的计算方法、分级标准有什么不足之处？的计算方法、分级标准有什么不足之处

5、？ (5) (5)结合矿井实际，如何结合矿井实际，如何降低降低矿井通风阻力？如何降低局部阻力？矿井通风阻力？如何降低局部阻力？ (6) (6)如何正确如何正确合理评价合理评价矿井通风难易程度？矿井通风难易程度？目录第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力 当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。井的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力( (也称为沿程阻力也称为沿程阻力)

6、)和局部阻力。和局部阻力。第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布 一、风流流态一、风流流态 1 1、管道流、管道流 同同一一流流体体在在同同一一管管道道中中流流动动时时，不不同同的的流流速速，会会形形成成不不同同的的流流动动状状态态。当当流流速速较较低低时时，流流体体质质点点互互不不混混杂杂，沿沿着着与与管管轴轴平平行行的的方方向向作作层层状状运运动动，称称为为层层流流( (或或滞滞流流) )。当当流流速速较较大大时时，流流体体质质点点的的运运动动速速度度在在大大小小和和方方向向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流紊流(

7、(或湍流或湍流) )。 （）雷诺数（）雷诺数Re Re 式中：平均流速式中：平均流速v v、管道直径、管道直径d d和流体的运动粘性系数和流体的运动粘性系数 。当空气温度为150C 时， =14.4x10-6 m2/s。目录雷诺实验示意图雷诺实验示意图实验表明：实验表明： Re2320 层流层流（下临界雷诺数）（下临界雷诺数） Re4000 紊流紊流（上临界雷诺数）（上临界雷诺数） 中间为中间为过渡区过渡区。 实际工程计算中，为简便起见，通常用实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2300Re=2300来来判断管路流动的流态。判断管路流动的流态。 Re Re2300 2300 层流，层流，

8、ReRe2300 2300 紊流紊流目录 （）当量直径（）当量直径 对于非圆形断面的井巷，对于非圆形断面的井巷，ReRe数中的管道直径数中的管道直径d d应以井巷断面的当量直应以井巷断面的当量直径径dede来表示：来表示： 因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示： 对于不同形状的井巷断面，其周长对于不同形状的井巷断面，其周长U U与断面积与断面积S S的关系，可用下式表示：的关系，可用下式表示： 式式中中：C C断断面面形形状状系系数数：梯梯形形C C=4.16=4.16；三三心心拱拱C C=4.10=4.10；半半圆圆拱拱C C=3.84=3.84

9、；圆形拱；圆形拱C C=3.54=3.54 。 目录例：例：某梯形巷道，采用工字钢支护，断面某梯形巷道，采用工字钢支护，断面S=9mS=9m2 2，巷道中风量为，巷道中风量为Q=240mQ=240m3 3/min/min，试判别，试判别风流流态风流流态。 解：解： 故巷道中故巷道中风流为紊流风流为紊流。例：例：巷道条件同前，求相应于巷道条件同前，求相应于ReRe23002300时的层流临界风速。时的层流临界风速。 解：解： 规程规定，井巷中规程规定，井巷中最低允许风速为最低允许风速为0.15m/s0.15m/s，由此可见，矿井内所由此可见，矿井内所有通风井巷中的风流均呈有通风井巷中的风流均呈紊

10、流状态紊流状态。只有在。只有在采区冒落带，煤岩柱裂隙采区冒落带，煤岩柱裂隙中中的漏风风流才有可能出现的漏风风流才有可能出现层流状态层流状态，用，用孔隙介质流孔隙介质流来判断。来判断。 目录2 2、孔隙介质流、孔隙介质流 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为： 式中：式中：KK冒落带渗流系数，冒落带渗流系数，m m2 2；ll滤流带粗糙度系数，滤流带粗糙度系数，m m。 层流，层流，R Re e0.250.25； 紊流，紊流，R Re e2.52.5； 过渡流过渡流 0.25 0.25R Re e2.5，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中

11、，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故故ReRe对对值的影响极小值的影响极小，略去不计，相对糙度成为，略去不计，相对糙度成为的唯一影响因的唯一影响因素。故在该区段，素。故在该区段，与与ReRe无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：尼古拉兹公式： 区区层层流流区区。当当ReRe2320(2320(即即lgRelgRe3.36)3.36)时时，不不论论管管道道粗粗糙糙度度如如何何，其其实实验验结结果果都都集集中中分分布布于于直直线线上上。这这表表明明与与相相对对糙糙度度/r/r无关

12、，只与无关，只与ReRe有关，且有关，且=64/=64/ReRe。与相对粗糙度无关与相对粗糙度无关区区过渡流区过渡流区。23202320ReRe4000(4000(即即3.36lg3.36lgReRe3.6)3.6)，在，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段所有的实验点几乎都集中在线段上。上。随随ReRe增大而增大，与相增大而增大，与相对糙度无明显关系。对糙度无明显关系。区区水力光滑管区水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态( (R

13、eRe4000)4000)，但，但在一定的雷诺数下，在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度当层流边层的厚度大于管道的绝大于管道的绝对糙度对糙度（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线上，表明上，表明与与仍然无关，而只与仍然无关，而只与ReRe有关有关。随着。随着ReRe的增大，相对糙度大的管道，实的增大，相对糙度大的管道，实验点在较低验点在较低ReRe时就偏离直线时就偏离直线，而相对糙度小的管道要在，而相对糙度小的管道要在ReRe较大时才偏较大时才偏离直线离直线。结论分析：结论分析：I区目录2 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时，

14、从理论上可以导出摩擦阻力计算式：当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式： = = 可得圆管层流时的沿程阻力系数：可得圆管层流时的沿程阻力系数： 古古拉拉兹兹实实验验所所得得到到的的层层流流时时与与ReRe的的关关系系，与与理理论论分分析析得得到到的的关关系系完完全全相相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。同，理论与实验的正确性得到相互的验证。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。层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 对对于于紊紊流流运运动动，=f =f (Re(Re，/r)/r)，关关系系比比较较复复杂杂。用用当当量量直直径径de

15、de=4=4S S/ /U U代代替替d d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：目录二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1 1摩擦阻力系数摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的矿井中大多数通风井巷风流的ReRe值已进入阻力平方区，值已进入阻力平方区，值只与相值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则可视为定值；在标准状态下空气密度可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。 对上式，对上式，

16、令：令： 称为摩擦阻力系数称为摩擦阻力系数，单位为，单位为 kg/mkg/m3 3 或或 N.s N.s2 2/m/m4 4。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 标准摩擦阻力系数：标准摩擦阻力系数： 通过大量实验和实测所得的、在标准状态（通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）条件下的）条件下的井巷的摩擦阻力系数，井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值即所谓标准值0 0值值，当井巷中空气密度，当井巷中空气密度1.2kg/m1.2kg/m3 3时，其时，其值应进行修正：值应进行修正： = = 0 0 /1.

17、2/1.2目录 由于井巷由于井巷断面大小断面大小、支护形式及支架规格支护形式及支架规格的多样性，不的多样性，不同井巷的同井巷的相对糙度相对糙度差别很大。差别很大。对于砌碹和锚喷巷道对于砌碹和锚喷巷道，壁面租糙，壁面租糙度可用尼古拉兹实验的度可用尼古拉兹实验的相对糙度相对糙度概念来比拟，只考虑横断面方概念来比拟，只考虑横断面方向的相对糙度。但对于用向的相对糙度。但对于用木棚子、工字钢、木棚子、工字钢、u u型钢和砼棚型钢和砼棚等支等支护的巷道，还要用护的巷道，还要用支架间距支架间距( (棚距棚距)L)L与文拄的直径或纵向厚度与文拄的直径或纵向厚度d d。之比之比，即，即支架的纵口径支架的纵口径来

18、表示巷道的轴向相对糙度，这是因来表示巷道的轴向相对糙度，这是因为，当巷道横断面方向的相对糙度一定时，摩擦阻力系数随纵为，当巷道横断面方向的相对糙度一定时，摩擦阻力系数随纵口径的不同而产生较大变化。口径的不同而产生较大变化。目录123456789101112131415681012141618v=6m/s; Re=146000v=14m/s;Re=340000目录2 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f 对对于于已已给给定定的的井井巷巷，L L、U U、S S都都为为已已知知数数，故故可可把把上上式式中中的的、L L、U U、S S 归结为一个参数归结为一个参数R Rf f： R Rf f 称为巷道的

19、摩擦风阻，其单位为：称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/mkg/m7 7 或或 N.s N.s2 2/m/m8 8。 R Rf ff f ( ( ,S,U,L),S,U,L) 。在在正正常常条条件件下下当当某某一一段段井井巷巷中中的的空空气气密密度度一般变化不大时，可将一般变化不大时，可将R R f f 看作是反映井巷几何特征的参数。看作是反映井巷几何特征的参数。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 此式就是完全紊流此式就是完全紊流( (进入阻力平方区进入阻力平方区) )下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻

20、力计算方法 新建矿井：查表得新建矿井：查表得0 0 R Rf f h hf f 生产矿井：生产矿井：h hf f R Rf f 0 0 目录例例题题3-33-3某某设设计计巷巷道道为为梯梯形形断断面面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采采用用工工字字钢钢棚棚支支护护，支支架架截截面面高高度度d d0 0=14cm=14cm，纵纵口口径径=5=5，计计划划通通过过风风量量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，预预计计巷巷道中空气密度道中空气密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求该段巷道的通风阻力。，求该段巷道的通风阻力。解解 根据所给的根据所给

21、的d d0 0、S S值，由附录值，由附录4 4附表附表4-44-4查得查得: : 0 0 =284.210=284.2104 40.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 2/m/m4 4则：巷道实际摩擦阻力系数则：巷道实际摩擦阻力系数 Ns Ns2 2m m4 4巷道摩擦风阻巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力目录 规程：规程： 新井投产前必须进行新井投产前必须进行1 1次矿井通风次矿井通风阻力测定，以后阻力测定，以后每每3 3年年至少进行至少进行1 1次。矿井转次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。重新进行

22、矿井通风阻力测定。 目录四、生产矿井一段巷道阻力测定四、生产矿井一段巷道阻力测定 测定路线的选择依据的原则测定路线的选择依据的原则 在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为主测定路线；面的主风流风路作为主测定路线； 选择路线较长且包括有较多井巷类型和支护形式选择路线较长且包括有较多井巷类型和支护形式的线路作为主测定线路；的线路作为主测定线路； 选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为主测定线路。路作为主测定线路。目录1 1、压差计法压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点

23、间的用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。势能差，需通过实际测定。 1 1）布置方式及连接方法）布置方式及连接方法z1z2目录）阻力计算）阻力计算 压差计压差计“”感受的压力：感受的压力： 压差计压差计“”感受的压力：感受的压力： 故压差计所示测值：故压差计所

24、示测值： 设设 且与且与1 1、2 2断面间巷道中空气平均断面间巷道中空气平均 密度相等，则：密度相等，则： 式中：式中：Z Z1212为为1 1、2 2断面高差，断面高差，h h 值即为值即为1 1、2 2两断面压能与位能和的差两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则值。根据能量方程，则1 1、2 2巷道段的通风阻力巷道段的通风阻力h hR R1212为：为： 把压差计放在把压差计放在1 1、2 2断面之间，测值是否变化？断面之间，测值是否变化？目录2 2、气压计法、气压计法 由能量方程：由能量方程：h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+()+( 1 1v v1 12 2/

25、2- /2- 2 2v v2 22 2/2/2)+ )+ m12m12gZgZ1212 用用精密气压计精密气压计分别测得分别测得1 1，2 2断面的静压断面的静压P P1 1，P P2 2 用干用干湿球温度计湿球温度计测得测得t t1 1,t,t2 2,t,t1 1,t,t2 2,和和 1 1, , 2 2，进而计算，进而计算 1 1， 2 2 用用风表风表测定测定1 1，2 2断面的风速断面的风速v1,v2v1,v2。 m12m12为为1 1，2 2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值；差大，则有加权平均值； Z

26、 Z121211，2 2断面高差，从断面高差，从采掘工程平面图采掘工程平面图查得。查得。目录 测试方法：测试方法： (1) (1)两点同时法两点同时法 在一条分支巷道的在一条分支巷道的两端用两台精密气压计同时读数两端用两台精密气压计同时读数，从而减少了因气，从而减少了因气压波动、罐笼提升、矿车运行和风门启闭等动态因素的影响，提高了测定压波动、罐笼提升、矿车运行和风门启闭等动态因素的影响，提高了测定数据的可靠性，适用于数据的可靠性，适用于测定时间长、要求精度高、矿井通风网络复杂测定时间长、要求精度高、矿井通风网络复杂的矿的矿井。井。 (2) (2)基点法基点法 一台仪器一台仪器( (作为基准仪作

27、为基准仪) )在井底车场监视大气压变化，另一台仪器到各在井底车场监视大气压变化，另一台仪器到各个测点进行读数，根据基点的仪器读值进行修正。适用于个测点进行读数，根据基点的仪器读值进行修正。适用于测定时间短、矿测定时间短、矿井通风网络简单井通风网络简单的矿井。的矿井。 计算公式：计算公式： 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目录第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力 由由于于井井巷巷断断面面、方方向向变变化化以以及及分分岔岔或或汇汇

28、合合等等原原因因，使使均均匀匀流流动动在在局局部部地地区区受受到到影影响响而而破破坏坏，从从而而引引起起风风流流速速度度场场分分布布变变化化和和产产生生涡涡流流等等，造造成成风风流流的的能能量量损损失失，这这种种阻阻力力称称为为局局部部阻阻力力。 由由于于局局部部阻阻力力所所产产生生风风流流速速度度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。一、局部阻力及其计算一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力和摩擦阻力类似，局部阻力h hl l一般也用动压的倍数来表示：一般也用动压的倍数来表示： 式中：式中：局部阻力系数，无

29、因次。局部阻力系数，无因次。 计算局部阻力计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,v=Q/S,当当确定后，便可确定后，便可用用 目录1)1)层流层流 实验表明：在层流条件下，流体经过局部阻力物后，仍保持层流，局实验表明：在层流条件下，流体经过局部阻力物后，仍保持层流，局部阻力仍是由流层之间的粘性切应力引起的，只是部阻力仍是由流层之间的粘性切应力引起的，只是由于边壁变化；使流由于边壁变化；使流速重新分布，加强了相邻流层间的相对运动，而增加了局部能量损失速重新分布，加强了相邻流层间的相对运动，而增加了局部能量损失。此时，局部阻力系数与此时，局部阻力系数与Re

30、Re成反比，即：成反比，即： 式中：式中：BB因局部阻力物形式不同而异的常数。因局部阻力物形式不同而异的常数。2)2)紊流紊流 局部阻力物影响而仍能保持层流者，只有在局部阻力物影响而仍能保持层流者，只有在Re2000Re2000时才有可能，在矿时才有可能，在矿井通风井巷中的很少见的，所以井通风井巷中的很少见的，所以重点讨论紊流时产生局部阻力重点讨论紊流时产生局部阻力。 为了探讨局部阻力成因，现分析几种典型局部阻力物附近的流动情况。为了探讨局部阻力成因，现分析几种典型局部阻力物附近的流动情况。目录几种常见的局部阻力产生的类型：几种常见的局部阻力产生的类型：、突变、突变 紊流通过突变部分时，由于惯

31、性作用，出现主流与边壁脱离的现紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变、渐变 渐扩段渐扩段主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为生涡漩。因为 V hV hv v p p ，压差的作用，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 0, 在在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，涡漩。这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反

32、的流动，涡漩。 渐缩段渐缩段? ? 目录、转弯处、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。压，出现涡漩。、分岔与会合、分岔与会合 上述的综合。上述的综合。 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。能量损失愈多，局部阻力愈大。目录二、局部阻力系数和局部风阻二、局部阻力系数和局部风阻( (一一) ) 局部阻力系数局部阻力系数 紊紊流流局局部部阻阻力力系系数数一一般般主主要要取取决决于于局局部部阻阻力力物物的的形形状状，而而边边壁壁的的粗粗糙程

33、度为次要因素。糙程度为次要因素。1 1突然扩大突然扩大或或式中：式中： v v1 1、v v2 2分别为小断面和大断面的平均流速，分别为小断面和大断面的平均流速，m/sm/s； S S1 1、S S2 2分别为小断面和大断面的面积，分别为小断面和大断面的面积，m m； m m空气平均密度，空气平均密度，kg/mkg/m3 3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 目录2 2突然缩小突然缩小对应于对应于小断面的动压小断面的动压 ，值可按下式计算：值可按下式计算： 3 3逐渐扩大逐渐扩大 逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦逐渐扩大的局部阻力比突然

34、扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。损失和扩张损失两部分组成。 当当2020时，渐扩段的局部阻力系数时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：可用下式求算：式中式中 风道的摩擦阻力系数，风道的摩擦阻力系数，NsNs2 2/m/m4 4； n n风道大、小断面积之比，即风道大、小断面积之比，即2 21 1； 扩张角。扩张角。 目录4 4转弯转弯巷道转弯时的局部阻力系数巷道转弯时的局部阻力系数( (考虑巷道粗糙程度考虑巷道粗糙程度) )可按下式计算：可按下式计算：当巷高与巷宽之比当巷高与巷宽之比H H/ /b b=0.2=0.21.01.0 时，时， 当当 H H/ /b b=

35、1=12.52.5 时时 式中式中 0 0假定边壁完全光滑时，假定边壁完全光滑时，9090转弯的局部阻力系数，其值见转弯的局部阻力系数，其值见表表3-3-13-3-1； 巷道的摩擦阻力系数，巷道的摩擦阻力系数，N.sN.s2 2/m/m4 4； 巷道转弯角度影响系数，见表巷道转弯角度影响系数，见表3-3-23-3-2。 目录5 5风流分叉与汇合风流分叉与汇合1) 1) 风流分叉风流分叉 典典型型的的分分叉叉巷巷道道如如图图所所示示，1 12 2段段的的局局部部阻阻力力h hl l2 2和和1 13 3段段的的局局部部阻阻力力h hl l3 3分别用下式计算：分别用下式计算：2) 2) 风流汇合

36、风流汇合 如图所示，如图所示，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分别按下式计算：分别按下式计算： 式中：式中：1223123目录( (二二) ) 局部风阻局部风阻在局部阻力计算式中，令在局部阻力计算式中，令 ， 则有：则有： 式中式中R Rl l称为局部风阻，其单位为称为局部风阻，其单位为N.sN.s2 2/m/m8 8或或kg/mkg/m7 7。 此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比目录第四节第四节 矿井总风阻与矿井等积孔矿井总风阻与矿井等积孔 一、井巷阻力特性一

37、、井巷阻力特性 在在紊紊流流条条件件下下，摩摩擦擦阻阻力力和和局局部部阻阻力力均均与与风风量量的的平平方方成成正正比比。故故可写成一般形式：可写成一般形式：h hRQRQ2 2 Pa Pa 。 对对于于特特定定井井巷巷，R R为为定定值值。用用纵纵坐坐标标表表示示通通风风阻阻力力( (或或压压力力) )，横横坐坐标标表表示示通通过过风风量量，当当风风阻阻为为R R时时，则则每每一一风风量量Q Qi i值值，便便有有一一阻阻力力h hi i值值与与之之对对应应，根根据据坐坐标标点点（Q Qi i,h,hi i）即即可可画画出出一一条条抛抛物物线线。这这条条曲线就叫该井巷的曲线就叫该井巷的阻力特性

38、曲线阻力特性曲线。风阻。风阻R R越大，曲线越陡。越大，曲线越陡。QhR目录二、矿井总风阻二、矿井总风阻 从从入入风风井井口口到到主主要要通通风风机机入入口口，把把顺顺序序连连接接的的各各段段井井巷巷的的通通风风阻阻力力累累加起来，就得到矿井通风总阻力加起来，就得到矿井通风总阻力h hRmRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。，这就是井巷通风阻力的叠加原则。 已知矿井通风总阻力已知矿井通风总阻力h hRmRm和矿井总风量和矿井总风量Q Q，即可求得矿井总风阻：，即可求得矿井总风阻： N.s N.s2 2/m/m8 8 R Rm m是反映矿井通风难易程度的一个指标。是反映矿井通风难易程度的一个指标

39、。R Rm m越大，矿井通风越困难；越大，矿井通风越困难；三、矿井等积孔三、矿井等积孔 我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。 假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为 A A(m(m2 2) )的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量， 且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则 孔口面积孔口面积A A称为该矿井的等积孔。称为该矿井的等积孔。AIIIP2,v2P1,v1目录设风流从设风流从I III II，且无能量损

40、失，且无能量损失， 则有：则有：得：得： 风流收缩处断面面积风流收缩处断面面积A A2 2与孔口面积与孔口面积A A之比称为之比称为收缩系数收缩系数，由水力学可，由水力学可知，一般知，一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65=0.65A A。则。则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，则：，则： 因因R Rm m= =h hm m2 2，故有，故有 由此可见，由此可见，A A是是R Rm m的函数，的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。故可以表示矿井通风的难易程度。

41、 目录v矿井等积孔分级标准：矿井等积孔分级标准： 欧州共同体提出：矿井产量欧州共同体提出：矿井产量T T150150万万t/at/a的矿井，必须满足的矿井，必须满足A A5m25m2；矿；矿井产量井产量T T在在6060150150万万t/at/a的矿井，必须满足的矿井，必须满足A A在在4 45m25m2；矿井产量；矿井产量T T6060万万t/at/a的矿井，必须满足的矿井，必须满足A A在在3 34m24m2。 美国规定：低瓦斯矿井：美国规定：低瓦斯矿井：A=25A=254040英尺英尺2(2.322(2.323.72m2)3.72m2)；高瓦斯矿井：；高瓦斯矿井：A=40A=40909

42、0英尺英尺2(3.722(3.728.36m2)8.36m2)。 我国按等积孔大小确定矿井通风难易程度的标准为：我国按等积孔大小确定矿井通风难易程度的标准为：A A1m1m2 2，通风困难；，通风困难；A A2m2m2 2，通风容易。，通风容易。 目录例例题题3-73-7某某矿矿井井为为中中央央式式通通风风系系统统，测测得得矿矿井井通通风风总总阻阻力力h hRmRm=2800Pa=2800Pa，矿矿井井总总风风量量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求求矿矿井井总总风风阻阻R Rm m和和等等积积孔孔A A，评评价价其其通通风风难易程度。难易程度。解解 对照表对照表3-4-13-4-1可知，

43、该矿通风难易程度属中等。可知，该矿通风难易程度属中等。1 1、对对于于多多风风机机工工作作的的矿矿井井，应应根根据据各各主主要要通通风风机机工工作作系系统统的的通通风风阻阻力力和和风风量量，分分别别计计算算各各主主要要通通风风机机所所担担负负系系统统的的等等积积孔孔，进进行行分分析评价。析评价。2 2、必必须须指指出出，表表3-4-13-4-1所所列列衡衡量量矿矿井井通通风风难难易易程程度度的的等等积积孔孔值值，是是18731873年年缪缪尔尔格格(Murgue)(Murgue)根根据据当当时时的的生生产产情情况况提提出出的的3 3，一一直直沿沿用用至至今今。由由于于现现代代的的矿矿井井规规模

44、模、开开采采方方法法、机机械械化化程程度度和和通通风风机机能能力力等等较较以以前前已已有有很很大大的的发发展展和和提提高高，表表中中的的数数据据对对小小型型矿矿井井还还有有一一定定的的参参考考价价值值，对对大大型型矿矿井井或或多多风风机机通通风风系系统统的的矿矿井井，衡衡量量通风难易程度的指标还有待研究。通风难易程度的指标还有待研究。目录 一一般般来来说说，如如果果矿矿井井等等积积孔孔较较大大，风风量量足足够够，漏漏风风不不大大，而而且且矿矿井井调风比较容易，应属通风容易矿井。调风比较容易，应属通风容易矿井。 虽然矿井等积孔较大，如果矿井调风困难，应属通风困难矿井。虽然矿井等积孔较大，如果矿井

45、调风困难，应属通风困难矿井。 虽虽然然矿矿井井等等积积孔孔较较小小，若若主主要要通通风风机机能能力力大大、矿矿井井供供风风量量足足，且且调调风容易，也属通风容易矿井。风容易，也属通风容易矿井。 对对调调风风难难易易状状况况相相同同的的矿矿井井，一一般般来来讲讲，矿矿井井等等积积孔孔大大的的矿矿井井比比等等积孔小的矿井通风容易。积孔小的矿井通风容易。 对对等等积积孔孔接接近近的的不不同同矿矿井井，一一般般来来讲讲，调调风风容容易易的的矿矿井井比比调调风风困困难难的矿井通风容易。的矿井通风容易。 目录第五节第五节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经

46、济效益具有重要意降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意一、降低井巷摩擦阻力措施一、降低井巷摩擦阻力措施 1 1减小摩擦阻力系数减小摩擦阻力系数。 2 2保保证证有有足足够够大大的的井井巷巷断断面面。在在其其它它参参数数不不变变时时，井井巷巷断断面面扩扩大大33%33%，R Rf f值可减少值可减少50%50%。 3 3选选用用周周长长较较小小的的井井巷巷。在在井井巷巷断断面面相相同同的的条条件件下下，圆圆形形断断面面的的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。 4 4减少巷道长度。减少巷道长度。 5 5避免巷道内

47、风量过于集中。避免巷道内风量过于集中。目录 某矿总回风巷某矿总回风巷L L2000m2000m，S S8m8m2 2，通过风量，通过风量Q Q50m50m3 3/s/s，工字钢支护梯形断面工字钢支护梯形断面，0.0188Ns0.0188Ns2 2/m/m4 4，主要通风机，主要通风机的总效率的总效率60%60%，求：，求： 为克服这段阻力，一年要耗多少度电？为克服这段阻力，一年要耗多少度电？ 若巷道用若巷道用砼砌碹支护三心断面砼砌碹支护三心断面，求电年电耗（，求电年电耗（0.00417Ns0.00417Ns2 2/m/m4 4）。）。目录解： 目录 目录二、降低局部阻力措施二、降低局部阻力措施

48、 局部阻力与局部阻力与值成正比值成正比，与，与断面的平方成反比断面的平方成反比。因此，为降低局部阻力，。因此，为降低局部阻力，1 1、应应尽尽量量避避免免井井巷巷断断面面的的突突然然扩扩大大或或突突然然缩缩小小，断断面面大大小小悬悬殊殊的的井井巷巷，其其连接处断面应逐渐变化。连接处断面应逐渐变化。2 2、尽尽可可能能避避免免井井巷巷直直角角转转弯弯或或大大于于9090的的转转弯弯，在在巷巷道道转转弯弯的的内内侧侧或或内内外外两两侧侧作作成成斜斜线线形形或或圆圆弧弧形形，将将位位于于风风流流正正面面的的某某些些必必要要构构件件或或设设备备作作成成流线形等。流线形等。3 3、主要巷道内、主要巷道内

49、不得随意停放车辆、堆积木料不得随意停放车辆、堆积木料等。等。4 4、要加强矿井总回风道的维护和管理，对、要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水冒顶、片帮和积水处要及时处理。处要及时处理。5 5、由于局部阻力和通过该处风量的平方成正比，所以应努力做到、由于局部阻力和通过该处风量的平方成正比，所以应努力做到降低高风降低高风量处的局部阻力量处的局部阻力。特别注意降低。特别注意降低总回风道和风峒的局部阻力总回风道和风峒的局部阻力。为此要及。为此要及时清扫风峒内的堆积物，把井下风流进入风峒的转弯处作成圆滑的壁面，时清扫风峒内的堆积物，把井下风流进入风峒的转弯处作成圆滑的壁面，设置导风板等。设

50、置导风板等。目录本章小结本章小结1 1、本章的主要内容、本章的主要内容 风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、摩风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、摩擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计算方擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计算方法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低矿井通法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低矿井通风阻力的措施。风阻力的措施。2 2、重点、重点 摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、尼古拉兹实验、矿井局部阻力摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、尼古拉兹实验、矿井局部阻力的计算、风阻特性

51、曲线的画法、总风阻与等积孔的计算。的计算、风阻特性曲线的画法、总风阻与等积孔的计算。3 3、难点、难点 尼古拉兹实验、摩擦阻力定律尼古拉兹实验、摩擦阻力定律目录4 4、解决的实际问题、解决的实际问题 1) 1)判断井巷风流状态；判断井巷风流状态； 2) 2)摩擦阻力系数及摩擦风阻值的计算；摩擦阻力系数及摩擦风阻值的计算； 3) 3)矿井通风阻力计算问题矿井通风阻力计算问题 4) 4)降低矿井通风阻力的技术措施降低矿井通风阻力的技术措施 5 5、下章课所讲内容、下章课所讲内容 自然风压、通风机类型构造、主要通风机的附属装置、通风机自然风压、通风机类型构造、主要通风机的附属装置、通风机特性曲线、通风机工况、通风机联合运转、设备选型、噪声控制特性曲线、通风机工况、通风机联合运转、设备选型、噪声控制等。等。6 6、作业、作业 1 1、2 2、3 3、4 4、7 7、8 8、9 9、1111、1212、1313、1515