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1、太原理工大学阳泉学院资源系太原理工大学阳泉学院资源系通通 风风 安安 全全 学学第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力本章主要内容第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布 一、风流流动状态一、风流流动状态 二、井巷断面上风速分布二、井巷断面上风速分布第二节第二节 摩擦阻力摩擦阻力一、摩擦阻力一、摩擦阻力二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法第三节第三节 局部阻力局部阻力一、局部阻力及其计算一、局部阻力及其计算二、局部阻力系数和局部风阻二、局部阻力系数和局部风阻本章主要内容第四节第四节 矿井总风阻与等级孔矿井总风阻与等级孔一
2、、井巷阻力特性一、井巷阻力特性二、矿井总风阻二、矿井总风阻三、矿井等级孔三、矿井等级孔第五节第五节 井巷通风阻力测算井巷通风阻力测算一、通风阻力一、通风阻力hRhR测算测算二、局部阻力测算二、局部阻力测算三、井筒阻力测算三、井筒阻力测算四、测算结果分析四、测算结果分析第六节第六节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力措施 一、降低井巷摩擦阻力的措施一、降低井巷摩擦阻力的措施 二、降低局部阻力措施二、降低局部阻力措施本章主要内容本章重点和难点：本章重点和难点： 摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算第三章 井巷通风阻力 当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和当空气沿
3、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：因。井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力摩擦阻力( (也称为也称为沿程阻力沿程阻力) )和和局部阻力局部阻力。第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布第一节 井巷断面上风速分布 一、风流流态一、风流流态1 1、管道流、管道流层层流流：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
4、，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，称称为为层流层流( (或滞流或滞流) )。第一节 井巷断面上风速分布 紊流：紊流：当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为称为紊流紊流( (或湍流或湍流) )。研究层流与紊流的主要意义：研究层流与紊流的主要意义：在于两种流态有着不同的阻力定律。在于两种流态有着不同的阻力定律。第一节 井巷断面上风速分布 风流流态判断风流流态判断（）雷诺数（）雷诺数Re Re 平均流
5、速平均流速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。在在实实际际工工程程计计算算中中，通通常常以以R Re e=2300=2300作作为为管管道道流流动动流流态的判定准数，即：态的判定准数，即： R Re e2300 2300 层流，层流， R Re e2300 2300 紊流紊流第一节 井巷断面上风速分布 （）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应以井巷断应以井巷断面的当量直径面的当量直径dede来表示：来表示：非圆形断面井巷的雷诺数非圆形断面井巷的雷诺数 对于不同形状的井巷断面，其周长
6、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，的关系，可用下式表示：可用下式表示：C C断面形状系数：断面形状系数：梯形梯形C C=4.16=4.16；三心拱三心拱C C=3.85=3.85；半圆拱半圆拱C C=3.90=3.90。第一节 井巷断面上风速分布 （3）、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：式中：K冒落带渗流系数，m2；l滤流带粗糙度系数，m。 层流，Re0.25； 紊流，Re2.5； 过渡流 0.25Re2300,4.163)=846152300,紊流紊流 巷道条件同上，巷道条件同上，Re=2300Re=2300层流临界风速：层流临界风
7、速： V=ReU/4SV=ReU/4S =23004.1631510 =23004.1631510-6-6/(49)=0.012m/s0.15/(49)=0.012m/s0.15第一节 井巷断面上风速分布 由于煤矿中大部分巷道的断面均大于由于煤矿中大部分巷道的断面均大于2.5m2.5m2 2，井，井下巷道中的最低风速均在下巷道中的最低风速均在0.25m/S0.25m/S以上，所以以上，所以说井巷中的风流大部为说井巷中的风流大部为紊流紊流，很少为，很少为层流。层流。第一节 井巷断面上风速分布 二、井巷断面上风速分布二、井巷断面上风速分布（）紊流脉动（）紊流脉动 风流中各点的流速、压力等物理参数随
8、时间作不规则风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则（）时均速度（）时均速度 瞬时速度瞬时速度 v vx x 随时间随时间的变化。其值虽然不断变化，但的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段在一足够长的时间段 T T 内，流速内，流速 v vx x 总是围绕着某一平总是围绕着某一平均值上下波动。均值上下波动。Tvxvxt第一节 井巷断面上风速分布 ( (）巷道风速分布）巷道风速分布 由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。布是不均匀的。 层流边层层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，：在贴近壁面处仍存在层
9、流运动薄层，即层流边即层流边层层。其厚度。其厚度随随ReRe增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。和传质过程有较大影响。第一节 井巷断面上风速分布 在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。呈抛物线分布。vvmaxvmax巷道剖面 第一节 井巷断面上风速分布平均风速：平均风速： 式中：式中： 巷道通过风量巷道通过风量Q Q。则：则：Q QVSVS风速分布系数风速分布系数： 断面上平均风速断面上平均风速v v与最大风速与最大风速v vmaxmax的比值称的比值称为为
10、风速分布系数风速分布系数( (速度场系数速度场系数) )，用，用K Kv v表示：表示： 巷壁愈光滑，巷壁愈光滑，K Kv v值愈大，即断面上风速分布值愈大，即断面上风速分布愈均匀。愈均匀。 砌碹巷道，砌碹巷道，K Kv v=0.8=0.80.860.86；木棚支护巷道，；木棚支护巷道，K Kv v=0.68=0.680.820.82；无支护巷道，；无支护巷道，K Kv v=0.74=0.740.810.81。速度分布不对称速度分布不对称最大风速不在轴最大风速不在轴线上！线上！ 第三章 井巷通风阻力第二节第二节 摩擦风阻与阻力摩擦风阻与阻力第二节 摩擦风阻与阻力 一、摩擦阻力一、摩擦阻力 风风
11、流流在在井井巷巷中中作作沿沿程程流流动动时时，由由于于流流体体层层间间的的摩摩擦擦和和流流体体与与井井巷巷壁壁面面之之间间的的摩摩擦擦所所形形成成的的阻阻力力称称为为摩摩擦擦阻阻力力( (也也叫叫沿沿程程阻阻力力) )。 由由流流体体力力学学可可知知，无无论论层层流流还还是是紊紊流流，以以风风流流压压能能损损失失来来反映的摩擦阻力可用下式来计算：反映的摩擦阻力可用下式来计算：PaPa 无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。 d d 圆形风管直径，非圆形管用当量直径；圆形风管直径，非圆形管用当量直径；第二节 摩擦风阻与阻力 1 1尼古拉兹实验尼古拉兹
12、实验能量损失原因：能量损失原因：内因内因：取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数：取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数ReRe来衡量；来衡量；外外因因：是是固固体体壁壁面面对对流流体体流流动动的的阻阻碍碍作作用用，与与管管道道长长度度、断断面面形形状状及及大大小小、壁壁面面粗粗糙糙度度有有关关。壁壁面面粗粗糙糙度度的的影影响响通通过过值值来来反映。反映。绝对糙度：绝对糙度：砂粒的直径砂粒的直径就是管壁凸起的高度，就是管壁凸起的高度，相对糙度：相对糙度：绝对糙度绝对糙度与管道半径与管道半径r r的比值的比值/r/r 第二节 摩擦风阻与阻力 1 1尼古拉兹实验尼古拉兹实验 1932193219331
13、933年年间间，尼尼古古拉拉兹兹把把经经过过筛筛分分、粒粒径径为为的的砂砂粒粒均均匀粘贴于管壁。匀粘贴于管壁。 水水作作为为流流动动介介质质、对对相相对对糙糙度度分分别别为为1/151/15、1/30.61/30.6、1/601/60、1/1261/126、1/2561/256、1/5071/507六六种种不不同同的的管管道道进进行行试试验验研研究究。对对实实验验数数据据进进行行分分析析整整理理，在在对对数数坐坐标标纸纸上上画画出出与与ReRe的的关关系系曲曲线线，如如图下页所示图下页所示( (书中图书中图3-2-1)3-2-1) 。 第二节 摩擦风阻与阻力区区层流区层流区当当Re2320 (
14、即即lgRe3.36)时时,只与只与Re有关，且有关，且=64/Re。与与/r无关无关;区区过渡流区过渡流区。23202320ReRe4000 4000 ( (即即3.36lg3.36lgReRe3.6)3.6)，不同的管内，不同的管内流体由层流转变为紊流。流体由层流转变为紊流。随随ReRe增大增大而增大，与而增大，与/ /r r无明显关系。无明显关系。区区水力光滑管区水力光滑管区。紊。紊流状态流状态( (ReRe4000) 4000) 与与仍然无关，只与仍然无关，只与ReRe有关有关区区紊流过渡区紊流过渡区，各，各种不同相对糙度的实验种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲点各自分散呈一波状
15、曲线，线，值既与值既与ReRe有关，有关，也与也与/ /r r有关有关。第二节 摩擦风阻与阻力 2 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力 当当流流体体在在圆圆形形管管道道中中作作层层流流流流动动时时，从从理理论论上上可可以以导导出出摩擦阻力计算式：摩擦阻力计算式： = = 可得圆管层流时的沿程阻力。可得圆管层流时的沿程阻力。 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。第二节 摩擦风阻与阻力 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 dede=4=4S S/ /U
16、 U 代代替替d d，代代入入阻阻力力通通式式，则则得得到到紊紊流流状状态态下下井井巷的摩擦阻力计算式：巷的摩擦阻力计算式：第二节 摩擦风阻与阻力 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 大多数通风井巷风流的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，值只与相对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，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。令：令： 称为摩擦阻力系数称为摩擦阻力系
17、数，单位为，单位为 kg/mkg/m3 3 或或 N.sN.s2 2/m/m4 4。第二节 摩擦风阻与阻力 标标准准摩摩擦擦阻阻力力系系数数：通通过过大大量量实实验验和和实实测测所所得得的的、在在标标准准状状态态（0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）条条件件下下的的井井巷巷的的摩摩擦擦阻阻力力系系数数，即即所所谓谓标标准值准值0 0值值，井巷中空气密度，井巷中空气密度1.2kg/m1.2kg/m3 3时，时，值应修正：值应修正：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：第二节 摩擦风阻与阻力 系数影响因素系数影响因素 对对于于砌砌碹碹、锚锚喷
18、喷巷巷道道只只考考虑虑横横断断面面上上方方向向相相对对粗粗糙糙度度；对于木棚、工字钢、对于木棚、工字钢、U U型棚等还要考虑纵口径型棚等还要考虑纵口径=l/d=l/d0 0ld0工字钢支架在巷道中流动状态工字钢支架在巷道中流动状态随随变化实验曲线变化实验曲线第二节 摩擦风阻与阻力 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
19、.sN.s2 2/m/m8 8。工程单位：工程单位：kgfkgf .s .s2 2/m/m8 8，或写成，或写成kk, ,1N.s1N.s2 2/m/m8 8= 9.8 k= 9.8 k 第二节 摩擦风阻与阻力 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一一般般变变化化不不大大时时，可可将将R R f f 看看作作是是反反映映井井巷巷几几何何特特征的参数。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
20、阻力平方区) )下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。 Rf与与hf区别：区别： Rf是风流流动是风流流动的阻抗参数；的阻抗参数； hf是流动过程是流动过程能量损失。能量损失。第二节 摩擦风阻与阻力 三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井新建矿井： 查表得查表得0 0计算计算 计算计算R Rf f 计算计算h hf f 计算总阻力损失计算总阻力损失选择通风设备选择通风设备 生产矿井：生产矿井：测得测得h hf f 计算计算R Rf f 计算计算 计算计算0 0 指导生产指导生产第二节 摩擦风阻与阻力 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=
21、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，预预计计巷巷道道中中空空气气密密度度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求求该该段段巷巷道道的的通通风阻力。风阻力。解解 根据所给的根据所给的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
22、/m/m4 4实际摩擦阻力系数实际摩擦阻力系数 NsNs2 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第二节 摩擦风阻与阻力 四、通风阻力功耗和电耗四、通风阻力功耗和电耗 设设主主要要通通风风机机效效率率=60%=60%，为为了了克克服服这这段段阻阻力力，一一年年耗耗多多少少度电？度电？ 第三章 井巷通风阻力第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力第三节 局部风阻与阻力 由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分
23、布变化和产生涡流等，造成风流能量损失，这种阻力称为化和产生涡流等，造成风流能量损失，这种阻力称为局部阻力局部阻力。 由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局由于局部阻力所产生风流速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。部阻力的计算一般采用经验公式。第三节 局部风阻与阻力 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： 局部阻力系数，无因次。层流局部阻力系数，无因次。层流： 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
24、v=Q/S,v=Q/S,当当确定后，便可用：确定后，便可用：第三节 局部风阻与阻力 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，由于惯性作用，出现主流与边壁脱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。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。第三节 局部风阻与阻力 、渐变、渐变 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。因为涡漩。因为 V V h hv v p p，压差的作用方向与流动方向相反，压差的
25、作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 0, 在这些地方主流与边壁在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。第三节 局部风阻与阻力 、转弯处、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，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。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，能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。量损失愈多，局部阻力愈大。第三节 局部风阻与阻力
26、 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，而边壁的粗糙程度为次要因素。而边壁的粗糙程度为次要因素。第三节 局部风阻与阻力 1 1突然扩大突然扩大 或或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
27、大的井巷，可进行修正： 第三节 局部风阻与阻力 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： 第三节 局部风阻与阻力 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损失和扩张损失两部分组成。为由摩擦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： 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。
28、扩张角。 第三节 局部风阻与阻力 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( (考虑粗糙程度考虑粗糙程度) )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=1=12.52.5 时时 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，转弯的局部阻力系数，其值见其值见教材表教材表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，见巷道转弯角度影响系数，见教材表教材表3-3-23-3-
29、2。第三节 局部风阻与阻力 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段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3分别用下式计算：分别用下式计算：23123第三节 局部风阻与阻力 2) 2) 风流汇合风流汇合 如如图图所所示示，1 13 3段段和和2 23 3段段的的局局部部阻阻力力h hl l3 3、h hl l2 23 3分分别别按按下式计算：下式计算：12第三节 局部风阻与阻力 ( (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
30、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第三节 局部风阻与阻力 h hR R= =h hf f+h+hl l一般一般H Hf f和和h hl l不易分开不易分开，对于，对于转弯转弯， H Hf f和和h hl l可分开；可分开；突然扩大突然扩大， H Hf f占比重少，局部区段占比重少，局部区段h hR R= h= hl l正面阻力正面阻力：罐笼、矿车、采煤机：罐笼、矿车、采煤机第三节 局部
31、风阻与阻力 例例1 1：某巷道：某巷道突然扩大段突然扩大段，砌碹支护，断面，砌碹支护，断面S S1 1=6m=6m2 2，S S2 2=24m=24m2 2，通过风量通过风量Q=48mQ=48m3 3/s/s，空气密度，空气密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求突然扩大局部，求突然扩大局部阻力。阻力。 解：解：设砌碹巷道设砌碹巷道=0.005kg/m=0.005kg/m3 3 =(1-S =(1-S1 1/S/S2 2) )2 2=(1-6/24)=(1-6/24)2 2=0.563=0.563 =( 1+/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845 =( 1+
32、/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845 h hL L= V= V1 12 2/2= (Q/S/2= (Q/S1 1) )2 2/2/2 = 0.8451.25(48/6) = 0.8451.25(48/6)2 2/2=33.8Pa/2=33.8Pa第三节 局部风阻与阻力 例例2 2：某回风道，断面高某回风道，断面高2.8m2.8m，宽，宽2.5m2.5m，混凝土棚支护，混凝土棚支护，=0.02kg/m=0.02kg/m3 3，有一直角转弯，内角没有弧度，求转弯处的，有一直角转弯，内角没有弧度，求转弯处的局部阻力系数局部阻力系数解：解：表表3-3-13-3-1， 0 0
33、=0.93=0.93，由表，由表3-3-23-3-2，=1.0=1.0 H/b=2.8/2.5=1.12, H/b=2.8/2.5=1.12, =( =(0 0+28)b/H +28)b/H =(0.93+280.02) 2.5/2.8 1=1.33 =(0.93+280.02) 2.5/2.8 1=1.33 若若V=6m/sV=6m/s，=1.2kg/m=1.2kg/m3 3, , 则：则：h hL L=V=V2 2/2=1.331.266/2=57Pa/2=1.331.266/2=57Pa第三节 局部风阻与阻力 例例3 3：某直角分叉巷道，某直角分叉巷道，2 2=0=0， 3 3=90=9
34、0， =0.015kg/m=0.015kg/m3 3，V V1 1=8m/s, V=8m/s, V2 2=6m/s, V=6m/s, V3 3=3m/s, =1.25kg/m=3m/s, =1.25kg/m3 3, ,求求h hL1-2L1-2, h, hL1-3L1-3解：解：已知已知=0.015kg/m=0.015kg/m3 3，K K=1.35=1.35 h hL1-2L1-2=K=K/2/2 (V(V1 12 2-2V-2V1 1 V V2 2coscos2 2+ V+ V2 22 2) ) =1.351.25/2(8 =1.351.25/2(82 2-2861 +6-2861 +62
35、 2) ) =3.37Pa =3.37Pa h hL1-3L1-3=K=K/2/2 (V(V1 12 2-2V-2V1 1 V V3 3coscos3 3+ V+ V3 32 2) ) =1.351.25/2(8 =1.351.25/2(82 2-2830 +3-2830 +32 2) ) =71.59Pa =71.59Pa23123第三节 局部风阻与阻力 例例4 4：某直角汇流巷道，某直角汇流巷道，1 1=0=0，2 2=90=90，=0.015kg/m=0.015kg/m3 3， V V1 1=5m/s, V=5m/s, V2 2=6m/s, V=6m/s, V3 3=8m/s, =1.2
36、5kg/m=8m/s, =1.25kg/m3 3, , 求求h hL1-3L1-3, h, hL2-3L2-3解：解：已知已知=0.015kg/m=0.015kg/m3 3，K K=1.35=1.35coscos1 1=1, cos=1, cos2 2=0,=Q=0,=Q1 1V V1 1coscos1 1/Q/Q3 3=3.125=3.125h hL1-3L1-3=K=K/2/2 (V(V1 12 2-2V-2V3 3 + V + V3 32 2) ) = 1.351.25/2(5 = 1.351.25/2(52 2-283.125 +8-283.125 +82 2)=39Pa)=39Pah
37、 hL2-3L2-3=K=K/2/2 (V(V2 22 2-2 V-2 V3 3 + V+ V3 32 2) ) = 1.351.25/2(6 = 1.351.25/2(62 2-2833.125 +8-2833.125 +82 2) =42Pa) =42Pa12 第三章 井巷通风阻力第四节第四节 矿井总风阻与矿井总风阻与矿井等积孔矿井等积孔第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 一、井巷阻力特性一、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。故可写成一般形式：比。故可写成一般形式：h hRQRQ2 2 Pa Pa 。 对对于于特
38、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，便便有一阻力有一阻力h hi i值与之对应，根据值与之对应，根据坐标点（坐标点（Q Qi i,h,hi i）即可画出一条抛物）即可画出一条抛物线。线。这条曲线就叫该井巷的这条曲线就叫该井巷的阻力特阻力特性曲线。风阻性曲线。风阻R R越大，曲线越陡。越大，曲线越陡。QhR第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 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
39、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加起起来来，就就得得到到矿矿井井通通风风总总阻阻力力h hRmRm，这这就就是是井井巷通风阻力的叠加原则。巷通风阻力的叠加原则。 已已知知矿矿井井通通风风总总阻阻力力h hRmRm和和矿矿井井总总风风量量Q Q，即即可可求求得得矿矿井井总总风阻：风阻： N.sN.s2 2/m/m8 8 R Rm m是是反反映映矿矿井井通通风风难难易易程程度度的的一一个个指指标标。R Rm m越越大大，矿矿井井通通风越困难；风越困难；第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 三、矿井等积孔三、矿井等积孔 矿矿井井等等积积孔孔作作为为衡衡量量矿矿井井通通风风难难易易
40、程程度的指标。度的指标。 假假定定在在无无限限空空间间有有一一薄薄壁壁，在在薄薄壁壁上上开开一一面面积积为为A A(m(m2 2) )的的孔孔口口。当当孔孔口口通通过过的的风风量量等等于于矿矿井井风风量量，且且孔孔口口两两侧侧的的风风压压差差等等于于矿矿井井通通风风阻阻力力时时，则则孔孔口口面面积积A A称为该矿井的等积孔。称为该矿井的等积孔。AIIIP2,v2P2,v2第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 设风流从设风流从I III II，且无能量损失，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
41、水，由水力学可知，一般力学可知，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，代入上式后并整理得：代入上式后并整理得：第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，则：则： 因因R Rm m= =h hm m2 2， 故有故有A是是Rm的函数，的函数，故可以表示故可以表示矿井通风的难易程度。矿井通风的难易程度。 当当A，容易；，容易；A 2，中等；，中等；A困难。困难。第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 对于多风井通风系统，应根据各风机系统的通风阻力hRi和风量Qi，按风
42、量加权平均求出全矿井总阻力：式中n风机台数hRm意义是全矿井各系统平均m3空气所消耗能量。多风井系统的矿井等级孔多风井系统的矿井等级孔A计算式：计算式：第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 例例1 1：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，评价其通风难易程度。评价其通风难易程度。解解 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 例例2 2：某某对对角角式式通通风风矿矿井井，东东风风井井的的阻阻力力hR1=28
43、0*9.81PahR1=280*9.81Pa，风风量量Q1=80m3/sQ1=80m3/s；西西风风井井的的阻阻力力hR2=100*9.81PahR2=100*9.81Pa，风风量量Q2=60m3/sQ2=60m3/s；求矿井总等级孔。；求矿井总等级孔。解解 第三章 井巷通风阻力第五节第五节 井巷通风阻力测定井巷通风阻力测定第五节 井巷通风阻力测定 一、通风阻力hR测算 阻力测定目的：1、阻力分布，降阻增风；2、提供阻力系数和R，为设计、网络解算、改造、均压防火；能力核定。1)测定路线的选择和测点布置 如果测定的目的是为了了解通风系统的阻力分布，则必须选择最大阻力路线； 如果测量的目的是为了获
44、取摩擦阻力系数和分支风阻，则应选择不同支护形式、不同类型的典型巷道。第五节 井巷通风阻力测定 测点布置应考虑： 1、测点间的压差不小于1020Pa； 2、尽量避免靠近井筒和风门； 3、选择风量较稳定的巷道内； 4、局部阻力物前3倍巷宽，后812倍巷宽； 5、风流稳定，无汇合交叉，测点前后3m巷道支护完好。2)一段巷道的通风阻力hR测算 两种方法：压差计法和气压计法第五节 井巷通风阻力测定 (1)压差计法压差计法测量原理测量原理Z1Z212用压差计法测定通风阻力的实质：用压差计法测定通风阻力的实质： 测量风流两点间的测量风流两点间的势能差势能差和和动压差动压差压差计两侧所受压力分别为：压差计两侧
45、所受压力分别为：则压差计所示测值为：则压差计所示测值为：设设且且则则第五节 井巷通风阻力测定 (1)压差计法压差计法测量原理测量原理Z1Z212则则1、2间巷道通风阻力为：间巷道通风阻力为： 该式成立的前提是：胶皮管内的空气平均密度与井巷中该式成立的前提是：胶皮管内的空气平均密度与井巷中的空气平均密度相等。的空气平均密度相等。 为此，在测量前，应将胶皮管放置在巷道相应位置上保存为此，在测量前，应将胶皮管放置在巷道相应位置上保存一段时间，或用打气筒将巷道空气转换掉胶皮管中空气。一段时间，或用打气筒将巷道空气转换掉胶皮管中空气。第五节 井巷通风阻力测定 单管气压计放置位置对测量效果的影响：单管气压
46、计放置位置对测量效果的影响：Z1Z212现假设单管气压计放置在两测点中间现假设单管气压计放置在两测点中间则：左右侧液面承压分别为：则：左右侧液面承压分别为：则压差计计数为：则压差计计数为：同理：同理：且且则则1、2间巷道通风阻力为：间巷道通风阻力为：第五节 井巷通风阻力测定 (2)(2)气压计法气压计法 原理：用此方法测定通风阻力，实质是用精密气压计测出测原理：用此方法测定通风阻力，实质是用精密气压计测出测点间的绝对静压差，再加上动压差和位能差，以计算通风阻力。点间的绝对静压差，再加上动压差和位能差，以计算通风阻力。 用气压计测绝对静压用气压计测绝对静压P P1 1、P P2 2，同时测定，同
47、时测定t t1 1、t t2 2和和11、 22；用风表测每断面平均风速用风表测每断面平均风速v v1 1、v v2 2；查测点标高；查测点标高Z Z1 1、Z Z2 2 ；P P1 1-P-P2 2 测准，两台温漂相同仪器同时测量，逐点和双测点测定测准，两台温漂相同仪器同时测量，逐点和双测点测定21AB第五节 井巷通风阻力测定 气压计法的测定步骤：气压计法的测定步骤： 1 1、在、在1 1号测点号测点A A、B B仪器同时仪器同时P PA1A1、P PB1B1； 2 2、A A仪器不动，仪器不动，B B仪器移到仪器移到2 2， 3 3、同时约定时间同时读数，、同时约定时间同时读数，P PA2
48、A2、 P PB2B2 4 4、P P1 1-P-P2 2= (P= (PB1B1-P-PB2B2)+ (P)+ (PA2A2-P-PA1A1),), 5 5、将、将P P1 1-P-P2 2代入上页公式即可。代入上页公式即可。21AB思考：思考：1 1、为什么要用两、为什么要用两台气压计？用一台台气压计？用一台气压计先测气压计先测1 1号点，号点，再测再测2 2号点不行吗号点不行吗？第五节 井巷通风阻力测定 3)3)摩擦阻力系数测算摩擦阻力系数测算 (1)(1)测试方法测试方法压差计法；压差计法； (2)(2)支护方式和测段一致，无变化；支护方式和测段一致，无变化； (3)(3)测点位置在局
49、部阻力物前测点位置在局部阻力物前3535巷宽，后巷宽，后812812倍；倍； (4)(4)系统稳定系统稳定 (5)h(5)hf f和和Q Q测准测准 R Rf f=h=hf f/Q/Q2 2 =R=Rf fS S3 3/LU/LU第五节 井巷通风阻力测定 二、局部阻力测算用压差计测出1-2段阻力hR1-2和1-3段阻力hR1-3,若断面一致，则 hf与长度L成正比。则单纯巷道转弯的局部阻力hL。h hL L=h=hR1-3R1-3- h- hR1-2R1-2L L1313/L/L1212R RL L=h=hL L/Q/Q2 2=2S2R RL L/123第五节 井巷通风阻力测定 三、井筒通风阻
50、力测定三、井筒通风阻力测定1 1、进风井筒阻力测定、进风井筒阻力测定1)1)压差计法压差计法吊测法吊测法50m,80m,100m,120m,150m,(H)50m,80m,100m,120m,150m,(H)h h1 1 , h , h2 2 , h , h3 3 ,h ,h4 4, h, h5 5H Hf f= =a+bHa+bHh hR R=h=hf f+2h+2hL L2)2)气压计法气压计法从地表开始，每隔从地表开始，每隔50m50m，测量，测量P P，t,tt,t 静压差静压差PiPi，高差，高差Z Z，h hR R= = PiPi+ + m m Zg-0.5 VZg-0.5 V2
51、2井筒单管压差计测绳胶皮管静压重锤第五节 井巷通风阻力测定 2 2、回风井筒阻力测定、回风井筒阻力测定1)1)压差计法压差计法-吊测法吊测法 防爆盖上打孔；或在安全门内防爆盖上打孔；或在安全门内2)2)气压计法气压计法 在井底用气压计读出相对压力，在安全在井底用气压计读出相对压力，在安全门内再读出相对压力，两者差值门内再读出相对压力，两者差值PP，h hR R= = P+ P+ m m ZgZg +0.5 V +0.5 V2 2底底-0.5 V-0.5 V2 2井筒井筒井筒单管压差计测绳胶皮管静压重锤第五节 井巷通风阻力测定 3 3、风峒阻力测定、风峒阻力测定1)1)压差计法压差计法2)2)气
52、压计法气压计法 在安全门内再读出相对压力，在安全门内再读出相对压力，再接水柱计读出相对压力，两者再接水柱计读出相对压力，两者差值差值PP，h hR R= = P+ P+ m m ZgZg +0.5 V +0.5 V2 2井筒井筒-0.5 V-0.5 V2 2风机入口风机入口第五节 井巷通风阻力测定 四、测定结果分析四、测定结果分析1 1、误差分析、误差分析hr矿井实际通风阻力，；h风机房水柱计读数， Pa；Hn测定系统的自然风压，Pa；hv风峒内安装水柱计处断面的平均动压， Pa；hr矿井实测通风阻力，Pa。第五节 井巷通风阻力测定 2、矿井总阻力及等级孔3、阻力测定期间实测矿井总风量、总阻力
53、和自然风压 4、矿井阻力分布 东风井西风井总回风/m3/s平均总阻力/Pa自然风压/Pa总回风/m3/s平均总阻力/Pa自然风压/Pa224.12876272233.13305274第五节 井巷通风阻力测定 第五节 井巷通风阻力测定 6、最大阻力路线 西翼系统的最大阻力路线为经过1242（1）工作面，即：副井（610m）副井（720m）-720西一轨道大巷-720m11-2轨道上山1242(1)工作面11-2回风上山C1组回风石门C组总回西风井。7、主要通风巷道摩擦阻力系数 系统巷道名称支护形状阻力系数/Ns2/m4*104西翼系统副井砌碹圆形310西一轨道石门U型钢半圆138199西一轨道石
54、门锚喷半圆177西B组轨道石门U型钢半圆65西B组轨道上山U型钢半圆8619012118下顺槽锚网梯形39812118工作面综采支架梯形43812118上顺槽锚网梯形224 第三章 井巷通风阻力第六节第六节 降低矿井通风阻力降低矿井通风阻力措施措施第六节 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济效益具降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意义。有重要意义。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
55、扩大扩大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周长长最最小小，拱拱形形断断面面次次之之，矩矩形形、梯梯形形断断面面的的周周长长较较大。大。4.4.减少巷道长度。减少巷道长度。5.5.避免巷道内风量过于集中。避免巷道内风量过于集中。第六节 降低矿井通风阻力措施 二、降低局部阻力措施二、降低局部阻力措施 局部阻力与局部阻力与值成正比，与断面的平方成反比。值成正比，与断面的平方成反比。1 1、为为降降低低局局部部阻阻力力，应应尽尽量量避避免免井井巷巷断断面面的的突突然然
56、扩扩大大或或突突然然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。2 2、尽可能避免井巷直角转弯或大于、尽可能避免井巷直角转弯或大于9090的转弯。的转弯。3 3、主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。、主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。4 4、要要加加强强矿矿井井总总回回风风道道的的维维护护和和管管理理，对对冒冒顶顶、片片帮帮和和积积水水处要及时处理。处要及时处理。 第六节 降低矿井通风阻力措施 例：谢二矿风硐例：谢二矿风硐L=50m,5L=50m,5个弯，个弯，h=1098Pa,28.2%h=1098Pa,28.2%； L=7mL=7m，S=8.4mS=8.4m2 2, ,阻力减少了阻力减少了539Pa539Pa，增加，增加Q=405mQ=405m3 3/min,/min, 功功率率下下降降28.5kW,28.5kW,每每年年可可节节约约电电费费3700037000元元，而而改改造造投投资资15001500元元第三章 通风阻力 本章习题本章习题3-23-23-63-63-73-73-83-83-103-103-113-11谢谢本章内容结束
