降低矿井通风阻力.ppt

一 摩擦阻力 一 风流的流动状态1 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 2 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 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 3 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 2 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1 摩擦阻力系数 确定 方法有查表和实测两种方法 2 摩擦风阻 R摩 Kg m7或 3 摩擦阻力定律h摩 R摩Q2 Pa 二 局部阻力 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 1 局部阻力种类和产生地点 a c e g属于突变类型 b d f h属于渐变类型 图5 1巷道的突变与渐变类型 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 2 局部阻力计算 h局 Pa h局 Pa 二 局部阻力系数与风阻1 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 2 局部风阻R局 R局 Kg m7或 3 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 三 矿井通风阻力 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 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5 2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 PaQ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5 1矿井通风难易程度的分级标准 必须指出 表5 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 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 四降低矿井通风阻力的措施 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 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 复习思考题 1 何谓层流 紊流 如何判别流体的状态 2 摩擦阻力系数与哪些因素有关 3 局部阻力形式主要有哪些 造