第3章 矿井通风阻力

1、1 安全工程学院安全工程学院 Mine Ventilation and Safety 中国矿业大学多媒体教学课件 2 第第3章章 矿井通风阻力矿井通风阻力 中国矿业大学多媒体教学课件 3 第第3章章 矿井通风阻力矿井通风阻力 风流必须具有一定的能量，用以克服井巷对风风流必须具有一定的能量，用以克服井巷对风 流所呈现的通风阻力。通常矿井通风阻力分为流所呈现的通风阻力。通常矿井通风阻力分为 摩擦阻力与局部阻力两类，它们与风流的流动摩擦阻力与局部阻力两类，它们与风流的流动 状态有关。一般情况下，摩擦阻力是矿井通风状态有关。一般情况下，摩擦阻力是矿井通风 总阻力的主要组成部分。总阻力的主要组成部分。

2、4 第第3章章 矿井通风阻力矿井通风阻力 第第3章章 矿井通风阻力矿井通风阻力 3.1 风流的流动状态风流的流动状态 3.2 摩擦阻力摩擦阻力 3.3 局部阻力局部阻力 3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性 3.5 通风阻力测量通风阻力测量 5 学习目标、重点与难点学习目标、重点与难点 6 3.1 流动的概念流动的概念 风流的流动状态分为层流与紊流。风流的流动状态分为层流与紊流。层流层流是指流体各是指流体各 层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则 的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。 紊流紊流

3、是指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹是指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹 极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直 于流动总方向的位移，且在流体内部存在着时而产生、于流动总方向的位移，且在流体内部存在着时而产生、 时而消失的旋涡。时而消失的旋涡。（区分紊流层流的意义？）（区分紊流层流的意义？） 流体的流动状态受流体的流体的流动状态受流体的速度、粘性和管道尺寸速度、粘性和管道尺寸等影等影 响。流体的速度越大，粘性越小，管道的尺寸越大，响。流体的速度越大，粘性越小，管道的尺寸越大， 则流体越易成为紊流，反之，越易成为层流。则流体越易成

4、为紊流，反之，越易成为层流。 7 雷诺数雷诺数 可用一个无因次参数可用一个无因次参数Re（雷诺数）来表示上述三因素的综合（雷诺数）来表示上述三因素的综合 作用，对于圆形管道作用，对于圆形管道 （3-1-1） 式中式中 V为管道中流体的平均速度，为管道中流体的平均速度，m/s；d为圆形管道的直径，为圆形管道的直径， m；v为流体的运动粘性系数为流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关。，与流体的温度、压力有关。 针对非圆型管道，引入水力半径针对非圆型管道，引入水力半径r=S/U=(d2/4)/ d=d/4的概的概 念得出用于非圆形巷道风流雷诺数的计算式为：念得出用于非圆形巷道风流雷诺数的计算式

5、为： （3-1-2） 式中式中 S为巷道的断面，为巷道的断面，m2；U为巷道的周界，为巷道的周界，m。 Re Vd Re4VSU 8 据实验流体力学得出的结论：据实验流体力学得出的结论： 当雷诺数小于当雷诺数小于2000时，水流呈层流水流在各种粗糙时，水流呈层流水流在各种粗糙 壁面、平直的圆管内流动状态；壁面、平直的圆管内流动状态； 约在大于约在大于2000时，水流开始向紊流过渡，故称时，水流开始向紊流过渡，故称2000 为临界雷诺数；为临界雷诺数； 当大于当大于100 000时，水流呈完全紊流。时，水流呈完全紊流。 将上述结论把这些数值近似应用于风流，便可大致将上述结论把这些数值近似应用于风

6、流，便可大致 估计出风流在各种流态下的平均风速。估计出风流在各种流态下的平均风速。 雷诺数雷诺数 9 风流在各种流态下的平均风速。例如某巷道的断面风流在各种流态下的平均风速。例如某巷道的断面S2.5 m2， 周界周界U6.58 m，风流的，风流的14.410-6 m2/s。则用（。则用（3-1-3）式）式 估算出风流开始向紊流过渡的平均风速为：估算出风流开始向紊流过渡的平均风速为： 井巷中最低风速都在井巷中最低风速都在0.150.25 m/s以上，且大多数井巷的断以上，且大多数井巷的断 面都大于面都大于2.5 m2，故大多数井巷中的风流不会出现层流，只有风，故大多数井巷中的风流不会出现层流，只

7、有风 速很小的漏风风流，才可能出现层流。速很小的漏风风流，才可能出现层流。 又如在上例中，又如在上例中，Re100000时，该巷道内风流呈现完全紊流时，该巷道内风流呈现完全紊流 的平均风速约为：的平均风速约为： V1000006.5814.410-6/（42.5）0.95 m/s. 6 42000 6.58 14.4 104 2.50.019 e VRUS 雷诺数雷诺数 10 3.2 摩擦阻力摩擦阻力 3.2.1 摩擦阻力的意义和理论基础摩擦阻力的意义和理论基础 风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制， 引起内外摩擦而产生的阻

8、力称作引起内外摩擦而产生的阻力称作摩擦阻力摩擦阻力。所谓均匀流动是指风。所谓均匀流动是指风 流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流 态不同的风流，摩擦阻力态不同的风流，摩擦阻力hf r的产生情况和大小也不同。实验得的产生情况和大小也不同。实验得 出水流在圆管中的沿程阻力公式是：出水流在圆管中的沿程阻力公式是： 式中式中为实验比例系数，无因次；为实验比例系数，无因次；为水流的密度，为水流的密度，kg/m3；L 为圆管的长度，为圆管的长度，m；d为圆管的直径，为圆管的直径，m；V为圆管内水流的平均为圆管内水流的平均 速度，速

9、度，m/s。 2 f r 2 LV h d 该式是矿井风流摩擦阻力该式是矿井风流摩擦阻力 计算式的基础，它对于不计算式的基础，它对于不 同流态的风流都能应用，同流态的风流都能应用， 只是流态不同时，式中只是流态不同时，式中的的 实验表达式不同。实验表达式不同。 11 前面谈到，井下多数风流属于完全紊流状态，故下面重点讨论完全紊流前面谈到，井下多数风流属于完全紊流状态，故下面重点讨论完全紊流 状态下的摩擦阻力。把状态下的摩擦阻力。把d=4S/U式代入上式，得式代入上式，得 ，Pa （3-2-4） 因矿井空气密度变化不大，而且对于尺度和支护已定型的井巷，其壁面因矿井空气密度变化不大，而且对于尺度和

10、支护已定型的井巷，其壁面 的相对光滑度是定值，则在完全紊流状态下，的相对光滑度是定值，则在完全紊流状态下， 值是常数。把上式中的值是常数。把上式中的 用一个系数用一个系数 来表示，即来表示，即 （3-2-5） 此系数此系数 称为摩擦阻力系数。在完全紊流状态下，井巷的称为摩擦阻力系数。在完全紊流状态下，井巷的 值只受值只受 、 或或 的影响。对于尺寸和支护已定型的井巷，的影响。对于尺寸和支护已定型的井巷， 值只与值只与 或或 成正比。成正比。 将（将（3-2-5）代入（）代入（3-2-4）式，得）式，得 Pa （3-2-6) 2 8 fr LU h S 243 ,/ 8 N smkg m 或 2

11、 fr LUv h S 3.2.2 完全紊流状态下的摩擦阻力定律完全紊流状态下的摩擦阻力定律 8 12 若通过井巷的风量为若通过井巷的风量为Q（），则（），则V= Q/S，代入上式，得，代入上式，得: (3-2-7) 上述两式均为完全紊流状态下摩擦阻力的计算公式。只要知道井巷中的上述两式均为完全紊流状态下摩擦阻力的计算公式。只要知道井巷中的 L、U、S各值和其中的风量各值和其中的风量Q就能计算通风阻力。就能计算通风阻力。 由于矿井中巷道的长度，周界及摩擦阻力系数在巷道形成后一般变化较由于矿井中巷道的长度，周界及摩擦阻力系数在巷道形成后一般变化较 小，可看作常数。小，可看作常数。再令：再令： R

12、fr为巷道的摩擦风阻。为巷道的摩擦风阻。 2 3 fr LUQ h S 3.2.2 完全紊流状态下的摩擦阻力定律完全紊流状态下的摩擦阻力定律 )/kg(, 782 3 mmsN S LU Rfr或 13 这时：这时： 这就是完全紊流情况下的摩擦阻力定律。这就是完全紊流情况下的摩擦阻力定律。 当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平 方成正比。方成正比。 PaQRh frfr , 2 3.2.2 完全紊流状态下的摩擦阻力定律完全紊流状态下的摩擦阻力定律 3.2.3 层流状态下的摩擦阻力定律层流状态下的摩擦阻力定律 Re4VSU 2 f r 2 LV h d 44d

13、rS U=64/Re 将式将式 带入到，流体在圆管中的沿程阻力计算公式带入到，流体在圆管中的沿程阻力计算公式 得： 2 f r 2 2LU v h S Q v S 2 f r 3 2LU Q h S 2 f r 3 LU Q h S 2 2,(/()N s mkgs m或 令令 则阻力计算式为则阻力计算式为 令令 2 54 f r 3 ,(/kg/() LU RN s ms m S 或 则则 f rfr hRQ 层流状态下的摩擦阻力系数层流状态下的摩擦阻力系数 层流状态下的摩擦风阻层流状态下的摩擦风阻 层流状态下的摩擦阻力定律层流状态下的摩擦阻力定律 3.2.3 层流状态下的摩擦阻力定律层流状

14、态下的摩擦阻力定律 16 3.2.4 摩擦阻力的计算方法摩擦阻力的计算方法 完全紊流状态下井巷的摩擦阻力的计算是新矿井通风设计的完全紊流状态下井巷的摩擦阻力的计算是新矿井通风设计的 重要依据。重要依据。 即按照所设计的井巷长度、周界、净断面积、支护方式和要即按照所设计的井巷长度、周界、净断面积、支护方式和要 求通过的风量，以及其中有无提升运输设备等，用查表法选求通过的风量，以及其中有无提升运输设备等，用查表法选 定该井巷的摩擦阻力系数值，然后用定该井巷的摩擦阻力系数值，然后用(3-2-6)或或(3-2-7)式计算该式计算该 井巷的摩擦阻力。井巷的摩擦阻力。 确定值的查表法是从前人实验或实测所归

15、纳出来的表确定值的查表法是从前人实验或实测所归纳出来的表3-2-1 表表3-2-15中查出适合该井巷的标准值中查出适合该井巷的标准值(指空气密度为指空气密度为1.2 kg m3的值，的值，Ns2m4)。对于平原地区的新矿井通风设计，可。对于平原地区的新矿井通风设计，可 用此标准值进行计算。用此标准值进行计算。 17 3.2.5 降低摩擦阻力的措施降低摩擦阻力的措施 井巷通风阻力是引起风压损失的主要根源，因此降低井巷通井巷通风阻力是引起风压损失的主要根源，因此降低井巷通 风阻力，特别是降低摩擦阻力就能用较少的风压消耗而通过风阻力，特别是降低摩擦阻力就能用较少的风压消耗而通过 较多的风量。许多原来

16、是阻力大，通风困难的矿井，经降低较多的风量。许多原来是阻力大，通风困难的矿井，经降低 阻力后即变为阻力小、通风容易的矿井。阻力后即变为阻力小、通风容易的矿井。 根据根据hfr(LU/S3)Q2的关系式可以看出，保证一定风量，降的关系式可以看出，保证一定风量，降 低摩擦阻力的方法就是降低摩擦风阻，根据影响低摩擦阻力的方法就是降低摩擦风阻，根据影响Rfr的各因素，的各因素， 降低摩擦阻力的主要措施有：降低摩擦阻力的主要措施有： 18 1降低降低 Rfr与与成正比，而成正比，而主要决定于巷道粗糙度，因此主要决定于巷道粗糙度，因此 降低降低，就应尽量使巷道光滑。当采用棚子支护巷道时，要很，就应尽量使巷

17、道光滑。当采用棚子支护巷道时，要很 好地刹帮背顶，在无支护的巷道，要注意尽可能把顶底板及好地刹帮背顶，在无支护的巷道，要注意尽可能把顶底板及 两帮修整好；对于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌两帮修整好；对于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌 璇，特别是采用锚杆支护技术时，更能有效地使璇，特别是采用锚杆支护技术时，更能有效地使系数减小。系数减小。 2扩大巷道断面扩大巷道断面S 因因Rfr与与S3成反比，所以扩大巷道断面有成反比，所以扩大巷道断面有 时成为降低摩擦阻力的主要措施。由于摩擦阻力又与风量的时成为降低摩擦阻力的主要措施。由于摩擦阻力又与风量的 平方成正比，因此在采用这种措施时，应抓

18、主要矛盾，即首平方成正比，因此在采用这种措施时，应抓主要矛盾，即首 先应考虑风量大、断面小的总回风道的扩大，其次再考虑其先应考虑风量大、断面小的总回风道的扩大，其次再考虑其 它巷道的扩大。它巷道的扩大。 3.2.5 降低摩擦阻力的措施降低摩擦阻力的措施 19 3减少周界长减少周界长U Rfr与与U成正比，在断面积相等的条件下，成正比，在断面积相等的条件下， 选用周长较小的拱形断面比周长较大的梯形断面好。选用周长较小的拱形断面比周长较大的梯形断面好。 4. 减少巷道长减少巷道长L Rfr与与L成正比，进行开拓设计时，就应在满成正比，进行开拓设计时，就应在满 足开采需要的条件下，尽可能缩短风路的长

19、度。例如，当采足开采需要的条件下，尽可能缩短风路的长度。例如，当采 用中央并列式通风系统，如阻力过大时，即可将其改为两翼用中央并列式通风系统，如阻力过大时，即可将其改为两翼 式通风系统以缩短回风路线。式通风系统以缩短回风路线。 5避免巷道内风量过大。避免巷道内风量过大。摩擦阻力与风量的平方成正比。巷摩擦阻力与风量的平方成正比。巷 道内的风量如果过大，摩擦阻力就会大大增加。因此，要尽道内的风量如果过大，摩擦阻力就会大大增加。因此，要尽 可能使矿井的总进风早分开，总回风晚汇合，即风流可能使矿井的总进风早分开，总回风晚汇合，即风流“早分早分 晚合晚合”。 降低摩擦阻力，还应同时结合井巷的其它用途与经

20、济等因降低摩擦阻力，还应同时结合井巷的其它用途与经济等因 素进行综合考虑。如断面过大，不但不经济，而且也不好维素进行综合考虑。如断面过大，不但不经济，而且也不好维 护，反而不如选用双巷。护，反而不如选用双巷。 3.2.5 降低摩擦阻力的措施降低摩擦阻力的措施 20 3.3 局部阻力局部阻力 3.3.1 局部阻力的概念局部阻力的概念 风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变 化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的 涡流，因而在该局部地带产生一种附加的阻力，称为涡流，因而在该局部地带产生一种附

21、加的阻力，称为 局部阻力。局部阻力。 井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、分叉井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、分叉 和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回风井口等。和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回风井口等。 21 3.3.2 局部阻力定律局部阻力定律 实验证明，在完全紊流状态下，不论井巷局部地点的断面、实验证明，在完全紊流状态下，不论井巷局部地点的断面、 形状和拐弯如何变化，所产生的局部阻力都和局部地点的前形状和拐弯如何变化，所产生的局部阻力都和局部地点的前 面或后面断面上的速压成正比。例如图面或后面断面上的速压成正比。例如图3-3-1所示突然扩大的所示突然扩大的 巷道，

22、该局部地点的局部阻力为巷道，该局部地点的局部阻力为 式中式中 v1、v2分别是局部地点前后断面上的平均风速，分别是局部地点前后断面上的平均风速，m/s； 、 局部阻力系数，无因次，分别对应于局部阻力系数，无因次，分别对应于hv1、hv2。对于。对于 形状和尺寸已定型的局部地点，这两个系数都是常数，但它形状和尺寸已定型的局部地点，这两个系数都是常数，但它 们彼此不相等。可以任用其中的一个系数和相应的速压计算们彼此不相等。可以任用其中的一个系数和相应的速压计算 局部阻力；局部阻力； 局部地点的空气密度局部地点的空气密度, kg/m3。 22 12 er112212 22 vv hhh 1 2 22

23、 若通过局部地点的风量为若通过局部地点的风量为Q，前后两个断面积是，前后两个断面积是S1和和S2，则，则 两个断面上的平均风速为：两个断面上的平均风速为： v1=Q/S1 ，m/s ； v2=Q/S2 ，m/s 代入（代入（3-3-1）式，得）式，得 ，Pa （3-3-2） 令令 ，Ns2/m8 （3-3-3） 式中式中 Rer称为局部风阻。当局部地点的规格尺寸和空气密度都称为局部风阻。当局部地点的规格尺寸和空气密度都 不变时，不变时， Rer是一个常数。将（是一个常数。将（3-3-3）代入（）代入（3-3-2），得），得 ，Pa （3-3-4） 上式表示完全紊流状态下的局部阻力定律，和完全紊

24、流状态上式表示完全紊流状态下的局部阻力定律，和完全紊流状态 的摩擦阻力定律一样，当的摩擦阻力定律一样，当Rer一定时，一定时， her和和Q平方成正比。平方成正比。 22 er12 22 12 22 QQ h SS er12 22 12 22 R SS 2 er er hRQ 23 3.3.3 局部阻力的计算方法局部阻力的计算方法 在一般情况下，由于矿井内风流的速压较小，所产生的局部在一般情况下，由于矿井内风流的速压较小，所产生的局部 风阻也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力的风阻也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力的 1020%左右。左右。 故在通风设计工作中，不逐一计算井下

25、各处的局部阻力，只故在通风设计工作中，不逐一计算井下各处的局部阻力，只 在这个百分数范围内估计一个总数。但对掘进通风用的风筒在这个百分数范围内估计一个总数。但对掘进通风用的风筒 和风量较大的井巷，由于其中风流的速压较大，就要逐一计和风量较大的井巷，由于其中风流的速压较大，就要逐一计 算局部阻力。算局部阻力。 计算局部阻力时，用（计算局部阻力时，用（3-3-1）式比较简便。先要根据井巷局）式比较简便。先要根据井巷局 部地点的特征，对照前人实验所得表部地点的特征，对照前人实验所得表3-3-1和表和表3-3-2，查出局，查出局 部阻力系数的近似值，然后用图表中所指定的相应风速进行部阻力系数的近似值，

26、然后用图表中所指定的相应风速进行 计算。计算。 （3-3-1） 22 12 er112212 22 vv hhh 24 几种局部阻力的几种局部阻力的值值 25 表表3-3-1表示巷道局部地点小断面表示巷道局部地点小断面S1和大断面和大断面S2的比的比 值相同时，值相同时，突然缩小比突然扩大突然缩小比突然扩大的局部阻力系数要小；的局部阻力系数要小； 表表3-3-2第一项所示的进风口比最后一项所示的出风第一项所示的进风口比最后一项所示的出风 口的局部阻力系数也要小。这是因为风流突然缩小时，口的局部阻力系数也要小。这是因为风流突然缩小时， 所产生的冲击现象没有风流突然扩大时那样急剧的缘所产生的冲击现

27、象没有风流突然扩大时那样急剧的缘 故。故。 26 例如，某进风井内的风速例如，某进风井内的风速8ms，井口空气密度是，井口空气密度是1.2 kg m3，井口的净断面，井口的净断面S12.6 m2，查表，查表3-3-2知该井口风流突知该井口风流突 然收缩的局部阻力系数是然收缩的局部阻力系数是0.6，则该井口的局部阻力和局部风，则该井口的局部阻力和局部风 阻为阻为 （Pa） （Ns2/m8） 如果上列是条件相同的回风井口，查表如果上列是条件相同的回风井口，查表3-3-2知该井口风流突知该井口风流突 然扩大的局部阻力系数是然扩大的局部阻力系数是l，则该井口的局部阻力和局部风阻，则该井口的局部阻力和局

28、部风阻 分别为分别为 （Pa） ，Ns2/m8 以上计算结果是：以上计算结果是： ； 2 0.6 81.2/223.04 er h 2 0.6 1.2/(2 12.6)0.002268 er R 2 1 81.2/238.4 er h 2 1 1.2/(2 12.6)0.003779 er R erer hh erer RR 27 3.3.4 降低局部阻力的措施降低局部阻力的措施 由于局部阻力与风速的平方或风量的平方成正比。故对于风由于局部阻力与风速的平方或风量的平方成正比。故对于风 速高、风量大的井巷，更要注意降低局部阻力，即在这些井速高、风量大的井巷，更要注意降低局部阻力，即在这些井 巷内

29、，要尽可能避免断面的突然扩大或突然缩小；巷内，要尽可能避免断面的突然扩大或突然缩小； 尽可能避免拐的弯，在拐弯处的内侧和外侧要做成斜面或圆尽可能避免拐的弯，在拐弯处的内侧和外侧要做成斜面或圆 弧形，拐弯的弯曲半径尽可能加大，还可设置导风板；弧形，拐弯的弯曲半径尽可能加大，还可设置导风板； 尽可能避免突然分叉和突然汇合，在分叉和汇合处的内侧要尽可能避免突然分叉和突然汇合，在分叉和汇合处的内侧要 做成斜面或圆弧形。做成斜面或圆弧形。 对于风速大的风筒，要悬挂平直，拐弯的弯曲半径要尽可能对于风速大的风筒，要悬挂平直，拐弯的弯曲半径要尽可能 加大。加大。 此外，在主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木材或

30、器材；此外，在主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木材或器材； 必要时，宜把正对风流的固定物体必要时，宜把正对风流的固定物体(例如罐道梁例如罐道梁)做成流线形。做成流线形。 28 3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性 3.4.1 通风阻力定律通风阻力定律 所谓通风阻力定律，就是前面所述的摩擦阻力定律和局部阻所谓通风阻力定律，就是前面所述的摩擦阻力定律和局部阻 力定律的结合，也就是通风阻力、风阻和风量三个参数相互力定律的结合，也就是通风阻力、风阻和风量三个参数相互 依存的规律。依存的规律。 在完全紊流状态下，通风阻力定律是：在完全紊流状态下，通风阻力定律是： hRQ2，Pa， （3-4-1）

31、 即即h和和R(Ns2 /m8)的一次方成正比，和的一次方成正比，和Q（m3/s）的平方成正）的平方成正 比。比。 若某一井巷通过一定风量，同时产生摩擦阻力和局部阻力，若某一井巷通过一定风量，同时产生摩擦阻力和局部阻力， 则则h和和R分别是该井巷的通风阻力和总风阻。对于一个矿井来分别是该井巷的通风阻力和总风阻。对于一个矿井来 说，说，h、R和和Q 分别代表该矿井的通风阻力、总风阻和总风量。分别代表该矿井的通风阻力、总风阻和总风量。 29 在层流状态下，通风阻力定律是：在层流状态下，通风阻力定律是： h=RQ （3-4-2） 即即h和和R(Ns2 /m8)的一次方成正比，和的一次方成正比，和Q（

32、m3/s）的一次方成）的一次方成 正比。正比。 在中间过渡状态下，通风阻力定律是：在中间过渡状态下，通风阻力定律是： h=RQx （3-4-3） 即即h和的一次方成正比，和和的一次方成正比，和Q（m3/s）的）的x方成正比。指数方成正比。指数x大大 于于1而小于而小于2。 上述通风阻力定律是矿井通风学科中最基本的定律。只有井上述通风阻力定律是矿井通风学科中最基本的定律。只有井 下个别风速较小的地方才可能用到层流或中间过渡态下的通下个别风速较小的地方才可能用到层流或中间过渡态下的通 风阻力定律。风阻力定律。 3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性 30 3.4.2 井巷的通风特性井巷的通风

33、特性 某一井巷或矿井的通风特性就是该矿井或井巷所特有某一井巷或矿井的通风特性就是该矿井或井巷所特有 的反映通风难易程度或通风能力大小的性能。这种特的反映通风难易程度或通风能力大小的性能。这种特 性可用该井巷或矿井的风阻值的大小来表示。性可用该井巷或矿井的风阻值的大小来表示。 通风阻力相同时，通风阻力相同时，风阻风阻大的井巷或矿井，风量必小，大的井巷或矿井，风量必小， 表示通风困难通风能力小；反之，风阻小的井巷或矿表示通风困难通风能力小；反之，风阻小的井巷或矿 井，风量必大，表示通风容易，通风能力大。所以，井，风量必大，表示通风容易，通风能力大。所以， 井巷或矿井的通风特性又名风阻特性。井巷或矿

34、井的通风特性又名风阻特性。 3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性 31 为了形象化，习惯引用一个和风阻的数值相当、意义相同的为了形象化，习惯引用一个和风阻的数值相当、意义相同的 假想的面积值（假想的面积值（m2）来表示井巷或矿井的通风难易程度。这）来表示井巷或矿井的通风难易程度。这 个假想的孔口称作井巷或矿井的等积孔（又称当量孔）。个假想的孔口称作井巷或矿井的等积孔（又称当量孔）。 等积孔就是用一个与井巷风阻值相当的理想孔的面积值来衡等积孔就是用一个与井巷风阻值相当的理想孔的面积值来衡 量井巷通风的难易程度。用量井巷通风的难易程度。用A来表示：来表示： 2 ,1917. 1m h Q

35、A 2 RQh 2 ,/1917. 1mRA 32 上式表示上式表示A和和R成反比。即井巷或矿井的成反比。即井巷或矿井的R值大，值大， 相当的相当的A值就小，表示该矿井或井巷通风困难；值就小，表示该矿井或井巷通风困难； 反之亦然。计算出矿井的风阻和等积孔后，就反之亦然。计算出矿井的风阻和等积孔后，就 可以对该矿井的通风难易程度进行评价，评价可以对该矿井的通风难易程度进行评价，评价 的标准如下表：的标准如下表： 33 用矿井等积孔用矿井等积孔A 和矿井风阻和矿井风阻R表示矿井通风的难易程度实质上表示矿井通风的难易程度实质上 一样，只是矿井等积孔比矿井风阻更形象化。一样，只是矿井等积孔比矿井风阻更

36、形象化。 值得指出的是，矿井等积孔仅仅是评定矿井通风难易程度的值得指出的是，矿井等积孔仅仅是评定矿井通风难易程度的 一个指标，它并不能全面地反映矿井通风难易程度。矿井通一个指标，它并不能全面地反映矿井通风难易程度。矿井通 风难易程度的评判应当从矿井通风的根本目的（供给井下充风难易程度的评判应当从矿井通风的根本目的（供给井下充 足的新鲜空气，冲淡有毒有害气体，创造良好的生产环境）足的新鲜空气，冲淡有毒有害气体，创造良好的生产环境） 入手，具体应考虑：入手，具体应考虑： (1) 矿井总风量是否满足需要；矿井总风量是否满足需要； (2) 井下各用风区域间的风量调配是否容易；井下各用风区域间的风量调配

37、是否容易； (3) 矿井瓦斯涌出量的大小；矿井瓦斯涌出量的大小； (4) 矿井开采强度；矿井开采强度； (5) 采煤方法等方面内容。采煤方法等方面内容。 34 3.4.3 风流的功率与电耗风流的功率与电耗 物体在单位时间内所做的功叫做功率，其计量单位物体在单位时间内所做的功叫做功率，其计量单位 是是Nm/s。风流的风压。风流的风压h乘风量乘风量Q的计量单位就是的计量单位就是 N/m2m3/s Nm/s 。故风流功率。故风流功率N的计算式为，的计算式为， N=hQ/1000，kW 矿井一天的通风电费是：矿井一天的通风电费是： 式中式中 e每度电的单价，每度电的单价，y/(kWh)；风机、输电、风

38、机、输电、 变电、传动等总效率。直接传动时，取变电、传动等总效率。直接传动时，取0.6；间接传动时，；间接传动时， 取取0.5。 dy eQh C ff , 1000 24 3.5 矿井通风阻力测定 矿井风流的方程： 22 12 111122221 2 22 uu zgpzgph 计算摩擦阻力的计算式： 22 1212 1 2121212 ()()() 222 uu hppzzg 1 2 2 3 f LU hQ S 用气压计法测试井巷风阻 4 1 用倾斜压差计法测井巷的风阻 2 用倾斜压差计法测井巷的摩擦阻力系数3 矿井总通风阻力和风阻的测量 5 通风阻力测量的内容和意义 3.5 矿井通风阻力

39、测定 矿井通风阻力测定工作是通风技术管理的重 要内容之一，其目的是通过测定工作准确地获取 矿井通风网络的基础参数，如网络中各条风道的 风阻、典型风道的摩擦阻力系数、风量和阻力分 布状况等。从而为矿井通风系统的调整、改造及 规划设计、均压防灭火和灾变时期风流控制提供 可靠的基础数据。 p测算风阻测算风阻 井巷风阻是反映矿井通风特性的主要参数井巷风阻是反映矿井通风特性的主要参数 ，是计算巷道通，是计算巷道通 风阻力的基础。风阻力的基础。 p测算摩擦阻力系数测算摩擦阻力系数 矿井内典型支护方式巷道的摩擦阻力系数测定，给通风设计矿井内典型支护方式巷道的摩擦阻力系数测定，给通风设计 提供依据。提供依据。

40、 p 测算全矿井或采区的通风阻力分布测算全矿井或采区的通风阻力分布 矿井内部各区段的通风阻力必须满足一定的分配比例。矿井内部各区段的通风阻力必须满足一定的分配比例。 胶皮管和压差计将两测点 相连的测法 p阻力测定步骤与方法阻力测定步骤与方法 大致位于巷道中心； 尖部迎风； 管轴与风向平行。 测点2后至少10m或 测点1前至少20m； 底座水平，夹角； 10m V1，1，S1,U1 v2 ，2， S2, U2 hre 46mm p测定数据记录 p测定的原理以及数据处理方法 2、推导： 11 2s pZg U型管左边酒精表面所承受的压力，其值等于断面1处空气绝对静压 与皮管内空气柱产生重力压强之差

41、 U型管右边酒精表面所承受的压力，其值等于断面2处的绝对静压 2s p 将两边酒精表面的倾斜距离hre换算成垂直水柱的高度，再换算成 Pa值，就是酒精表面间的压力差值，其应等于两边酒精液面所承受 压力之差： 11 22 (sin)() ress hcgpZgp p测定的原理及数据处理方法 根据能量方程 22 12 r1-2s11s221-2 vv hPPg 22 Z 通过在井巷内预先向胶皮管内打气，使巷道内的空气进 入皮管内，则皮管内和巷道内的空气密度相等。则： 1-21-2 ggZZ 联立以上三个公式，则1-2两侧点间的通风阻力： 22 12 r1-212 vv h(sin) 22 re h

42、cg p测定的原理及数据处理方法 根据通风阻力定律 2 1-2r1-21122 R=h/() / 2QQv Sv S 用下式可计算出两断面的标准风阻值： 1 21 21 2 / s RR 2 fr /hSLUv 摩擦阻力系数： p测算的原理及数据处理 p适用的条件 支护方式相同，支护间距相等，断面和周边界基本无变化，比较平直，中间无弯道、 堆积物和不存在漏风的巷道。 1 2 / s 井巷中风流做均匀流动，才仅产生摩擦阻力！ fr1 2r hh 1 2r h p测定过程中的注意事项 1.选定测量区段和测点 静压管安置在紊乱风流之前，倾斜巷道不宜； 2.掌握仪器性能、精度和操作方法；校正 仪表，检

43、查测试系统气密性； 3.严格执行测试系统的安装标准 静压管、U型管底座水平放置，二者之间 的距离符合要求； 4.准确测量测点处断面； 5.胶皮管内气体的置换； 6.对于长度短、风流小的断面，测试时设法增加风量，减小误差； 7.主要巷道测量时应尽量增加两测点间的距离，减少分段测试积累测定误差。 用U型倾斜压差计测算一条运输大巷的阻力。该巷道为半圆 拱料石砌碹，测点1和测点2处的巷道断面积为S1=8.8m2， S2=8.0m2，1、2两测点的间距是300m，通过该巷道的风量是 30m3/s, U型压差计的读数为L=21.1mm酒精柱，酒精的密度取 值0.81103kg，放置的倾角为30，精度校正系

44、数为C=0.98, 测点1的空气密度为1=1.25kg/m3,测点2的空气密度为 2=1.21kg/m3,试计算该巷道的风阻，并将风阻换算成标准值。 计算题： 解：将上述数据代入通风阻力计算公式得 22 12 r1-212 22 33 vv h(sin) 22 (30/8.8)(30/8.0) 21.1 10(sin30 ) 0.81 100.98 9.81.251.21 22 82.077.278.5180.83 re hcg Pa 根据通风阻力定律： 2 r1-2 hRQ 故风阻值为： 228 r1-2 h/80.83/(30 30)0.09/RQN sm 换算为标准风阻： 28 1 21

45、 21 2 /1.2 0.09/ (1.21 1.25)/ 20.087/RsRN sm p气压计法测算的原理 气压计测法的原理：根据能量方程通过气压计测出两测点的绝 对静压并求差，加上动压差和位压差，以计算通风阻力。 22 12 1 212121 2 1 2 vv h=p 22 ss hPZpZg p测气压的仪器与优缺点 空盒气压计 矿井通风参数测试仪 水银气压计 p两种测算的方法 1）用A和B两台气压计同时在测试区间两端点读数（双 测点同时测量法）； 2）基点测量法，也称作逐点测量法。 p双测点同时测量法 1）将A,B两台气压计分别放置在测点1和2； 2）约定时间，同时读取1、2两点的静压值即PS1，PS2； 3）测压同时，测算测点的空气密度，风速，风量及 高程差等； 4）代入下式计算通风阻力： 2 1 A B 22 12 r1-212121 21 2 vv h 22 ss ppZg 针对本例题测点2在地表，可视作v2=0 2 1 r1-21211 21 2 v h 2 ss ppZg Z 2 1-2r1-2 R=h/Q 5）将风量Q, hr1-2代入通 风阻力定律： p基点测量法 逐点测量法：在井口或井底