矿井通风与安全课件

1礦井通風與安全

MineVentilation&Safety

2第一章礦井空氣及氣候條件本章重點：1、礦井空氣主要成分2、礦井有害氣體來源、性質、危害及允許濃度。3、礦井氣候條件3第一節礦井空氣成分

一、地面空氣成分地面空氣是由幹潔空氣和可變成分兩部分組成：幹潔空氣(純淨空氣---穩定成分)成分體積百分比品質百分比 氮氣N278.088%75.527%

氧气O220.949%23.143%

其他氣體(CO2Ar等)

1%

1.3%可變成分：水蒸氣+塵埃變化範圍0~4%

純空氣+水蒸氣+塵埃——是人類適應和習慣的生存條件。二、地面空氣進入井下後發生的變化1.混入了有害氣體和礦塵，主要有：

a煤層、岩層中湧出的有害氣體：甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）等。

b井下物質氧化、燃燒、爆炸等產生的有害氣體：二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）二氧化硫（SO2）等。

c爆破產生的炮煙及各作業工序產生的微細礦塵。

d井下人員呼吸以及燃油設備產生的廢氣等。42.氧氣濃度降低，主要原因是：

a有害氣體的大量湧出會沖淡氧氣的濃度。

b井下物質氧化、人員呼吸等消耗氧氣。

c井下火災、爆炸等災害會消耗大量氧氣。3.礦井空氣溫度、濕度等狀態參數發生了變化。

由於井巷圍岩散熱、氧化、人員、機電設備散熱及水分蒸發等原因，會使井下空氣溫度升高，濕度增加，空氣的其他狀態參數也會發生相應變化。地面空氣進入井下後→礦井空氣：新鮮風流--相對於地面空氣，在成份和性質上變化不大的礦井空氣，簡稱新風，如進風井巷中的空氣。污濁風流--把流經採掘工作面及硐室等工作地點或受到井下礦塵和有害氣體污染的，在成份和性質上變化較大的礦井空氣，簡稱汙風或乏風，如回風井巷中的空氣。通常以用風地點為界，將用風地點以前的風流稱為新風，或進風；將用風地點以後的風流稱為汙風，或回風。礦井空氣及相關概念：7

三、礦井空氣的主要成分礦井內空氣的成分十分複雜，但是，正常風流中仍然是N2、O2

氧氣O2①性質：·無色無味氣體，相對密度d=1.105·供人呼吸；

·使物質氧化；

·是瓦斯、煤塵、爆炸和礦井火災的必要條件。②對人的作用（維持人的生命活動）正常人的耗氧能力：工作時：1～3L/min;靜止時：0.25L/min

相當於空氣量：30～50L/min8人體需氧量與勞動強度的關係

勞動強度

呼吸空氣量（L/min）

氧氣消耗量（L/min）休息6-150.2-0.4輕勞動20-250.6-1.0

中度勞動30-401.2-2.6

重勞動40-601.8-2.4

極重勞動40-802.5-3.1

9③井下空氣中氧氣(O2)減少的原因：

a、人員呼吸（有限空間中）；

b、坑木、煤岩的氧化、消耗氧；

c、煤岩層中湧出的有害氣體，使氧的濃度相對降低；

d、火災、瓦斯爆炸事故會大量消耗氧氣；

因此，在井下盲巷或通風不良的地方或火災、爆炸後的風流中，氧氣的濃度會降到10％以下，甚至更低：5％，2％，人員進入會發生窒息死亡。

④《規程》規定：

a、工作地點按人員配風不得少於每人4m3/min。

b、井下工作地點風流中[O2]≥20%

國際勞工局（InternationalLabourOffice）制定的《煤礦安全與健康實用規程》(日內瓦)規定：[O2]≥19%：俄羅斯、德國≥20%；美國、日本]≥19%。11第二節礦井空氣中的主要有害氣體

一、煤礦井下常見有害氣體（10種）CH4、CO2、CO、H2S、SO2、NO2、NH3、N2、H2、Rn（氡）1、CH4（瓦斯）來源：煤層中湧出，煤的伴生氣體。所有煤礦都有瓦斯！性質：無色、無味d＝0.55，能燃燒、爆炸危害：①爆炸:[CH4]---5～16％；②燃燒:[CH4]<5％（附著燃燒），[CH4]>16%(擴散燃燒)；③窒息：[CH4]很高時,使(O2)↓→造成窒息；④瓦斯的噴出、突出。《規程》規定：採掘工作面進風流中瓦斯濃度不得超過0.5%；采區回風道、採掘工作面及回風流中瓦斯濃度不得超過1%；礦井總回風或一翼回風中瓦斯濃度不得超過0.75%。……13其他方面瓦斯(CH4)是一種優質能源和化工原料——天然氣的主要成分：1m3的燃燒熱為3.7×107J，相當於1~1.5kg煙煤。初步估計，我國煤層氣總量達3.0×1013~

3.5×1013m3

，每年排放到大氣中的CH4量約達120~190億m3(相當於2600萬t煤)，占世界總排放量的1/3。CH4是一種嚴重的溫室氣體，其溫室效應是CO2的21倍。14

2、CO2來源:

煤岩層中湧出、坑木煤的氧化；人的呼吸；燃燒、爆破、爆炸性質：無色、有酸性，溶於水，比重d＝1.52；對人的呼吸有刺激作用。危害：有毒，當濃度達到5%--呼吸困難；達到10~20%失去知覺；達到20~25%將中毒死亡。規定：進風中（CO2）≤0.5%

采區、工作面回風（CO2）≤1.5%

總回風（CO2）≤0.75%153.CO

來源：煤炭自燃，瓦斯、煤塵爆炸，放炮（炮煙中500ppm）性質：無色、無味d=0.97，化學性質活潑。

危害：①劇毒

(CO）－0.016%輕微中毒

（CO）－0.048%頭痛眩暈

（CO）－0.128%無力、嘔吐

（CO）－0.4%短時間內喪失知覺，1h內可致死亡（CO）－1.28%1～3min出現昏迷和死亡

②爆炸：（CO）－13%～75%爆炸

規定：井下風流中：（CO）≤0.0024%(24ppm百萬分之24)

美國,德國,英國規定最高允許濃度為（CO）≤0.0050%.

164.H2S

來源：有機物腐爛,含硫礦物氧化,煤岩層放出性質：無色，有臭味，溶於水，d＝1.19。

危害：剧毒：（H2S）達到0.1%時,幾分鐘死亡；爆炸：4.3％～45.6%能發生爆炸

0.002％以下對人體沒有危害，濃度在0.08％以上時短時間內就會危及人的生命。當在空氣中硫化氫的濃度為0.0001％-0.0002％時即可聞到臭雞蛋味，濃度在0.0027％時氣味最強，超過0.0027％時，人的嗅覺因為受到過分刺激而失靈。《規定》：（H2S）≤0.00066%（6.6ppm）5.NO2

來源：放炮（炮煙）1kg硝銨炸藥爆破→10LNO2性質:呈棕紅色,有刺激氣味，溶於水d＝1.57。

危害：剧毒：（NO2）達到0.025%時,短時間中毒死亡

中毒特點:起初無感覺,6～24h後出現中毒現象，肺水腫→死亡。

規定（NO2）≤0.00025%。186.SO2

來源:含硫煤炭、礦物的氧化和自燃性質：無色，有硫磺氣味，酸味，溶於水d＝2.2有劇毒

危害：劇毒：（SO2）達到0.05%中毒死亡有20ppm時就有了強烈的刺激規定：(SO2)≤0.0005%即5ppm

7.NH3

來源:炸藥爆破,有機物腐爛性質:無色,有刺激氣味,溶於水d=0.596。

危害:毒性：對人的皮膚及呼吸道有刺激作用；爆炸：(NH3)－16％～27％能爆炸。規定：(NH3)≤0.004%19

8.N2

來源:有機物腐爛,爆破作業,主要是煤岩層湧出及防火注氮。危害:盲巷中(N2)過高會發生窒息,死亡

Ex.

某礦死12人－主扇停風15min，采空區氮氣體湧出，工作面12人死亡，當時化驗（N2）達到94.7%，（O2）僅為4.6%

高氮礦井，必須攜帶氧氣檢測器。9.H2

來源:蓄電池充電

危害:爆炸

規定:充電硐室(H2)≤0.5%2010、Rn氡氣：來源，地層，特別在含鈾礦物地岩層性質：無色、無味地放射性氣體，半衰期3.8d

能溶於水和有機溶劑，在油脂中地溶解度為水的125倍氡使惰性氣體，一般不參與化學反應危害：氡及其子體是放射性元素，會造成輻射危害。衰變規律：氡3.8d鐳A3min鐳26.8min鐳C19.7min鐳C1.6×10－4s鐳D22a鉛由鐳到鉛的衰變中新產生的短壽命中間產物統稱為氡的子體，具有更大的危害性。規定：井下環境最大允許濃度：1.5KBq/m321總結：礦井主要有害氣體可以分為(按危害形式)：爆炸性氣體：CH4、H2有毒氣體：CO、NO2、SO2、H2S、CO2、NH3窒息性氣體：CH4、N2、CO2放射性氣體：Rn及其子體（還有按氣味、顏色等）23第三節礦井氣候條件

一、礦井氣候條件及其對人體熱平衡的影響

礦井氣候條件是指礦井空氣溫度、濕度和風速等參數所反映的綜合狀態，反映的是人體的散熱感受。

人體的代謝產生的熱量必需散發出去，以維持人體的熱平衡。代謝熱量與勞動強度有關，一般：繁重勞動：300kal/h中等勞動：200kal/h輕度勞動：100kal/h這些熱量必須散發掉，否則影響人的健康，甚至生命。散失多---則感冒；散失少---則中暑。人體散熱的主要是通過人體皮膚表面與外界熱量交換進行的，基本形式是：對流、輻射、汗液蒸發對流散熱-----主要取決於周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱-----主要取決於環境溫度；蒸發散熱-----主要取決於周圍空氣的相對濕度和流速。井下勞動比較適宜的氣候條件是：

風速：1～2.5m/s；溫度:15～25℃；濕度：50～60％其中，人體對溫度感覺最為敏感，井下超過26℃，則不利於勞動狀態下人體的散熱。但是隨著礦井開採深度和機械化強度的增加，我國礦山熱害日趨嚴重，有的礦井氣溫高達35℃，高溫、高濕嚴重威脅礦井安全和礦工健康。礦井高溫熱環境的危害主要表現在：①人長時間處在高溫熱環境中生理調節機能將發生障礙，出現體溫升高，代謝紊亂，心跳加快，心律失常，血壓升高等現象，甚至虛脫中暑，嚴重時可導致昏迷或死亡。②高溫高濕的作業環境中會使作業人員精神煩躁、疲憊乏力、精力不集中，增加了事故的發生率。③影響著作業人員勞動生產效率。④易引發其他災害，如增大瓦斯湧出量，煤層自然著火危險性增加等。二、礦井的氣候特徵1．礦井空氣的溫度1）井下空氣溫度變化的影響因素：①地面空氣溫度

地面空氣溫度對井下氣溫有直接的影響。尤其在冬、夏兩季和開採深度較淺的礦井，影響較為顯著。晝夜溫差也會對井下產生影響。②圍岩溫度岩石溫度對井下空氣溫度有很大影響。井巷圍岩向風流的傳熱主要取決於圍岩與風流之間的溫度差和傳熱係數的大小。

③機電設備散熱

井下機電設備所消耗的能量均可轉換為熱能，使風流溫度升高。

④地下熱水

高溫熱泉或地熱水使地下岩層溫度升高，或直接向風流散熱；低溫的地下水，地下岩層溫度降低。⑤空氣的壓縮與膨脹

當空氣沿井筒向下流動時，因空氣受到壓縮作用而產生熱量；相反，空氣向上流動時，則因膨脹作用而降溫。⑥水分蒸發吸熱

礦井通風的過程可以帶走井下大量的水蒸氣，從空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低。⑦其他熱源

主要有井下煤炭等氧化生熱及人體散熱等。2）井下空氣溫度的變化規律井下進風流的溫度的變化規律為“冬暖夏涼”。2．礦井空氣濕度1）空氣濕度的表示方法①絕對濕度單位體積的濕空氣中所含水蒸汽品質，用符號ρv表示：式中Mv

水蒸氣的品質，kg

V

空氣的體積，m3。

飽和濕度濕空氣達到飽和狀態時的絕對濕度叫，用ρs表示。②相對濕度單位體積空氣中實際含有的水蒸氣量(ρv)與其同溫度下的飽和水蒸氣含量(ρs)之比的百分數可用下式表示：

相對濕度φ的大小反映了空氣接近飽和的程度。

φ值小表示空氣乾燥，吸收水分的能力強；φ值大則空氣潮濕，吸收水分能力弱。φ=0，即為幹空氣；φ=l即為飽和空氣。例題：甲地：空氣溫度t=18℃，ρv

＝0.0107kg/m3；乙地：空氣溫度t=30℃，ρv

＝0.0154kg/m3，試求兩地的相對濕度。解：查表得，當t為18℃，ρs

＝0.0154kg/m3；當t為30℃，ρs

＝0.03037kg/m3。∴甲地：φ＝ρv

／ρs

＝0.7＝70%

乙地：φ＝ρv

／ρs

＝0.51＝51%

甲地的相對濕度大於乙地，故乙地的空氣吸濕能力強，更利於蒸發散熱。水分向空氣中蒸發的快慢和相對濕度直接有關，所以，礦井氣候條件中指的是相對濕度。

2）井下空氣濕度的變化規律：相對濕度是根據風流的絕對濕度和溫度而變化。風流的相對濕度的變化規律為“冬幹夏濕”。3．風速

礦井風速的大小取決於巷道的風量和段面積的大小。一般，礦井的總進、總回風巷道由於風量集中，風速往往比較大；而采區巷道，風量比較分散，風速較小。右表為井巷中的允許風流速度。表1-3-2井巷中的允許風流速度0.15其他通風人行巷道40.15掘進中的岩巷40.25採煤工作面、掘進中的煤巷和半煤岩巷60.25運輸機巷，采區進、回風巷81.0架線電機車巷道8主要進、回風巷8升降人員物料的井筒10風橋12專為升降物料的井筒15無提升的風井和風硐高低允許風速井巷名稱三、衡量礦井氣候條件的指標1.幹球溫度

是我國現行的評價礦井氣候條件的指標之一；特點：測定方便；能夠反映出礦井氣候條件的主要方面；沒有反映出濕度和風速對人體熱平衡的綜合作用。2.濕球溫度可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比幹球溫度要合理些；但仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響；測定複雜。3.同感溫度

同感溫度(也稱有效溫度)是1923年由美國採暖工程師協會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環境的感覺而得出的。同感溫度的優點是同時考慮了幹球溫度、濕球溫度和風速的綜合作用。但其客觀性和準確性存在不足。2523幹球溫度℃濕球溫度℃04504515352510同感溫度℃0.60.33風速（m/s）1.5同感溫度計算圖184.卡他度幹卡他度：反映了氣溫和風速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。

為了測出溫度、濕度和風速三者的綜合作用效果：濕卡他度（Kw）：是在卡他計貯液球上包裹上一層濕紗布時測得的卡他度，其實測和計算方法完全與幹卡他度相同。卡他計

395、礦井氣候條件的安全標準

制定礦井氣候條件的安全標推，涉及到國家政策、勞動衛生、勞動生理心理學以及現有的國家技術經濟條件。

1）．我國現行的礦井氣候條件安全標準我國現行評價礦井氣候條件的指標是幹球溫度。1982年國務院頒佈的《礦山安全條例》第53條規定，礦井空氣最高容許幹球溫度為28℃。在此基礎上，我國各類礦山在安全規程中，也對礦井氣候條件的安全標推作出了相應的規定，但都低十此值。四、井下氣候條件的改善1.空氣的預熱冬季氣溫過低，為防止進風井結凍，須對空氣預先加熱：

通常採用的預熱方法是使用蒸氣或水暖設備，將一部分風量預熱，並使其進入井筒與冷空氣混合，以使混合後的空氣溫度不低於2℃。還有採用岩層預熱空氣的方法。本章主要內容1、空氣的物理參數----密度、粘性、壓力等2、井巷風流的運動特徵與連續方程3、風流的點壓力及相互關係---靜壓、動壓、全壓；抽出式和壓入式相對靜壓、相對全壓與動壓的關係。4、井巷風流的能量方程及其在通風中的應用5、井巷通風阻力第一節礦井空氣主要物理參數一、密度

單位體積空氣所具有的品質稱為空氣的密度，符號，空氣的密度是溫度和壓力的函數。用理想氣體狀態方程將空氣的密度表示為，礦井空氣可看成是由幹潔空氣和水蒸汽組成的混合氣體，即濕空氣，得礦井空氣密度運算式：式中，濕空氣的壓力，Pa，空氣的溫度，℃；溫度時飽和水蒸氣的分壓，Pa見表2-1-1；空氣的相對濕度。

實際中礦井空氣都是潮濕狀態，為了簡化，可以按下述公式近似測算礦井空氣的密度：

第一節礦井空氣主要物理參數空氣密度會隨空氣的壓力、溫度、濕度的變化而變化；當空氣的壓力和溫度一定時，空氣的相對濕度越大，其密度越小，即濕空氣的密度比幹空氣的密度小。在礦井通風中，空氣流經不同條件的井巷時，其溫度、壓力及濕度將會發生一系列的變化，這些變化都將引起空氣密度的變化。第一節礦井空氣主要物理參數三、粘性流體抵抗剪切力的性質。當流體層間發生相對運動時，在流體內部兩個流體層的接觸面上，便產生粘性阻力(內摩擦力)以阻止相對運動，流體具有的這一性質，稱作流體的粘性。根據牛頓內摩擦定律有：

式中：μ——比例係數，代表空氣粘性，稱為動力粘性或絕對粘度。其國際單位Pa·S。

第一節礦井空氣主要物理參數運動粘度為：單位m2/s；

溫度是影響流體粘性主要因素，氣體，隨溫度升高而增大，液體而降低。

粘性時產生通風阻力的內在原因。第一節礦井空氣主要物理參數第一節礦井空氣主要物理參數四、空氣的壓力

1.定義空氣的壓力—是單位面積上空氣的作用力，一般指的是空氣的靜壓，用符號P表示，單位為Pa。它是空氣分子熱運動對器壁碰撞的宏觀表現。

根據氣體分子運動論，空氣壓力的運算式為：式中n——單位體積內的空氣分子數，個/m3；

——氣體分子平移運動的平均動能，J/個；

P——空氣壓力，J/m3=N/m2=Pa。由上式可知，空氣壓力的實質是單位體積內空氣分子不規則熱運動表現出的對外做功的能力，可以看作是單位體積空氣所具有的一種彈性（壓力）勢能，或稱為壓能，通風工程中習慣稱之為空氣的絕對靜壓。２.礦井常用空氣壓力的單位Pa，mmH20，mmHg，mmbar，hPa，atm

等。

換算關係:1mmH20=9.8Pa

1atm=760mmHg=101325Pa

1mmbar=1hPa=100Pa=10.2mmH20,

1mmHg=13.6mmH20=133.32Pa３.空氣絕對靜壓的測定測量空氣絕對靜壓的儀錶有水銀氣壓計，空盒氣壓計和精密數字氣壓計。第一節礦井空氣主要物理參數水銀氣壓計空盒氣壓計精密數字氣壓計第二節井巷風流運動特徵及連續方程一、風流的流態

1.流態及判別

井巷風流分為層流和紊流兩種。用雷諾數來判別流體的狀態，符號Re。式中，D圓形管道直徑，m；對於非圓形管道D為當量直徑。

根據實驗，當Re≤

2320時，流動呈層流狀態；約在Re

＞2320時，水流開始向紊流過渡，故稱2320為臨界雷諾數；當Re≥10000時，水流呈完全紊流狀態。

第二節井巷風流運動特徵及連續方程2.井巷風流的流態例如，某梯形巷道的斷面積，周長，風流的運動粘性係數，則計算出風流開始向紊流過渡的平均風速為井巷中最低風速都在0.15～0.25m/s以上，故正常通風巷道風流都處於完全紊流狀態。但在大型采場、漏風巷道、煤岩裂隙、采空區等風速一般都很小，會出現層流。3.紊流的特點：

流體質點及其參數具有脈動性。巷道斷面風速的分佈。

第二節井巷風流運動特徵及連續方程第二節井巷風流運動特徵及連續方程二、井巷風速、風量測定1、測風儀表（1）機械式風表分為翼式和杯式兩種，根據測量風速的範圍又分為高速，中速和低速三種。（2）皮託管壓差計測風裝置（3）數字式風表電子冀輪式風表、熱效式風表、渦街式、皮託管式，一般都具有的可以即時顯示點風速，自動計算、記錄及儲存分析功能，為測風帶來很大方便。第二節井巷風流運動特徵及連續方程2.測風方法與風量計算巷道平均風速的測定主要有線路法測風和定點法測風。

在不規則或風速較小的巷道中還可以採用最大風速法、示蹤氣體法或煙霧法測風。測得平均風速後，量出測風站的巷道尺寸，計算出巷道的淨斷面積S，就可求出通過巷道的風量Q。

Q=vS第二節井巷風流運動特徵及連續方程第二節井巷風流運動特徵及連續方程三、空氣流動的連續性方程根據品質守恆，對於穩定流，單位時間內流入某空間的流體品質必然等於流出其空間的流體品質。如圖2-12一元穩定流動，在流動過程中不漏風又無補給時，則流過各斷面的風流的品質流量相等，可表示為：

第二節井巷風流運動特徵及連續方程或或第二節井巷風流運動特徵及連續方程對於不可壓縮流體(密度為常數)

則通過任一斷面的體積流量Q(m3/s)相等，即或在流量一定的條件下，風流在斷面大的地方流速小，在斷面小的地方流速大。空氣流動的連續性方程為井巷風量的測算提供了方法，是通風解算的理論依據之一。第三節風流的壓力及能量方程一、風流的壓力

井巷任意斷面風流具有的壓力分為靜壓、位壓和動壓。(一)靜壓

空氣分子作用在器壁單位面積上的力，是空氣分子熱運動和重力作用的結果。１.靜壓特點無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力。風流中任一點的靜壓各項同值，且垂直於作用面。井巷斷面上風流的靜壓的大小主要與大氣壓力、斷面位置（主要是高度）、通風機的作用有關。２.壓力的兩種測算基準根據壓力的測算基準不同，壓力可分為絕對靜壓和相對靜壓兩種。(1)絕對靜壓：以真空為測算基準而測得的靜壓稱之為絕對靜壓，用P表示。

(2)相對靜壓：以當時當地同標高的大氣壓力為測算基準(零點)測得的壓力稱之為相對靜壓，用h表示。風流的絕對靜壓（P）、相對靜壓（h）和與其對應的大氣壓（P0）三者之間的關係為：

h=P－P0某點風流的絕對靜壓只能為正，它可能大於、等於或小於該點同標高的大氣壓P0。因此相對靜壓則可正可負。第三節風流的壓力及能量方程第三節風流的壓力及能量方程ABPA真空P0PBhA(+)hB(-)P0PB圖2.3.1絕對靜壓、相對靜壓和大氣壓之間的關係壓入式通風抽出式通風壓入式通風中，由於通風機的作用，使風筒內A斷面的絕對靜壓PA高於大氣壓力P0，因此，相對靜壓hA=PA-P0

＞0；正壓通風抽出式通風中，通風機的作用，使風筒內B斷面的絕對靜壓PB低於大氣壓力P0，因此，相對靜壓hB=PB-P0<0為負。負壓通風(二)位壓某一斷面的單位體積的流體相對於水準基準面所具有的重力位能，用hz表示，單位Pa。1.位壓的計算

通風工程中位壓的計算式：式中

——風流斷面到基準面的風流的平均密度，

——重力加速度，

——風流斷面到基準面的垂高，

——斷面風流的位壓，Pa。高度變化大的時候（大於500m），採用多點平均法測算平均密度。第三節風流的壓力及能量方程２.位壓的特點

a.位能是相對某一基準面而具有的能量，它隨所選基準面的變化而變化。但量確定斷面的位能差為定值。

b.位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應，即不呈現壓力，故不能象靜壓那樣用儀錶進行直接測量。

c.位能和靜壓可以相互轉化，在進行能量轉化時遵循能量守恆定律。(三)動壓空氣流動時其動能所呈現的壓力稱為動壓，表示單位體積空氣的動能。符號hv，單位Pa。第三節風流的壓力及能量方程１.動壓的計算式中——空氣密度，kg/m3；

——風速，m/s；

——動壓，Pa。２.動壓特點①只有做定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。②動壓總是大於零。垂直流動方向的作用面所承受的動壓最大(即流動方向上的動壓真值)；當作用面與流動方向有夾角時，其感受到的動壓值將小於動壓真值。③在同一流動斷面上，由於風速分佈的不均勻性，各點的風速不相等，所以其動壓值不等。一般，某斷面風流的動壓是用該斷面平均風速計算而得。第三節風流的壓力及能量方程(四)風流點壓力測定及相互關係1.風流點壓力

風流點壓力即風流測點的能夠呈現的壓力或能夠測定的壓力。井巷和通風管道中流動的風流的點壓力，按照呈現特徵可分為靜壓、動壓。靜壓和動壓之和定義為全壓。又分為絕對全壓和相對全壓，與靜壓和動壓的關係為：第三節風流的壓力及能量方程2.風流點壓力測定

測定風流點壓力的儀器：皮託管、壓差計和氣壓計皮託管：傳遞壓力的作用，正負接頭連至氣壓計或壓差計測壓。壓差計：常用的有U形水柱計、傾斜微壓計或補償式微壓計和數字式壓差計。氣壓計：礦井通風中常用的氣壓計有水銀氣壓計、空盒氣壓計和數字氣壓計。第三節風流的壓力及能量方程第三節風流的壓力及能量方程壓差計：常用的有傾斜微壓計、U形水柱計或補償式微壓計和數字式壓差計。第三節風流的壓力及能量方程第三節風流的壓力及能量方程3.風流點壓力的相互關係(1)壓入式通風風機佈置在風筒的入口，風筒內的壓力高於大氣壓力。絕對壓力相對壓力風筒中任一點i的相對全壓hti恒為正值，所以也稱之為正壓通風。第三節風流的壓力及能量方程第三節風流的壓力及能量方程圖2-3-3壓入式通風點壓力測定的佈置圖2-3-4壓入式通風點壓力的關係圖(2)抽出式通風風機在風筒的出口風筒內風流的壓力低於大氣壓力。絕對壓力相對壓力風筒內風流的相對全壓hti恒為負值，所以也稱之為負壓通風。圖2-3-5抽出式通風點壓力測定的佈置圖2-3-6抽出式通風點壓力的關係圖第三節風流的壓力及能量方程二、井巷風流的能量方程

1.能量方程流體的能量方程（伯努利方程）反映的是流體在流動過程中能量的轉換和變化規律。在井巷通風中，風流的機械能有壓能、動能和位能，由於風流的連續性，一般是用單位品質或單位體積的能量來表示流體的能量。在不可壓縮穩定流動條件下，通風能量方程可以表述為單位體積流體流經兩斷面的總能之差（或壓能差、動能差與位能差之和），等於風流由斷面1流到斷面2克服井巷阻力所損失的能量。運算式可以寫為：第三節風流的壓力及能量方程第三節風流的壓力及能量方程圖2.3.7風流在井巷中的流動式中

——斷面l、2處單位體積風流的平均靜壓，Pa；

——斷面1、2處單位體積風流的平均動壓，Pa；

——斷面l、2處單位體積風流的位壓，Pa；

——風流流經斷面1、2之間的通風阻力，Pa。其數值上等於單位體積風流流經斷面1、2之間的總能量損失。2.對方程的修正對於實際礦井風流，考慮斷面上風流的不均勻性及礦井空氣的可壓縮性,，為了減小方程應用的誤差，需要對方程進行適當修正。1）.風速的修正按平均風速計算的動能與按斷面上各點實際流速計算的動能不等。需用動能係數加以修正。動能係數是斷面實際總動能與用斷面平均風速計算出的總動能的比：第三節風流的壓力及能量方程在礦井條件下，一般為1.01～1.02。由於動能差項很小，在應用能量方程時，可取為1。

第三節風流的壓力及能量方程2.風流的可壓縮性修正由於井巷風流密度的變化，需要對能量方程應加以修正：A.動能項密度：取各自斷面風流的平均密度。B.位能項的密度：又分單傾斜巷道和中間有起伏的巷道。

對於單傾斜巷道，通常基準面選擇在一端，計算兩斷面位能時，密度取兩斷面間風流的平均密度；對於中間有起伏的巷道，通常基準面選擇中間最低（最高）的起伏點，在計算兩斷面位能時，應以中間最低（最高）起伏點為界，分別取各側空氣柱的平均密度。

經過修正礦井中能量方程的形式：-----此式即為通風工程中應用的能量方程3.關於能量方程使用的幾點說明：

(1)能量方程的意義是，表示單位體積(1m3)空氣由l斷面流向2斷面的過程中所消耗的能量(通風阻力)等於流經1、2斷面間空氣總機械能(靜壓能、動壓能和位能)的變化量。

(2)風流流動必須是穩定流，即斷面上的參數不隨時間的變化而變化，所研究的始、末斷面要選在緩變流場上，這樣才能比較準確的確定斷面風流的平均參數（如P、v等）。

(3)風流總是從總能量(機械能)大的地方流向總能量小的地方。在判斷風流方向時，應用始末兩斷面上的總能量來進行，而不能只看其中的某一項。如不知風流方向，列能量方程時，應先假設風流方向，如果計算出的能量損失(通風阻力)為正，說明風流方向假設正確，如果為負，則風流方向假設錯誤。第三節風流的壓力及能量方程(4)合理選擇基準面，才能正確應用，並可簡化計算。(5)應用能量方程時要注意各項單位的一致性。(6)在始、末斷面間有壓源時（比如通風機），壓源的作用方向與風流的方向相同，壓源對風流做功；如果兩者方向相反，壓源為負，則壓源成為通風阻力。

第三節風流的壓力及能量方程第三節風流的壓力及能量方程(8)能量方程表示的是單位體積空氣由l斷面流到2斷面所消耗的能量(通風阻力)，若巷道的風量為Q，則巷道通風單位時間所消耗的總的能量為：

(9)對於靜止空氣，，則：或，即靜止空氣中的壓力分佈規律符合流體靜力學基本公式。第三節風流的壓力及能量方程三、能量方程在礦井通風中的應用能量方程是空氣在井巷中流動所遵循的基本規律，在礦井通風中有著廣泛的應用，通風工程中的各種技術測定與技術管理大都與它密切相關。

能量方程的應用可以概括為以下步驟：

1.明確計算斷面，並確定（設定）風流方向；

2.確定基準面位置；

3.根據給出條件確定或計算斷面風流參數（主要是各斷面的P、v、z）；

4.列出能量方程，計算通風阻力、判斷風流方向。實際工程中，還需要根據計算結果，應用有關專業知識進行深入分析。三、能量方程在礦井通風中的應用1．計算井巷通風阻力判斷風流方向例題2-4某傾斜巷道如圖2—3—8，已知斷面1—1和2—2風流參數為：，，，，，，兩斷面的高差為60m，試求兩斷面間的通風阻力，並求斷風流方向。

第三節風流的壓力及能量方程解：設風流方向為從1到2，基準面選為通過低端的1斷面中心的水平面，

兩斷面風流的平均密度為：則由能量方程兩斷面間的通風阻力為：

計算結果為負值，說明1斷面的總能量小於2斷面的總能量，實際風流方向與原設定的風流方向相反，其通風阻力值為1068Pa。第三節風流的壓力及能量方程2．測算礦井通風阻力

礦井通風阻力指的是單位體積的風流由進風井口流經井下巷道到出風口總的能量損失，用hRm表示。礦井通風阻力的大小可根據能量方程進行測定和計算。

1)抽出式通風礦井（如圖2-3-10）第三節風流的壓力及能量方程空氣由進風井口1經進風井1～2、井下巷道2～3、回風井及風硐3～4至風硐斷面4（即通風機進風口），流動過程中總的能量損失hr14就是礦井通風阻力，即hRm=hr14。選擇井底2-3為基準面，由能量方程：

各風流參數為：進風井，風流的平均密度為=，深度為Z1，進風井口處大氣壓力為p01；回風井，風流的平均密度為=，深度為Z4，風硐外大氣壓力為p04；進、回風井口標高差為進風井口Z0，礦井外空氣密度為。

第三節風流的壓力及能量方程

(1)礦井由地面大氣進風，進風井口處風流的收縮會造成的能量損失，但是由於該值較小可以忽略，或將其算為礦井阻力，則進風井口處風流的全壓等於其附近的大氣壓力，即：

(2)礦井外的大氣可以認為是靜止狀態，且同一水平面的氣壓值相等。由靜力學公式得到

(3)風硐處的相對靜壓為：

(4)風硐處的平均動壓為：將以上參數及條件代入式2-3-11，得：第三節風流的壓力及能量方程即

Hn稱為礦井自然風壓，Pa。表示風硐處靜壓水柱計的讀數（Pa）。

2)壓入式通風礦井阻力計算

（略）

第三節風流的壓力及能量方程第四節井巷通風阻力

井巷通風阻力分為摩擦阻力和局部阻力。一、摩擦阻力風流在井巷中做沿程流動時，由於巷道周壁與風流互相摩擦，以及風流內流層間動量交換等而產生的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。在礦井通風中，用單位體積風流的能量損失來表示。由流體力學可知，流動狀態的不同，流體阻力的成因與規律也不相同。

(一)層流摩擦阻力層流狀態下流體的流動阻力主要是由於流體的粘性作用。層流狀態下風流的摩擦阻力計算式：(二)紊流的摩擦阻力1、摩擦阻力、摩擦阻力係數

紊流狀態下流體的流動阻力除了由於流體的粘性作用引起的能量損失外，大部分是由於紊流脈動引起的附加能量損失。井巷風流在紊流狀態下的摩擦阻力公式：

將上式中的風速、直徑表示為，得到：第四節井巷通風阻力第四節井巷通風阻力，則井巷風流的摩擦阻力計算公式為：----稱為巷道摩擦阻力係數，單位為kg/m3令(2-4-8)此式即為井巷風流在完全紊流狀態下的摩擦阻力計算公式。該式表明，紊流摩擦阻力與巷道摩擦阻力係數，巷道的長度，巷道斷面周長成正比；與巷道風量（或平均風速）的平方成正比，與巷道的斷面積的三次方成反比。

在完全紊流狀態下，值是巷道的相對粗糙度和風流密度的函數。各種支護形式井巷的值一般是通過實測和模型實驗得到。通風設計時可以通過查表法確定井巷的摩擦阻力係數。摩擦阻力是礦井通風阻力的主要組成部分．一般情況下占全礦通風阻力的90％左右。

第四節井巷通風阻力2、摩擦風阻及摩擦阻力定律

給定巷道α、L、U、S都是確定的數值，歸結為巷道的摩擦風阻Rf

，其單位為kg/m7：式(2-4-10)為紊流狀態下井巷通風摩擦阻力定律。(2-4-10)Rf取決於巷道粗糙程度、斷面、周長、沿程長度等，是井巷通風的基礎參數！代入式(2-4-8)中有：反映了摩擦風阻、摩擦阻力和風量三個通風參數的關係。

例題2-6某設計巷道為梯形斷面，S=8m2，L＝500m，採用工字鋼棚支護，支架截面高度d0＝14cm，縱口徑V=5，計畫通過風量Q＝2400m3/min。預計巷道中空氣密度=1.25kg/m3，求：該段巷道的通風阻力及每年所消耗的通風能量。解根據所給的d0、V、S值，由附錄查得

α0＝284.2×l0×0.88＝0.025kg/m3則巷道實際摩擦阻力係數為

α＝=0.025×＝0.026kg/m3第四節井巷通風阻力巷道摩擦風阻為巷道摩擦阻力為每年所消耗的通風能量即該巷道因摩擦通風阻力每年消耗167631.4kW.h的能量。第四節井巷通風阻力二、局部通風阻力(一)局部阻力的形式及計算在風流運動過程中，由於井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等局部突變，導致風流速度的大小和方向發生變化，產生衝擊、分離等，造成風流的能量損失，即局部阻力，hl。巷道斷面變化處（擴大或縮小，包括風流的入口和出口）、拐彎處、分岔和匯合處以及巷道的堆積物、停放和行走的礦車、人員、井筒中的裝備、調節風窗等處，都會產生局部阻力，

局部阻力的計算一般採用經驗公式，表示為巷道風流動壓的倍數：第四節井巷通風阻力式中，ξ為局部阻力係數，無因次；公式表明，計算局部阻力的關鍵是確定局部阻力係數。大量試驗表明，紊流局部阻力係數主要取決於巷道局部變化的形狀，邊壁的粗糙程度也有一定的影響。圖2-4-1巷道局部變化情況第四節井巷通風阻力(二)局部阻力係數的計算1.突然擴大

或

v1、v2分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/s；

S1、S2分別為小斷面和大斷面的面積，m2；

ρ為空氣平均密度。對於粗糙程度較大的礦井巷道，修正後的局部阻力係數用ξ’表示，經驗公式為：第四節井巷通風阻力2.突然縮小對應於小段面的動壓，ξ值可按下式計算：考慮巷道粗糙度的影響，突然縮小的局部阻力係數ξ’用下式計算：第四節井巷通風阻力3.逐漸擴大

逐漸擴大的阻力係數比突然擴大的阻力係數小得多，其能量損失可認為有摩擦阻力和擴張損失兩部分組成。在擴張角θ小於20時，漸擴段的局部阻力係數可用下式計算：式中α——風道的摩擦阻力係數，kg/m3；

n——風道大、小斷面積之比,即S2/S1

；

θ——擴張角。第四節井巷通風阻力4.轉彎

巷道轉彎時的局部阻力係數(考慮巷道粗糙程度)可按下式計算：當巷高與巷寬之比

H/b=0.2～1.0

時:

當H/b=1～2.5

時:式中ξ0——假定邊壁完全光滑時，90°轉彎的局部阻力係數，其值如表2-4-1所示；

α——巷道的摩擦阻力係數，kg/m3；

β——巷道轉彎角度影響係數，見表2-4-2。第四節井巷通風阻力５.巷道分叉與交匯(1)巷道分岔處的局部阻力

1-2段的局部阻力h11和1-3段的局部阻力h12分別用下式計算：

Ka為巷道粗糙度的影響係數，根據巷道摩擦阻力係數α，其值在表2-4-3中選取。第四節井巷通風阻力(2)巷道交匯處的局部阻力巷道交匯處1-3段的局部阻力h11和2-3段的局部阻力h12分別按下式計算：Ka值如表2-4-3所示。第四節井巷通風阻力(三)局部風阻在局部阻力計算式中，令，則有：

式中Rl稱為局部風阻，其單位為N.s2/m8或kg/m7。此式表明，在紊流條件下局部阻力與風量的平方成正比。第四節井巷通風阻力一般情況下，局部阻力占全礦通風阻力的10％左右。

三、井巷通風阻力定律及礦井通風特性(一)井巷通風阻力定律在紊流條件下，摩擦阻力定律hf=Rf

Q2

和局部阻力定律hl=

Rl

Q2

的運算式形式相同，對於一條實際井巷，其通風阻力（或能量損失）既有摩擦阻力也有局部阻力hr=hf+hl

，即：式中R稱為巷道風阻，單位為kg/m7。包括了摩擦風阻和局部風阻；hr

稱為巷道通風阻力，為巷道的摩擦阻力和局部阻力之和。式2-4-26稱為井巷通風阻力定律。該式是礦井通風的基本規律之一。第四節井巷通風阻力2-4-26(二)礦井通風特性

礦井的總風量用Qm表示，m3/s；單位體積空氣由進風井口進入礦井，流經井下巷道到達出風口克服摩擦阻力和局部阻力所消耗的總能，為礦井通風阻力，用hRm表示，Pa。礦井通風阻力hRm與礦井風量Qm

，通過阻力定律表示為：

hRm=RmQm2

式中，Rm稱為礦井總風阻。上式反映了一個礦井的通風特性。依此繪成hRm—Qm圖，便得到礦井通風特性曲線(或稱礦井通風特性曲線)。第四節井巷通風阻力

礦井的風阻值不同，供給相同風量時所需要克服的礦井通風阻力不同，Rm越大，礦井通風越困難，反之，則較容易。

因此，可以根據礦井風阻值的大小來判斷礦井通風難易程度。此外，礦井的風量和阻力只能在風阻特性曲線上變化。圖2-4-9礦井通風特性曲線第四節井巷通風阻力(三)礦井等積孔用來衡量礦井通風難易程度的一個形象化指標。假定在無限空間上，假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為A(m2)的孔口，如右圖所示。當孔口通過的風量等於礦井風量，而且孔口兩側的風壓差等於礦井通風阻力時，則孔口面積A稱為該礦井的等積孔。第四節井巷通風阻力

設風流從截面I—I流向II—II，且無能量損失，則有：得：風流收縮處斷面面積A2與孔口面積A之比稱為收縮係數φ，由水力學可知，一般φ=0.65，故A2=0.65A。則v2=Q/A2=Q/0.65A，代入上式後並整理得：第四節井巷通風阻力取ρ=1.2kg/m3，則：因Rm=hＲm／Ｑ2，故有

由此可見，A是Rm的函數，故可以表示礦井通風的難易程度。第四節井巷通風阻力礦井通風難易程度礦井總風阻/Kg/m7等積孔A/m2容易0.3552中等0.355～1.4201～2困難1.4201例題2-7某礦井通風系統，測得礦井通風總阻力hRm=1800Pa，礦井總風量Q=60m3/s，求礦井總風阻Rm和等積孔A，評價其通風難易程度。解對照表2-4-4可知，該礦通風難易程度屬中等。第四節井巷通風阻力第四節井巷通風阻力

實踐表明，以上所列衡量礦井通風系統難易程度的等積孔值，對於中小型礦井比較適用。對於現代大型礦井和多通風機的礦井，衡量通風難易程度的指標還有待進一步研究。我國《煤礦井工開採通風技術條件》規定礦井通風系統阻力應滿足右表要求。礦井通風系統風量/m3/min系統的通風阻力/Pa＜3000＜15003000～5000＜20005000～10000＜250010000～20000＜2940＞20000＜3920(四)多風機礦井通風特性如圖

對角抽出式通風礦井兩風機風量分別為Q1和Q2，分別寫出風機I克服的通風阻力和風機II克服的通風阻力；對角式通風礦井的通風阻力：多風機通風礦井的通風阻力：第四節井巷通風阻力礦井風阻礦井等積孔對於多風機通風，其礦井風阻及等積孔已不是常數，而是隨各風機的風量不同而變化。第四節井巷通風阻力四、降低通風阻力的措施降低礦井通風阻力，對保證礦井安全生產和提高經濟效益具有重要意義。一、降低井巷摩擦阻力措施1.

減小摩擦阻力係數α。2.

擴大井巷斷面，降低摩擦風阻。在其他參數不變時，井巷斷面擴大33%，Rf值可減少50%。3.

合理選擇井巷斷面形狀，減少周界長度。在井巷斷面相同的條件下，梯形斷面的周界長度最大，拱形的次之，圓形的最小。第四節井巷通風阻力第一節自然風壓

一、自然風壓及其特性1、自然通風自然風壓是由於空氣熱濕狀態的變化在礦井中產生的一種自然通風動力，其數值為以礦井風流系統的最低、最高標高點為界，兩側空氣柱作用在底面單位面積上的重力之差。在此重力差的驅動下，較重的一側的空氣向下流動，較輕的一側的空氣向上流動，即可形成空氣的自然流動。完全依靠自然風壓進行的通風，稱為自然通風。

2、自然風壓的計算二、礦井自然風壓的影響因素及變化規律第一節自然風壓在礦井通風系統的任意有標高差的閉合回路中，都有可能存在自然風壓．回路中最低、最高標高點的高差即礦井深度和兩側空氣柱的平均密度之差決定了礦井自然風壓的大小。而空氣密度又受溫度T、大氣壓力P、氣體常數R和相對濕度等因素影響，所以自然風壓可表示為如下的函數關係：

第一節自然風壓進風井風流的溫度主要是地面入風氣溫和風流與圍岩的熱交換所決定的，一般進風井地勢較低，有的山區礦井採用平硐開拓，地面氣溫對進風井影響較大，不同季節、氣候變化顯著，有的地區一晝夜氣溫能變化十幾度；回風井風流的溫度取決於礦井的圍岩散熱、生產散熱等，由於風流與圍岩及各種熱源的熱交換作用使機械通風的回風井中一年四季中氣溫變化不大。兩者綜合作用的結果，導致一年中自然風壓發生週期性的變化。在冬季，進風井風流溫度低，空氣密度大，礦井自然風壓較大；夏季則相反，有的礦井甚至會出現於冬季作用方向相反的自然風壓；春秋季的自然風壓位於兩者之間，見圖3-3。

1．礦井最低水準以上兩側空氣柱的溫差是影響自然風壓的主要因素。

第一節自然風壓①在進、回風井空氣的密度差一定的情況下，自然風壓與最大井深成正比，即深井的自然風壓值高於淺井。②進風井的深度影響風流的換熱，深井進風流溫度受井筒圍岩的調節作用大，一年四季井筒平均溫度變化小，因此深井的自然風壓變化幅度小，如圖3-2；相反，對於較淺的進風井，進風流受地溫作用小，特別是山區平硐開拓的礦井，其溫度主要隨季節變化，礦井自然風壓的變化幅度較大，甚至晝夜之間都會發生明顯變化.

2．礦井深度對自然風壓的影響表現在：第一節自然風壓3．礦井主要通風機的運行影響：①礦井主要通風機工作決定了主風流的方向，強迫礦井風流與圍岩及各種生產熱源進行熱交換，致使回風流能保持較高的溫度；②以抽出式通風為例，風機的作用使回風井風流的壓力較低，會進一步減小風流的密度。因此一般的機械通風礦井的自然風壓作用方向與通風機的作用方向一致，較少產生負值。

礦井自然風壓是通風設計及礦井通風技術管理的必要資料，為了確切的考慮自然風壓的影響，必須對自然風壓進行定量測算。礦井自然風壓的測算方法主要有隔斷風流測定法、平均密度測算法、改變通風機運行工況測算法、熱力學測算法。其中隔斷風流測定法叫做直接測定法，其餘為間接測定法。三、自然風壓的測算方法第一節自然風壓⑴隔斷風流測定法在通風機停止運轉後，在總風流中設置密閉牆隔斷風流，用壓差計測定密閉牆兩側的壓差，此值即為該回路的自然風壓。密閉牆的位置可以任意選定，但要能完全隔斷總風流，為簡化工序，通風機停轉後，可利用關閉風硐內的閘門來隔斷風流，用壓差計測定閘門兩側的壓差即為礦井的自然風壓。測定時，既要等風流停滯(停風後等待10~15min)，又要動作迅速，防止因停風機時間過長，空氣的密度發生變化。直接測定方法簡單、直觀，測定結果準確，但需要停通風機，對礦井的生產和安全有影響，可在檢修、停產期間進行。第一節自然風壓圖3-1-4建密閉牆測自然風壓圖3-1-5利用關閉閘門測自然風壓第一節自然風壓

⑵平均密度測算法該方法是指通過測算井巷風流的平均密度而計算礦井自然風壓的方法。式(3-1-1)及(3-1-2)是計算自然風壓的基本公式。但該式中的受多種自然因素影響，與高度Z之間成複雜的函數關係。因此利用此式用積分的方法解算自然風壓十分困難。為了簡化，取各段空氣柱的平均密度進行計算，則礦井的自然風壓為：，Pa3-1-4式中、、分別為各段空氣平均密度，；其他符號表示的意義同前。第一節自然風壓對於進、回風井口標高相同的礦井，自然風壓的計算式為：，Pa3-1-5式中Z為兩井口至最低標高的深度，m。對於井深大、巷道多的通風回路，為了比較準確地求得高度Z內空氣柱的平均密度，應在風路內儘量多佈置測點，尤其要在密度變化較大的地方，如井口、井底、傾斜巷道的上下端及風溫變化較大和變坡的地方佈置測點，分別計算各測段單位面積的重力，風流向下流動的井巷段為“+”，向上流動的井巷段為“-”，沿風流方向進行累加，即可得到閉合路線的自然風壓。

，Pa3-1-6

第一節自然風壓式中為第i段井巷風流的平均密度，；

Zi為第i段井巷的的垂直高度，m。此方法可以測定計算礦井通風系統中各條回路的自然風壓，是在主要通風機正常運行的條件下進行測定，不影響生產。但是，此方法測定和計算工作量大，時間較長。對於多水準多回路通風系統，此方法不能直接得出作用於通風機的綜合自然風壓值（需要通過解算網路才能確定）。第一節自然風壓

⑶改變通風機運行工況測算法

由於自然風壓和礦井通風機共同作用克服礦井通風阻力，對於單通風機工作的通風系統，其關係為：

3-1-7式中，為通風機風壓（Pa）；為礦井風阻（）；為礦井風量（）。公式3-1-7中，通風機風壓（）和礦井風量（），可以直接測得，未知數只有兩個和，和隨阻力和風量的變化可忽略，因此只要再改變一次工況，測出（，）即可建立聯立方程求算出礦井自然風壓。第一節自然風壓

解聯立方程得：，Pa3-1-8改變通風機運行工況的方法可以採用停開通風機的方法、變頻調節法、閘門調節法等（採用閘門調節法時，需要在閘門之前測定）。採用停開通風機的方法時，，則：。如果礦井風阻為已知，則可直接由式3-1-7計算礦井自然風壓。第一節自然風壓

⑷熱力學測算法

自然風壓的實質是風流與井巷及生產交換的熱能轉化的單位體積風流的機械能，根據熱力學定律及風流在回路中的狀態變化過程，通過測定各井巷的空氣狀態參數，採用計算的方法或圖解的方法可以求算自然風壓。第一節自然風壓

利用通風機產生的風壓對礦井進行通風的方法叫機械通風。機械通風是礦井通風的主要形式。礦用通風機按其服務範圍和所起的作用可分為三種；

(1)主要通風機。用來擔負整個礦井、礦井的一翼或一個分區通風工作的通風機，稱為礦井主要通風機。主要通風機必須安裝在地面，對礦井安全生產關係極大，需要常年連續運轉，所消耗的電能約占全礦總用電量的20%～30%，故對礦井主要通風機的合理選擇和使用，無論在安全上還是在技術上、經濟上都具有重要意義。

第二節礦井通風機

(2)輔助通風機。某分區通風阻力過大、主要通風機不能供給足夠風量時，為了增加風量而在該分區使用的通風機。輔助通風機制可以在礦井通風困難改造時採用，但是在礦井設計時不能設計使用，嚴禁在煤(岩)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中安設輔助通風機。

(3)局部通風機。用來對井下某局部地點通風的通風機，稱為局部通風機，一般都是為井巷掘進時通風使用。第二節礦井通風機

按通風機的構造和工作原理可分為離心式通風機、軸流式通風機及混流式通風機。煤礦用通風機主要是離心式通風機和軸流式通風機兩種，軸流式通風機又分為普通軸流式通風機和對旋式通風機。

1.離心式通風機

⑴風機構造

離心式通風機一般由進風口、動輪（葉輪）、螺形機殼和前導器等部分組成，如圖3-1-1。動輪是對空氣做功的部件，由前盤、後盤、夾在兩者之間的葉片及輪轂組成。一、通風機的構造及工作原理第二節礦井通風機

圖3.2.1離心式通風機構造示意圖

1進風口（集風器）；2動輪（葉輪）；3螺形機殼第二節礦井通風機風流沿葉片間流道流動，在流道出口處，風流相對速度W的方向與圓周速度u的反方向夾角稱為葉片出口構造角，以β表示。根據出口構造角β的大小，離心式通風機可分為前傾式（β>90º)、徑向式（β=90º)和後傾式（β<90º)三種，如圖3-1-2。β不同，通風機的性能也不同。礦用離心式通風機多為後傾式。

a前傾式（）b徑向式（）c後傾式（）圖3-2-2葉片出口構造角與風流速度圖第二節礦井通風機進風口有單吸和雙吸兩種。在相同的條件下雙吸風機葉（動）輪寬度是單吸風機的兩倍。有些通風機在進風口與動輪之間裝有前導器，使進入葉（動）輪的氣流發生預旋繞，以達到調節風量和改進性能之目的。第二節礦井通風機

⑵工作原理當電機通過傳動裝置帶動葉輪旋轉時，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉而旋轉，獲得離心力，沿葉輪外緣運動，並彙集於螺旋狀的機殼中。在機殼內速度逐漸減小，壓力升高，然後經擴散器排出。與此同時，由於葉輪中的氣體外流，在葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低於進風口壓力），空氣由吸風口進入。

第二節礦井通風機⑶風機結構特點離心式通風機的優點是結構簡單、維護方便、雜訊小，工作穩定性好。但其體積大，風機的風量調節不方便，必須有反風道才能反風。第二節礦井通風機

⑷.常用型號目前我國煤礦使用的離心式通風機主要有4-72、G4-73型和K4-73型等。這些品種通風機具有規格齊全、效率高和雜訊低等特點。型號參數的含義舉例說明如下：第二節礦井通風機

2、軸流式風機的構造和工作原理

（1）風機構造主要由進風口、葉輪、整流器、風筒、擴散（芯筒）器和傳動部件等部分組成。葉輪有一級和二級兩種第二節礦井通風機

進風口由集風器與整流罩構成斷面逐漸縮小的進風通道，使進入動輪的風流均勻，以減小氣流衝擊，提高效率。動輪是由固定在輪軸上的輪彀和等間距安裝的翼形葉片組成，是通風機使空氣增加能量的部件。葉片安裝角

是指葉片風流入口處至出口處的連線與葉輪旋轉的切線方向之間的夾角（如圖3-2-4）導葉為固定葉片，起整流作用。環形擴散（芯筒）器是使從整流器流出的氣流逐漸擴大到全斷面，部分動壓轉化為靜壓。傳動部分由徑向軸承、止推軸承和傳動軸組成。第二節礦井通風機

（2）工作原理通風機運轉時，葉片的凹面衝擊空氣，產生正壓，將空氣從葉道中壓出；葉片的凸面牽動空氣，產生負壓，將空後部空氣吸人，使空氣連續不斷經集風器進入葉輪，然後經整流器進入擴散器，最後流入大氣。空氣經通風機葉輪後獲得能量，造成通風機進風口與出風口的壓差，克服井巷通風阻力，促使空氣流動，達到通風的目的。

（3）風機特點軸流式通風機具有機構緊湊、體積小、品質輕、轉速高，可直接與電動機相連，風量調節較為方便，反風措施較多等優點。其缺點是雜訊大，構造複雜。第二節礦井通風機

（4）常用型號我國煤礦在用的普通軸流式通風機有2K60、1K58、2K58、GAF、FBCZ(原BK54、BK55系列)等系列軸流式通風機。軸流式通風機型號的一般意義舉例說明如下：第二節礦井通風機3、對旋式通風機（1）風機結構圖3-2-5為對旋通風機的結構示意圖。對旋式通風機由集流器、第一級動輪、第二級動輪、機殼等組成。第二節礦井通風機（2）工作原理

工作時兩級葉輪分別由兩個等功率、等轉速、旋轉方向相反的電動機驅動，當氣流通過集流器進人第一級葉輪獲得能量後，再經第二級葉輪升壓排出。兩級葉輪互為導葉．第一級後形成的旋轉速度，由第二級反向旋轉消除並形成單一的軸向流動。（3）風機特點對旋式通風機是無靜葉軸流式風機，兩級葉輪的氣流平穩，負載分配比較合理，第二級風葉輪兼備著普通軸流式局部通風機中導葉的功能，在獲得垂直圓周方向速度分量的同時，並加給氣流的能量，使風機內耗減少，阻力損失降低。大型對旋通風機裝有擴散器、消音器等部件，風機底座設有托輪，在預設的軌道上可沿軸向移動或非軸向移動，安裝檢修方便。第二節礦井通風機（4）常用型號目前，對旋式通風機在煤礦使用的有數千臺，多個廠家生產，有數十個品種，主要有FBDCZ（原BDK、BD等）、FBD、FCDZ（為長軸對旋風機）等系列，型號參數的含義舉例說明如下：第二節礦井通風機1.集流器

2.一級主機

3.二級主機

4.

擴散器5.

圓方過渡

6.

消音箱

7.

擴散塔