通风安全学课件

礦井空氣

第一節礦井空氣成份定義：地面空氣進入礦井以後即稱為礦井空氣。一、地面空氣的組成地面空氣是由幹空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。

幹空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。幹空氣的組成成分比較穩定。

濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會引起濕空氣的物理性質和狀態變化。第一節礦井空氣成份

二、礦井空氣的主要成分及基本性質新鮮空氣：井巷中用風地點以前、受污染程度較輕的進風巷道內的空氣，污濁空氣：通過用風地點以後、受污染程度較重的回風巷道內的空氣，

1．氧氣(O2)

氧氣是維持人體正常生理機能所需要的氣體,人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決於人的體質、精神狀態和勞動強度等。第一節礦井空氣成份

人體輸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

第一節礦井空氣成份

氧濃度（體積）/%主要症狀17靜止時無影響，工作時能引起喘息和呼吸困難15呼吸及心跳急促，耳鳴目眩，感覺和判斷能力降低，失去勞動能力10～12失去理智，時間稍長有生命危險6～9失去知覺，呼吸停止，如有及時搶救幾分鐘內可能導致死亡

當空氣中的氧濃度降低時，人體就可能產生不良的生理反應，出現種種不舒適的症狀，嚴重時可能導致缺氧死亡。第一節礦井空氣成份

礦井空氣中氧濃度降低的主要原因：人員呼吸；煤岩和其他有機物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸；煤岩和生產過程中產生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對降低。第一節礦井空氣成份

2．二氧化碳(CO2)

（1）主要性質:

不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。（2）對人呼吸的影響：在搶救遇難者進行人工輸氧時，往往要在氧氣中加入5%的二氧化碳，以刺激遇難者的呼吸機能。當空氣中二氧化碳的濃度過高時，也將使空氣中的氧濃度相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴重時也可能造成人員中毒或窒息。第一節礦井空氣成份

（3）主要來源：煤和有機物的氧化；人員呼吸；碳酸性岩石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。3．氮氣(N2)

性質：一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因為氮氣具有的惰性，因此可將其用於井下防滅火和防止瓦斯爆炸。氮氣主要來源：井下爆破和生物的腐爛，有些煤岩層中也有氮氣湧出,滅火人為注氮。第一節礦井空氣成份

三、礦井空氣主要成分的品質（濃度）標準

《規程》第100條，採掘工作面進風流中的氧氣濃度不得低於20％；二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風流中不得超過0.75％；當採掘工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5％或采區、採掘工作面回風道風流中二氧化碳濃度超過1.5％時，必須停工處理。第二節礦井空氣中的有害氣體

空氣中常見有害氣體：CO、NO2、SO2

、NH3

、H2。一、基本性性質１、一氧化碳（CO）

性質：一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為0.97，微溶於水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當空氣中一氧化碳濃度在13～75％範圍內時有爆炸的危險。第二節礦井空氣中的有害氣體

主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進入人體後，首先就與血液中的血紅素相結合，因而減少了血紅素與氧結合的機會，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。0.08%，40分鐘引起頭痛眩暈和噁心，0.32%，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。

主要來源：爆破；礦井火災；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。第二節礦井空氣中的有害氣體

CO（%）主要症狀0.022～3小時內可能引起輕微頭痛0.0840分鐘內出現頭痛,眩暈和噁心。2小時內發生體溫和血壓下降，脈搏微弱，出冷汗，可能出現昏迷0.325～10分鐘內出現頭痛，眩暈。半小時內可能出現昏迷並有死亡危險。1.28幾分鐘內出現昏迷和死亡。

CO中毒症狀與濃度的關係第二節礦井空氣中的有害氣體２、硫化氫（H2S）性質：硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當空氣中濃度達到0.0001％即可嗅到，但當濃度較高時，因嗅覺神經中毒麻痹，反而嗅不到。相對密度為1.19，易溶於水。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時有爆炸危險。

主要危害：硫化氫劇毒，有強烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當空氣中硫化氫濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。主要來源：有機物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區和舊巷積水中放出。第二節礦井空氣中的有害氣體

2003年12月23日22時左右，重慶市開縣高橋鎮的川東北氣礦16H井發生特大井噴事故，造成243人死亡。第二節礦井空氣中的有害氣體

３、二氧化氮（NO2）

性質：二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強烈的刺激氣味，相對密度為1.59，易溶於水。

主要危害：二氧化氮溶於水後生成腐蝕性很強的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強烈的刺激及腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現黃色斑點。主要來源：井下爆破工作。第二節礦井空氣中的有害氣體中毒症狀與濃度關係表二氧化氮（體積）/%主要症狀0.0042～4小時內可出現咳嗽症狀。0.006短時間內感到喉嚨刺激，咳嗽，胸疼。0.01短時間內出現嚴重中毒症狀，神經麻痹，嚴懲咳嗽，噁心，嘔吐。0.025短時間內可能出現死亡。第二節礦井空氣中的有害氣體4.二氧化硫(SO2)

性質：無色、有強烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達到0.0005％即可嗅到。其相對密度為2.22，易溶於水。主要危害：遇水後生成硫酸，對眼睛及呼吸系統粘膜有強烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當濃度達到0.002％時，眼及呼吸器官即感到有強烈的刺激；濃度達0.05％時，短時間內即有致命危險。主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中湧出。第二節礦井空氣中的有害氣體5.氨氣(NH3)

性質：無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶於水，。空氣濃度中達30％時有爆炸危險。主要危害：對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，引起喉頭水腫。主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；岩層中也湧出。

6.氫氣(H2)

性質：無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點燃溫度比沼氣低100～200℃，主要危害：當空氣中氫氣濃度為4～74％時有爆炸危險。主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質的煤層中也有氫氣湧出、或煤氧化。第二節礦井空氣中的有害氣體

礦井空氣中有害氣體對井下作業人員的生命安全危害極大，因此，《規程》對常見有害氣體的安全標準做了明確的規定。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準第二節礦井空氣中的有害氣體有害氣體名稱分子式最高容許濃度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度第三節礦井氣候

礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數為礦井氣候條件的三要素。一、礦井氣候對人體熱平衡的影響人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發這三種基本形式。對流散熱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；蒸發散熱取決於周圍空氣的相對濕度和流速。第三節礦井氣候

人體熱平衡關係式：qm-qw=qd+qz+qf+qch式中：

qm——產熱量，取決於人體活動量；

qW——用於做功而消耗的熱量，qm-qw排出的多餘熱量；

qd——對流散熱量，低於人體表面溫度，為負，否則，為正；

qz——汗液蒸發或呼出水蒸氣所帶出的熱量；

qf——人體與周圍物體表面的輻謝散熱量；

qch——由熱量轉化而沒有排出體外的能量；第三節礦井氣候

人體熱平衡時，qch=0；當外界環境影響人體熱平衡時，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低，qch<0

空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。

相對濕度：影響人體蒸發散熱的效果。

風速：影響人體對流散熱和蒸發散熱的效果。對流換熱強度隨風速而增大。同時濕交換效果也隨風速增大而加強。如有風的天氣，涼衣服幹得快。第三節礦井氣候

二、衡量礦井氣候條件的指標1.幹球溫度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：直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單，使用方便。只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。氣溫過高或過低，對人體都有不良的影響。最適宜的礦內空氣溫度是15～20℃。第三節礦井氣候

1)影響礦內空氣溫度的主要因素(1）岩石溫度--岩層溫度的三帶變溫帶：隨地面氣溫的變化而變化的地帶；恒溫帶：地表下地溫常年不變的地帶；增溫帶：恒溫帶以下地帶。第三節礦井氣候

不同深度處的岩層溫度可按式計算：

t＝t0+G(Z－Z0)式中：

t0－恒溫帶處岩層的溫度，℃；

G－地溫梯度，即岩層溫度隨深度變化率，℃/m，常用百米地溫梯度，即℃/100m；

Z－岩層的深度；

Z0－恒溫帶的深度.第三節礦井氣候

(2）空氣的壓縮與膨脹

空氣向下流動時，空氣受壓縮產生熱量，一般垂深每增加100m，溫度升高1℃；相反，空氣向上流動時，則因膨脹而降溫，平均每升高100m，溫度下降0.8～0.9℃。

(3）氧化生熱礦井內的有機礦物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化發熱。例如，經氧化生成2g二氧化碳時，可使1m3空氣升溫14.5℃。在煤層中的採掘巷道，暴露煤面氧化產生的熱量較大，故回採工作面是通風系統中溫度最高的區段。第三節礦井氣候

(4）水分蒸發

水分蒸發時從空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低。每蒸發1克水可吸收0.585千卡的熱量，能使1m3空氣降溫1.9℃，可見水的蒸發對降低氣溫起著重要的作用。(5）通風強度

指單位時間進入井巷的風量。溫度較低的空氣流經巷道或工作面時，能夠吸收熱量，供風量越大，吸收熱量越多。因此，加大通風強度是降低礦井溫度的主要措施之一。第三節礦井氣候

(6)地面空氣溫度的變化

地面氣溫對井下氣溫有直接影響，尤其是較淺的礦井，礦內空氣溫度受地面氣溫的影響更為顯著。

(7)地下水的作用

礦井地層中如果有高溫熱泉，或有熱水湧出時，能使地溫升高，相反，若地下水活動強烈，則地溫降低。

(８)其他因素

如機械運轉以及人體散熱等都對井下氣溫有一定影響。特別是隨著機械化程度的不斷提高，機械運轉所產生的熱量不能忽視。第三節礦井氣候

2)．礦內空氣溫度的變化規律在進風路線上礦內空氣的溫度與地面氣溫相比，有冬暖夏涼的現象。回採工作面的氣溫在整個風流路線上，一般是最高的區段。在回風路線上，因通風強度大，水分蒸發吸熱，氣流向上流動而膨脹降溫，使氣溫略有下降，但基本上常年變化不大。第三節礦井氣候

2.濕球溫度濕球溫度是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。在相同幹球溫度下，若濕球溫度低，則相對濕度小，反之，濕球溫度與氣溫相接近，則相對濕度大。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。第三節礦井氣候

3.等效溫度等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎來評價礦井氣候條件的指標。當氣溫在25～36℃時，等效溫度和濕球溫度基本上呈線性，兩者有同樣的意義。因為V↓hv↓p，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨於0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現與主流相反的流動，面渦漩。第三節礦井氣候

4.同感溫度也稱有效溫度，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計算圖。t、V、Φ，記下感受，V=0、Φ=100%，調節T‘，感受相同；它反應t、V、Φ對人體影響，T越高，人舒適越差；

t=25℃，t’=23℃,V=1.5m/s;T‘=18℃第三節礦井氣候

5.卡他度卡他度分為：幹卡他度、濕卡他度

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，

Kd=41.868F/tW/m2

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。第三節礦井氣候

三、礦井氣候條件的安全標準

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℃。2006年《規程》102條規定：進風井口以下的空氣溫度(幹)必須在2℃以上。生產採掘工作面空氣溫度不得超過26℃，超過30℃時，必須停止作業；機電設備峒室空氣溫度不得超過30℃，超過34℃必須停止作業。第三節礦井氣候

國外：俄羅斯：同感溫度≤26℃，Φ<90%；≤25℃，Φ>90%；德國：同感溫度≤25℃，允許值；25<te≤29℃，限作業6小時美國：同感溫度≤32℃，允許值；te>32℃，禁止作業；

火災防治

第一節概述一、火災與礦井或煤田火災的概念在礦井或煤田範圍內發生，威協安全生產、造成一定資源和經濟損失或者人員傷亡的燃燒事故，稱之為礦井或煤田火災。二、礦井火災的類型及其特性１、按引火原因分類（1）內因(自燃)火災自燃物在一定的外部（適量的通風供氧）條件下，自身發生物理化學變化，產生並積聚熱量，使其溫度升高，達到自燃點而形成的火災稱之為內因火災。（2）外因火災可燃物在外界火源(明火或高溫熱源)的作用下，引起燃燒而形成的火災叫外因火災第一節概述２、消防分類從選用滅火劑的角度出發，消防上根據物質及其燃燒特性對火災進行如下分類:

Ａ類火災:

煤炭、木材、橡膠、棉、毛、麻等含碳的固體可燃物質燃燒形成的火災稱為A類火災。Ｂ類火災：指汽油、煤油、柴油、甲醇、乙醇、丙酮等可燃液體燃燒形成的火災。

第一節概述Ｃ類火災：指煤氣、天燃氣、甲烷、乙炔、氫氣等和可燃氣體燃燒形成的火災。Ｄ類火災：象鈉、鉀、鎂等可燃金屬燃燒形成的火災。其特點是火源溫度高。３、其他分類方法除上述兩種常用分類方法外，還有按火源特性，可分為原生火災與再生火災；按火源產生的位置，可分為井上火災與和井下火災等。第二節礦井外因火災及其預防一、物質燃燒的充要條件１、必要條件

（1）有充足的可燃物；（2）有助燃物存在。凡是能支持和幫助燃燒的物質都是助燃物。常見的助燃物是含一定氧濃度的空氣。（3）具有一定溫度和能量的火源。２、充分條件（1）燃燒的三個必要條件同時存在，相互作用；（2）可燃物的溫度達到燃點，生成熱量大於散發熱量。第二節礦井外因火災及其預防煤礦常見的外因火源主要有以下幾種：

（1）電能熱源：電(纜)流短路或導體過熱；電弧電火花；烘烤（燈泡取暖）靜電等。（2）摩擦熱。（3）放明炮、糊炮等。（4）明火（高溫焊碴、吸煙）。第二節礦井外因火災及其預防二、外因火災的預防

1、我國的消防方針消防工作實行“預防為主，消防結合”的方針。

2、防火對策礦井火災的防治可以採取下列三個對策：（1）技術(Engineering)對策技術對策是防止火災發生的關鍵對策。它要求從工程設計開始，在生產和管理的各個環節中，針對火災產生的條件，制定切實可行的技術措施。

第二節礦井外因火災及其預防（2）教育（Education）對策教育對策包括知識、技術和態度教育三個方面。（3）管理（法制(Enforcement））對策制定各種規程、規範和標準，且強制性執行。這三種對策簡稱“三Ｅ”對策。前兩者是防火的基礎，後者是防火的保證。三、預防外因火災的技術措施預防火災發生有兩個方面：一是:防止火源產生；二是:防止已發生的火災事故擴大，以儘量減少火災損失。第三節煤炭自燃的理論基礎一、煤炭自然機理一百多年來，先後提出闡述煤炭自燃機理學說有多種，其中主要的有黃鐵礦作用學說、細菌作用學說、酚基作用學說以及煤氧化合學說等。二、煤的氧化特性１、所有品種煤在常溫下都吸氧，但吸氧速度不同。２、煤的吸氧速度與所在空氣中的氧濃度成正比，即dm/dτ＝ＵＣ

３、在溫度不變條件下，吸氧速度常數隨時間按指數規律衰減，即:Ｕ＝Ｕ1τ—H

４、吸氧速度常數Ｕ與煤自身溫度之間符合冪函數關係第三節煤炭自燃的理論基礎

５、煤在氮氣中加熱後再冷卻可使它的活性增加，並有重新恢復到原有活性的可能。６、吸氧速度常數Ｕ與粒度之間成複雜關係。三、自燃發火與自燃發火期

自燃發火：有自燃發火的煤層被開採破碎後在常溫下與空氣接觸發生氧化，產生熱量使其溫度升高，出現明火和冒煙的現象。

自燃發火期：煤層被開採破碎、接觸空氣之日起，至出現自燃現象或溫度上升到自燃點為止，所經的時間。以月或天為單位。第三節煤炭自燃的理論基礎四、煤炭自條件

1、具有自燃傾向的煤被開採後呈破碎堆積狀態.2、有較好的蓄熱條件。

3、有適量的通風供氧。

4、上述三條件共存的時間大於煤的自燃發火期。第三節煤炭自燃的理論基礎五影響煤炭自然發火的因素1、煤的自燃性能（1）煤的分子結構。（2）煤化程度。煤的自燃傾向性隨煤化程度增高而降低。（3）煤岩成分。各種單一的煤岩成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按鏡煤＞亮煤＞暗煤＞絲煤的順序遞減。（4）煤中的瓦斯含量。它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化發生的影響。（5）水分。既有加速氧化的一面，也有阻滯氧化的因素。第三節煤炭自燃的理論基礎（6）煤中硫和其他礦物質。煤中含有的硫和其他催化劑，則會加速煤的氧化過程。2、開採技術礦井的開拓方式、采區巷道佈置、回採方法和回採工藝、通風系統和技術管理等開採技術和管理水準，對自然發火起決定性影響。（1）礦井開拓方式和采區巷道佈置。（2）回採方法和回採工藝，但其決定的因素是回採率和工作面推進速度。第三節煤炭自燃的理論基礎3、影響采空區自燃的因素（1）采空區三帶劃分對於後“U”通風系統(一源一匯)的采空區，按漏風大小和遺煤發生自燃的可能性采空區可分為三帶：散熱帶Ⅰ：寬度為L1＝5~20m

自燃帶Ⅱ：寬度為L2＝20~70m

窒息（不自燃）帶Ⅲ。第三節煤炭自燃的理論基礎劃分三帶的指標有三種：

①采空區漏風風速VV>0.9m/s為散熱帶；0.9≥V≥0.02m/s為自燃帶,∨＜0.02m/s為自窒息帶。

②采空區氧濃度（C）分佈認為C＜8%為窒息帶，C≥8%為自燃帶。

③采空區遺煤溫升速度

（dt>1℃/d為自燃帶）。由於缺少深入的理論研究和試驗結果，此指標目前尚難以應用。第三節煤炭自燃的理論基礎

（2）采空區遺煤自燃的條件及其影響因素設自燃帶的最大寬度為L1+L2，工作面的推進速度為V，自然發火期為τS，在自燃帶內煤暴露於空氣的最長時間為τ(月)，則

τ＝(L1+L2)/V

當:τS≤τ時，可能發生自燃。4、漏風在煤炭氧化過程的熱平衡關係中，漏風起兩方面的作用：一是：向煤提供氧化所必須的氧氣，促進氧化發展二是：帶走氧化生成的熱量，降低煤溫，抑制氧化過程發展第三節煤炭自燃的理論基礎5、地質因素（1）傾角。（2）煤層厚度。（3）地質構造。在有地質構造的地區，自燃危險性加劇。（4）開採深度。六、煤的自燃過程１、潛伏（自燃準備）期自煤層被開採、接觸空氣起至煤溫開始升高止的時間區間稱之為潛伏期。第三節煤炭自燃的理論基礎２、自熱階段溫度開始升高起至其溫度達到燃點的過程叫自熱階段。自熱過程是煤氧化反應自動加速、氧化生成熱量逐漸積累、溫度自動升高的過程。３、自燃階段煤溫達到其自燃點後，若能得到充分的供氧（風），則發生燃燒，出現明火。4、熄滅潛伏期自熱期燃燒風化時間溫度／℃TbTc第四節礦井火災預測和預報

根據煤田地質勘探或在礦井開採的過程中，所採集的煤樣的分析化驗結果和自然發火的統計資料，判定待開採煤層的自燃嚴重程度及其在空間上的分佈規律，為有針對性制定防滅火措施提供可靠的依據。一、煤層自燃傾向性的鑒定方法

1992年版的《煤礦安全規程》執行說明規定採用吸氧量法。煤的自燃傾向性分類第四節礦井火災預測和預報二、煤層自然發火期的估算方法及其延長途徑

1、煤層自然發火期的估算（１）統計比較法。（２）類比法。２、延長煤層自然發火期的途徑

其途徑有：（１）減小煤的氧化速度和氧化生熱。（２）增加散熱強度，降低溫升速度。第四節礦井火災預測和預報三、礦井外因火災預測礦井外因火災預測是，通過井巷中的可燃物和潛在火源分佈調查，確定可能產生外因火災的空間位置，及其危險性等級。四、礦井火災的預報根據火災發生和發展的規律，應用成熟的經驗和先進的科學技術手段，採集處於萌芽狀態的火災資訊，進行邏輯推斷後給出火情報告。第四節礦井火災預測和預報主要有：1、利用人體生理感覺預報自然發火依靠人體生理感覺預報礦井火災的主要方法有：（1）嗅覺（2）視覺（3）感（觸）覺2、氣體成分分析法（1）指標氣體及其臨界指標能反映煤炭自熱或可燃物燃燒初期階段特徵的、並可用來作為火災早期預報的氣體叫指標氣體。第四節礦井火災預測和預報(2）常用的指標氣體一氧化碳（ＣＯ）

Graham係數ＩCO

用流經火源或自熱源風流中的CO濃度增加量與氧濃度減少量之比作為自然發火的早期預報指標。乙烯。其他指標氣體。國外有的煤礦採用烯炔比（乙烯和乙炔（C2H2）之比）和鏈烷比（C2H6/CH4)來預測煤的自熱與自燃。五、連續自動檢測系統

1、束管系統２、礦井火災監測與監控第五節開採技術防火措施一、礦井自燃火源的分佈規律

1、采空區。（采空區火災占50％以上。）

2、煤柱。

3、巷道頂煤。

4、斷層和地質構造附近。二、開拓開採技術防火措施

開拓開採技術防止自燃發火總的要求是：

1、提高回採率。

2、限制或阻止空氣流入和滲透至疏鬆的煤體，消除自燃的供氧條件。

3、使流向可燃物質的漏風，在數量上限制在不燃風量之下，在時間上限制在自燃發火期以內。第五節開採技術防火措施

主要技術措施有：（1）、合理地進行巷道佈置（2）、選擇合理的採煤方法和先進的回採工藝，提高回採率，加快回採進度。（3）、選擇合理的的通風系統。（4）、堅持自上而下的開採順序。（5）、合理確定近距離相鄰煤層和厚煤層分層同采時兩工作面之間的錯距，防止上、下之間采空區連通。第六節灌漿與阻化劑防滅火一、灌漿防火

灌漿就是把粘土、粉碎的葉岩、電廠飛灰等固體材料與水混合、攪拌，配製成一定濃度的漿液，借助輸漿管路注入或噴灑在采空區裏，達到防火和滅火的目的。

1、灌漿防滅火的機理機理：充填煤岩裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴散的阻力，減小了煤與氧的接觸和反應面；漿水浸潤煤體，增加煤的外在水份，吸熱冷卻煤岩；加速采空區冒落煤岩的膠結，增加采空區的氣密性。第六節灌漿與阻化劑防滅火2、灌漿系統灌漿系統由制漿、輸漿和灌漿三部分組成。（1）、漿液的製備漿液性能。對漿液性能的基本要求是，濃度適當，滲透能力強。漿材的選取漿材必須滿足一定的基本要求。漿液的製備工藝。（2）、漿液的輸送

①輸漿壓力與輸漿倍線輸送漿液的壓力有兩種：靜壓輸送和加壓輸送第六節灌漿與阻化劑防滅火靜壓輸送－是利用漿液自重及漿液在地面入口與井下出口之間高差形成的靜壓力進行輸送。加壓輸送－是當靜壓不能滿足要求時應採用。輸漿倍線：表示輸漿管路阻力與壓力之間關係，用N表示。靜壓輸送時：N＝L／H

加壓輸送時N＝L／(H＋h)

倍線一般控制在3～8之間。過大時，應加壓；過小時,容易發生裂管跑漿事故可在適當的位置安裝閘閥進行增阻。第六節灌漿與阻化劑防滅火②灌漿管道的選擇當管道中漿液恰好處於無沉積的懸浮狀態時的流速，稱為臨界流速(vc)時，也叫不淤流速。

③灌漿鑽孔3、灌漿防火方法按與回採的關係分，預防性灌漿有：（1）、采前預灌（2）、隨采隨灌（3）、封閉灌漿第六節灌漿與阻化劑防滅火二、阻化劑防滅火在化學上，凡是能減小化學反應速度的物質皆稱為阻化劑(inhibitors)。

1、作用機理：（1）增加煤在低溫時的化學惰性，或提高煤氧化的活能（2）形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面；（3）充填煤柱內部裂隙；（4）增加煤體的蓄水能力；（5）水分蒸發吸熱降溫。實質是降低煤在低溫時的氧化速度，延長煤的自然發火期。第六節灌漿與阻化劑防滅火2、阻化劑的評價指標及其影響因素（1）阻化率按下式計算阻化率:E=100(A-B)A，%式中:E--煤的阻化率，%;A，B--分別為原煤樣和阻化煤樣在規定的實驗條件下氧化5小時放出的CO(pmm)或SO2(mg)。阻化率越大，說明阻化劑對煤氧化的阻止作用越大。（2）阻化劑的阻化壽命阻化劑噴灑至煤體表面後，從開始生效至失效所經過的時間叫阻化劑壽命。單位為月。阻化劑的壽命可用下式表示：

τ＝Ｅ／Ｖ第六節灌漿與阻化劑防滅火3、阻化劑選擇

煤礦使用的阻化劑有：氯化鈣、氯化鎂、氯化銨以及水玻璃等。以及工業廢液等。4、阻化劑防火工藝方法

主要方法是：表面噴灑、用鑽孔向煤體壓注以及利用專用設備向采空區送入霧化阻化劑。第七節均壓防滅火

均壓防滅火的實質：利用風窗、風機、調壓氣室和連通管等調壓設施，改變漏風區域的壓力分佈，降低漏風壓差，減少漏風，從而達到抑制遺煤自燃、惰化火區，或熄滅火源的目的。第七節均壓防滅火第七節均壓防滅火2、風機調壓的原理在需要調壓的風路上安裝帶風門的風機，利用風機產生的增風增壓作用，改變風路上的壓力分佈，達到調壓目的。特性：（1）風機的上風側(AF段)風流的壓能降低，下風側(FB段)風流的壓能增加；（2）因風路上風量增加，故其壓力坡度線變陡；I分支壓力坡度線的坡度變緩。前提：以增加風量為前提。ABIIIABFIIa’b’cdbafL1OE、第七節均壓防滅火3、風窗-風機聯合調壓的原理（1）風窗－風機增壓調節所謂增壓調節是指使兩調壓裝置中間的風路上風流的壓能增加。增壓調節又可分為風量不變和減少兩種。ABCDbaL1OEHhwcdd’c’ABCDhwa’L1OEbaHcd’c’db’風量不變風量減少第七節均壓防滅火（2）風窗－風機聯合降壓調節作降壓調節時，風窗安裝在上風側，風機安裝在下風側。二、生產工作面采空區自燃火源或高溫點的調壓處理

1、並聯漏風如圖是後退式回採U形通風系統工作面采空區漏風分佈平面示意圖。

2、調壓處理方法（1）、當火源或高溫點處於自燃帶Ⅱ中後部（靠近窒息帶）時，則可用降低漏風壓差的方法，減小漏風帶寬度，使窒息帶複蓋高溫點。ABCDABCD漏風路線第七節均壓防滅火（2）、高溫點位於自燃帶的前部，可採用在工作面下端掛風簾的方法來減小火源所在區域內的漏風，同時加快工作面的推進速度，使窒息帶快速複蓋高溫點。3、角聯漏風采空區內除存在並聯漏風外，還有部分漏風與其它風巷發生聯繫，這種漏風叫角聯漏風。4、調壓處理方法：（1）在風路中安裝風門和風機等調壓裝置，降低漏風源的壓能,提高漏風匯的壓能。第七節均壓防滅火（2）改變相鄰支路的風阻比，使之保持：具體措施：在5~7分支安設調節風窗，提高5點壓能；若工作面風量要求不變，則在5~7分支安調節風窗的同時，在2~4分支安設調壓風機；在2~3分支安風窗，在5~7安風機進行降調節。2783465R23R25R57R37第七節均壓防滅火三、調壓氣室-連通管調壓防滅火的原理與應用一般適用於封閉火區滅火。有單氣室與雙氣室調壓兩種。

1、雙調壓氣室--連通管調壓原理與應用（1）佈置方式K1、K2－密閉牆。

F1、F2－輔助密閉牆。在密閉牆和輔助密閉牆形成的調壓氣室之間鋪一根金屬管。（2）調壓原理輔助密閉牆增加火區的漏風風阻，降低火區的漏風壓差；連通管與火區並聯，起到並聯分風和降壓的作用。火K1K2F1F2ABCD連通管火K1K2F1F2AB第七節均壓防滅火2、單調壓氣室--連通管調壓原理與應用（1）佈置方式及其調壓原理。

在回風側構成調壓氣室，同時利用金屬管將調壓氣室與火區進風側相連。由圖b知，火區變成角聯風網中的對角分支。要消除火區漏風，需滿足下式：

式中：RT--連通管(包括閘門)風阻；

RM--輔助密閉牆M與CB巷道風阻之和；

RAB，RDA--分別為巷道AB和DA的風阻；C連通管火K1K2MBdDAdMAB火DCK2K1圖a圖b第七節均壓防滅火四、調整通風系統調節漏風壓差1、調整通風系統的原則（1）增加火區或采空區的並聯(低風阻)風路；或減少火區並聯分支的風阻或風量(不得在該分支增阻)。（2）增加火區所在分支或其漏風流經路線上其他分支的風阻；在非漏風流經的路線上減阻。增阻或減阻巷道離火區或采空區越近，效果越好。（3）當火區的漏風源與漏風匯分別處於進回風井附近時，應設法降低主要通風機負壓；（4）降低火區漏風源的壓能，增加其漏風匯的壓能。第七節均壓防滅火2、通風構築物的合理位置在有漏風源或漏風匯附近的風路上，設置增阻型通風構築物時，應遵循的總原則是：

既起到應有的風流調節和控制作用，又不增大火區或采空區的漏風壓差。具體而言：（1）若在有並聯漏風的風路上設置風窗等增阻型通風構築物時，其位置不應選擇在漏風的源與匯之間。第七節均壓防滅火

如圖：為增加工作面風量，需在ABC風路上加調節風窗。

因為：漏風風路2C與風路

ABC並聯。故加調節風窗不應設在ABC段，而應設在BE或CD段。ABECD集運巷回風巷總回風巷12第七節均壓防滅火（2）在有漏風源或漏風匯附近的風路上安設增阻型通風構築物時，應將其設在漏風源的上風側，或漏風匯的下風側。

（3）風門、調節風門和密閉牆等控制風流的設施設置後，應使采空區或火區同處於進風或回風側，以降低其漏風壓差。采空區EFD采空區ABC第八節惰氣防滅火惰氣系指不可燃氣體或窒息性氣體。主要包括：氮氣、二氧化碳以及燃料燃燒生成的煙氣等。一、氮氣防滅火氮氣既可以迅速有效的撲滅明火，又可以防止采空區遺煤自燃。使用注氮滅火的火區具有恢復工作量小、不損壞設備等優點。1、（液）氮氣防滅火原理

氮氣注入采空區後具有降低氧濃度的作用。液氮滅火還具有冷卻降溫作用。在２０℃的環境溫度下，液氮的汽化熱為４２３kJ/kg。直接用液氮注入火區時，液氮氣化，吸收熱量，使火區氣體、煤層和圍岩的溫度降低，火區冷卻會加速火源熄滅；在封閉火區的過程中，氮氣注入火區後，兼有抑爆作用。第八節惰氣防滅火2、氮氣制取三種工藝方法：

一是:深冷空分法；二是:碳分子篩變壓吸附法；三是：膜分離法。第九節礦井火災時期通風一、火風壓的概念火災時期，燃燒生成的火災氣體與流過火源被加熱的風流混合後形成高溫煙流，其密度比火災前減小。高溫煙流流過巷道所在的回路中的自然風壓發生變化，這種因火災而產生的自然風壓變化量，在災變通風中稱之為火風壓,也稱之為熱負壓。第九節礦井火災時期通風二、火風壓計算方法在如下圖所示的模型化的通風系統中，在Ｆ點發火，由於火源下風側34風路的風溫和空氣成分發生變化，從而導致其密度減小，該回路產生火風壓，根據火風壓定義可得：式中：Hf—火災時1-2-3-4-1回路的火風壓，Pa。

Z—1-2-3-4-1回路的高差，m。ρma、ρmg

－分別為3-4分支火災前後空氣和煙氣的平均密度，kg/m3。ρmoρmaρmg1234Z火第九節礦井火災時期通風三、火風壓的特性１、火風壓出現的位置。火風壓產生於煙流流過的有高差的傾斜或垂直巷道中。

2、火風壓的作用相當於在高溫煙流流過的風路上安設了一系列輔助通風機；

3、火風壓的作用方向總是向上。火風壓的大小和方向取決於：煙氣流過巷道的高度、通過火源的風量、巷道傾角、火源溫度和火源產生的的位置。第九節礦井火災時期通風四、火災時期風流紊亂規律及防治

1、風流的紊亂形式。風流紊亂的形式主要有：

旁側支路風流逆轉

主幹風路煙流逆退

火煙滾退三種形式（1）旁側支路風流逆轉。當火勢發展到一定的程度時，通風網路中與火源所在排煙主幹風路相連的某些旁側分支的風流可能出現與正常風向相反的流動，在災變通風中把這種現象叫做旁側支路風流的逆轉。第九節礦井火災時期通風

（2）主幹風路煙流逆退（3）火煙滾退123456火火新風煙第九節礦井火災時期通風五、災變時期風流控制

1、礦井發火時對通風制度的基體要求是：（1）保護災區和受威協區域的職工迅速撤至安全地區或井上（2）限制煙流在井巷中發生非控制性蔓延,防止火災範圍擴大（3）不得使火源附近瓦斯聚積到爆炸濃度，不容許流過火源的風流中瓦斯達爆炸濃度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的地區（4）為救護創造條件。

2、火災時常用的通風制度有以下幾種：（1）維持正常通風，穩定風流。（2）停風機（3）反風（4）風流短路

第十節礦井火災處理與控制一、滅火原理１、冷卻，把燃燒物質的溫度降低到燃點以下。２、隔離和窒熄，使燃燒反應體系與環境隔離，抑制參加反應的物質。３、稀釋，降低參加反應物(液、氣體）的濃度。４、中斷鏈反應。二、直接滅火

採用滅火劑或挖出火源等方法把火直接撲滅，稱謂直接滅火法。第十節礦井火災處理與控制1、常用滅火劑及其使用方法可用於撲滅火源的物質，稱為滅火劑。常用的滅火劑有水、泡沫、乾粉、二氧化碳、四氯化碳、鹵代烷、惰氣、砂子和岩粉等。（1）水水是不燃液體，是消防上常用的滅火劑之一。使用方法有水射流和水幕兩種形式。

第十節礦井火災處理與控制（2）、泡沫泡沫是一種體積小，表面被液體圍成的氣泡群。泡沫的比重小，且流動性好，可實現遠距離立體滅火，具有持久性和抗燃燒性，導熱性能低，粘著力大。泡沫複蓋在火源周圍，形成嚴密的複蓋層，並能保持一定時間，使燃燒區與空氣隔絕，具有窒息作用；複蓋層具有防輻射和熱量向外傳導作用；泡沫中的水份蒸發可以吸熱降溫，起到冷卻作用。泡沫滅火劑可分為化學滅火劑和空氣泡沫滅火劑兩類。第十節礦井火災處理與控制（3）乾粉乾粉滅火劑是目前公認的滅火效力較高的一種新型的化學滅火劑。應用範圍比較廣泛。乾粉滅火的原理：乾粉靠加壓氣體的壓力從噴咀內噴出，形成一股霧狀氣流，射向燃燒物，接觸火焰和高溫後，受熱分解，吸熱並放出不燃氣體（NH3和H2O(g))，可以稀釋火區範圍內的氧濃度；乾粉及其熱解產物可抑止碳氫自由基生成，破壞燃燒鏈反應；細的粉沫在高溫作用下溶化、膠結，形成複蓋層具有良好的“熱帳”作用。第十節礦井火災處理與控制（4）鹵代烴滅火劑常用的鹵代烴滅火劑是用氟、氯、溴取代甲烷和乙烷中的氫而成，因此也叫鹵代烷滅火劑。滅火原理：在氮氣的壓力作用下，滅火劑立即成霧狀噴出。形成比重大、擴散慢的氣體，能在較長時間內滯留在火區內。其作用是降低火區氧濃度之外，中斷鏈反應，阻止燃燒，並兼有一定窒息和冷卻作用。（5）砂子和岩粉砂子和岩粉在煤礦廣泛應用於撲滅電氣火災。第十節礦井火災處理與控制2、消除可燃物直接滅火除了向火源噴射滅火劑以外，在有些條件下還可以清除可燃物，消除燃燒的物質基礎。煤礦常用的是挖除火源。3、用凝膠處理高溫點和自燃火源凝膠是近年來應用於煤礦井下防滅火較為廣泛的材料，由基料（矽酸鹽（水玻璃））+促凝劑（碳酸氫氨等鹽類）+水（90%左右）組成。第十節礦井火災處理與控制凝膠滅火原理：凝膠基料和促凝劑都具有阻化作用，加之含有大量水份，在一定的壓力下，注入到高溫點周圍的煤體中。在成膠前凝膠易於流動，能夠滲透到煤體碎裂的內部。既可起到阻止氧化作用，又可封堵漏風（裂隙）通道，防止漏風滲入；其內固聚的大量水份，遇高溫受熱蒸發，還可以起到吸熱降溫作用。第十節礦井火災處理與控制4、灌漿滅火灌漿滅火是煤礦井下常用的一種滅火方法。灌漿滅火的方法因火源位置而異。常用的方法有：井下巷道（鑽窩）打鑽灌漿、在火區密閉牆上插管灌漿和地面鑽孔注漿三種。第十節礦井火災處理與控制三、隔絕滅火當火源不能直接將火撲滅時，為了迅速控制火勢，使其熄滅，可在通往火源的所有巷道內砌築密閉牆，使火源與空氣隔絕。

1、密閉牆的結構和種類分為：臨時密閉、永久密閉和防爆密閉三種。（1）臨時密閉牆其作用是暫時切斷風流，控制火勢發展。為砌築永久密閉牆或直接滅火創造條件。（2）永久密閉牆。較長時間地（至火源熄滅為止）阻斷風流，使火區因缺氧而熄滅。其要求是具有較高的氣密性、堅固性和不燃性，同時又要求便於砌築和啟開。第十節礦井火災處理與控制（3）防爆密閉牆在有瓦斯爆炸危險時，需要構築防爆密閉，以防止封閉火區時發生瓦斯爆炸。防爆密閉牆一般是用砂袋堆砌而成。2、密閉牆的位置選擇密閉牆的位置選擇合理與否不僅影響滅火效果，而且決定施工安全性。封閉火區的原則是：密、小、少、快四字。

密是指密閉牆要嚴密，儘量少漏風；小是指封閉範圍要儘量小；少是指密閉牆的道數要少；快是指封閉牆的施工速度要快。第十節礦井火災處理與控制3、封閉火區的順序目前基本上有兩種：一是：先進後回二是：進回同時火第十節礦井火災處理與控制四、封閉火區的方法封閉火區的方法分為三種：

1、鎖風封閉火區從火區的進回風側同時密閉，封閉火區時不保持通風。這種方法適用於氧濃度低於瓦斯爆炸界線(O2<12%)的火區。２、通風封閉火區在保持火區通風的條件下，同時構築進回風兩側的密閉。３、注惰封閉火區第二、三種方法，即封閉火區時保持通風的方法在國內外被認為是最安全和最正確的方法，應用較廣泛。第十節礦井火災處理與控制五、撲滅和控制不同地點火災的方法

1、井口和井筒火災

2、井底火災

3、井下硐室火災

4、通風巷道火災

5、採煤工作面火災

6、獨頭巷道火災

井巷通風阻力

當空氣沿井巷運動時，由於風流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風流的阻滯、擾動作用而形成通風阻力，它是造成風流能量損失的原因。井巷通風阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。第一節井巷斷面上風速分佈第一節井巷斷面上風速分佈

一、風流流態1、管道流層流：同一流體在同一管道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態。當流速較低時，流體質點互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運動，稱為層流(或滯流)。第一節井巷斷面上風速分佈

紊流：當流速較大時，流體質點的運動速度在大小和方向上都隨時發生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為紊流(或湍流)。研究層流與紊流的主要意義：在於兩種流態有著不同的阻力定律。第一節井巷斷面上風速分佈

風流流態判斷（１）雷諾數－Re

平均流速v、管道直徑d和流體的運動粘性係數。在實際工程計算中，通常以Re=2300作為管道流動流態的判定准數，即：

Re≤2300層流，Re＞2300紊流第一節井巷斷面上風速分佈

（２）當量直徑對於非圓形斷面的井巷，Re數中的管道直徑d應以井巷斷面的當量直徑de來表示：非圓形斷面井巷的雷諾數對於不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的關係，可用下式表示：C—斷面形狀係數：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。第一節井巷斷面上風速分佈

（3）、孔隙介質流在采空區和煤層等多孔介質中風流的流態判別准數為：式中：K—冒落帶滲流係數，m2；l—濾流帶粗糙度係數，m。層流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；過渡流0.25<Re<2.5例：某巷道採用工字鋼支護，S=9m2，Q=240m3/min=4m3/s，判斷風流流態。解：Re=Vd/ν=4VS/(Uν)=4×4×9/(15×10-6×4.16×3)=84615>2300,紊流巷道條件同上，Re=2300層流臨界風速：

V=Re×U×ν/4S=2300×4.16×3×15×10-6/(4×9)=0.012m/s<0.15第一節井巷斷面上風速分佈

由於煤礦中大部分巷道的斷面均大於2.5m2，井下巷道中的最低風速均在0.25m/S以上，所以說井巷中的風流大部為紊流，很少為層流。第一節井巷斷面上風速分佈

二、井巷斷面上風速分佈（１）紊流脈動風流中各點的流速、壓力等物理參數隨時間作不規則（２）時均速度瞬時速度vx隨時間τ的變化。其值雖然不斷變化，但在一足夠長的時間段T內，流速vx總是圍繞著某一平均值上下波動。Tvxvxt第一節井巷斷面上風速分佈

(３）巷道風速分佈

由於空氣的粘性和井巷壁面摩擦影響，井巷斷面上風速分佈是不均勻的。

層流邊層：在貼近壁面處仍存在層流運動薄層，即層流邊層。其厚度δ隨Re增加而變薄，它的存在對流動阻力、傳熱和傳質過程有較大影響。第一節井巷斷面上風速分佈

在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風速逐漸增大，呈拋物線分佈。δvvmaxvmax巷道剖面第一節井巷斷面上風速分佈

平均風速：

式中：巷道通過風量Q。則：Q＝V×S風速分佈係數：斷面上平均風速v與最大風速vmax的比值稱為風速分佈係數(速度場係數)，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即斷面上風速分佈愈均勻。

砌镟巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護巷道，Kv=0.68～0.82；無支護巷道，Kv=0.74～0.81。速度分佈不對稱最大風速不在軸線上！第三章井巷通風阻力

第二節摩擦風阻與阻力第二節摩擦風阻與阻力

一、摩擦阻力風流在井巷中作沿程流動時，由於流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學可知，無論層流還是紊流，以風流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計算：Pa

λ－無因次係數，即摩擦阻力係數，通過實驗求得。

d－圓形風管直徑，非圓形管用當量直徑；第二節摩擦風阻與阻力

1．尼古拉茲實驗能量損失原因：內因：取決於粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數Re來衡量；外因：是固體壁面對流體流動的阻礙作用，與管道長度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關。壁面粗糙度的影響通過λ值來反映。絕對糙度：砂粒的直徑ε就是管壁凸起的高度，相對糙度：絕對糙度ε與管道半徑r的比值ε/r第二節摩擦風阻與阻力

1．尼古拉茲實驗

1932～1933年間，尼古拉茲把經過篩分、粒徑為ε的砂粒均勻粘貼於管壁。水作為流動介質、對相對糙度分別為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進行試驗研究。對實驗數據進行分析整理，在對數座標紙上畫出λ與Re的關係曲線，如圖下頁所示(書中圖3-2-1)

。第二節摩擦風阻與阻力

Ⅰ區—層流區當Re＜2320(即lgRe＜3.36)時,只與Re有關，且λ=64/Re。與ε/r無關;Ⅱ區—過渡流區。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，不同的管內流體由層流轉變為紊流。λ隨Re增大而增大，與ε/r無明顯關係。Ⅲ區—水力光滑管區。紊流狀態(Re＞4000)λ與ε仍然無關，只與Re有關Ⅳ區—紊流過渡區，各種不同相對糙度的實驗點各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關，也與ε/r有關。第二節摩擦風阻與阻力

2．層流摩擦阻力當流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導出摩擦阻力計算式：

∵μ=ρ·ν

∴

可得圓管層流時的沿程阻力。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。第二節摩擦風阻與阻力

3、紊流摩擦阻力

對於紊流運動，λ=f(Re，ε/r)，關係比較複雜。用當量直徑de=4S/U代替d，代入阻力通式，則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式：第二節摩擦風阻與阻力

二、摩擦阻力係數與摩擦風阻1．摩擦阻力係數α

大多數通風井巷風流的Re值已進入阻力平方區，λ值只與相對糙度有關，對於幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一定，則λ可視為定值；在標準狀態下空氣密度ρ=1.2kg/m3。令：

α稱為摩擦阻力係數，單位為kg/m3或N.s2/m4。第二節摩擦風阻與阻力

標準摩擦阻力係數：通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力係數，即所謂標準值α0值，井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時，α值應修正：則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式寫為：第二節摩擦風阻與阻力

α係數影響因素對於砌镟、錨噴巷道—只考慮橫斷面上方向相對粗糙度；對於木棚、工字鋼、U型棚等還要考慮縱口徑Δ=l/d0ld0工字鋼支架在巷道中流動狀態α隨Δ變化實驗曲線第二節摩擦風阻與阻力

2．摩擦風阻Rf

對於已給定的井巷，L、U、S都為已知數，故可把上式中的α、L、U、S歸結為一個參數Rf：Rf稱為巷道的摩擦風阻，其單位為：kg/m7或N.s2/m8。工程單位：kgf.s2/m8，或寫成kμ,1N.s2/m8=9.8kμ

第二節摩擦風阻與阻力

Rf＝f(ρ,ε,S,U,L)

。在正常條件下當某一段井巷中的空氣密度ρ一般變化不大時，可將Rf看作是反映井巷幾何特徵的參數。則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式寫為：此式就是完全紊流(進入阻力平方區)下的摩擦阻力定律。

Rf與hf區別：Rf是風流流動的阻抗參數；hf是流動過程能量損失。第二節摩擦風阻與阻力

三、井巷摩擦阻力計算方法

新建礦井：查表得α0→計算α→計算Rf→計算hf→計算總阻力損失→選擇通風設備

生產礦井：測得hf→計算Rf→計算α→計算α0

→指導生產第二節摩擦風阻與阻力

例題3-3某設計巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，採用工字鋼棚支護，支架截面高度d0=14cm，縱口徑Δ=5，計畫通過風量Q=1200m3/min，預計巷道中空氣密度ρ=1.25kg/m3，求該段巷道的通風阻力。解根據所給的d0、Δ、S值，由附錄4附表4-4查得:α0=284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4實際摩擦阻力係數Ns2／m4巷道摩擦風阻巷道摩擦阻力 第二節摩擦風阻與阻力

四、通風阻力功耗和電耗

設主要通風機效率η=60%，為了克服這段阻力，一年耗多少度電？第三章井巷通風阻力

第三節局部風阻與阻力第三節局部風阻與阻力

由於井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區受到影響而破壞，從而引起風流速度場分佈變化和產生渦流等，造成風流能量損失，這種阻力稱為局部阻力。由於局部阻力所產生風流速度場分佈的變化比較複雜性，對局部阻力的計算一般採用經驗公式。第三節局部風阻與阻力

一、局部阻力及其計算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動壓的倍數來表示：

ξ——局部阻力係數，無因次。層流ξ：

計算局部阻力，關鍵是局部阻力係數確定，因v=Q/S,當ξ確定後，便可用：第三節局部風阻與阻力

幾種常見的局部阻力產生的類型：１、突變紊流通過突變部分時，由於慣性作用，出現主流與邊壁脫離的現象，在主流與邊壁之間形成渦漩區，從而增加能量損失。第三節局部風阻與阻力

２、漸變主要是由於沿流動方向出現減速增壓現象，在邊壁附近產生渦漩。因為V↓hv↓p，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨於0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現與主流相反的流動，面渦漩。第三節局部風阻與阻力

３、轉彎處流體質點在轉彎處受到離心力作用，在外側出現減速增壓，出現渦漩。４、分岔與會合上述的綜合。

∴局部阻力的產生主要是與渦漩區有關，渦漩區愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。第三節局部風阻與阻力

二、局部阻力係數和局部風阻(一)局部阻力係數ξ

紊流局部阻力係數ξ一般主要取決於局部阻力物的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。第三節局部風阻與阻力

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，m；ρm——空氣平均密度，kg/m3。對於粗糙度較大的井巷，可進行修正：

第三節局部風阻與阻力

2．突然縮小對應於小斷面的動壓，ξ值可按下式計算：

第三節局部風阻與阻力

3．逐漸擴大逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多，其能量損失可認為由摩擦損失和擴張損失兩部分組成。當Θ＜20°時，漸擴段的局部阻力係數ξ可用下式求算：

α—風道的摩擦阻力係數，Ns2/m4；

n—風道大、小斷面積之比，即Ｓ2／Ｓ1；

θ—擴張角。

第三節局部風阻與阻力

4．轉彎巷道轉彎時的局部阻力係數(考慮粗糙程度)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

ξ0——假定邊壁完全光滑時，90°轉彎的局部阻力係數，其值見教材表3-3-1；

α——巷道的摩擦阻力係數，N.s2/m4；

β——巷道轉彎角度影響係數，見教材表3-3-2。第三節局部風阻與阻力

5．風流分叉與匯合1)風流分叉典型的分叉巷道如圖所示，1～2段的局部阻力hl１～2和1～3段的局部阻力hl１～3分別用下式計算：θ2θ3123第三節局部風阻與阻力

2)風流匯合如圖所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl１～3、hl2～3分別按下式計算：１３２θ1θ2第三節局部風阻與阻力

(二)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也與風量的平方成正比第三節局部風阻與阻力

hR=hf+hl一般Hf和hl不易分開，對於轉彎，Hf和hl可分開；突然擴大，Hf占比重少，局部區段hR=hl正面阻力：罐籠、礦車、採煤機第三節局部風阻與阻力

例1：某巷道突然擴大段，砌镟支護，斷面S1=6m2，S2=24m2，通過風量Q=48m3/s，空氣密度ρ=1.25kg/m3，求突然擴大局部阻力。解：設砌镟巷道α=0.005kg/m3ξ=(1-S1/S2)2=(1-6/24)2=0.563ξ’=ξ(1+α/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845hL=ξ’ρV12/2=ξ’ρ(Q/S1)2/2=0.845×1.25(48/6)2/2=33.8Pa第三節局部風阻與阻力

例2：某回風道，斷面高2.8m，寬2.5m，混凝土棚支護，α=0.02kg/m3，有一直角轉彎，內角沒有弧度，求轉彎處的局部阻力係數ξ’解：表3-3-1，ξ0=0.93，由表3-3-2，β=1.0H/b=2.8/2.5=1.12,ξ’=[(ξ0+28α)b/H]β=[(0.93+28×0.02)2.5/2.8]×1=1.33

若V=6m/s，ρ=1.2kg/m3,

則：hL=ξ’ρV2/2=1.33×1.2×6×6/2=57Pa第三節局部風阻與阻力

例3：某直角分叉巷道，θ2=0，θ3=90°，α=0.015kg/m3，V1=8m/s,V2=6m/s,