第3章矿井通风阻力-liu.ppt

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1、1安全工程学院安全工程学院 刘晓斐刘晓斐矿井通风与安全 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p风风流流必必须须具具有有一一定定的的能能量量，用用以以克克服服井井巷巷对对风风流流所所呈现的通风阻力。呈现的通风阻力。p通通常常矿矿井井通通风风阻阻力力分分为为摩摩擦擦阻阻力力与与局局部部阻阻力力两两类类，它它们们与与风风流流的的流流动动状状态态有有关关。一一般般情情况况下下，摩摩擦擦阻阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分力是矿井通风总阻力的主要组成部分。4第

2、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、重点与难点学习目标学习目标1 1、风流的流动状态风流的流动状态风流的流动状态风流的流动状态2 2、摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力3 3 、局部阻力、局部阻力、局部阻力、局部阻力4 4 、通风阻力定律和特性、通风阻力定律和特性、通风阻力定律和特性、通风阻力定律和特性5、通风阻力测量、通风阻力测量、通风阻力测量、通风阻力测量重点与难点重点与难点1 1、摩擦阻力产

3、生的原因和测算摩擦阻力产生的原因和测算摩擦阻力产生的原因和测算摩擦阻力产生的原因和测算2 2、局部阻力产生的原因和测算局部阻力产生的原因和测算局部阻力产生的原因和测算局部阻力产生的原因和测算63.1 风流的流动状态风流的流动状态 p 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。p层层流流是是指指流流体体各各层层的的质质点点互互不不混混合合，质质点点流流动动的的轨轨迹迹为为直直线线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。p紊紊流流是是指指流流体体的的质质点点强强烈烈互互相相混混合合，质质点点的的流流动动轨轨迹迹极极不不规规则则，

4、除除了了沿沿流流动动总总方方向向发发生生位位移移外外，还还有有垂垂直直于于流流动动总总方方向向的位移，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡。的位移，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡。p流体的流动状态受流体的流体的流动状态受流体的速度速度、粘性粘性和和管道尺寸管道尺寸等影响。流等影响。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。为紊流，反之，越易成为层流。7 可用一个无因次参数可用一个无因次参数ReRe（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。作用。对于对于圆形管

5、道圆形管道 （3-1-1）式中式中 ：V V为管道中流体的平均速度，为管道中流体的平均速度，m/sm/s；d d为圆形管道的直径，为圆形管道的直径，mm；v v为流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关。为流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关。p 设设r为流体的为流体的水力半径水力半径，指流体的断面，指流体的断面S（m2）与流体的周界）与流体的周界U（m）之比，即）之比，即r S/U，m。因风流充满管道，故在直径为。因风流充满管道，故在直径为d的的圆形管道中，风流的水力半径为：圆形管道中，风流的水力半径为：，或，或 ，m （3-1-2）代入（代入（3-1-1）式，得出用于非圆形巷道风流

6、雷诺数的计算式为：）式，得出用于非圆形巷道风流雷诺数的计算式为：（3-1-3）式中：式中：S S为巷道的断面，为巷道的断面，mm2 2；U U为巷道的周界，为巷道的周界，mm。8p据前人的实验，水流在各种粗糙壁面、平直的圆管内流动，当据前人的实验，水流在各种粗糙壁面、平直的圆管内流动，当Re2000时，水流呈层流状态；约在时，水流呈层流状态；约在Re2000时，水流开始时，水流开始向紊流过渡，故称向紊流过渡，故称20002000为临界雷诺数为临界雷诺数；Re100000时，水流时，水流呈完全紊流。把水流的这些数值近似应用于风流，便可大致估呈完全紊流。把水流的这些数值近似应用于风流，便可大致估计

7、出风流在各种流态下的平均风速。计出风流在各种流态下的平均风速。p例如某巷道的断面例如某巷道的断面S S2.5 m2.5 m2 2，周界，周界U U6.58 m6.58 m，风流的运动黏性系数，风流的运动黏性系数v v14.414.410106 6 m m2 2/s/s。则用（。则用（3-1-33-1-3）式估算出）式估算出风流开始向紊流过渡的平风流开始向紊流过渡的平均风速均风速为为：井巷中最低风速井巷中最低风速都在都在0.150.25 m/s以上，且大多数以上，且大多数井巷的断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，只有风速，故大多数井巷中的风流不会出现层流，只

8、有风速很小的漏风风流，才可能出现层流。又如在上例中，很小的漏风风流，才可能出现层流。又如在上例中，Re100000时，时，该巷道内风流呈现完全紊流的平均风速约为：该巷道内风流呈现完全紊流的平均风速约为：V1000006.5814.410-6/（42.5）0.95 m/s.93.2 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，引起内外摩擦而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力称作产生的阻力称作摩擦阻力摩擦阻力。（均匀流动是指风流沿程的速度和方向都不变，而且各。（均匀流

9、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）断面上的速度分布相同）流态不同的风流，流态不同的风流，摩擦阻力摩擦阻力hf r的产生情况和大小也不同。的产生情况和大小也不同。前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式是：前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式是：（3-2-1）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速度，为圆管内水流的平均速度，m/s。p 上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流态的风流都能应用，只是上式是矿井风流

10、摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流态的风流都能应用，只是流态不同时，式中流态不同时，式中的实验表达式不同。的实验表达式不同。10 据前人在壁面能分别胶结各种粗细砂粒的圆管中，实验得出流态不同的水据前人在壁面能分别胶结各种粗细砂粒的圆管中，实验得出流态不同的水流，流，系数和管壁的粗糙度系数和管壁的粗糙度Re的关系。的关系。实验是用管壁平均突起的高度（即砂粒的平均直径）实验是用管壁平均突起的高度（即砂粒的平均直径）k（m）和管道的直径）和管道的直径d（m）之比来表示）之比来表示管壁的相对光滑度管壁的相对光滑度。利用阀门不断改变管内水流的速度，实。利用阀门不断改变管内水流的速度，实验结果如图验结果如

11、图3-2-1所示。所示。图图3-2-1尼古拉茨尼古拉茨实验图实验图 11 （1）在）在lg Re 3.3（即（即Re 2000）以下，即当流体作）以下，即当流体作层流层流运动时，由左边斜线可以看出，相对光滑度不同的所有运动时，由左边斜线可以看出，相对光滑度不同的所有试验点都分布于其上，试验点都分布于其上，随随Re的增加而减少，且与管道的相的增加而减少，且与管道的相对光滑度无关，此时，对光滑度无关，此时，与与Re的关系式为：的关系式为：=64/Re （3-2-2）（2）在）在3.3 lgRe 5.0（即（即2000Re100000）的范围内，即当流体由层的范围内，即当流体由层流到紊流再到完全紊流

12、的流到紊流再到完全紊流的中间过渡状态中间过渡状态时，时，系数系数既和既和Re有关，又和管壁有关，又和管壁的相对光滑度有关。的相对光滑度有关。12 （3）在）在lgRe5.0（即（即Re100000）以上，即当流体作）以上，即当流体作完完全紊流状态全紊流状态流动时，流动时，系数和系数和Re无关，只和管壁的相对光滑度无关，只和管壁的相对光滑度有关，管壁的相对光滑度越大，有关，管壁的相对光滑度越大，值越小。其实验式为值越小。其实验式为 （3-2-3）p在紊流状态下，流体的能量损失大大超在紊流状态下，流体的能量损失大大超过层流状态。过层流状态。p在层流状态下，能量只损失在速度不同在层流状态下，能量只损

13、失在速度不同的流体层间的内摩擦力方面，而在紊流的流体层间的内摩擦力方面，而在紊流状态下，除这种损失外还有消耗在因流状态下，除这种损失外还有消耗在因流体质点相互混杂、能量交换而引起的附体质点相互混杂、能量交换而引起的附加损失，当雷诺数增加到一定程度时，加损失，当雷诺数增加到一定程度时，这种附加损失将急剧增大到主导地位。这种附加损失将急剧增大到主导地位。13 如图所示，紊流的结构可分为层流边层、过渡层和紊流区三如图所示，紊流的结构可分为层流边层、过渡层和紊流区三个组成部分。个组成部分。p紊流区又称紊流核，是紊流的主体，层流区流速很小或接近紊流区又称紊流核，是紊流的主体，层流区流速很小或接近于零。随

14、着雷诺数增大，层流边层的厚度减薄，以至不能遮于零。随着雷诺数增大，层流边层的厚度减薄，以至不能遮盖管壁的突起高度，管壁粗糙度即对流动阻力发生影响。当盖管壁的突起高度，管壁粗糙度即对流动阻力发生影响。当Re100000 ，流体呈完全紊流和层流边层厚度趋于零时，则，流体呈完全紊流和层流边层厚度趋于零时，则如（如（3-2-33-2-3）式所示，）式所示，值只决定于管壁的相对粗糙度，而与值只决定于管壁的相对粗糙度，而与ReRe无关。无关。143.2 摩擦阻力摩擦阻力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 井下多数风流属于完全紊流状态，故重点讨论完全紊流状态下的摩井下多数风

15、流属于完全紊流状态，故重点讨论完全紊流状态下的摩擦阻力。把上面擦阻力。把上面(3-2-2)式代入式代入(3-2-1)式，得式，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，其壁面的相对光滑度是定值，则在完全紊流状态下，壁面的相对光滑度是定值，则在完全紊流状态下，值是常数。把上式值是常数。把上式中的用一个系数中的用一个系数 来表示，即来表示，即 （3-2-5）此系数称为此系数称为摩擦阻力系数摩擦阻力系数。在完全紊流状态下，井巷的。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

16、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 成正成正比。比。将（将（3-2-5）代入（）代入（3-2-4）式，得）式，得 ，Pa （3-2-6)若通过井巷的风量为若通过井巷的风量为Q（m3/S），则），则V=Q/S，代入上式，得，代入上式，得15由于矿井中巷道的长度，周界及摩擦阻力系数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。在巷道形成后一般变化较小，可看作常数。再令：再令：Rfr为巷道的摩擦风阻。为巷道的摩擦风阻。此时：此时：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方

17、成正比。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。16 例例1 某某梯梯形形木木支支架架煤煤巷巷，长长200m200m，断断面面积积为为4m4m2 2，沿沿断断面面的的周周长长为为8.3m8.3m，巷巷道道摩摩擦擦阻阻力力系系数数 通通过过查查表表得得到到的的标标 准准 值值 为为 0.018N0.018Ns s2 2/m/m4 4，若若 通通 过过 巷巷 道道 的的 风风 量量 为为960m960m3 3/min/min，试求其摩擦阻力，试求其摩擦阻力?解：解：该巷道的摩擦阻力为该巷道的摩擦阻力为119.5Pa。应应当当注注意意，巷巷道道的的值值随随的的改改变变而而改改变变，在在高高原原

18、地地区区，空空气气稀稀薄，当地的薄，当地的值需进行校正。校正式如下：值需进行校正。校正式如下：173.2 摩擦阻力摩擦阻力 层流状态下，具有层流状态下，具有 的特点，的特点，=64/Re 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V=Q/S层流状态下的摩擦阻力系数层流状态下的摩擦阻力系数183.2 摩擦阻力摩擦阻力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层流状态下的摩擦风阻层流状态下的摩擦风阻这就是风流在层流状态下的摩擦阻力定律。这就是风流在层流状态下的摩擦阻力定律。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比

19、。193.2 摩擦阻力摩擦阻力3.2.4 摩擦阻力的计算方法摩擦阻力的计算方法p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。要依据。p即按照所设计的井巷长度、周界、净断面积、支护方式和要求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，用查表法选定该通过的风量，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井巷的摩擦阻力系数 值，然后用完全紊流状态摩擦阻力计值，然后用完全紊流状态摩擦阻力计算公式计算该井巷的摩擦阻力。算公式计算该井巷的摩擦阻力。p确定摩擦阻力系数值

20、的查表法是从前人实验或实测所归纳出来确定摩擦阻力系数值的查表法是从前人实验或实测所归纳出来的表的表3-1表表3-15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 kgm3的的 值，值，Ns2m4)。对于平原地区的新矿井通风。对于平原地区的新矿井通风设计，可用此标准值进行计算。设计，可用此标准值进行计算。20摩擦阻力系数的确定摩擦阻力系数的确定 矿井摩擦阻力系数的确定有两种途径，一是查找专门的设计一是查找专门的设计手册选取；二是通过现场实测手册选取；二是通过现场实测。由 得 。只要测出上式的各项，即可以求出。与井巷长度无关，所以不必在巷道的全长进行测定。的测定

21、是在当地、当时的温度、湿度测定的，而是随温度、湿度和气压而变化的。因此，在实测出的同时，必须算出实际的空气重率，然后，换算成标准状态下（=1.2kg/m3）的，即 （Ns2/m4）213.2 摩擦阻力摩擦阻力3.2.5 降低摩擦阻力的措施降低摩擦阻力的措施p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较多阻力，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。许多原来是阻力大，通风困难的矿井，经降低阻力后的风量。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

22、容易的矿井。即变为阻力小、通风容易的矿井。p 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：22 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，因此降低主要决定于巷道粗糙度，因此降低，就应，就应尽量使巷道光滑。当采用棚子支护的采区巷道时，要尽可能地尽量使巷道光滑。当采用棚子支护的采区巷道时，要尽可能地使支架整齐、背好帮顶，在无支护的巷道，要尽可能把顶底板使支架整

23、齐、背好帮顶，在无支护的巷道，要尽可能把顶底板及两帮修整好，使壁面平整；对于井下的主要巷道，在采用料及两帮修整好，使壁面平整；对于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌碹的支护方式，特别是采用锚杆支护技术时，更石或混凝土砌碹的支护方式，特别是采用锚杆支护技术时，更能有效地使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，所以扩大巷道断面也是降低摩擦阻力的主要成反比，所以扩大巷道断面也是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。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，应抓主要矛盾，即首先应考虑风量大、断面小的

24、总回措施时，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，其次再考虑其它巷道的扩大。风道的扩大，其次再考虑其它巷道的扩大。在其它参数不变时，在其它参数不变时，井巷断面扩大井巷断面扩大33%33%，R Rf f值可减少值可减少50%50%。23 3减少周界长减少周界长U（选用周界较小的井巷选用周界较小的井巷）R Rfr fr与与U U成正比，在断面积相等的条件下，选用周长较小的比周长较大的断成正比，在断面积相等的条件下，选用周长较小的比周长较大的断面好。面好。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形

25、断面的周长较大。矩形、梯形断面的周长较大。4.减少巷道长度减少巷道长度L（缩短风路的长度缩短风路的长度）R Rfr fr与与L L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度。例如，当采用中央并列式通风系统，如阻力过大时，即缩短风路的长度。例如，当采用中央并列式通风系统，如阻力过大时，即可将其改为两翼式通风系统以缩短回风路线。可将其改为两翼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。巷道内的风量如果过大，摩擦阻力就会大摩擦阻力与风量的平方成正比。巷道内的风量

26、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“早分晚合早分晚合”。p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，而且也不好维护，反行综合考虑。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。而不如选用双巷。243.3 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p 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

27、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加的阻力，称为局部阻力局部阻力。由局部阻力产生的能量损失称为。由局部阻力产生的能量损失称为局部损失局部损失。p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。25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，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加

28、能量损失。、渐变、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为 V hv p ，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0,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。26、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，出现涡漩。、分岔与会合、分岔与会合 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，能量损失愈多，局部阻力愈大。273.3 局部阻力局部阻力3.3.2 局部阻力定律局部阻力定律p前人实验证明，在完全紊流状态下，不论井巷局部地点的断面、形状和拐前人实验证明，在完全紊流状态下，不论井巷局部地点

29、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弯如何变化，所产生的局部阻力都和局部地点的前面前面或或后面后面断面上的速压断面上的速压成正比。成正比。p 如右图所示的突然扩大的巷道，该局部地点的局部阻力为如右图所示的突然扩大的巷道，该局部地点的局部阻力为（3-3-2）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。对于形状和尺寸。对于形状和尺寸已定型的局部地点，这两个系数都是常数，但它们彼此不相等。可以任用已定型的局部地点，这两个系数都是常数，但它们

30、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；其中的一个系数和相应的速压计算局部阻力；局部地点的空气密度局部地点的空气密度,kg/m3。28p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，则两，则两个断面上的平均风速为：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 ，N.S2/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不称为局部风阻。当局部地点的规格尺寸和空气密度都不变时，变时，Rer是一个常数。将（是

31、一个常数。将（3-3-3）代入（）代入（3-3-2），得），得 ，Pa （3-3-4）p上式表示风流上式表示风流完全紊流状态下的局部阻力定律完全紊流状态下的局部阻力定律，和完全紊流状，和完全紊流状态的摩擦阻力定律一样，当态的摩擦阻力定律一样，当R Rerer一定时，一定时，h herer和和Q Q 2 2成正比。成正比。293.3 局部阻力局部阻力3.3.3 3.3.3 局部阻力的计算方法局部阻力的计算方法p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较小，井下各处的局部阻力之和

32、只占矿井总阻力的1020%左右。左右。p因此，在通风设计工作中，不逐一计算井下各处的局部阻力，只在因此，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这个百分数范围内估计一个总数。估计一个总数。但对掘进通风用的风筒和风量较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逐一计算局部阻力。p计算局部阻力时，用计算局部阻力时，用（3-3-1）式比较简便。先要根据井巷局部地点式比较简便。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，查出局部阻力系数，查

33、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计算。的近似值，然后用图表中所指定的相应风速进行计算。（3-3-1）30各种巷道突扩和突缩的值（光滑管道）各种巷道突扩和突缩的值（光滑管道）上表上表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S S1 1和大断和大断面面S S2 2的比值相同时，突然缩小比突然扩大的的比值相同时，突然缩小比突然扩大的局部阻力系数要小；局部阻力系数要小；31几种局部阻力的几种局部阻力的值值（光滑管道）（光滑管道）上表上表3-3-2第一项所示的进风口比最后一项所示的出风口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

34、小时，所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故。产生的冲击现象没有风流突然扩大时那样急剧的缘故。32p例例:某进风井内的风速某进风井内的风速8ms，井口空气密度是，井口空气密度是1.2 kgm3，井口的净断面，井口的净断面S12.6 m2，查表，查表3-3-2知该井口风流突然收知该井口风流突然收缩的局部阻力系数是缩的局部阻力系数是0.6，则该井口的局部阻力和局部风阻为，则该井口的局部阻力和局部风阻为 （Pa）（N.S2/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

35、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部风阻分别为分别为 （Pa），N.S2/m8以上计算结果以上计算结果是：是：；333.3 局部阻力局部阻力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，即在这些井巷内：井巷内：要尽可能避免断面的突然扩大或突然缩小；要尽可能避免断面的突然扩大或突然缩小；尽可能地避免拐弯，在拐弯处的内侧和外侧要做成斜面或圆弧尽

36、可能地避免拐弯，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；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做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。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加对于风速大的风筒，要悬挂平直，拐弯的弯曲半径要尽可能加大。大。343.3 局部阻力局部阻力3.3.4 降低局部阻力的措施降低局部阻力的措施此外，此外，在主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木材或器材；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

37、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。表明：表明：正面阻力等于正面风阻与风量的平方的乘积。正面阻力系数的正面阻力等于正面风阻与风量的平方的乘积。正面阻力系数的测定方法与局部阻力系数一样。测定方法与局部阻力系数一样。井巷内存在某些物体（如罐道梁，电机车、矿车等），当空井巷内存在某些物体（如罐道梁，电机车、矿车等），当空气在井巷中流动时，只能在这些物体的周围流过，使风流受气在井巷中流动时，只能在这些物体的周围流过，使风流受到附加阻力的作用，这种附加阻力称为到附加阻力的作用，这种附加阻力称为正面阻力正面阻力。35局部阻力系数测定方法 测出两断面的通风

38、阻力h（全压差），含局部阻力与摩擦阻力；按已知的，计算出 ；计算 ;测出温度、气压以及V1、V2，算出；由 ，或 ，求出 ，。363.4 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p所谓所谓通风阻力定律通风阻力定律，就是前面所述的摩擦阻力定律和局部阻力，就是前面所述的摩擦阻力定律和局部阻力定律的定律的结合结合，也就是通风阻力、风阻和风量三个参数相互依存，也就是通风阻力、风阻和风量三个参数相互依存的规律。的规律。p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）即即h和和R(N.s2/m8)的一次方成正比，和的一次方

39、成正比，和Q（m3/s）的平方成正比）的平方成正比。p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。对于一个矿井来说，分别是该井巷的通风阻力和总风阻。对于一个矿井来说，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。37p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 h和和R R(N(N.s s2 2/m/m8 8)的一次方成正比，和的一次方成正比，和QQ（mm3 3/s/s）的一次方成正比。）的一

40、次方成正比。p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 h和和R(NR(N.S SX X/m/m2+3X2+3X)的一次方成正比，和的一次方成正比，和QQ（mm3 3/s/s）的）的x x方成正比。指数方成正比。指数X X大于大于1 1而小于而小于2 2。p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风阻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。力定律。383.4.2 井巷的通风特性井巷的通风特性某一井

41、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的反映通风难易程度通风难易程度或或通风能力大小通风能力大小的性能。这种特的性能。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，风阻大风阻大的井巷或矿井，风量必小，的井巷或矿井，风量必小，表示通风困难通风能力小；反之，表示通风困难通风能力小；反之，风阻小风阻小的井巷或矿的井巷或矿井，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井巷或矿井的通风特性又名风阻特性风阻特性。

42、3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性39p为了形象化，习惯引用一个和风阻的为了形象化，习惯引用一个和风阻的数值相当数值相当、意义相同意义相同的假想的的假想的面积值（面积值（m2）来表示井巷或矿井的通风难易程度。这个假想的孔口）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称作井巷或矿井的等积孔等积孔（又称当量孔）。（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量井巷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。通风的难易程度。p由于等积孔不是实物，宜用一种假想的模型由于等积孔不是实物，宜用一种假想的模型(上图上图)来说明

43、：来说明：假设压气缸内的静压假设压气缸内的静压P，速压等于零；孔口外气流收缩最小处的静压，速压等于零；孔口外气流收缩最小处的静压为为P，速压为，速压为V2/2，式中，式中V为收缩最小处的速度，为收缩最小处的速度，为空气的密度。为空气的密度。当孔口的面积当孔口的面积A值一定时，值一定时，P与与P之差值越大，孔口流出的风量之差值越大，孔口流出的风量Q就就越大。这种关系好比某一井巷或矿井的风阻值一定时，通风阻力越大。这种关系好比某一井巷或矿井的风阻值一定时，通风阻力h越大，通过该井巷或矿井的风量就越大，越大，通过该井巷或矿井的风量就越大，p因此，需要找出因此，需要找出h s、A和和Q的关系式来模拟井

44、巷或矿井的通风阻力的关系式来模拟井巷或矿井的通风阻力定律。定律。40 p设设当当空空气气自自左左向向右右流流经经此此孔孔时时，无无阻阻力力，无无能能量量损损失失，并并设设当当空空气气从从此此孔孔流流出出后后，在在其其流流线线断断面面最最小小处处(虚虚线线位位置置)的的流流速速为为V(m/s)V(m/s)，则则这这个个理理想想孔孔左左、右右两两侧侧的的静静压压差差可全部变为速压可全部变为速压(静压能全部转化为动能静压能全部转化为动能)，由此可得：，由此可得：p实实验验证证明明，在在出出口口流流线线断断面面最最小小处处的的面面积积一一般般为为0.65A(m2)，当当流流量量为为Q(m3/s)时时，

45、VQ/0.65A，将将此此V值值与与1.2 kg/m3代入上式，即得：代入上式，即得：41 上上式式表表示示A A和和R R成成反反比比。即即井井巷巷或或矿矿井井的的R R值值大大，相相当当的的A A值值就就小小，表表示示该该矿矿井井或或井井巷巷通通风风困困难难；反反之之亦亦然然。计计算算出出矿矿井井的的风风阻阻和和等等积积孔孔后后，就就可可以以对对该该矿矿井井的的通通风难易程度进行评价，评价的标准如下表：风难易程度进行评价，评价的标准如下表：42p用矿井等积孔用矿井等积孔A A 和矿井风阻和矿井风阻R 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

46、形象化。一样，只是矿井等积孔比矿井风阻更形象化。p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。矿井通风难个指标，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（供给井下充足的新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）入手，具鲜空气，冲淡有毒有害气体，创造良好的生产环境）入手，具体应考虑：体应考虑：(1)(1)矿井总风量是否满足需要；矿井总风量是否满足需要；(2)(2)井下各用风区域间的风量调配

47、是否容易；井下各用风区域间的风量调配是否容易；(3)(3)矿井瓦斯涌出量的大小；矿井瓦斯涌出量的大小；(4)(4)矿井开采强度；矿井开采强度；(5)(5)采煤方法等。采煤方法等。43 例例 已已知知矿矿井井总总阻阻力力为为1440Pa，风风量量为为60m3/s，试试求求该该矿矿井井的的风风阻阻与与等等积积孔孔?如如生生产产上上要要求求将将风风量量提提高高到到70m3/s，问风阻与等积孔之值是否改变问风阻与等积孔之值是否改变?阻力增加到多少阻力增加到多少?解：解：当当井井巷巷的的规规格格尺尺寸寸与与连连接接形形式式没没有有改改变变及及采采掘掘工工作作面面没没有有移移动动时时，则则风风量量的的增增

48、加加并并不不改改变变等等积积孔孔与与风风阻阻之之值值。由由于于风风量量增增加加到到70m3/s，故阻力增加到：，故阻力增加到：hRQ20.47021960 Pa443.4.3 井巷风阻特性曲线 根据矿井通风阻力定律可知，当井巷风阻一定时，井巷根据矿井通风阻力定律可知，当井巷风阻一定时，井巷通风阻力与风量成正比。则取不同的风量值便可得到不同通风阻力与风量成正比。则取不同的风量值便可得到不同的阻力值。在以风量为横轴，以风压为纵轴的坐标系中标的阻力值。在以风量为横轴，以风压为纵轴的坐标系中标出这些不同的点，并用曲线联结，便可得一条抛物线，该出这些不同的点，并用曲线联结，便可得一条抛物线，该抛物线是由

49、井巷风阻确定的，称为抛物线是由井巷风阻确定的，称为井巷风阻特性曲线井巷风阻特性曲线。由图可知，风阻越大，风阻由图可知，风阻越大，风阻 曲线越陡。当用图解法解通风曲线越陡。当用图解法解通风 网络和进行扇风机二次分析时，网络和进行扇风机二次分析时，井巷风阻曲线是不可缺少的条井巷风阻曲线是不可缺少的条 件之一。件之一。hRQ3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性45 3.4.4 风流的功率与电耗风流的功率与电耗 物物体体在在单单位位时时间间内内所所做做的的功功叫叫做做功功率率，其其计计量量单单位位是是Nm/s。风风流流的的风风压压h乘乘风风量量Q的的计计量量单单位位就就是是N/m2m3/s N

50、m/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：式式中中 e每每度度电电的的单单价价，y/(kWh)；风风机机、输输电电、变变电电、传传动动等等总总效效率率。直直接接传传动动时时，取取0.6；间间接接传传动动时，取时，取0.5。3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性46 例：例：如图所示的矿井，左右两翼的通风阻力分别是；如图所示的矿井，左右两翼的通风阻力分别是；hr11274Pa；hr21960Pa通通过过两两翼翼主主扇扇的的风风量量分分别别是是Qf160m3/s；Qf270m3/s。两翼的外部漏风率分别是两翼