华北理工矿井通风与安全教案第3章 矿井通风阻力.docx

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1、课程名称：矿井通风与安全 摘 要第三章 第一节 第二节 AA- -* -4-P 第二下 第四节 第五节矿井通风阻力授课题目(章、节)风流运动状态 摩擦阻力 局部阻力 通风阻力定律和特性 通风阻力测量 本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解和掌握矿井通风阻力及应用。【重 点】风流的摩擦阻力其应用。【难 点】通风阻力定律。内 容【本讲课程的引入】大家学习过流体力学，在流体力学中有一个较为重要的实验，水在圆管 中流动，通过调节侧管带有颜色水的流量，在主管中心会出现一条有规则的 流线；继续调节流量，流线开始变得不规则、直至完全紊乱。这也就是层流 和紊流的演示实验。在通风中，风

2、流也有此性质。【本讲课程内容】第三章矿井通风阻力第一节矿井风流运动状态风流的流动状态有层流和紊流两种：层流：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的 平滑曲线并与管道轴线方向基本平行。紊流：指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了岩 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，时而消失的漩涡。井下风流多数是完全紊流，只有一部分风流处于向完全紊流过渡的状态, 只有风速很小的漏风风流才可能出现层流。第二节摩擦阻力一、摩擦阻力的意义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，因而产生阻力，这种阻力叫做摩擦阻力。

3、二、完全紊流状态下摩擦阻力定律流体的流动状态受流体的速度，粘度和管道尺寸等影响，流体速度越大, 粘度越小，管道尺寸越大，则流体越易成为紊流，反之，则易成为层流。一 般用无因次参数一雷诺数表示。对于圆形管道：Re = vd/u(3-1)V管道中的流体的平均速度 m/sd圆形管道的直径m最后用& -PSL(3-25)此时算出该巷道摩擦阻力系数的标准值。P1-2四、用气压计测算井巷的风阻使用仪器是：WB-1型数字显示的气压计测算方法：1)用两台气压计分别在两段风流的起点和末点同点读数，换成Pa可得 PSI和Pp，同时测定两点的空气密度Pl、P2和P1-2,点的风速V及Z1.2,则有 吟-3则会产生较

4、大误差，另 外须测出Q,则R .人，缺点是测量断的位能差测不准，因此需要时采用 2 q2下一方法。2) A、B两台气压计分别在起点和末点同时读书，尽快改变测段内的风 量，两台气压计仍在原地同时读数。如在上午8时测的psi、ps2、Q、Z|.2,紧接着在10mm内在测点1的左侧 用挡风帐使井筒内的风量减小到Q,同时测算下面各项。h. O?(P.Ps2-P/+%2,+夕H /2一夕间一2 -。一 q,23)优缺点：前者操作简单，省时省力，精度差，厚着比较麻烦，因此， 气压计的测量法不适用于精度要求很高的测量，只适用于无法收放胶皮管或 范围较大的测量段。五、测量矿井得通风阻力和总风阻1、抽出式通风的

5、矿井风流自地表的大气开始，经进风口 1、巷道主扇进风口 2,沿途所遇到的 摩擦阻力和局部阻力的总和，就是抽出时通风的矿井通风总阻力hr.由能量方程可知：hr=(j90 - ps2) + (0 - hv2) + (Zpg-Zp2g)式中Po，s2一分别是地表大气和2断面风流的绝对静压儿22断面风流的速压。Z井筒的垂深，乃夕2分别是进风井和出风井内空气密度的平均值，kg/nP2、断面的相对静压：hs2= Po Ps2该矿井的自然风压是：42 = Po Ps2则：K = hs2 - hv2 + hn (3-29)又因2断面的相对全压是：ht2= hs2 - hv2 o所以% =ht2 +hn (3-

6、30)上述式(2-29)、(2-30)就是抽出式通风矿井的h的测算式：由于2断面的风流很紊乱，ht2的读数不太稳定，故常用(2-29)式，矿 井不包括外部漏风途径的风阻。QlQ：来自井下的总回风量，m3/s,是通过主扇的风量Q5与主扇附属设施的漏风量之差。该矿井通风动力的工作风阻计算式为：p t_ hr F3、对于压入式通风的矿井如图所时，对于压入式k轴流主扇其风路一般为：抽风段1-2,压风段 3-4,实际上是又抽又压式，因抽风段内的空气密度无变化，所以该段通风总 阻力为：% = Pu- Ps2-%2 (Pa)式中：Pl与进风井口同标高的地表大气压力，Ps2,卜2分别是2断面的绝对静压和速压。

7、压风段总阻力：hpr = (pi3 - p0) + (hv3 - 0) + Zpg - Zp2g, Pa式中：Ps3, h、，3分别是3断面的静压和速压，PaZ井筒的垂深，mpi、P2分别是进风井和出风井内的空气密度的平均值，kg/m3 该矿井的通风总阻力屏应为her和hp只和。% = (Pt - Ps2 一 九3)+(Ps3 - Po + 儿3 + Zpg - Zp2g)即：=P$3 - Psi + 九3 -久，2 + Zg g - Zp.g=$3-2 + 九3-2 + 4或= ht2 + ht3 + hn式中：hs3.23断面和2断面的绝对静压差，可用图示的方法用压差计求 出。Hv3-23

8、断面和断面的速压差，数值很小，PaHn矿井的自然风压。ht2 ht32断面和断面的相对全压，Pa然后用hr和流巷井下的总进风流Qm计算该矿井不包括外部漏风的总风 阻，用屏和通过主扇的风量Qf计算该矿通风动力的工作风阻。为了节省电耗，抽风段应设法取消，该主扇的进风井口直接和地表大气 相同，这样，hr = hs3 + hv3 + hnhS33断面的相对静压。【本讲课程的小结】本讲课程主要讲授了风流运动状态、摩擦阻力、局部阻力、通风阻力定 律和特性、通风阻力测量，要求学生了解和掌握矿井通风阻力及应用，风流 的摩擦阻力其应用，通风阻力定律的意义。【本讲课程的作业】1、矿井通风阻力的定义？2、摩擦阻力定

9、义，及其计算方法？3、简述降低摩擦阻力的措施？4、何谓摩擦风阻？其影响系数是？5、何谓局部阻力?如何计算，降低局部阻力的措施是?6、通风阻力定律，矿井等积孔？7、风阻及摩擦阻力系数的测算方法？u流体的运动粘性系数，对于矿井风流1)=14.4x10-6 m2/s设Y位流体的水力半径，指流体的断面积s (m2)与流体的周界U之比 即：y=s/U (m)在直径为d的圆形管道中，风流的水力半径为：y=(7td2/4) / (兀d) =d/4, m(3-2)将(3-2)代入(3-1)得非圆形巷道风流雷诺数的计算式：Re=4VS/ (un)(3-3)式中：S-一巷道的断面 m2U一巷道的周界 m将(3-2

10、)代入(3-4)得：(kUyLV2) /8gs= (XUpLV2) /8s Pa(3-5)因为矿井重率y或密度p变化不大，而对于尺寸和支护已定型的井巷， 其壁面的相对光滑度是定数。即入=常数令a= ( Xy) /8g= (Xp ) /8 N.S2/m4或Kg/m3称为摩擦阻力系数 (3-6)完全紊流状态下，a只受入，丁或p的影响。若定型井巷a只与y或p成 正比则有 hf产(aULV2) /s3 Pa(3-7)对于定型的井巷它的L, U, S各项都为已知数，而a又只与y或p成正 比，故把上式中的(aUL) /s3项用Rfr来表示，即 Rf= (aUL) /s3 NS2/m8或 Kg/m7 (3-

11、8)RtL井巷的摩擦风阻，它反映的是井巷的特征，只受L, U, S和a的影 响：hfr=Rfr.Q2 (Pa)此即风流在完全紊流状态下的摩擦阻力定律，当摩擦风阻一定时，摩擦 阻力和风量的平方成正比。三、层流状态下的摩擦阻力定律在层流状态下：X=64/Reo将入以及(3-2)、(3-3)式代入(3-4)时,得: _2。午_23。2丫用丫=(/5代如上式，贝njr -2-2gsS二 2山边; 2叩Lu?Q(3-10)33gs 表示 2vi7g=2vp NS/m2或 kg/ (s.m)a层流状态下的摩擦阻力系数。所以有 一名空 用= Rfr叫层流状态下的摩擦风阻。则/?力.=R。即风流在层流状态下的

12、摩擦阻力定律，当R什一定时，hf与Q的一次方成正比四、摩擦阻力的计算进行矿井通风设计时，需要计算完全紊流状态下井巷的摩擦阻力。即根 据你所设计的井巷长度、周界、井断面积、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进行计算。a值在不同情况时可查表求出，再根 据=且空或用,.计算出来。fr3 J例如：某设计巷道的木桩直径d=16mm,纵口径/=4,净断面s=4m2,周 界=8m,长度l=300m,计划通过的风量Q=1440m3/minm,则a可用表3-3查 出，由d和/可查出a =161.7x1 0/再根据s=4,查表校正系数为0 .93.所以 a=O.O 1617*0.93=0.01

13、5Ns2/m2R=也=0.562 Ns2/m8hfr=尺0。2 =05625* ( 1440/60) 2 =324Pa投产后，若巷道内实际密度为p =L26kg/m3,则摩擦阻力系数变为 =2R i 充 b,052Ri =4*b，R i =尚b，206i Ri =国b.Ra =知,0 3S J -,1厂S3。二二匕 n rVi-八飞 ViJ/1-y xV_|V *13.6,当 S2 as3 , V, =Vg时2.0当风速为Va时1.0当V1=Vj时1.5当风速为VZ时1.5当风速为Va时1.0四、降低局部阻力的措施%.8V2或Q2,对于风速高，放大的井巷，更要注意。1、要尽可能避免断面的突然扩

14、大或突然缩小。2、尽可能避免拐90的弯，在拐弯处的内侧和外侧要做成斜面和圆弧形, 拐弯的曲线半径尽可能的大，还可设置导风板。3、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。4、对风速大的风筒，要悬挂平直，拐弯时曲率半径尽可能加大。5、在主要巷道内不得随意停放车辆和材料。6、把正对风流的固定物体做成流线形。第四节 通风阻力定律和特征一、通风阻力定律通风阻力定律就是摩擦阻力定律和局部阻力的综合，是通风阻力、风阻 和风量三参数相互依存的规律。1、在完全紊流的状态下，通风阻力定律h=RQ2,即h和R的一次方成 正比，和Q的平方成正比。若某一井巷通过一定风量，同时产生摩擦阻力

15、和局部阻力，则h和R分 别是该井通风的总风阻。2、在层流状态下，通风阻力定律为：h=RQ。3、在中间过渡状态，通风阻力定律为/z = RQ” lx(m)斜高(m).断面积（m2）周边长（xn）1(2)8 )(4)(5)(6)(7)(0进风卷1号采区梯形木支架2.403.602.252.406.7510.80012同上同上河上同上3-204082.202.258.001J.78300.0由能量方程 _ 口V,2 （n, 7n 0），Pa2 - Ps （22+Z2- z式中：V、v2分别时期末断面上的平均风速，m/s,据测得的表速度 查风表的校正曲线而得。P1-2两断面间巷道内的空气密度平均值。压

16、差计U形管右边酒精表面所承受的压力等于静压管1断面空气绝对静压与批管内空气柱产生的重力压强之差，即p. -Zp-g式中Z起末两断面的标高差。P7 1-2胶皮管内的空气平均密度。U形管左边所承受的压力则是2断面的绝对静压。 因此，两边酒精表面所承受的压力之差为：（亿1 一 ZpJ g） - ps2= & sin 尸5 g c式中5 酒精的比重，0.81c压差计的精度校正系数若预先橡胶管内打气，使巷道内的空气进入皮管内巷道内的空气密度平 均值相等，即皮管内和巷道内的空气密度平均值相等，即皮管内和巷道内空 气柱产生的重力压强也相等，即：Zq_2g = zq_2g则由能量方乘可得两断面间，通风阻力的测

17、算式为: 22%一2 =/%sin3cg+ 上式同样适用于风流向下的倾斜巷道和水平巷道。当空气密度平均值为口.2距离为L”时，风阻为：R - 41-212 0?N-S2/m8式中p井下空气的平均值只要该巷道的规格尺寸和支护方式不变化，其Rsl.2就是一个常数。2、注意事项1）选定测量区段和测点，一般把静压管安置在风流紊乱之前的位置上 在倾斜巷道内不宜安置测点起末两测点都要安置在上、下水平巷道内。2）实现要掌握仪表的性能、精度和操作方法，所用仪表都要校正，所用 工具要检查是否漏气或堵塞。3）要仔细量准测点的断面。4）对于长度较短或风量较小的测量区段，要设法增加风量，以免压差计 读数太小，产生误差较大。三、用倾斜压差计测算井巷的摩擦阻力系数进行测量时，应选择支护方式相同，支架间距相等，断面和周界基本不 变，比较平直，中间没有弯道和堆积物，没有漏风的地段进行测量。测量还采用倾斜u型管压差计，由于a值和始末两点的间距无关，间距 的长短可根据压差计读数不能太小的原则来定。有前可知，“VNS2/m4= p_ps2?2两测点的摩擦阻力为：%=%sin/?dc.g +也-浩 （3-24）理论上要求：S1=S2, U1=U2, V产V2，实际上很难办到，只能近似取量测 点的算术平均值s、U、V则可算出a值。