第3章井巷通风阻力

1、目录第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力目录第一节第一节 井巷断面上的风速分布井巷断面上的风速分布第二节第二节 摩擦风阻与阻力摩擦风阻与阻力第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力第四节第四节 矿井总风阻与矿井等积孔矿井总风阻与矿井等积孔第五节第五节 降低矿井通风阻力的措施降低矿井通风阻力的措施目录1 1、上一章内容回顾、上一章内容回顾 1)1)、上次课所讲的主要内容、上次课所讲的主要内容 空气的物理性：温度、密度（比容）、重度空气的物理性：温度、密度（比容）、重度( (重率重率) )、湿度、湿度( (绝对湿度、绝对湿度、相对湿度、含湿量相对湿度、含湿量) )、压力（压强）、粘性、焓、风流

2、的点压力及其相互、压力（压强）、粘性、焓、风流的点压力及其相互关系、矿井通风能量方程关系、矿井通风能量方程( (空气流动连续性方程、单位质量流量能量方程、空气流动连续性方程、单位质量流量能量方程、单位体积流量能量方程单位体积流量能量方程) )及通风能量（压力）坡度线。及通风能量（压力）坡度线。 2)2)、能解决的实际问题、能解决的实际问题 （1 1）密度的计算）密度的计算 （2 2）点压力的测定）点压力的测定 （3 3）矿井通风阻力的计算）矿井通风阻力的计算 （4 4） 矿井能量压力坡度线的画法，从图形上直观地看出空气在流动矿井能量压力坡度线的画法，从图形上直观地看出空气在流动过程中能量（压力

3、）沿程变化规律。过程中能量（压力）沿程变化规律。 （5 5）风流方向的判断）风流方向的判断目录2 2、本章的重点：、本章的重点： 井巷断面的风速分布，摩擦阻力系数、摩擦风阻及阻力计算，尼古拉兹井巷断面的风速分布，摩擦阻力系数、摩擦风阻及阻力计算，尼古拉兹实验，矿井局部阻力系数、局部风阻与阻力，矿井总风阻与等积孔、降低实验，矿井局部阻力系数、局部风阻与阻力，矿井总风阻与等积孔、降低矿井通风阻力的措施。矿井通风阻力的措施。3 3、本章的难点：、本章的难点： 正确查算摩擦阻力系数正确查算摩擦阻力系数值值 正确计算局部阻力系数正确计算局部阻力系数值值 4 4、本章的思考题、本章的思考题 (1)(1)对

4、于给定的井巷，摩擦风阻对于给定的井巷，摩擦风阻R Rf f=const=const，为什么？，为什么？ (2)(2)摩擦阻力摩擦阻力与与摩擦风阻摩擦风阻有何不同？有何不同？ (3)(3)矿井风量与摩擦阻力有何关系，从降低摩擦阻力的角度，应如何矿井风量与摩擦阻力有何关系，从降低摩擦阻力的角度，应如何控制控制风量风量？局部阻力是如何产生的？局部阻力是如何产生的？ (4)(4)目前所用目前所用等积孔等积孔的计算方法、分级标准有什么不足之处？的计算方法、分级标准有什么不足之处？ (5)(5)结合矿井实际，如何结合矿井实际，如何降低降低矿井通风阻力？如何降低局部阻力？矿井通风阻力？如何降低局部阻力？ (

5、6)(6)如何正确如何正确合理评价合理评价矿井通风难易程度？矿井通风难易程度？目录第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力 当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。井的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力( (也称为沿程阻力也称为沿程阻力) )和局部阻力。和局部阻力。第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布 一、风流流态一、风流流态 1 1、管道流、管道流 同一

6、流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动状态。同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为称为层流层流( (或滞流或滞流) )。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流紊流( (或湍流或湍流) )。 （）雷诺数（）雷诺数Re Re 式中：平均流速式中：平均流速v v、管道直径、管道直径d d

7、和流体的运动粘性系数和流体的运动粘性系数 。VdRe当空气温度为150C 时， =14.4x10-6 m2/s。目录雷诺实验示意图雷诺实验示意图实验表明：实验表明： Re2320 层流层流（下临界雷诺数）（下临界雷诺数） Re4000 紊流紊流（上临界雷诺数）（上临界雷诺数） 中间为中间为过渡区过渡区。 实际工程计算中，为简便起见，通常用实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2300Re=2300来判断管路流动的流态。来判断管路流动的流态。 ReRe2300 2300 层流，层流， ReRe2300 2300 紊流紊流目录 （）当量直径（）当量直径 对于非圆形断面的井巷，对于非圆形断面的井巷

8、，ReRe数中的管道直径数中的管道直径d d应以井巷断面的当量直应以井巷断面的当量直径径dede来表示：来表示： 因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示： 对于不同形状的井巷断面，其周长对于不同形状的井巷断面，其周长U U与断面积与断面积S S的关系，可用下式表的关系，可用下式表示：示： 式中：式中：C C断面形状系数：断面形状系数：梯形梯形C C=4.16=4.16；三心拱；三心拱C C=4.10=4.10；半圆拱；半圆拱C C=3.84=3.84；圆形拱；圆形拱C C=3.54=3.54 。 SCU UVSRe4USde4目录例：例：某梯形巷道，

9、采用工字钢支护，断面某梯形巷道，采用工字钢支护，断面S=9mS=9m2 2，巷道中风量为，巷道中风量为Q=240mQ=240m3 3/min/min，试判别，试判别风流流态风流流态。 解：解： 故巷道中故巷道中风流为紊流风流为紊流。例：例：巷道条件同前，求相应于巷道条件同前，求相应于ReRe23002300时的层流临界风速。时的层流临界风速。 解：解： 规程规程规定，井巷中规定，井巷中最低允许风速为最低允许风速为0.15m/s0.15m/s，由此可见，矿井内所由此可见，矿井内所有通风井巷中的风流均呈有通风井巷中的风流均呈紊流状态紊流状态。只有在。只有在采区冒落带，煤岩柱裂隙采区冒落带，煤岩柱裂

10、隙中中的漏风风流才有可能出现的漏风风流才有可能出现层流状态层流状态，用，用孔隙介质流孔隙介质流来判断。来判断。 6Re2300 4.16 3 15 100.012/44 9uvVm ss 2300846153164101544446.SCQUVSRe目录2 2、孔隙介质流、孔隙介质流 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为： 式中：式中：K K冒落带渗流系数，冒落带渗流系数，m m2 2；l l滤流带粗糙度系数，滤流带粗糙度系数，m m。 层流层流，R Re e0.250.25； 紊流，紊流，R Re e2.52.5； 过渡流过渡流 0.

11、250.25R Re e2.5，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故心中，故ReRe对对值的影响极小值的影响极小，略去不计，相对糙度成为，略去不计，相对糙度成为的唯的唯一影响因素。故在该区段，一影响因素。故在该区段，与与ReRe无关，而只与相对糙度有关。无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：尼古拉兹公式： 区区层流区层流区。当。当ReRe2320(2320(即即lgRelgRe3.36)3.36)时，不论管道粗糙时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线度如何，其

12、实验结果都集中分布于直线上。这表明上。这表明与相对糙与相对糙度度/r/r无关，只与无关，只与ReRe有关，且有关，且=64/=64/ReRe。与相对粗糙度无关与相对粗糙度无关区区过渡流区过渡流区。23202320ReRe4000(4000(即即3.36lg3.36lgReRe3.6)3.6)，在，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段所有的实验点几乎都集中在线段上。上。随随ReRe增大而增大，与相增大而增大，与相对糙度无明显关系。对糙度无明显关系。区区水力光滑管区水力光滑管区。在此区段内，管

13、内流动虽然都已处于紊流状态。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态( (ReRe4000)4000)，但，但在一定的雷诺数下，在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度当层流边层的厚度大于管道的绝大于管道的绝对糙度对糙度（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线上，表明上，表明与与仍然无关，而只与仍然无关，而只与ReRe有关有关。随着。随着ReRe的增大，相对糙度大的管道，实的增大，相对糙度大的管道，实验点在较低验点在较低ReRe时就偏离直线时就偏离直线，而相对糙度小的管道要在，而相对糙度小的管道要在ReRe较大时才偏较大时才偏离直线离直线。结论分析：结论分

14、析：I区2lg274. 11 r目录2 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式：当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式： = = 可得圆管层流时的沿程阻力系数：可得圆管层流时的沿程阻力系数： 古拉兹实验所得到的层流时古拉兹实验所得到的层流时与与ReRe的关系，与理论分析得到的关系完全的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，

15、对于紊流运动，=f (Re=f (Re，/r)/r)，关系比较复杂。用当量直径，关系比较复杂。用当量直径dede=4=4S S/ /U U代替代替d d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：V322dLhf VdRe 2V 642 dLRehf Re642322882QSLUvSLUvdLhf目录8二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1 1摩擦阻力系数摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的矿井中大多数通风井巷风流的ReRe值已进入阻力平方区，值已进入阻力平方区，值只与相值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护

16、已定型的井巷，相对糙度一定，对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则则可视为定值；在标准状态下空气密度可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。 对上式，对上式， 令：令： 称为摩擦阻力系数称为摩擦阻力系数，单位为，单位为 kg/mkg/m3 3 或或 N.sN.s2 2/m/m4 4。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 标准摩擦阻力系数：标准摩擦阻力系数： 通过大量实验和实测所得的、在标准状态（通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）条件下的）条件

17、下的井巷的摩擦阻力系数，井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值即所谓标准值0 0值值，当井巷中空气密度，当井巷中空气密度1.2kg/m1.2kg/m3 3时，其时，其值应进行修正：值应进行修正： = = 0 0 /1.2/1.223QSLUhf2.10目录 由于井巷由于井巷断面大小断面大小、支护形式及支架规格支护形式及支架规格的多样性，不的多样性，不同井巷的同井巷的相对糙度相对糙度差别很大。差别很大。对于砌对于砌碹和锚喷巷道碹和锚喷巷道，壁面租糙，壁面租糙度可用尼古拉兹实验的度可用尼古拉兹实验的相对糙度相对糙度概念来比拟，只考虑横断面方概念来比拟，只考虑横断面方向的相对糙度。但对于用向的相对糙度。但

18、对于用木棚子、工字钢、木棚子、工字钢、u u型钢和型钢和砼棚砼棚等支等支护的巷道，还要用护的巷道，还要用支架间距支架间距( (棚距棚距)L)L与文拄的直径或纵向厚度与文拄的直径或纵向厚度d d。之比之比，即，即支架的纵口径支架的纵口径来表示巷来表示巷道的轴向相对糙度，这是因道的轴向相对糙度，这是因为，当巷道横断面方向的相对糙度一定时，摩擦阻力系数随纵为，当巷道横断面方向的相对糙度一定时，摩擦阻力系数随纵口径的不同而产生较大变化。口径的不同而产生较大变化。目录3 10d / L123456789101112131415681012141618v=6m/s; Re=146000v=14m/s;Re

19、=3400000dL纵口径：目录2 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f 对于已给定的井巷，对于已给定的井巷，L L、U U、S S都为已知数，故可把上式中的都为已知数，故可把上式中的、L L、U U、S S 归结为一个参数归结为一个参数R Rf f： R Rf f 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/mkg/m7 7 或或 N.sN.s2 2/m/m8 8。 R Rf ff ( ,S,U,L)f ( ,S,U,L) 。在正常条件下当某一段井巷中的空气密。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度度一般变化不大时，可将一般变化不大时，可将R R f f 看作是反映井巷几何特征

20、的参数。看作是反映井巷几何特征的参数。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 此式就是完全紊流此式就是完全紊流( (进入阻力平方区进入阻力平方区) )下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得新建矿井：查表得0 0 R Rf f h hf f 生产矿井：生产矿井：h hf f R Rf f 0 0 3SLURf2QRhff目录例题例题3-33-3某设计巷道为梯形断面，某设计巷道为梯形断面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采用工字钢棚支护，支，采用工字钢棚支护，支

21、架截面高度架截面高度d d0 0=14cm=14cm，纵口径，纵口径=5=5，计划通过风量，计划通过风量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，预计，预计巷道中空气密度巷道中空气密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求该段巷道的通风阻力。，求该段巷道的通风阻力。解解 根据所给的根据所给的d d0 0、S S值，由附录值，由附录4 4附表附表4-44-4查得查得: : 0 0 =284.2=284.210104 40.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 2/m/m4 4则：巷道实际摩擦阻力系数则：巷道实际摩擦阻力系数 NsNs2 2m m4 4巷道摩擦风阻巷道摩

22、擦风阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力026. 02 . 125. 1025. 02 . 10Ns2/m8 0.598877.111000026. 06 . 4333SSLSLURfPaQRhff2 .239601200598.022目录 规程规程： 新井投产前必须进行新井投产前必须进行1 1次矿井通次矿井通风阻力测定，以后风阻力测定，以后每每3 3年年至少进行至少进行1 1次。矿井次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。须重新进行矿井通风阻力测定。 目录四、生产矿井一段巷道阻力测定四、生产矿井一段巷道阻力测定 测定路线的选择依据

23、的原则测定路线的选择依据的原则 在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为主测定路线；面的主风流风路作为主测定路线； 选择路线较长且包括有较多井巷类型和支护形式选择路线较长且包括有较多井巷类型和支护形式的线路作为主测定线路；的线路作为主测定线路； 选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为主测定线路。路作为主测定线路。目录1 1、压差计法压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。势能差和动

24、压差，计算出两测点间的通阻力。其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。为势能差，需通过实际测定。 1 1）布置方式及连接方法）布置方式及连接方法2m21m122212121Rgg2v2vPPhZZz1z2目录）阻力计算）阻力计算 压差计压差计“”感受的压力：感受的压力： 压差计压差计“”感受的压力：感受的压力： 故压差计所示测值：故压差计所示测值： 设设 且与且与1 1、2 2断面间巷道

25、中空气平均断面间巷道中空气平均 密度相等，则：密度相等，则： 式中：式中：Z Z1212为为1 1、2 2断面高差，断面高差，h h 值即为值即为1 1、2 2两断面压能与位能和的差两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则值。根据能量方程，则1 1、2 2巷道段的通风阻力巷道段的通风阻力h hR R1212为：为： 把压差计放在把压差计放在1 1、2 2断面之间，测值是否变化？断面之间，测值是否变化？)(2111ZZgPm222ZPm1222211)(ZZZZmmmgZPPhm1221)(vvhhR2222111222)()(2222111gZPZZgPhmm目录2 2、气压计法、气压计法

26、由能量方程：由能量方程：h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+()+( 1 1v v1 12 2/2- /2- 2 2v v2 22 2/2/2)+ )+ m12m12gZgZ1212 用用精密气压计精密气压计分别测得分别测得1 1，2 2断面的静压断面的静压P P1 1，P P2 2 用干用干湿球温度计湿球温度计测得测得t t1 1,t,t2 2,t,t1 1,t,t2 2,和和 1 1, , 2 2，进而计算，进而计算 1 1， 2 2 用用风表风表测定测定1 1，2 2断面的风速断面的风速v1,v2v1,v2。 m12m12为为1 1，2 2断面的平均密度，若高差不大，就

27、用算术平均值，若高断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值；差大，则有加权平均值； Z Z12121 1，2 2断面高差，从断面高差，从采掘工程平面图采掘工程平面图查得。查得。目录 测试方法：测试方法： (1)(1)两点同时法两点同时法 在一条分支巷道的在一条分支巷道的两端用两台精密气压计同时读数两端用两台精密气压计同时读数，从而减少了因气，从而减少了因气压波动、罐笼提升、矿车运行和风门启闭等动态因素的影响，提高了测定压波动、罐笼提升、矿车运行和风门启闭等动态因素的影响，提高了测定数据的可靠性，适用于数据的可靠性，适用于测定时间长、要求精度高、矿井通风网络复杂测定时

28、间长、要求精度高、矿井通风网络复杂的矿的矿井。井。 (2)(2)基点法基点法 一台仪器一台仪器( (作为基准仪作为基准仪) )在井底车场监视大气压变化，另一台仪器到各在井底车场监视大气压变化，另一台仪器到各个测点进行读数，根据基点的仪器读值进行修正。适用于个测点进行读数，根据基点的仪器读值进行修正。适用于测定时间短、矿测定时间短、矿井通风网络简单井通风网络简单的矿井。的矿井。 计算公式：计算公式： h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+)+ P P1212+(+( 1 1v v1 12 2/2- /2- 2 2v v2 22 2/2/2)+ )+ m12m12gZgZ1212目

29、录第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力 由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力局部阻力。 由于局部阻力所产生风流速由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。一、局部阻力及其计算一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部

30、阻力和摩擦阻力类似，局部阻力h hl l一般也用动压的倍数来表示：一般也用动压的倍数来表示： 式中：式中：局部阻力系数，无因次。局部阻力系数，无因次。 计算局部阻力计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,v=Q/S,当当确定后，便可确定后，便可用用 22vhl222QShl目录1)1)层流层流 实验表明：在层流条件下，流体经过局部阻力物后，仍保持层流，局实验表明：在层流条件下，流体经过局部阻力物后，仍保持层流，局部阻力仍是由流层之间的粘性切应力引起的，只是部阻力仍是由流层之间的粘性切应力引起的，只是由于边壁变化；使流由于边壁变化；使流速重新分布，加强了相

31、邻流层间的相对运动，而增加了局部能量损失速重新分布，加强了相邻流层间的相对运动，而增加了局部能量损失。此时，局部阻力系数与此时，局部阻力系数与ReRe成反比，即：成反比，即： 式中：式中：BB因局部阻力物形式不同而异的常数。因局部阻力物形式不同而异的常数。2)2)紊流紊流 局部阻力物影响而仍能保持层流者，只有在局部阻力物影响而仍能保持层流者，只有在Re2000Re2000时才有可能，在矿时才有可能，在矿井通风井巷中的很少见的，所以井通风井巷中的很少见的，所以重点讨论紊流时产生局部阻力重点讨论紊流时产生局部阻力。 为了探讨局部阻力成因，现分析几种典型局部阻力物附近的流动情况。为了探讨局部阻力成因

32、，现分析几种典型局部阻力物附近的流动情况。ReB目录几种常见的局部阻力产生的类型：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，从而增加能量损失。象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变、渐变 渐扩段渐扩段主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产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。因为生涡漩。因为 V hV hv v p p ，压差的作用，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，趋于方向与流

33、动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 0, 在在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，涡漩。这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，涡漩。 渐缩段渐缩段? ? 目录、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。压，出现涡漩。、分岔与会合、分岔与会合 上述的综合。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，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。能量损失愈多，局部阻力愈大。目录二、局部阻力系数和局部风阻二、局部阻力系数和局部风阻( (一一

34、) ) 局部阻力系数局部阻力系数 紊流局部阻力系数紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。糙程度为次要因素。1 1突然扩大突然扩大或或式中：式中： v v1 1、v v2 2分别为小断面和大断面的平均流速，分别为小断面和大断面的平均流速，m/sm/s； S S1 1、S S2 2分别为小断面和大断面的面积，分别为小断面和大断面的面积，m m； m m空气平均密度，空气平均密度，kg/mkg/m3 3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 2211211222122211QSvvSShl22

35、22222222122221QSvvSShl01.01目录2 2突然缩小突然缩小对应于对应于小断面的动压小断面的动压 ，值可按下式计算：值可按下式计算： 3 3逐渐扩大逐渐扩大 逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。损失和扩张损失两部分组成。 当当2020时，渐扩段的局部阻力系数时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：可用下式求算：式中式中 风道的摩擦阻力系数风道的摩擦阻力系数，NsNs2 2/m/m4 4； n n风道大、小断面积之比，即风道大、小断面积之比，即2 21 1； 扩张角。扩张角

36、。 2211sin112sinnn222v1215 .0SS013.01目录4 4转弯转弯巷道转弯时的局部阻力系数巷道转弯时的局部阻力系数( (考虑巷道粗糙程度考虑巷道粗糙程度) )可按下式计算：可按下式计算：当巷高与巷宽之比当巷高与巷宽之比H H/ /b b=0.2=0.21.01.0 时，时， 当当 H H/ /b b=1=12.52.5 时时 式中式中 0 0假定边壁完全光滑时，假定边壁完全光滑时，9090转弯的局部阻力系数，其值见转弯的局部阻力系数，其值见表表3-3-13-3-1； 巷道的摩擦阻力系数，巷道的摩擦阻力系数，N.sN.s2 2/m/m4 4； 巷道转弯角度影响系数，见表巷

37、道转弯角度影响系数，见表3-3-23-3-2。 Hb280bH65.035.01280目录5 5风流分叉与汇合风流分叉与汇合1) 1) 风流分叉风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，典型的分叉巷道如图所示，1 12 2段的局部阻力段的局部阻力h hl l2 2和和1 13 3段的局部阻段的局部阻力力h hl l3 3分别用下式计算：分别用下式计算：2) 2) 风流汇合风流汇合 如图所示，如图所示，1 13 3段和段和2 23 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3、h hl l2 23 3分别按下式计算：分别按下式计算： 式中：式中：23331213122vvvKhlcos233223222

38、vvvKhl22321131coscosvQQvQQ1222221212122vvvvKhlcos233213122vvvKhl23123目录( (二二) ) 局部风阻局部风阻在局部阻力计算式中，令在局部阻力计算式中，令 ， 则有：则有： 式中式中R Rl l称为局部风阻，其单位为称为局部风阻，其单位为N.sN.s2 2/m/m8 8或或kg/mkg/m7 7。 此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比2QRhlllRS22目录第四节第四节 矿井总风阻与矿井等积孔矿井总风阻与矿井等积孔 一、井巷阻力特性一、井巷阻力特性 在紊流条件下，

39、摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故可写成一般形式：可写成一般形式：h hRQRQ2 2 Pa Pa 。 对于特定井巷，对于特定井巷，R R为定值。用纵坐标表示通风阻力为定值。用纵坐标表示通风阻力( (或压力或压力) )，横，横坐标表示通过风量，当风阻为坐标表示通过风量，当风阻为R R时，则每一风量时，则每一风量Q Qi i值，便有一阻力值，便有一阻力h hi i值与之对应，根据坐标点（值与之对应，根据坐标点（Q Qi i,h,hi i）即可画出一条抛物线。这条）即可画出一条抛物线。这条曲线就叫该井巷的曲线就叫该井巷的阻力特性曲线阻

40、力特性曲线。风阻。风阻R R越大，曲线越陡。越大，曲线越陡。QhR目录二、矿井总风阻二、矿井总风阻 从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力h hRmRm，这就是井巷通风阻力的叠加，这就是井巷通风阻力的叠加原则。原则。 已知矿井通风总阻力已知矿井通风总阻力h hRmRm和矿井总风量和矿井总风量Q Q，即可求得矿井总风阻：，即可求得矿井总风阻： N.sN.s2 2/m/m8 8 R Rm m是反映矿井通风难易程度的一个指标。是反映矿井通风难易程度的一个指标。R

41、Rm m越大，矿井通风越困难；越大，矿井通风越困难；三、矿井等积孔三、矿井等积孔 我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。 假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为 A A(m(m2 2) )的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量， 且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则 孔口面积孔口面积A A称为该矿井的等积孔。称为该矿井的等积孔。2QhRRmmAIIIP2,v2P1,v1目录设风流从设风流从I III II，且

42、无能量损失，且无能量损失， 则有：则有：得：得： 风流收缩处断面面积风流收缩处断面面积A A2 2与孔口面积与孔口面积A A之比称为之比称为收缩系数收缩系数，由水力学可，由水力学可知，一般知，一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65=0.65A A。则。则v v2 2Q/AQ/A2 2=Q/0.65=Q/0.65A A，代入上式后并整，代入上式后并整理得：理得： 取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，则：，则： 因因R Rm m= =h hm m2 2，故有，故有 由此可见，由此可见，A A是是R Rm m的函数，的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。故可以表示矿井通风的难

43、易程度。 22221122vPvPRmRmhvhvPP/2 ,222221RmhQA/265. 0RmhQA19. 1mRA19.1目录v矿井等积孔分级标准：矿井等积孔分级标准： 欧州共同体提出：矿井产量欧州共同体提出：矿井产量T T150150万万t/at/a的矿井，必须满足的矿井，必须满足A A5m25m2；矿；矿井产量井产量T T在在6060150150万万t/at/a的矿井，必须满足的矿井，必须满足A A在在4 45m25m2；矿井产量；矿井产量T T6060万万t/at/a的矿井，必须满足的矿井，必须满足A A在在3 34m24m2。 美国规定：低瓦斯矿井：美国规定：低瓦斯矿井：A=

44、25A=254040英尺英尺2(2.322(2.323.72m2)3.72m2)；高瓦斯矿井：；高瓦斯矿井：A=40A=409090英尺英尺2(3.722(3.728.36m2)8.36m2)。 我国按等积孔大小确定矿井通风难易程度的标准为：我国按等积孔大小确定矿井通风难易程度的标准为：A A1m1m2 2，通风困难；，通风困难；A A2m2m2 2，通风容易。，通风容易。 目录例题例题3-73-7某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力h hRmRm=2800Pa=2800Pa，矿井总风量矿井总风量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求矿井总风阻

45、，求矿井总风阻R Rm m和等积孔和等积孔A A，评价其通风难，评价其通风难易程度。易程度。解解 对照表对照表3-4-13-4-1可知，该矿通风难易程度属中等。可知，该矿通风难易程度属中等。1 1、对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作系统的通风阻、对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作系统的通风阻力和风量，分别计算各主要通风机所担负系统的等积孔，进行分力和风量，分别计算各主要通风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。析评价。2 2、必须指出，表、必须指出，表3-4-13-4-1所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是18731873年缪尔格年缪尔

46、格(Murgue(Murgue) )根据当时的生产情况提出的根据当时的生产情况提出的3 3，一直沿，一直沿用至今。由于现代的矿井规模、开采方法、机械化程度和通风机用至今。由于现代的矿井规模、开采方法、机械化程度和通风机能力等较以前已有很大的发展和提高，表中的数据对小型矿井还能力等较以前已有很大的发展和提高，表中的数据对小型矿井还有一定的参考价值，对大型矿井或多风机通风系统的矿井，衡量有一定的参考价值，对大型矿井或多风机通风系统的矿井，衡量通风难易程度的指标还有待研究。通风难易程度的指标还有待研究。8222/571. 070/2800/mNsQhRmRm257. 1571. 0/19. 1/19

47、. 1mRAm目录 一般来说，如果矿井等积孔较大，风量足够，漏风不大，而且矿井一般来说，如果矿井等积孔较大，风量足够，漏风不大，而且矿井调风比较容易，应属通风容易矿井。调风比较容易，应属通风容易矿井。 虽然矿井等积孔较大，如果矿井调风困难，应属通风困难矿井。虽然矿井等积孔较大，如果矿井调风困难，应属通风困难矿井。 虽然矿井等积孔较小，若主要通风机能力大、矿井供风量足，且调虽然矿井等积孔较小，若主要通风机能力大、矿井供风量足，且调风容易，也属通风容易矿井。风容易，也属通风容易矿井。 对调风难易状况相同的矿井，一般来讲，矿井等积孔大的矿井比等对调风难易状况相同的矿井，一般来讲，矿井等积孔大的矿井比

48、等积孔小的矿井通风容易。积孔小的矿井通风容易。 对等积孔接近的不同矿井，一般来讲，调风容易的矿井比调风困难对等积孔接近的不同矿井，一般来讲，调风容易的矿井比调风困难的矿井通风容易。的矿井通风容易。 目录第五节第五节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意一、降低井巷摩擦阻力措施一、降低井巷摩擦阻力措施 1 1减小摩擦阻力系数减小摩擦阻力系数。 2 2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%33%，R

49、Rf f值可减少值可减少50%50%。 3 3选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的选用周长较小的井巷。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、梯形断面的周长较大。周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。 4 4减少巷道长度。减少巷道长度。 5 5避免巷道内风量过于集中。避免巷道内风量过于集中。目录 某矿总回风巷某矿总回风巷L L2000m2000m，S S8m8m2 2，通过风量，通过风量Q Q50m50m3 3/s/s，工字钢支护梯形断面工字钢支护梯形断面，0.0188Ns0.0188Ns2 2/m/m4 4，主要通风机的，主要通风机的总效率总效率60%60%，求：，求： 为克服这段阻力，一年要耗多少度电？为克服这段阻力，一年要耗多少度电？ 若巷