井巷通风阻力

1、山东省精品课程山东省精品课程矿井通风与安全矿井通风与安全Ventilation and Safety of Mines12.4 井巷通风阻力井巷通风阻力山东科技大学山东科技大学2011.9Ventilationand Safety of Mines2温故而知新温故而知新2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施上上3节我们已经解决的问题：节我们已经解决的问题：1.描述空气流动用到哪些

2、参数？描述空气流动用到哪些参数？2.空气流动的内在原因是什么？空气流动的内在原因是什么？3.如何描述空气流动的基本规律？如何描述空气流动的基本规律？4.这些基本规律如何指导矿井通风？这些基本规律如何指导矿井通风？本章需要解决的问题：本章需要解决的问题：1.空气在井巷中流动的阻力是如何产生的？空气在井巷中流动的阻力是如何产生的？2.如何评价矿井通风系统的通风状况？如何评价矿井通风系统的通风状况？3.如何改善矿井通风系统的通风状况？如何改善矿井通风系统的通风状况？Ventilationand Safety of Mines3本节主要内容本节主要内容1 、井巷断面上风速分布、井巷断面上风速分布-风流

3、流态风流流态-井巷断井巷断面风速分布面风速分布2 、摩擦风阻与阻力、摩擦风阻与阻力-摩擦阻力摩擦阻力- 摩擦阻力系摩擦阻力系数数- 摩擦风阻摩擦风阻-阻力计算阻力计算-阻力测定阻力测定3 、局部风阻与阻力、局部风阻与阻力-局部阻力及计算局部阻力及计算-阻力阻力系数系数-局部风阻局部风阻4 、矿井总风阻与矿井等积孔、矿井总风阻与矿井等积孔-阻力特性阻力特性-矿矿井总风阻井总风阻-矿井等积孔矿井等积孔5 、降低矿井通风阻力措施、降低矿井通风阻力措施2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力

4、2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines42.4.1井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力( (也称为也称为沿程阻力沿程阻力) )和局部阻力。和局部阻力。 一、风流流态一、风流流态1 1、管道流、管道流当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为轴平行的方向作层状运动，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当

5、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方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为动，称为紊流紊流( (或湍流或湍流) )。 2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines5（）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和流体的运动粘和

6、流体的运动粘性系数性系数 。在实际工程计算中，为简便起见，通常以在实际工程计算中，为简便起见，通常以Re=2300Re=2300作为管道流动流态的判定准数，即：作为管道流动流态的判定准数，即： Re2300 Re2300 层流，层流， ReRe2300 2300 紊流紊流vDRe2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines6雷

7、诺实验雷诺实验u 实验装置实验装置n实验方法n通过调节阀门调节管内流速，观察和测定不同流速下管内流体流动形态及速度流量和阻力损失n换用不同管径的管道重复上述实验n换用不同流体介质重复上述实验水箱红墨水测压管阀门测试观察管段针型管Ventilationand Safety of Mines7（）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，ReRe数中的管道直径数中的管道直径D D应以井应以井巷断面的当量直径巷断面的当量直径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

8、的井巷断面，其周长U U与断面积与断面积S S的关系，的关系，可用下式表示：可用下式表示： 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=3.85=3.85；半圆拱；半圆拱C C=3.90=3.90。 （举例见（举例见P32P32）USde4UvSRe4SCU 2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationa

9、nd Safety of Mines82 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 0.250.25R Re e2.5，砂粒凸起高度几，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故乎全暴露在紊流核心中，故ReRe对对值的影响极小值的影响极小，略去不，略去不计，相对糙度成为计，相对糙度成为的唯一影响因素。故

10、在该区段，的唯一影响因素。故在该区段，与与ReRe无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正无关，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，尼古拉兹公式比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：2lg274.11r2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines182 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力当流体在圆形管

11、道中作层流流动时，从理论上可以导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：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。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。232fLhvDVDRe264 2fLvhReDRe642.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.

12、4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines193 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，对于紊流运动，=f (Re=f (Re，/r)/r)，关系比较，关系比较复杂。用当量直径复杂。用当量直径dede=4=4S S/ /U U代替代替D D，代入阻力通式，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：23288QSLUvSLUhf2.4井巷通风阻井巷通

13、风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines20二、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，值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则巷，

14、相对糙度一定，则可视为定值；在标准状态下空气可视为定值；在标准状态下空气密度密度=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： 823QSLUhf2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井

15、通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines21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）条件下的井巷的摩擦阻力系数，）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓即所谓标准值标准值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，其值值应按下式修正：应按下式修正：2 . 102.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部

16、风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines222 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。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度在正常条件下当某一段井巷中的

17、空气密度一般变化不大时，一般变化不大时，可将可将R R f f 看作是反映井巷几何特征的参数。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。3SLURf2QRhff2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ve

18、ntilationand Safety of Mines23三、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 2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines24例题例题3-33-3某设计巷道为梯形断面，某设计

19、巷道为梯形断面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采，采用工字钢棚支护，支架截面高度用工字钢棚支护，支架截面高度d d0 0=14cm=14cm，纵口径，纵口径=5=5，计，计划通过风量划通过风量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，预计巷道中空气密度，预计巷道中空气密度=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5 5附表附表5-45-4查得查得: : 0 0 =284.2=284.210104 40.88=0.025Ns0.88=0.025N

20、s2 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巷道摩擦风阻巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力2401.250.0250.026 ,Ns m1.21.2283334.160.026 1000 11.770.598 Ns /m8fLULSRSSPaQRhff2 .239601200598. 0222.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationa

21、nd Safety of Mines25四、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。风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。1 1）布置方式及连接方法）布置方式及连接方法2m21m122212121Rgg2v2vPPhZZz1z22.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等

22、积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines26）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断面间巷道中空气平均密度相等，则：断面间巷道中空气平均密度相等，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 2两断面压能与位两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则能和的差值。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

23、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？)(2111ZZgPm222mPgZgZPPhm1221)(vvhhR2222111222)()(2222111gZPZZgPhmm1222211)(ZZZZmmm2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines272 2、气压计法、气压

24、计法由能量方程：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用精密气压计分别测得用精密气压计分别测得1 1，2 2断面的静压断面的静压P P1 1，P P2 2用干湿球温度计测得用干湿球温度计测得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用风表测定用风表测定1 1，2 2断面的风速断面的风速v v1 1,v,v2 2。 m12m12为为1 1，2 2断面的平均密度，若高差

25、不大，就用算术平均值，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；若高差大，则有加权平均值；Z Z12121 1，2 2断面高差，从采掘工程平面图查得。断面高差，从采掘工程平面图查得。可用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视大气压变化，然可用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视大气压变化，然后对上式进行修正。后对上式进行修正。 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 P P1212=P=P0202-P-P01012.

26、4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines282.4.3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，造成风流的能量损失，这种阻

27、力称为布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力局部阻力。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一般也用动压的倍数来表示：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，便可用确定后，便可用 22vhl222QShl2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2

28、.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines29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。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。因为产生涡漩。因为V hV hv

29、 v p p ，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流，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，趋于速本来就小，趋于0, 0, 在这些地方主流与边壁面脱离，出现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。与主流相反的流动，面涡漩。2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines30、转弯处、转弯

30、处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速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。增压，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。2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilat

31、ionand Safety of Mines31二、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) ) 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，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。而边壁的粗糙程度为次要因素。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

32、的井巷，可进行修正对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 2211211222122211QSvvSShl2222222222122221QSvvSShl10.013 2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines322 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： 考虑到巷道粗糙度的影响

33、：考虑到巷道粗糙度的影响：222v1215 .0SS013.012.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines333 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。认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。当当2020时，渐扩段的局

34、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。2211sin112sinnn2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines344 4转弯转弯巷道转

35、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) )可按下可按下式计算：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=12.5 2.5 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转弯的局部阻转弯的局部阻力系数，其值见表力系数，其值见表2-42-4； 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，见表巷道转弯角度影响系数，见表2-52-5。Hb280bH65.035.012802.4井巷通风阻井巷通风阻力

36、力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines355 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段段的局部阻力的局部阻力hlhl2 2和和1 13 3段的局部阻段的局部阻力力hlhl3 3分别用下式计算：分别用下式计算：233213122vvvKhl222212121cos22v

37、vvvKhl231232.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines36233223222vvvKhl22321121coscosvQQvQQ233312131cos22vvvvKhl2) 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段的段的局部阻力局部阻力h hl l3 3、h hl l2 23

38、 3分别按下式分别按下式计算：计算：式中：式中：222QShl122.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines37( (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/m

39、7 7。此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比比2QRhlllRS222.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines38补充：补充： 局部阻力测定局部阻力测定以转弯为例：以转弯为例：1.1.近似直接测定法近似直接测定法以以1 1、2 2两段面间的通风阻力作为局部阻力两段

40、面间的通风阻力作为局部阻力2.2.精确间接测定法精确间接测定法1232.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines392.4.4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，摩擦阻力和局部在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故可写阻力均与风量的平方成正比。故可写成一般

41、形式：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。用纵坐为定值。用纵坐标表示通风阻力标表示通风阻力( (或压力或压力) )，横坐标表，横坐标表示通过风量，当风阻为示通过风量，当风阻为R R时，则每一时，则每一风量风量Q Qi i值，便有一阻力值，便有一阻力h hi i值与之对应，值与之对应，根据坐标点（根据坐标点（Q Qi i,h,hi i）即可画出一条抛）即可画出一条抛物线。物线。这条曲线就叫该井巷的这条曲线就叫该井巷的阻力特阻力特性曲线。风阻性曲线。风阻R R越大，曲线越陡。越大，曲线越陡。QhR2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面

42、井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines40二、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井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力h hRmRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。这就是井巷通风阻力的叠加原则。已知矿井通风总阻力已知矿井通风总阻力h hRmR

43、m和矿井总风量和矿井总风量Q Q，即可求得矿，即可求得矿井总风阻：井总风阻： 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 Rm m越大，矿越大，矿井通风越困难；井通风越困难；282,N.s /mRmmhRQ2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines41三、矿井等积孔三、矿井等积孔我国常

44、用矿井等积孔作为衡量我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。矿井通风难易程度的指标。假定在无限空间有一薄壁，在假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为薄壁上开一面积为A A(m(m2 2) )的孔口。的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，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且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积风阻力时，则孔口面积A A称为该矿称为该矿井的等积孔。井的等积孔。AIIIP2v2P1v12.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2

45、.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines42设风流从设风流从I III II，且无能量损，且无能量损失，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与孔口与孔口面积面积A A之比称为之比称为收缩系数收缩系数，由水力，由水力学可知，一般学可知，一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65=0.65A A。则则v v2 2= =Q/AQ/A2 2=Q/0.65=Q/0.65A A，代入上式后并，代入上式后并整理得：整理得：AIIIP2v2

46、P1v122221122vPvPRmRmhvhvPP/2 ,222221RmhQA/265. 02.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines43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

47、风的难易程故可以表示矿井通风的难易程度。度。当当A A，容易；，容易；A A - 2- 2，中等；，中等；A A困难。困难。RmhQA19. 1mRA19.12.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines44例题例题3-73-7某矿井为中央式通风系统，测得矿井通某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力风总阻力h hRmRm=2

48、800Pa=2800Pa，矿井总风量，矿井总风量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求矿，求矿井总风阻井总风阻R Rm m和等积孔和等积孔A A，评价其通风难易程度。，评价其通风难易程度。解解 对照表对照表2-72-7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。8222/571. 070/2800/mNsQhRmRm257. 1571. 0/19. 1/19. 1mRAm2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻力2.4.4矿井总风矿井总风阻与矿井等积阻与矿井等积孔孔2

49、.4.5降低矿井降低矿井通风阻力措施通风阻力措施Ventilationand Safety of Mines451 1、对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作、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，进行分析评价。统的等积孔，进行分析评价。2 2、必须指出，表、必须指出，表2-72-7所列衡量矿井通风难易程度的等积所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是孔值，是18731873年缪尔格年缪尔格(Murgue)(Murgue)根据当时的生产情况提出根据当时的生产情况提出的的3 3，一直沿用至今。由于现代的矿井规模、开采方法、，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能力等较以前已有很大的发展和提高，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有一定的参考价值，对大型矿井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，衡量通风难易程度的指标还有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。待研究。2.4井巷通风阻井巷通风阻力力2.4.1井巷断面井巷断面上风速分布上风速分布2.4.2摩擦风阻摩擦风阻与阻力与阻力2.4.3局部风阻局部风阻与阻力与阻