项目五 降低矿井通风阻力

1、项目五 降低矿井通风阻力 任务1 制定降低矿井通风阻力的措施能力目标：能力目标：1、会用查表发确定井巷的摩擦阻力系数、局部阻力系数；2、会测算摩擦阻力、井巷风阻、等级孔；3、会根据矿井的通风阻力状况编制降低阻力的措施。知识目标：知识目标：1、理解并能解释摩擦阻力、局部阻力产生的原因、相关概念计影响因素；2、能陈述并解释阻力、局部阻力、等级孔的表达式及意义；项目目标项目五 降低矿井通风阻力一、摩擦阻力一、摩擦阻力（一）风流的流动状态风流的流动状态1 1、层流和紊流、层流和紊流 层流层流：指流体各层的质点相互不混合，呈流束状，为有秩序：指流体各层的质点相互不混合，呈流束状，为有秩序地流动，各流束的

2、质点没有能量交换。地流动，各流束的质点没有能量交换。 紊流紊流：紊流和层流相反，流体质点在流动过程中有强烈混合：紊流和层流相反，流体质点在流动过程中有强烈混合和相互碰撞，质点之间有能量交换。和相互碰撞，质点之间有能量交换。2 2、流动状态的判别、流动状态的判别 18831883年英国物理学家雷诺通过实验证明：流体的流动状态取年英国物理学家雷诺通过实验证明：流体的流动状态取决于管道的决于管道的平均流速平均流速、管道的、管道的直径直径和流体的和流体的运动粘性系数运动粘性系数。这三个因素的综合影响可用一个无因次参数来表示，这个无这三个因素的综合影响可用一个无因次参数来表示，这个无因次参数叫因次参数叫

3、雷诺数雷诺数。 vd Re=雷诺数当流速很小、管径很细、流体的运动粘度较大时，流体呈层流运动，反之，为紊流流动。 R Re2300 e2300 为层流为层流 R Re2300 e2300 为紊流为紊流非圆形管道的雷诺判别系数 R Re=e= UvS43 3、井巷中风流的流动状态、井巷中风流的流动状态 规程规定，井巷中最低允许风速为0.15m/s,而井下巷道的风速都远远大于上述数值，所以井巷风流的流动状态都是紊流，只有风速很小的漏风风流，才有可能出现层流。（二）摩擦阻力二）摩擦阻力井下风流沿井巷或管道流动时，由于空气的粘性，受到井井下风流沿井巷或管道流动时，由于空气的粘性，受到井巷壁面的限制，造

4、成空气分子之间相互摩擦（内摩擦）以巷壁面的限制，造成空气分子之间相互摩擦（内摩擦）以及空气与井巷或管道周壁间的摩擦，从而产生阻力，称这及空气与井巷或管道周壁间的摩擦，从而产生阻力，称这种阻力为种阻力为摩擦阻力摩擦阻力。（一）层流状态下井巷摩擦阻力（一）层流状态下井巷摩擦阻力 QSLUh322摩空气的动力粘性系数，空气的动力粘性系数，Pa.sPa.s； Q Q井巷风量，井巷风量，m m3 3/s/s； 2、紊流状态下的摩擦阻力，摩23QSLUhPa 2Ns井巷的摩擦阻力系数，Kg/m3或/m4； （三）摩擦阻力系数与摩擦风阻（三）摩擦阻力系数与摩擦风阻 1、摩擦阻力系数 确定方法有查表和实测两种

5、方法。 2、摩擦风阻 ,3SULR摩= Kg/m7或82m/Ns3、摩擦阻力定律 h摩=R摩Q2，Pa 二、局部阻力二、局部阻力在风流运动过程中，由于井巷边壁条件的变化，风流在局在风流运动过程中，由于井巷边壁条件的变化，风流在局部地区受到局部阻力物（如巷道断面突然变化，风流分叉与部地区受到局部阻力物（如巷道断面突然变化，风流分叉与交汇，断面堵塞等）的影响和破坏，引起风流流速大小、方交汇，断面堵塞等）的影响和破坏，引起风流流速大小、方向和分布的突然变化，导致风流本身产生很强的冲击，形成向和分布的突然变化，导致风流本身产生很强的冲击，形成极为紊乱的涡流，造成风流能量损失，这种均匀稳定风流经极为紊乱

6、的涡流，造成风流能量损失，这种均匀稳定风流经过某些局部地点所造成的附加的能量损失，就叫做局部阻力。过某些局部地点所造成的附加的能量损失，就叫做局部阻力。 （一）局部阻力的成因与计算（一）局部阻力的成因与计算局部阻力分为：局部阻力分为：突变类型突变类型和和渐变类型渐变类型两种两种 1、局部阻力种类和产生地点、局部阻力种类和产生地点a a、c c、e e、g g属于突变类型属于突变类型, b, b、d d、f f、h h属于渐变类型。属于渐变类型。（图（图5-1 巷道的突变与渐变类型）巷道的突变与渐变类型）局部阻力的地点：1）巷道断面的突然扩大与缩小（如采区车场、井口、调节风窗、风桥、风硐等）；2

7、）巷道的各种拐弯（如各类车场、大巷、采区巷道、工作面巷道等）；3）各类巷道的交叉、交汇（如井底车场、中部车场）等等2、局部阻力计算 h局22v ，Pa h局,222QS Pa （二）局部阻力系数与风阻（二）局部阻力系数与风阻1、局部阻力系数 大量实验研究表明，紊流局部阻力系数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。由于产生局部阻力的过程非常复杂，所以系数一般由实验求得，计算局部阻力时查表附录二即可。 2、局部风阻R局 R局 ， Kg/m7或 22S82m/Ns3 3、局部阻力定律h局R局Q2 在一般情况下，由于井巷内的风流速压较小，所产生的局部阻力也较小，井下所有的局部阻力之和

8、只占矿井总阻力的1020左右。故在通风设计中，一般只对摩擦阻力进行计算，对局部阻力不作详细计算，而按经验估算。 三、矿井通风阻力三、矿井通风阻力（一）矿井通风阻力定律（一）矿井通风阻力定律1、层流状态下的通风阻力定律 h阻RQ，Pa 2、紊流状态下的通风阻力定律 h阻RQ2 ，Pa R井巷风阻，Kg/m7或82m/Ns R R是由井巷中通风阻力物的种类、几何尺寸和壁面粗糙是由井巷中通风阻力物的种类、几何尺寸和壁面粗糙程度等因素决定的，反映井巷的固有特性。当通过井巷的程度等因素决定的，反映井巷的固有特性。当通过井巷的风量一定时，井巷通风阻力与风阻成正比，风量一定时，井巷通风阻力与风阻成正比， 因

9、此，风阻值因此，风阻值大的井巷其通风阻力也大，反之，风阻值小的通风阻力也大的井巷其通风阻力也大，反之，风阻值小的通风阻力也小。可见，井巷风阻值的大小标志着通风难易程度，风阻小。可见，井巷风阻值的大小标志着通风难易程度，风阻大时通风困难，风阻小时通风容易。所以，大时通风困难，风阻小时通风容易。所以，在矿井通风中在矿井通风中把井巷风阻值的大小作为判别矿井通风难易程度的一个重把井巷风阻值的大小作为判别矿井通风难易程度的一个重要指标。要指标。将紊流通风阻力定律将紊流通风阻力定律h h阻阻RQRQ2 2绘制成曲线，这条曲线绘制成曲线，这条曲线就叫做该井巷就叫做该井巷阻力特性曲线阻力特性曲线。（图（图5-

10、2 5-2 井巷阻力特性曲线）井巷阻力特性曲线）平面坐标系中为一条二次抛物线平面坐标系中为一条二次抛物线 ，曲线越陡、曲率，曲线越陡、曲率越大，井巷风阻越大，通风越困难。反之，曲线越缓，越大，井巷风阻越大，通风越困难。反之，曲线越缓，通风越容易。通风越容易。（二）矿井总风阻（二）矿井总风阻 对于一个确定的矿井通风网路，其总风阻值就叫做矿井总风阻。 ，矿矿矿2QhR R矿矿井总风阻，Kg/m7或 表示矿井通风的难易程度，是评价矿井通风系统经济性的一个重要指标，也是衡量一个矿井通风安全管理水平的重要尺度。82/mNsh矿矿井总阻力，PaQ矿矿井总风量，m3/s。 （三）矿井等积孔（三）矿井等积孔为

11、了更形象、更具体、更直观地衡量矿井通风难易程度，矿井通风学上用一个假想的、并与矿井风阻值相当的孔的面积作为评价矿井通风难易程度，这个假想孔的面积就叫做矿井等积孔矿井等积孔。hQA19. 12mRA19.12m或或公式表明，如果矿井的通风阻力h相同，等积孔A大的矿井，风量Q必大，表示通风容易；等积孔A小的矿井，风量Q必小，表示通风困难。所以，矿井等积孔能够反映不同矿井或同一矿井不同时期通风技术管理水平。同时，也可以评判矿井通风设计是否经济。 表表5-1 5-1 矿井通风难易程度的分级标准矿井通风难易程度的分级标准 82m/Ns通风阻力等级通风难易程度风阻R等积孔A（m2)大阻力矿 困 难1.42

12、1中阻力矿中 等1.420.3512小阻力矿容 易0.352必须指出，表5-1所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格根据当时的生产情况提出的，一直沿用至今。由于现代化矿井开采规模、开采方法、机械化程度和通风能力等较以前有很大的发展和提高，表中的标准对大型矿井已经不能适应 煤科院抚顺分院提出，根据煤炭产量及瓦斯等级确定的矿井通风煤科院抚顺分院提出，根据煤炭产量及瓦斯等级确定的矿井通风难易程度的分级标准。难易程度的分级标准。 82/mNs82m/Ns 年产量 Mt/a低瓦斯矿井高瓦斯矿井附注A的最小值 （m2）R的最大值A的最小值（m2）R的最大值0.10.20.30.450.60

13、.91.21.82.43.01.01.51.52.02.02.02.52.52.52.51.420.630.630.350.350.350.230.230.230.231.02.0 2.0 3.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 7.01.420.35 0.35 0.16 0.16 0.09 0.06 0.04 0.03 0.03外部漏风允许10时，A的最小值减5%,R的最大值加10；外部漏风允许15时，A的最小值减10，R的最大值加20，即为矿井A的最小值，R 的最大值。对矿井来说，上述公式只能计算单台通风机工作时的矿井等积孔大小，对于多台通风机工作矿井等积孔的计算，应根据全矿井总功

14、率等于各台主要通风机工作系统功率之和的原理计算出总阻力，而总风量等于各台主要通风机风路上的风量之和，代入公式即：22/3/19. 119. 1mQhQQQhQhQAiiiiiii，）（总总上式就是多台主要通风机矿井等积孔的计算公式。式中 hi各台主要通风机系统的通风阻力，Pa； Qi各台主要通风机系统的风量，m3/s ；四四 降低矿井通风阻力的措施降低矿井通风阻力的措施（一）降低摩擦阻力的措施（一）降低摩擦阻力的措施 摩擦阻力是矿井通风阻力的主要部分，因此降低井巷摩擦阻力是通风技术管理的重要工作。由公式可知，降低摩擦阻力的措施有：1 1减少摩擦阻力系数减少摩擦阻力系数2 2井巷风量要合理井巷风

15、量要合理 3 3保证井巷通风断面保证井巷通风断面 4 4减少巷道长度减少巷道长度5 5选用周长较小的井巷断面选用周长较小的井巷断面坑木等在巷道乱堆乱放增加了巷道阻力（二）降低局部阻力的措施（二）降低局部阻力的措施产生局部阻力的直接原因是，由于局部阻力地点巷道断面的变化，引起了井巷风流速度的大小、方向、分布的变化。因此，降低局部阻力就是改善局部阻力物断面的变化形态，减少风流流经局部阻力物时产生的剧烈冲击和巨大涡流，减少风流能量损失，主要措施如下： 1最大限度减少局部阻力地点的数量。井下尽量少使用直径很小的铁风桥，减少调节风窗的数量；应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面比值要小。2当连接不同断面的巷道时，要把连接的边缘做成斜线或圆弧型。3巷道拐弯时，转角越小越好。在拐弯的内侧做成斜线型和圆弧型。要尽量避免出现直角弯。巷道尽可能避免突然分叉和突然汇合，在分叉和汇合处的内侧也要做成斜线或圆弧型。4减少局部阻力地点的风流速度及巷道的粗糙程度。5在风筒或通风机的入风口安装集风器，在出风口安装扩散器。6减少井巷正面阻力物，及时清理巷道中的堆积物，采掘工作面所用材料要按需使用，不能集中堆放在井下巷道中。巷道管理要做到无杂物、无淤泥、无片帮，保证有效通风断面。在可能的条件下尽量不使成串的矿车长时间地停留在