井巷通风阻力及技术管理

1、井巷通风阻力及技术管理第一页，共36页。2温故而知新3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定上一章我们已经解决的问题：1.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？3.如何描述空气流动的基本规律？4.如何测定矿井空气参数？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？如何减小通风阻力？2.如何测定矿井通风阻力？第二页，共36页。3本章主要内容1、摩擦风阻与阻力-摩擦阻力- 摩擦阻力系数- 摩擦风阻-阻力计算2、局部风阻与阻力-局部阻力及计算-阻力系数-局部风阻3、矿井总风阻与矿井等积孔-阻力特性-矿井总风阻-矿井等积孔4、矿井通风阻力测定

2、方法3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第三页，共36页。3.1井巷通风阻力、矿井通风阻力矿井通风阻力是指矿井风流流动过程中，在风流内部粘滞力和惯性力、井巷壁面的外部阻滞、障碍物的扰动作用下，部分机械能不可逆转地转化为热能而引起的损失。通风压力和通风阻力是作用力和反作用力的关系，其方向相反，数值相等。矿井通风阻力包括摩擦阻力和局部阻力两类。43 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第四页，共36页。5、摩擦阻力与摩擦风阻1）摩擦阻力风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力

3、)。由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计算： 无因次系数，即沿程阻力系数，通过实验求得。D圆形风管直径，非圆形管用当量直径；3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第五页，共36页。6矿井中大多数通风井巷风流的Re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巷，相对糙度一定，则可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m3。 对上式， 令：称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 N.s2/m4。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的

4、关系，可用下式表示：C断面形状系数：梯形C4.16；三心拱C3.85；半圆拱C3.90。 3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第六页，共36页。7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（0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值0值，当井巷中空气密度1.2kg/m3时，其值应按下式修正：3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第七页，共36页。82）摩擦风阻Rf对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的、L、U、S 归结为一个参数Rf： Rf 称为巷道的

5、摩擦风阻，其单位为：kg/m7 或 N.s2/m8。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度一般变化不大时，可将R f 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：此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第八页，共36页。93）井巷摩擦阻力计算方法新建矿井：查表得0 Rf hf 生产矿井：hf Rf 0 3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第九页，共36页。10例题:某设计巷道为梯形断面，S=8m2，L=1000m，采用工字钢棚

6、支护，支架截面高度d0=14cm，纵口径=5，计划通过风量Q=1200m3/min，预计巷道中空气密度=1.25kg/m3，求该段巷道的通风阻力。解 根据所给的d0、S值，由附录5附表5-4查得: 0 =284.21040.88=0.025Ns2/m4则：巷道实际摩擦阻力系数巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十页，共36页。114）降低井巷摩擦阻力措施（1）扩大巷道断面，降低摩擦风阻。（2）提高井巷壁面的平整、光滑度，降低摩擦阻力系数（ ）。提高井巷工程施工质量和日常维护质量选择粗糙度较小的支护材料及支护方式锚喷巷道应

7、尽量采用光爆工艺，使巷道的凸凹度不大于50mm(3）合理选择井巷断面形状，减少周界长度。(4）优化设计，准确施工，尽量缩短井巷长度。(5）风量不宜过大，满足设计要求即可，尽量避免主要巷道内风量过于集中现象。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十一页，共36页。12、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，这种阻力称为局部阻力。、局部阻力及其计算和摩擦阻力类似，局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示：式中：局部阻力系数，无因次。计算局部

8、阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当确定后，便可用 3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十二页，共36页。13几种常见的局部阻力产生的类型：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，从而增加能量损失。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。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定

9、第十三页，共36页。14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 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。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十四页，共36页。15、局部阻力系数计算紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。1）突然扩大或式中： v1、v2分别为小断面和大断面的平均流速，m/s；S1、S2分别为小断面和大断面的面积，m；m空气平均密度，kg/m3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 3.1井巷通风阻力3 井巷通

10、风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十五页，共36页。162）突然缩小对应于小断面的动压 ，值可按下式计算： 考虑到巷道粗糙度的影响：3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十六页，共36页。173）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损失和扩张损失两部分组成。当20时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：式中 风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4； n风道大、小断面积之比，即21； 扩张角。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十七页，共36页。184）

11、转弯巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度)可按下式计算：当巷高与巷宽之比H/b=0.21.0 时， 当 H/b=12.5 时式中 0假定边壁完全光滑时，90转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-1； 巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4； 巷道转弯角度影响系数，见表3-3-2。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十八页，共36页。19（2) 风流汇合 如图所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分别按下式计算：式中：123.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第十九页，共36页。20、降低局部

12、阻力措施要把连接不同断面巷道的边缘做成斜线或圆弧形。巷道拐弯时，转角越小越好，在拐弯曲内侧或内外两侧做成斜线形或圆弧形。要尽量避免出现直角拐弯。减少产生局部阻力地点的风速及巷道的粗糙度。及时清理巷道中的堆积物，尽量避免成串的矿车长时间地停留在主要通风巷道内，以免阻挡风流，造成通风情况恶化。在主通风机的进风口安装集风器，在出风口安装扩散器。在风速高、风量大的井巷中，可在拐弯处设置若干块导风板。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十页，共36页。21、矿井总风阻与矿井等积孔3.1.4.1.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

13、的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力hRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。已知矿井通风总阻力hRm和矿井总风量Q，即可求得矿井总风阻： Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大，矿井通风越困难；反之，则较容易。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十一页，共36页。223.1.4.2.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。假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A(m2)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，则孔口面积A称为该矿井的等积孔。AIIIP2v2P1v13.1井巷

14、通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十二页，共36页。23设风流从I II，且无能量损失， 则有：得：风流收缩处断面面积A2与孔口面积A之比称为收缩系数，由水力学可知，一般=0.65，故A2=0.65A。则v2=Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：AIIIP2v2P1v13.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十三页，共36页。24取=1.2kg/m3，则： 因Rm=hm2，故有 由此可见，A是Rm的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。当A，容易；A - 2，中等；A困难。3.1井巷通风阻力3

15、井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十四页，共36页。25例题：某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力hRm=2800Pa，矿井总风量Q=70m3/s，求矿井总风阻Rm和等积孔A，评价其通风难易程度。解 对照表3-4可知，该矿通风难易程度属中等。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十五页，共36页。26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，进行分析评价。必须指出，表3-4所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格(Murgue)根

16、据当时的生产情况提出的3，一直沿用至今。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，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待研究。3.1井巷通风阻力3 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十六页，共36页。3.2矿井通风阻力测定、测定准备工作1）测定路线的选择结合矿井的生产布局和通风现状选择测定路线，同时，控制其它路线的阻力。2）测点布置在确定测点布置时考虑以下原则：测点布置应能控制各分支井巷和工作面的阻力及风量；在局部阻力大的地点前后以及在需要控制的典型巷道的首末

17、均设置测点。273 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定第二十七页，共36页。3）仪器、仪表28仪 器 名 称规 格 型 号数 量气 压 计精密数字气压计3风 表中、微速各两块4湿 度 计2秒 表2皮 尺23 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定3.2矿井通风阻力测定第二十八页，共36页。、测定方法采用精密气压计逐点测定法，选择地面井口作为基点，设置精密气压计监测地面气压变化情况，并每隔5分钟读一次相对压力数值。测定组沿测定路线按选定的测点依次进行测定。在各测点测定风流压力、巷道的风速、断面尺寸、气象条件并记录测点位置、标高及测定时间等。如此

18、依次测定完全部的测点。待测点气压计回到井口时再重新校对仪器读数，以检查仪器的误差，至此测定完毕。293 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定3.2矿井通风阻力测定第二十九页，共36页。、资料整理1）空气密度式中P测点大气压力，Kpa； B气压计绝对气压读数，mbar； 1000仪器基数，mbar； t空气温度，； 测点相对湿度，； Psat水蒸汽饱和蒸汽压，KPa。30P=(1000+B)/103 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定3.2矿井通风阻力测定第三十页，共36页。2）巷道断面积测点巷道断面积按下列公式计算：梯形或矩形巷道： SBH半园拱巷道： SHB0.1073B2三心拱巷道： SHB0.0733B2式中 S巷道断面积，m2； B巷道宽度或平均宽度，m； H巷道全高或拱基高，m；3）测点风速测点断面风速由测出的表速按下式换算成真实风速：V(S0.4)(axb)/S ， m/min式中 x表风速； a、b风表校正系数。313 井巷通风阻力与技术管理3.1井巷通风阻力3.2矿井通风阻力测定3.2矿井通风阻力测定第三十一页，共36页。4）速压式中 hv测点速压，Pa； v测点风速，v=V/60，m/s。5）测点间风量的确定风量按下述原则确定：两测点间没有分支巷道如图 (a)所示，巷道通过的风量可取两测点风量的平均值，即