第三章井巷通风阻力

第三章井巷通风阻力第1页，课件共106页，创作于2023年2月本章主要内容第一节井巷断面上风速分布

一、风流流动状态二、井巷断面上风速分布第二节摩擦阻力一、摩擦阻力二、摩擦阻力系数与摩擦风阻三、井巷摩擦阻力计算方法第三节局部阻力一、局部阻力及其计算二、局部阻力系数和局部风阻第2页，课件共106页，创作于2023年2月本章主要内容第四节矿井总风阻与等级孔一、井巷阻力特性二、矿井总风阻三、矿井等级孔第五节井巷通风阻力测算一、通风阻力hR测算二、局部阻力测算三、井筒阻力测算四、测算结果分析第六节降低矿井通风阻力措施一、降低井巷摩擦阻力的措施二、降低局部阻力措施第3页，课件共106页，创作于2023年2月本章主要内容本章重点和难点：摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算第4页，课件共106页，创作于2023年2月第三章井巷通风阻力

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(也称为沿程阻力)和局部阻力。第一节井巷断面上风速分布第5页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

一、风流流态1、管道流层流：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，质点运动轨迹为直线或有规则的平滑曲线且与管道轴线基本平行，称为层流(或滞流)。第6页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

紊流：当流速较大时，流体质点强烈互相混合，质点运动轨迹不规则，有总方向上位移，也有垂直总方向的位移，且流体内部存在时而产生，时而消失的漩涡流动，称为紊流(或湍流)。研究层流与紊流的主要意义：在于两种流态有着不同的阻力定律。第7页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

风流流态判断（１）雷诺数－Re平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性v系数。在实际工程计算中，通常以Re=2300作为管道流动流态的判定准数，即：

Re≤2300层流，Re＞2300紊流第8页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

（２）当量直径对于非圆形断面的井巷，Re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de来表示：非圆形断面井巷的雷诺数对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系，可用下式表示：C—断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90。第9页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

（3）、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：式中：K—冒落带渗流系数，m2；l—滤流带粗糙度系数，m。层流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；过渡流0.25<Re<2.5例：某巷道采用工字钢支护，S=9m2，Q=240m3/min=4m3/s，判断风流流态。解：Re=Vd/ν=4VS/(Uν)=4×4×9/(15×10-6×4.16×3)=84615>2300,紊流巷道条件同上，Re=2300层流临界风速：V=Re×U×ν/4S=2300×4.16×3×15×10-6/(4×9)=0.012m/s<0.15第10页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

由于煤矿中大部分巷道的断面均大于2.5m2，井下巷道中的最低风速均在0.25m/S以上，所以说井巷中的风流大部为紊流，很少为层流。第11页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

二、井巷断面上风速分布（１）紊流脉动风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则（２）时均速度:即瞬时风速的平均值（巷道断面某点风速）瞬时速度vx随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段T内，流速vx总是围绕着某一平均值上下波动。Tvxvxt第12页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

(３）巷道风速分布

由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。

层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度δ随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。第13页，课件共106页，创作于2023年2月第一节井巷断面上风速分布

在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。δvvmaxvmax巷道剖面第14页，课件共106页，创作于2023年2月

第一节井巷断面上风速分布平均风速：

式中：巷道通过风量Q。则：Q＝V×S风速分布系数：断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。

砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支护巷道，Kv=0.68～0.82；无支护巷道，Kv=0.74～0.81。速度分布不对称最大风速不在轴线上！第15页，课件共106页，创作于2023年2月第四节井巷中风速与风量的测定

风速既是影响气候条件的主要因素之一，又是测定井下巷道风量的基础。单位时间内通过井巷断面的空气体积叫做风量，它等于井巷的断面积与通过井巷的平均风速的乘积。因此，测量风量时必然测定风速。风速和风量测定是矿井通风测定技术中的重要组成部分，也是矿井通风管理中的基础性工作。

第16页，课件共106页，创作于2023年2月《规程》规定：矿井必须建立测风制度，每10天进行一次全面测风。对采掘工作面和其它用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。矿井应根据测风结果采取措施，进行风量调节。需要注意的是，由于受到井巷断面形状、支护形式、直线程度及障碍物的影响，最大风速不一定正好位于井巷的中轴线上，风速分布也不一定具有对称性。巷道断面风速分布图第17页，课件共106页，创作于2023年2月一、测风仪表测量井巷风速的仪表叫风表，又称风速计。目前，煤矿中常用的风表按结构和原理不同可分为机械式、热效式、电子叶轮式和超声波式等几种；风表按测量风速的范围不同分为高速风表（0.8~25m/s）、中速风表（0.5~10m/s）和微（低）速风表（0.3~5m/s）三种。三种风表的结构大致相同，只是叶片的厚度不同，起动风速有差异。第18页，课件共106页，创作于2023年2月第19页，课件共106页，创作于2023年2月二、测风方法及步骤（一）测风地点井下测风要在测风站内进行，为了准确、全面的测定风速、风量，每个矿井都必须建立完善的测风制度和分布合理的固定测风站。对测风站的要求如下：1．应在矿井的总进风、总回风，各水平、各翼的总进风、总回风，各采区和各用风地点的进、回风巷中设置测风站，但要避免重复设置。2．测风站应设在平直的巷道中，其前后各10m范围内不得有风流分叉、断面变化、障碍物和拐弯等局部阻力。

第20页，课件共106页，创作于2023年2月3．采煤工作面不设固定的测风站，但必须随工作面的推进选择支护完好、前后无局部阻力物的断面上测风。4．若测风站位于巷道断面不规整处，其四壁应用其它材料衬壁呈固定形状断面，长度不得小于4m。5．测风站内应悬挂测风记录板（牌），记录板上写明测风站的断面积、平均风速、风量、空气温度、大气压力、瓦斯和二氧化碳体积分数（含量）、测定日期以及测定人等项目。第21页，课件共106页，创作于2023年2月（二）井巷断面上的风速分布及测定方法1．风速分布空气在井巷中流动时，由于空气的粘性和井巷壁面粗糙程度的影响，风速在巷道断面上的分布是不均匀的。一般来说，位于巷道轴心部分的风速最大，靠近巷道周壁部分的风速最小，如图1-7所示，通常所谓巷道内的风速都是指平均风速v均。

第22页，课件共106页，创作于2023年2月平均风速v均与最大风速v大的比值叫做巷道的风速分布系数（速度场系数），用K速表示，其值与井巷粗糙程度有关，巷道周壁越光滑，K速就越大，即断面上的风速分布越均匀。据调查，对于砌碹巷道，K速=0.8~0.86；木棚支护巷道，K速=0.68~0.82；无支护巷道，K速=0.74~0.81。第23页，课件共106页，创作于2023年2月2．测风方法由井巷断面上的风速分布可知，巷道断面上的各点风速是不同的，为了测得平均风速，可采用线路法或定点法。线路法是风表按一定的线路均匀移动；定点法是将巷道断面分为若干格，风表在每一个格内停留相等的时间进行测定，如图1-9所示，根据断面大小，常用的有9点法、12点法等。第24页，课件共106页，创作于2023年2月测风时，根据测风员的站立姿势不同又分为迎面法和侧身法两种。迎面法是测风员面向风流，手持风表，将手臂伸向正前方测风。由于测风断面位于人体前方，且人体阻挡了风流，使风表的读数值偏小，为了消除人体对风速的影响，需将测得的真风速乘以1.14的校正系数，才能得到实际风速。侧身法是测风员背向巷道壁站立，手持风表，将手臂向风流垂直方向伸直，然后在巷道断面内作均匀移动。由于测风员立于测风断面内减少了通风面积，从而增大了风速，测量结果较实际风速偏大，故需对测得的真风速进行校正。校正系数K由下式计算：第25页，课件共106页，创作于2023年2月（三）用机械式风表测风步骤1．测风员进入测风站或待测巷道中，根据实际情况估测风速范围，然后选用相应量程的风表。2．测风员在测风前，先将风表指针和秒表回零，然后使风表叶轮平面面向风流，并与风流方向垂直，待叶轮转动正常后（约20~30s），同时打开风表的计数器开关和秒表，在1min的时间内，风表要均匀地走完测量路线（或测量点），然后同时关闭秒表和计数器开关，读取风表指针读数。为保证测定准确，一般在同一地点要测三次，取平均值，并按下式计算表速：第26页，课件共106页，创作于2023年2月

式中v表——风表测得的表速，m/s；

n——风表刻度盘的读数，取三次平均值，m；

t——测风时间，一般60s。3．根据表速查风表校正曲线，求出真风速v真。

风表的校正曲线还可用下面的表达式来表示：

v真＝a＋bv表

式中v真——真风速，m/s；

a——表明风表启动初速的常数，决定于风表转动部件的惯性和摩擦力；

b——校正常数，决定于风表的构造尺寸；

v表——风表的指示风速，m/s。根据表速查风表校正曲线，求出真风速v真。第27页，课件共106页，创作于2023年2月4．根据测风员的站立姿势，将真风速乘以校正系数K得实际平均风速v均，即：v均=Kv真，m/s5．根据测得的平均风速和测风站的断面积，按下式计算巷道通过的风量：Q=v均S

式中

Q——测风巷道通过的风量，m3/s；S——测风站的断面积，m2，按下列公式测算：矩形和梯形巷道：S=H·B三心拱巷道：S=B（H－0.07B）半圆拱巷道：S=B（H－0.11B）H——巷道静高，m；B——梯形巷道为半高处宽度，拱形巷道为净宽，m。第28页，课件共106页，创作于2023年2月（四）测风时应注意的问题1．风表使用一定时间后，必须按规定进行检修、校正，以免造成测量误差。2．风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准。3．风表叶轮平面要与风流方向垂直，偏角不得超过10°，在倾斜巷道中测风时尤其要注意。4．风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差。第29页，课件共106页，创作于2023年2月5．按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差。6．秒表和风表的开关要同步，确保在1min内测完全线路（或测点）。7．有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测。8．同一断面需测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值。第30页，课件共106页，创作于2023年2月四、微风测量当风速很小（低于0.1～0.2m/s）时，很难吹动机械风表的叶轮，即便能使叶轮转动也难测得准确结果，此时可以采用烟雾、气味或者粉末作为风流的传递物进行风速测定。具体方法为：在通风巷道两端各安排一名测风员，位于上风侧的测风员带发烟器（发味器或粉末）和声响（或光信号）发射器具；下风侧测风员带秒表。一人放出烟雾（气味或粉末），同时发出声响或光信号，另一人听到信号后开始记时，接到烟雾（气味或粉末）为止关闭秒表。用下式计算巷道内的平均风速：

式中v——巷道断面内的平均风速，m/s；

L——风流流经的巷道距离，m；

t——风流流经巷道所用的时间，s。第31页，课件共106页，创作于2023年2月例题：使用具有回零装置的机械——叶片式风表测量某巷道中的风速，用迎风法测得的三次读数分别为210m、214m、206m，每次侧风时间均为1min。若巷道净断面积为5.8m，风表的校正曲线方程为V真=0.8V表+1.2，试求巷道中的平均风速和通过该巷道的风量。解：1、检验3次测量结果的最大误差：最大误差=（最大误差-最小误差）/最小误差×100%=（214-206）/206×100%=3.9%＜5%；3次测量结果的最大误差小于5%，测量精度符合要求，测量数据有效。

2、求表速：(210+214+206)/3/60=3.5m/S3、由校正曲线方程求真风速：V真=0.8V表+1.2=0.8×3.5+1.2=4m/S第32页，课件共106页，创作于2023年2月

4、求巷道中平均风速：V均=KV真=1.14×4=4.56m/S5、求巷道通过风量：Q=SV均=5.8×4.56=26.5m3/S第33页，课件共106页，创作于2023年2月用皮托管和压差计可测量扇风机风硐或风筒内高速风速的测定，他是通过测量测点的动压，然后按下式换算出测点的风速：皮托管与精度为0.01毫米的水柱压差计配合使用，在测定1.5米、/秒以上风速时，其误差不超过5%，当风速过低或压差计精度不够是误差比表大。圆形风筒的横断面应划分成若干个等面积同心部分，每个等面积里相应的有一个测点圆环，用皮托管和压差计测定时，在互相垂直的两个直径上，可以测得每个测点圆环的四个动压值，以此一系列的动压值即可计算风筒全断面的平均风速。第34页，课件共106页，创作于2023年2月

测点圆环的数量n，根据被测风筒直径确定，一般直径为300-600毫米时n=3，直径为700——1000时n=4。式中：Ri——第i个测点圆环半径；R——风筒半径；i——从风筒中心算起圆环序号；n——测点圆环数。风筒全断面的平均风速即可算出，其式为：风筒全断面的平均风速即可算出，其式为：式中：hv——各测点动压；m——测点总数第35页，课件共106页，创作于2023年2月

第三章井巷通风阻力第二节摩擦风阻与阻力第36页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

一、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)。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：Pa

λ－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。d－圆形风管直径，非圆形管用当量直径；第37页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

1．尼古拉兹实验能量损失原因：内因：取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；外因：是固体壁面对流体流动的阻碍作用，与管道长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。壁面粗糙度的影响通过λ值来反映。绝对糙度：砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，相对糙度：绝对糙度ε与管道半径r的比值ε/r第38页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

1．尼古拉兹实验1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀粘贴于管壁。水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出λ与Re的关系曲线，如图下页所示(书中图3-2-1)。第39页，课件共106页，创作于2023年2月

第二节摩擦风阻与阻力Ⅰ区—层流区当Re＜2320(即lgRe＜3.36)时,只与Re有关，且λ=64/Re。与ε/r无关;Ⅱ区—过渡流区。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，不同的管内流体由层流转变为紊流。λ随Re增大而增大，与ε/r无明显关系。Ⅲ区—水力光滑管区。紊流状态(Re＞4000)λ与ε仍然无关，只与Re有关Ⅳ区—紊流过渡区，各种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线，λ值既与Re有关，也与ε/r有关。第40页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

2．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：

∵μ=ρ·ν（ν——运动粘度，μ——动力粘度）

∴可得圆管层流时的沿程阻力。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。第41页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

3、紊流摩擦阻力

对于紊流运动，λ=f(Re，ε/r)，关系比较复杂。用当量直径de=4S/U代替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：第42页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1．摩擦阻力系数α大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，λ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λ可视为定值；在标准状态下空气密度ρ=1.2kg/m3。令：α称为摩擦阻力系数，单位为kg/m3或N.s2/m4。第43页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

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（ρ0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值α0值，井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m3时，α值应修正：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：第44页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

α系数影响因素对于砌碹、锚喷巷道—只考虑横断面上方向相对粗糙度；对于木棚、工字钢、U型棚等还要考虑纵口径Δ=l/d0ld0工字钢支架在巷道中流动状态α随Δ变化实验曲线第45页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

2．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α、L、U、S归结为一个参数Rf：Rf称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m7或N.s2/m8。工程单位：kgf.s2/m8，或写成kμ,1N.s2/m8=9.8kμ

第46页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

Rf＝f(ρ,ε,S,U,L)。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度ρ一般变化不大时，可将Rf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。

Rf与hf区别：Rf是风流流动的阻抗参数；hf是流动过程能量损失。第47页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

三、井巷摩擦阻力计算方法

新建矿井：查表得α0→计算α→计算Rf→计算hf→计算总阻力损失→选择通风设备

生产矿井：测得hf→计算Rf→计算α→计算α0

→指导生产第48页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

例题3-3某设计巷道为梯形断面，S=8m2，L=1000m，采用工字钢棚支护，支架截面高度d0=14cm，纵口径Δ=5，计划通过风量Q=1200m3/min，预计巷道中空气密度ρ=1.25kg/m3，求该段巷道的通风阻力。解根据所给的d0、Δ、S值，由P401附录4附表4-4查得:α0=284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4实际摩擦阻力系数Ns2／m4巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力 第49页，课件共106页，创作于2023年2月第二节摩擦风阻与阻力

四、通风阻力功耗和电耗设主要通风机效率η=60%，为了克服这段阻力，一年耗多少度电？第50页，课件共106页，创作于2023年2月

第三章井巷通风阻力第三节局部风阻与阻力第51页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

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，造成风流能量损失，这种阻力称为局部阻力。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。第52页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

一、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：

ξ——局部阻力系数，无因次。层流ξ：

计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当ξ确定后，便可用：第53页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

几种常见的局部阻力产生的类型：１、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。第54页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

２、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。θ第55页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

３、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。４、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。第56页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

二、局部阻力系数和局部风阻(一)局部阻力系数ξ紊流局部阻力系数ξ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。第57页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

1．突然扩大或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；ρm——空气平均密度，kg/m3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正：

第58页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

2．突然缩小对应于小断面的动压，ξ值可按下式计算：

第59页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

3．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Θ＜20°时，渐扩段的局部阻力系数ξ可用下式求算：

α—风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4；n—风道大、小断面积之比，即Ｓ2／Ｓ1；

θ—扩张角。

第60页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

4．转弯巷道转弯时的局部阻力系数(考虑粗糙程度)可按下式计算：当巷高与巷宽之比H/b=0.2～1.0时，当H/b=1～2.5时ξ0——假定边壁完全光滑时，90°转弯的局部阻力系数，其值见教材表3-3-1；

α——巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4；β——巷道转弯角度影响系数，见教材表3-3-2。第61页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

5．风流分叉与汇合1)风流分叉典型的分叉巷道如图所示，1～2段的局部阻力hl１～2和1～3段的局部阻力hl１～3分别用下式计算：θ2θ3123第62页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

2)风流汇合如图所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl１～3、hl2～3分别按下式计算：１３２θ1θ2第63页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

(二)局部风阻在局部阻力计算式中，令，则有：式中Rl称为局部风阻，其单位为N.s2/m8或kg/m7。此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比第64页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

hR=hf+hl一般Hf和hl不易分开，对于转弯，Hf和hl可分开；突然扩大，Hf占比重少，局部区段hR=hl正面阻力：罐笼、矿车、采煤机第65页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

例1：某巷道突然扩大段，砌碹支护，断面S1=6m2，S2=24m2，通过风量Q=48m3/s，空气密度ρ=1.25kg/m3，求突然扩大局部阻力；突然缩小则如何？解：设砌碹巷道α=0.005kg/m3ξ=(1-S1/S2)2=(1-6/24)2=0.563ξ’=ξ(1+α/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845h大=ξ’ρV12/2=ξ’ρ(Q/S1)2/2=0.845×1.25(48/6)2/2=33.8Pa

ξ=0.5(1-S1/S2)2ξ=0.5(1-S1/S2)=0.375ξ’=ξ(1+α/0.013)=0.375（1+0.005/0.013）=0.52H小=ξ’ρV12/2=0.52*1.25*(48/6)2/2=20.8Pa第66页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

例2：某回风道，断面高2.8m，宽2.5m，混凝土棚支护，α=0.02kg/m3，有一直角转弯，内角没有弧度，求转弯处的局部阻力系数ξ’解：表3-3-1，ξ0=0.93，由表3-3-2，β=1.0H/b=2.8/2.5=1.12,ξ’=[(ξ0+28α)b/H]β=[(0.93+28×0.02)2.5/2.8]×1=1.33若V=6m/s，ρ=1.2kg/m3,则：hL=ξ’ρV2/2=1.33×1.2×6×6/2=57Pa第67页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

例3：某直角分叉巷道，θ2=0，θ3=90°，α=0.015kg/m3，V1=8m/s,V2=6m/s,V3=3m/s,ρ=1.25kg/m3,求hL1-2,hL1-3解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35（巷道粗糙度影响系数，查P47表3-3-3可知）hL1-2=Kαρ/2

(V12-2V1V2cosθ2+V22)=1.35×1.25/2(82-2×8×6×1+62)=3.37PahL1-3=Kαρ/2

(V12-2V1V3cosθ3+V32)=1.35×1.25/2(82-2×8×3×0+32)=71.59Paθ2θ3123第68页，课件共106页，创作于2023年2月第三节局部风阻与阻力

例4：某直角汇流巷道，θ1=0，θ2=90°，α=0.015kg/m3，V1=5m/s,V2=6m/s,V3=8m/s,ρ=1.25kg/m3,求hL1-3,hL2-3解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35cosθ1=1,cosθ2=0,ω=Q1V1cosθ1/Q3=3.125hL1-3=Kαρ/2

(V12-2V3ω+V32)=1.35×1.25/2(52-2×8×3.125+82)=39PahL2-3=Kαρ/2

(V22-2V3ω

+V32)=1.35×1.25/2(62-2×8×33.125+82)=42Pa１３２θ1θ2第69页，课件共106页，创作于2023年2月

第三章井巷通风阻力第四节矿井总风阻与矿井等积孔第70页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

一、井巷阻力特性

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：h＝RQ2

Pa。对于特定井巷，R为定值。用纵坐标表示通风阻力(或压力)，横坐标表示通过风量，当风阻为R时，则每一风量Qi值，便有一阻力hi值与之对应，根据坐标点（Qi,hi）即可画出一条抛物线。这条曲线就叫该井巷的阻力特性曲线。风阻R越大，曲线越陡。０QhR第71页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

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：N.s2/m8

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；第72页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

三、矿井等积孔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。AIIIP2,v2P2,v2第73页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

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φ，由水力学可知，一般φ=0.65，故A2=0.65A。则v2＝Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：第74页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

取ρ=1.2kg/m3，则：因Rm=hＲm／Ｑ2，故有A是Rm的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。

当A＞２，容易；A＝１~2，中等；A＜１困难。第75页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

对于多风井通风系统，应根据各风机系统的通风阻力hRi和风量Qi，按风量加权平均求出全矿井总阻力：式中n风机台数hRm意义是全矿井各系统平均m3空气所消耗能量。多风井系统的矿井等级孔A计算式：第76页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

例1：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。解第77页，课件共106页，创作于2023年2月第四节矿井总风阻与矿井等积孔

例2：某对角式通风矿井，东风井的阻力hR1=280*9.81Pa，风量Q1=80m3/s；西风井的阻力hR2=100*9.81Pa，风量Q2=60m3/s；求矿井总等级孔。解法一第78页，课件共106页，创作于2023年2月解法二：根据功率相等，设矿井总通风阻力为hr；hrQ总=hr1*Q1+hr1*Q2第79页，课件共106页，创作于2023年2月

第三章井巷通风阻力第五节井巷通风阻力测定第80页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

一、通风阻力hR测算阻力测定目的：1、阻力分布，降阻增风；2、提供阻力系数和R，为设计、网络解算、改造、均压防火；能力核定。1)测定路线的选择和测点布置如果测定的目的是为了了解通风系统的阻力分布，则必须选择最大阻力路线；如果测量的目的是为了获取摩擦阻力系数和分支风阻，则应选择不同支护形式、不同类型的典型巷道。第81页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

测点布置应考虑：1、测点间的压差不小于10~20Pa；2、尽量避免靠近井筒和风门；3、选择风量较稳定的巷道内；4、局部阻力物前3倍巷宽，后8~12倍巷宽；5、风流稳定，无汇合交叉，测点前后3m巷道支护完好。2)一段巷道的通风阻力hR测算两种方法：压差计法和气压计法第82页，课件共106页，创作于2023年2月第83页，课件共106页，创作于2023年2月第84页，课件共106页，创作于2023年2月补偿微压计单管倾斜压差计第85页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

(1)压差计法测量原理Z1Z212用压差计法测定通风阻力的实质：测量风流两点间的势能差和动压差压差计左右两侧所受压力分别为：则压差计所示测值为：设且则第86页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

(1)压差计法测量原理Z1Z212则1、2间巷道通风阻力为：该式成立的前提是：胶皮管内的空气平均密度与井巷中的空气平均密度相等。为此，在测量前，应将胶皮管放置在巷道相应位置上保存一段时间，或用打气筒将巷道空气转换掉胶皮管中空气。第87页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

单管气压计放置位置对测量效果的影响：Z1Z212现假设单管气压计放置在两测点中间则：左右侧液面承压分别为：则压差计计数为：同理：且则1、2间巷道通风阻力为：第88页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

(2)气压计法原理：用此方法测定通风阻力，实质是用精密气压计测出测点间的绝对静压差，再加上动压差和位能差，以计算通风阻力。用气压计测绝对静压P1、P2，同时测定t1、t2和φ1、φ2；用风表测每断面平均风速v1、v2；查测点标高Z1、Z2；P1-P2测准，两台温漂相同仪器同时测量，逐点和双测点测定21AB第89页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

气压计法的测定步骤：

1、在1号测点A、B仪器同时PA1、PB1；2、A仪器不动，B仪器移到2，3、同时约定时间同时读数，PA2、PB24、P1-P2=(PB1-PB2)+(PA2-PA1),上式右端第一项为B仪器在1、2测点的测值差，第二项为A仪器在1测点不同时间的测值差，它是前后两次读数时地面大气压变化（认为基点气压变化与地面气压变化同步）和通风系统内气压变化的修正值。（修正值大则测定无效，很小则可认为是地面大气压影响。）

5、将P1-P2代入上页公式即可。21AB思考：1、为什么要用两台气压计？用一台气压计先测1号点，再测2号点不行吗？第90页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

3)摩擦阻力系数测算(1)测试方法—压差计法；(2)支护方式和测段一致，无变化；(3)测点位置在局部阻力物前3~5巷宽，后8~12倍；(4)系统稳定(5)hf和Q测准Rf=hf/Q2α=RfS3/LU第91页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

二、局部阻力测算用压差计测出1-2段阻力hR1-2和1-3段阻力hR1-3,若断面一致，则hf与长度L成正比。则单纯巷道转弯的局部阻力hL。hL=hR1-3-（hR1-2/L12）L13RL=hL/Q2RL=ξ（ρ/2S2）ξ=2S2RL/ρ123第92页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

三、井筒通风阻力测定1、进风井筒阻力测定1)压差计法—吊测法50m,80m,100m,120m,150m,(H)h1,h2,h3,h4,h5Hf=a+bH（线性回归求a，b）hR=hf+2hL2)气压计法从地表开始，每隔50m，测量P，t,t’→ρ静压差ΔPi，高差Z，hR=∑ΔPi+ρmZg-0.5ρV2井筒单管压差计测绳胶皮管静压重锤第93页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

2、回风井筒阻力测定1)压差计法--吊测法防爆盖上打孔；或在安全门内2)气压计法在井底用气压计读出相对压力，在安全门内再读出相对压力，两者差值ΔP，hR=ΔP+ρmZg+0.5ρV2底-0.5ρV2井筒井筒单管压差计测绳胶皮管静压重锤第94页，课件共106页，创作于2023年2月第五节井巷通风阻力测定

3、风峒阻力测定1)压差计法2)气压计法在安全门内再读出相对压力，再接水柱计读出相对压力，两者差值Δ