矿井通风与安全课件

礦井空氣

利用機械或自然通風動力，使地面空氣進入井下，並在井巷中作定向和定量地流動，最後排出礦井的全過程稱為礦井通風。目的、主要任務—保證礦井空氣的品質符合要求。第一節礦井空氣成份定義：地面空氣進入礦井以後即稱為礦井空氣。一、地面空氣的組成地面空氣是由幹空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。

幹空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。幹空氣的組成成分比較穩定，其主要成分如下。濕空氣中含有水蒸氣，但其含量的變化會引起濕空氣的物理性質和狀態變化。

氣體成分按體積計／％按品質計／％備注 氧氣（O2）20.9623.32惰性稀有氣體氦、氮氣（N2）79.076.71氖、氬、氪、二氧化碳（CO2）0.040.06氙等計在氮氣中二、礦井空氣的主要成分及基本性質新鮮空氣：井巷中用風地點以前、受污染程度較輕的進風巷道內的空氣，污濁空氣：通過用風地點以後、受污染程度較重的回風巷道內的空氣，

1．氧氣(O2)

氧氣是維持人體正常生理機能所需要的氣體,人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決於人的體質、精神狀態和勞動強度等。

人體輸氧量與勞動強度的關係

勞動強度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）

休息6-150.2－0.4

輕勞動20-250.6-1.0

中度勞動30-401.2-2.6

重勞動40-601.8-2.4

極重勞動40-802.5-3.1

當空氣中的氧濃度降低時，人體就可能產生不良的生理反應，出現種種不舒適的症狀，嚴重時可能導致缺氧死亡。

礦井空氣中氧濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤岩和其他有機物的緩慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸；此外，煤岩和生產過程中產生的各種有害氣體，也使空氣中的氧濃度相對降低。2．二氧化碳(CO2)

二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。

礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機物的氧化；人員呼吸；碳酸性岩石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。3．氮氣(N2)

氮氣是一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害。正因為氮氣具有的惰性，因此可將其用於井下防滅火和防止瓦斯爆炸。

礦井空氣中氮氣主要來源是：井下爆破和生物的腐爛，有些煤岩層中也有氮氣湧出,滅火人為注氮。

三、礦井空氣主要成分的品質（濃度）標準採掘工作面進風流中的氧氣濃度不得低於20％；二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風流中不得超過0.75％；當採掘工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5％或采區、採掘工作面回風道風流中二氧化碳濃度超過1.5％時，必須停工處理。第二節礦井空氣中的有害氣體空氣中常見有害氣體：CO、NO2、SO2

、NH3

、H2。一、基本性性質１、一氧化碳（CO）一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為0.97，微溶於水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當空氣中一氧化碳濃度在13～75％範圍內時有爆炸的危險。

主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進入人體後，首先就與血液中的血紅素相結合，因而減少了血紅素與氧結合的機會，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。0.08%，40分鐘引起頭痛眩暈和噁心，0.32%，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。

主要來源：爆破；礦井火災；煤炭自燃以及煤塵瓦斯爆炸事故等。２、硫化氫（H2S）硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當空氣中濃度達到0.0001％即可嗅到，但當濃度較高時，因嗅覺神經中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶於水，在常溫、常壓下一個體積的水可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存於舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時有爆炸危險。

主要危害：硫化氫劇毒，有強烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當空氣中硫化氫濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。0.005~0.01%，1~2小時後出現眼及呼吸道刺激，0.015~0.02%

主要來源：有機物腐爛；含硫礦物的水解；礦物氧化和燃燒；從老空區和舊巷積水中放出。３、二氧化氮（NO2）二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強烈的刺激氣味，相對密度為1.59，易溶於水。

主要危害：二氧化氮溶於水後生成腐蝕性很強的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強烈的刺激及腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現黃色斑點。0.01%出現嚴重中毒。主要來源：井下爆破工作。4.二氧化硫(SO2)二氧化硫無色、有強烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達到0.0005％即可嗅到。其相對密度為2.22，易溶於水。主要危害：遇水後生成硫酸，對眼睛及呼吸系統粘膜有強烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當濃度達到0.002％時，眼及呼吸器官即感到有強烈的刺激；濃度達0.05％時，短時間內即有致命危險。主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中湧出。5.氨氣(NH3)

無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶於水，。空氣濃度中達30％時有爆炸危險。主要危害：氨氣對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；部分岩層中也有氨氣湧出。

6.氫氣(H2)無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點燃溫度比沼氣低100～200℃，主要危害：當空氣中氫氣濃度為4～74％時有爆炸危險。主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質的煤層中也有氫氣湧出、或煤氧化。二、礦井空氣中有害氣體的安全濃度標準礦井空氣中有害氣體對井下作業人員的生命安全危害極大，因此，《規程》對常見有害氣體的安全標準做了明確的規定，礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度有害氣體名稱符號最高容許濃度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004第三節礦井氣候礦井氣候：礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數的綜合作用。這三個參數也稱為礦井氣候條件的三要素。一、礦井氣候對人體熱平衡的影響新陳代謝是人類生命活動的基本過程之一。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發這三種基本形式進行的。對流散熱取決於周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決於環境溫度；蒸發散熱取決於周圍空氣的相對濕度和流速。人體熱平衡關係式：qm-qw=qd+qz+qf+qchqm——人體在新陳代謝中產熱量，取決於人體活動量；qW——人體用於做功而消耗的熱量，qm-qw人體排出的多餘熱量；qd——人體對流散熱量，低於人體表面溫度，為負，否則，為正；qz——汗液蒸發或呼出水蒸氣所帶出的熱量；qf——人體與周圍物體表面的輻謝散熱量，可正，可負；qch——人體由熱量轉化而沒有排出體外的能量；人體熱平衡時，qch=0；當外界環境影響人體熱平衡時，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低，qch<0礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素。

空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。

相對濕度：影響人體蒸發散熱的效果。

風速：影響人體的對流散熱和蒸發散熱的效果。對流換熱強度隨風速而增大。同時濕交換效果也隨風速增大而加強。如有風的天氣，涼衣服幹得快。二、衡量礦井氣候條件的指標1.幹球溫度幹球溫度是我國現行的評價礦井氣候條件的指標之一。特點：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單，使用方便。但這個指標只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。2.濕球溫度

濕球溫度是可以反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比幹球溫度要合理些。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。3.等效溫度等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎來評價礦井氣候條件的指標。4.同感溫度同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國採暖工程師協會提出的。這個指標是通過實驗，憑受試者對環境的感覺而得出的同感溫度計算圖。5.卡他度卡他度是1916年由英國L.希爾等人提出的。卡他度用卡他計測定。卡他度分為：幹卡他度、濕卡他度

幹卡他度：反映了氣溫和風速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。為了測出溫度、濕度和風速三者的綜合作用效果，

Kd=41.868F/tW/m2

濕卡他度（Kw）：是在卡他計貯液球上包裹上一層濕紗布時測得的卡他度，其實測和計算方法完全與幹卡他度相同。三、礦井氣候條件的安全標準

我國現行評價礦井氣候條件的指標是幹球溫度。1982年國務院頒佈的《礦山安全條例》第53條規定，礦井空氣最高容許幹球溫度為28℃。

矿井空气流动的基本理论

主要研究內容：礦井空氣沿井巷流動過程中宏觀力學參數的變化規律以及能量的轉換關係。介紹空氣的主要物理參數、性質，討論空氣在流動過程中所具有的能量（壓力）及其能量的變化。根據熱力學第一定律和能量守恆及轉換定律，結合礦井風流流動的特點，推導了礦井空氣流動過程中的能量方程，介紹了能量方程在礦井通風中的應用。第一節空氣的主要物理參數一、溫度溫度是描述物體冷熱狀態的物理量。礦井表示氣候條件的主要參數之一。熱力學絕對溫標的單位K，攝式溫標T=273.15+t二、壓力（壓強）空氣的壓力也稱為空氣的靜壓，用符號P表示。壓強在礦井通風中習慣稱為壓力。它是空氣分子熱運動對器壁碰撞的宏觀表現。P=2/3n(1/2mv2)

礦井常用壓強單位：PaMpammHgmmH20mmbarbaratm等。

換算關係：1atm=760mmHg=1013.25mmbar=101325Pa(見P396)１mmbar=100Pa=10.2mmH20,

１mmHg=13.6mmH20=133.32Pa三、濕度表示空氣中所含水蒸汽量的多少或潮濕程度。表示空氣濕度的方法：絕對濕度、相對溫度和含濕量三種１、絕對濕度每立方米空氣中所含水蒸汽的品質叫空氣的絕對濕度。其單位與密度單位相同（Kg/m3），其值等於水蒸汽在其分壓力與溫度下的密度。

v=Mv/V

飽和空氣：在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所能容納水蒸汽量是有極限的，超過這一極限值，多餘的水蒸汽就會凝結出來。這種含有極限值水蒸汽的濕空氣叫飽和空氣，這時水蒸氣分壓力叫飽和水蒸分壓力，PS，其所含的水蒸汽量叫飽和濕度

s

。２、相對濕度單位體積空氣中實際含有的水蒸汽量（

V）與其同溫度下的飽和水蒸汽含量（

S）之比稱為空氣的相對濕度

φ＝

V／

S

反映空氣中所含水蒸汽量接近飽和的程度。

Φ愈小空氣愈幹爆，φ＝０為幹空氣；φ愈大空氣愈潮濕，φ＝１為飽和空氣。溫度下降，其相對濕度增大，冷卻到φ=1時的溫度稱為露點例如：甲地：t=18℃，

V

＝0.0107Kg/m3,

乙地：t=30℃，

V

＝0.0154Kg/m3解：查附表當t為18℃，

s

＝0.0154Kg/m3,,

當t為30℃，

s

＝0.03037Kg/m3,

∴甲地：φ＝

V／

S＝0.7＝70%

乙地：φ＝

V／

S＝0.51＝51%

乙地的絕對濕度大於甲地，但甲地的相對濕度大於乙地，故乙地的空氣吸濕能力強。

露點：將不飽和空氣冷卻時，隨著溫度逐漸下降，相對濕度逐漸增大，當達到100％時，此時的溫度稱為露點。上例甲地、乙地的露點分別為多少？

３、含濕量

含有1kg幹空氣的濕空氣中所含水蒸汽的品質（kg）稱為空氣的含濕量。d=

V／

d,

V=φPs/461T

d=(P-φPs)/287Td=0.622

φPs/(P-φPs)四、焓

焓是一個複合的狀態參數，它是內能u和壓力功PV之和，焓也稱熱焓。i=id+d•iV=1.0045t+d(2501+1.85t)

實際應用焓-濕圖（I-d)五、粘性流體抵抗剪切力的性質。當流體層間發生相對運動時，在流體內部兩個流體層的接觸面上，便產生粘性阻力(內摩擦力)以阻止相對運動，流體具有的這一性質，稱作流體的粘性。其大小主要取決於溫度。

根據牛頓內摩擦定律有：式中：μ－－比例係數，代表空氣粘性，稱為動力粘性或絕對粘度。其國際單位：帕.秒，寫作：Pa.S。運動粘度為：溫度是影響流體粘性主要因素，氣體，隨溫度升高而增大，液體而降低Vy六、密度單位體積空氣所具有的品質稱為空氣的密度，與P、t、濕度等有關。濕空氣密度為幹空氣密度和水蒸汽密度之和，即：根據氣體狀態方程，可推出空氣密度計算公式：

kg/m3

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：Pa；

φ為相對濕度；Ｔ為空氣絕對溫度，T=t+273,K。

kg/m3

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：mmHg。

注意：Ｐ和Ｐsat單位一致。空氣比容：=V/M=1/

第二節風流的能量與壓力能量與壓力是通風工程中兩個重要的基本概念，壓力可以理解為：單位體積空氣所具有的能夠對外作功的機械能。一、風流的能量與壓力1.靜壓能－靜壓（1）靜壓能與靜壓的概念空氣的分子無時無刻不在作無秩序的熱運動。這種由分子熱運動產生的分子動能的一部分轉化的能夠對外作功的機械能叫靜壓能，J／m3，在礦井通風中，壓力的概念與物理學中的壓強相同，即單位面積上受到的垂直作用力。靜壓Pa=N/m2也可稱為是靜壓能，值相等（２）靜壓特點

a.無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力；

b.風流中任一點的靜壓各向同值，且垂直於作用面；

c.風流靜壓的大小（可以用儀錶測量）反映了單位體積風流所具有的能夠對外作功的靜壓能的多少。如說風流的壓力為101332Pa，則指風流1m3具有101332J的靜壓能。（３）壓力的兩種測算基準（表示方法）根據壓力的測算基準不同，壓力可分為：絕對壓力和相對壓力。

A、絕對壓力：以真空為測算零點（比較基準）而測得的壓力稱之為絕對壓力，用P表示。

B、相對壓力：以當時當地同標高的大氣壓力為測算基準(零點)測得的壓力稱之為相對壓力，即通常所說的表壓力，用h表示。風流的絕對壓力（P）、相對壓力（h）和與其對應的大氣壓（P0）三者之間的關係如下式所示：h=P－P0abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0Pi

與

hi

比較：I、絕對靜壓總是為正，而相對靜壓有正負之分；II、同一斷面上各點風流的絕對靜壓隨高度的變化而變化，而相對靜壓與高度無關。III、Pi

可能大於、等於或小於與該點同標高的大氣壓(P0i)。2、重力位能（1)重力位能的概念物體在地球重力場中因地球引力的作用，由於位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡稱位能，用EPO

表示。如果把品質為M（kg）的物體從某一基準面提高Z（m），就要對物體克服重力作功M.g.Z（J），物體因而獲得同樣數量（M.g.Z）的重力位能。即：EPO=M.g.Z

重力位能是一種潛在的能量，它只有通過計算得其大小，而且是一個相對值。實際工作中一般計算位能差。（２）位能計算重力位能的計算應有一個參照基準面。Ep012=∫

igdzi如下圖1－２兩斷面之間的位能差：dzi１２００２１（3)位能與靜壓的關係

當空氣靜止時（v=0），由空氣靜力學可知：各斷面的機械能相等。設以2-2斷面為基準面：

1-1斷面的總機械能E1=EPO1+P12-2斷面的總機械能E2=EPO2+P2

由E1=E2得：EPO1+P1=EPO2+P2

由於EPO2=0（2-2斷面為基準面），EPO1=

12.g.Z12，所以：P2=EPO1+P1=

12.g.Z12+P1

說明：Ｉ、位能與靜壓能之間可以互相轉化。

II、在礦井通風中把某點的靜壓和位能之和稱之為勢能。（4)位能的特點

a.位能是相對某一基準面而具有的能量，它隨所選基準面的變化而變化。但位能差為定值。

b.位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應，即不呈現壓力，故不能象靜壓那樣用儀錶進行直接測量。

c.位能和靜壓可以相互轉化，在進行能量轉化時遵循能量守恆定律。dzi１２００２１3.動能－動壓（1)動能與動壓的概念當空氣流動時，除了位能和靜壓能外，還有空氣定向運動的動能，用Ev表示，J/m3；其動能所轉化顯現的壓力叫動壓或稱速壓，用符號hv表示，單位Pa。（2)動壓的計算單位體積空氣所具有的動能為：Evi＝

i×V2×0.5

式中：

i

－－I點的空氣密度，Kg/m3；

v－－I點的空氣流速，m/s。

Evi對外所呈現的動壓hvi，其值相同。（3)動壓的特點

a.只有作定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。

b.動壓總是大於零。垂直流動方向的作用面所承受的動壓最大（即流動方向上的動壓真值）；當作用面與流動方向有夾角時，其感受到的動壓值將小於動壓真值。

c.在同一流動斷面上，由於風速分佈的不均勻性，各點的風速不相等，所以其動壓值不等。d.某斷面動壓即為該斷面平均風速計算值。（４）全壓風道中任一點風流，在其流動方向上同時存在靜壓和動壓，兩者之和稱之為該點風流的全壓，即：全壓＝靜壓＋動壓。由於靜壓有絕對和相對之分，故全壓也有絕對和相對之分。Ａ、絕對全壓（Pti）Pti＝Pi＋hviB、相對全壓（hti）hti＝hi＋hvi＝Pti－Poi

說明：A、相對全壓有正負之分；

B、無論正壓通還是負壓通風，Pti>Pi

hti＞hi。二、風流的點壓力之間相互關係風流的點壓力是指測點的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風管道中流動的風流的點壓力可分為：靜壓、動壓和全壓。風流中任一點i的動壓、絕對靜壓和絕對全壓的關係為：hvi=Pti-Pi

hvi、hI和hti三者之間的關係為：hti=hi+hvi

。壓入式通風（正壓通風）：風流中任一點的相對全壓恒為正。

∵PtiandPi>Poi∴hi＞０，hti

＞0且hti

＞hi

，hti=hi+hvi

壓入式通風的實質是使風機出口風流的能量增加，即出口風流的絕對壓力大於風機進口的壓力。抽出式通風（負壓通風）：風流中任一點的相對全壓恒為負，對於抽出式通風由於hti和hi為負，實際計算時取其絕對值進行計算。

∵PtiandPi

＜Poihti

＜0且hti

＞hi

，但|hti|<|hi|實際應用中，因為負通風風流的相對全壓和相對靜壓均為負值，故在計算過程中取其絕對值進行計算。即：|

hti|=|hi|－hvi

抽出式通風的實質是使風機入口風流的能量降低，即入口風流的絕對壓力小於風機進口的壓力。

風流點壓力間的關係abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0Pathvhat(+)hvhbt(-)Pbt抽出式通風壓入式通風壓入式通風抽出式通風例題2-2-1如圖壓入式通風風筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風筒外與i點同標高的P0i=101332Pa，求：

(1)i點的絕對靜壓Pi；

(2)i點的相對全壓hti；

(3)i點的絕對靜壓Pti。解：(1)Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa(2)hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa(3Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa例題2-2-2如圖抽出式通風風筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風筒外與i點同標高的P0i=101332Pa，求：

(1)i點的絕對靜壓Pi；

(2)i點的相對全壓hti；

(3)i點的絕對靜壓Pti。解：(1)Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa(2)|hti|=|hi|－hvi

＝1000-150=850Pahti＝－850Pa(3)Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa三、風流點壓力的測定１、礦井主要壓力測定儀器儀錶（１）絕對壓力測量：空盒氣壓計、精密氣壓計、水銀氣壓計等。（２）壓差及相對壓力測量：恒溫氣壓計、“Ｕ”水柱計、補償式微壓計、傾斜單管壓差計。（３）感壓儀器：皮託管，承受和傳遞壓力，+-測壓２、壓力測定（１）絕對壓力－－直接測量讀數。（２）相對靜壓(以如圖正壓通風為例)（注意連接方法）：＋－０’０’hP0izP0i推導如圖h=hi?

以水柱計的等壓面0’－0’為基準面，

設:i點至基準面的高度為Z，膠皮管內的空氣平均密度為ρm，膠皮管外的空氣平均密度為ρm’；與i點同標高的大氣壓P0i。則水柱計等壓面0’－0’兩側的受力分別為：

水柱計左邊等壓面上受到的力：

P左＝

P０+ρ水gh＝P0i+ρm’g(z-h)+ρ水gh

水柱計右邊等壓面上受到的力：

P右＝Pi+ρmgz

由等壓面的定義有：P左＝P右，即：

P0i+ρm’g(z-h)+ρ水gh＝P0i+ρmgz

若

ρm＝ρm’有：

∵ρ水＞＞ρm

（Pa）

（mmH20）對於負壓通風的情況請自行推導（注意連接方法）：zP0i＋－h00說明：（I）水柱計上下移動時，hi

保持不變；（II）在風筒同一斷面上、下移動皮託管，水柱計讀數不變，說明同一斷面上hi

相同。（３）相對全壓、動壓測量測定連接如圖（說明連接方法及水柱高度變化）zP0iht＋－hihv作業2-12-32-4另外作業測得風筒內某點i相對壓力如圖所示，求動壓，並判斷通風方式zP0i100150hv本節課重點能量方程及在礦井中的應用第三節礦井通風中的能量方程當空氣在井巷中流動時，將會受到通風阻力的作用，消耗其能量；為保證空氣連續不斷地流動，就必需有通風動力對空氣作功，使得通風阻力和通風動力相平衡。一、空氣流動連續性方程在礦井巷道中流動的風流是連續不斷的介質，充滿它所流經的空間。在無點源或點匯存在時，根據品質守恆定律：對於穩定流，流入某空間的流體品質必然等於流出其的流體品質。如圖井巷中風流從1斷面流向2斷面，作定常流動時，有：

Mi=constρ１

V1S1＝ρ２

V２S２

ρ１、ρ2

－－1、2斷面上空氣的平均密度，kg/m3；V1,，V2－－1、2斷面上空氣的平均流速，m/s；S1、S2

－－1、２斷面面積，m2。１２兩種特例：（I）若S1＝S2，則ρ１

V1＝ρ２

V２；（II）若ρ１＝ρ２，則V1S1＝V２S２。對於不可壓縮流體，通過任一斷面的體積流量相等，即Q=viSi=const二、可壓縮流體的能量方程能量方程表達了空氣在流動過程中的壓能、動能和位能的變化規律，是能量守恆和轉換定律在礦井通風中的應用。（一）、單位品質(1kg)流量的能量方程

在井巷通風中，風流的能量由機械能（靜壓能、動壓能、位能）和內能組成，常用1kg空氣或1m3空氣所具有的能量表示。

機械能：靜壓能、動壓能和位能之和。

內能：風流內部所具有的分子內動能與分子位能之和。空氣的內能是空氣狀態參數的函數，即：u=f（T，P）。能量分析１２z1z200p1、v1、u1p2、v2、u2qLRqR任一斷面風流總機械能：壓能＋動能＋位能

任一斷面風流總能量：壓能＋動能＋位能＋內能，

所以，对单位质量流体有：

假設：1kg空氣由1斷面流至2斷面的過程中，

LR（J/kg）：克服流動阻力消耗的能量；

qR（J/kg）：LR

部分轉化的熱量(這部分被消耗的能量將轉化成熱能仍存在於空氣中）；

q（J/kg）：外界傳遞給風流的熱量（岩石、機電設備等）。

根據能量守恆定律：

根據熱力學第一定律，傳給空氣的熱量（qR+q），一部分用於增加空氣的內能，一部分使空氣膨脹對外作功，即：

式中：v為空氣的比容，m3/kg。又因為：上述三式整理得：即為：單位品質可壓縮空氣在無壓源的井巷中流動時能量方程的一般形式。

式中称为伯努力积分项，它反映了风流从1斷面流至2

断面的过程中的静压能变化，它与空气流动过程的状态密切相关。对于不同的状态过程，其积分结果是不同的。對於多變過程，過程指數為n，對伯努利積分進行積分計算，可得到：單位品質可壓縮空氣在無壓源的井巷中流動時能量方程可寫成如下一般形式。其中過程指數n按下式計算：有壓源Lt

在時，單位品質可壓縮空氣井巷中流動時能量方程可寫成如下一般形式。令

式中m表示1，2斷面間按狀態過程考慮的空氣平均密度，得

则单位质量流量的能量方程式又可写为（二）、單位體積(1m3)流量的能量方程

我國礦井通風中習慣使用單位體積（1m3）流體的能量方程。在考慮空氣的可壓縮性時，那麼1m3空氣流動過程中的能量損失（hR，J/m3（Pa），即通風阻力）可由1kg空氣流動過程中的能量損失（LRJ/Kg）乘以按流動過程狀態考慮計算的空氣密度

m，即：hR=LR.

m；則單位體積(1m3)流量的能量方程的書寫形式為：

幾點說明：1、1m3空氣在流動過程中的能量損失（通風阻力）等於兩斷面間的機械能差。2、g

m（Z1-Z2）是1、2斷面的位能差。當1、2斷面的標高差較大的情況下，該項數值在方程中往往佔有很大的比重，必須準確測算。其中，關鍵是

m的計算，及基準面的選取。

m的測算原則：將1－2測段分為若干段，計算各測定斷面的空氣密度(測定P、t、φ)，求其幾何平均值。

基準面選取：取測段之間的最低標高作為基準面。例如：如圖所示的通風系統，如要求1、2斷面的位能差，基準面可選在2的位置。其位能差為：而要求1、3兩斷面的位能差，其基準面應選在0-0位置。其位能差為：３、是1、2兩斷面上的動能差

A、在礦井通風中，因其動能差較小，故在實際應用時，式中可分別用各自斷面上的密度代替計算其動能差。即上式寫成：其中：ρ１、ρ2分別為1、２斷面風流的平均氣密度。12300B、動能係數：是斷面實際總動能與用斷面平均風速計算出的總動能的比。即：因為能量方程式中的v1、v2分別為1、2斷面上的平均風速。由於井巷斷面上風速分佈的不均勻性，用斷面平均風速計算出來的斷面總動能與斷面實際總動能不等。需用動能係數Kv加以修正。在礦井條件下，Kv一般為1.02～1.05。由於動能差項很小，在應用能量方程時，可取Kv為1。因此，在進行了上述兩項簡化處理後，單位體積流體的能量方程可近似的寫成：

或J／m3

（三）、關於能量方程使用的幾點說明1.能量方程的意義是，表示1kg（或1m3）空氣由1斷面流向2斷面的過程中所消耗的能量（通風阻力），等於流經1、2斷面間空氣總機械能（靜壓能、動壓能和位能）的變化量。2.風流流動必須是穩定流，即斷面上的參數不隨時間的變化而變化；所研究的始、末斷面要選在緩變流場上。3.風流總是從總能量（機械能）大的地方流向總能量小的地方。在判斷風流方向時，應用始末兩斷面上的總能量來進行，而不能只看其中的某一項。如不知風流方向，列能量方程時，應先假設風流方向，如果計算出的能量損失（通風阻力）為正，說明風流方向假設正確；如果為負，則風流方與假設相反。4.正確選擇求位能時的基準面。5.在始、末斷面間有壓源時，壓源的作用方向與風流的方向一致，壓源為正，說明壓源對風流做功；如果兩者方向相反，壓源為負，則壓源成為通風阻力。６.應用能量方程時要注意各項單位的一致性。7、對於流動過程中流量發生變化，則按總能量守恆與轉換定律列方程312例1、在某一通風井巷中，測得1、2兩斷面的絕對靜壓分別為101324.7Pa和101858Pa，若S1=S2，兩斷面間的高差Z1-Z2=100米，巷道中

m12=1.2kg/m3，求：1、2兩斷面間的通風阻力，並判斷風流方向。解：假設風流方向1

2，列能量方程：

=（101324.7－101858）＋0＋100×9.81×1.2=643.9J/m3。由於阻力值為正，所以原假設風流方向正確，1

2。例2、在進風上山中測得1、2兩斷面的有關參數，絕對靜壓P1=106657.6Pa，P2=101324.72Pa；標高差Z1-Z2=－400m；氣溫t1=15℃，t2=20℃；空氣的相對濕度

1=70%，

2=80%；斷面平均風速v1=5.5m/s，v2=5m/s；求通風阻力LR、hR。解：查飽和蒸汽表得；t1=15℃時，PS1=1704Pa；t2=20℃時，PS2=2337Pa；Z1-Z212

=

382.26J/kg

又

∵=1.23877kg/m3∴=475.19J/m3

或hR=LR×

m=382.26×1.23877=473.53J/m3。第四節能量方程在礦井通風中的應用一、水準風道的通風能量（壓力）坡度線（一）、能量（壓力）坡度線的作法

意義：掌握壓力沿程變化情況；有利於通風管理。如圖所示的通風機－水準風道系統，繪製能量（壓力）坡度線。012345678910P0壓力Pa流程擴散器HthR12hR78１、風流的邊界條件

入口斷面處：風流入口斷面處的絕對全壓等於大氣壓（可用能量方程加以證明，對入口斷面的內外側列能量方程並忽略極小的入口流動損失），即：

Ptin=P0，所以，htin=0，hin=-hvin；出口斷面處：風流出口斷面處的絕對靜壓等於大氣壓（可用能量方程加以證明，對出口斷面的內外側列能量方程並忽略極小的出口流動損失），即：

Pex=P0，所以，hex=0，htex=hvex；２、作圖步驟１）、以縱坐標為壓力（相對壓力或絕對壓力），橫坐標為風流流程。２）、根據邊界條件確定起始點位置。３）、將各測點的相對靜壓和相對全壓與其流程的關係描繪在座標４）、最後將圖上的同名參數點用直線或曲線連接起來，就得到所要繪製的能量（壓力）坡度線。（二）、能量（壓力）坡度線的分析1、通風阻力與能量（壓力）坡度線的關係由於風道是水準的，故各斷面間無位能差，且大氣壓相等。由能量方程知，任意兩斷面間的通風阻力就等於兩斷面的全壓差：

（∵P0i=P0j）

a、抽出段求入口斷面至i斷面的通風阻力，由上式得：

hR0～i=ht0－hti=－hti

（ht0=0）

即：入口至任意斷面i的通風阻力（hR0～i）就等於該斷面的相對全壓（hti）的絕對值。求負壓段任意兩斷面（i、j）的通風阻力：

hRi～j=Pti－Ptj

∵

hti=Pti-P0i

又∵|hti|=|hi|－hvi

代入上式得：Pti=P0i－|hi|－hvi

同理：Ptj=P0i－|hj|－hvj

∴hRi～j=(P0i－|hi|－hvi)－(P0i－|hj|－hvj)

＝|hj|－|hi|+hvj－hvi

＝|htj|－|hti|若hvi＝hvjhRi～j＝|hj|－|hi|b、壓入段求任意斷面i至出口的通風阻力，由上式得：

hRi～10=hti－ht10=hti－hv10(h10=0）

即：壓入段任意斷面i至出口的通風阻力（hRi～10）等於該斷面的相對全壓（hti）減去出口斷面的動壓（hv10）。

求正壓段任意兩斷面（i、j）的通風阻力：同理可推導兩斷面之間的通風阻力為：

hRi～j＝hti

－htj2、能量（壓力）坡度線直觀明瞭地表達了風流流動過程中的能量變化。絕對全壓（相對全壓）沿程是逐漸減小的；絕對靜壓（相對靜壓）沿程分佈是隨動壓的大小變化而變化。3、擴散器回收動能（相對靜壓為負值）所謂擴散器回收動能，就是在風流出口加設一段斷面逐漸擴大的風道，使得出口風速變小，從而達到減小流入大氣的風流動能。擴散器安設的是否合理，可用回收的動能值（

hv）與擴散器自身的通風阻力（hRd）相比較來確定，即：

hv=hvex－hvex’

hRd

合理

hv=hvex－hvex’<hRd

不合理在壓入段出現相對靜壓為負值的現象分析，如上圖，對9～10段列能量方程：

hR9～10=(P9＋hv9)－(P10+hv10)=P9＋hv9－P0－hv10

=h9＋hv9－hv10∴h9=hR9～10－（hv9－hv10）如果：hv9－hv10>hR9～10，則，

h9<0（為負值）因此，測定擴散器中的相對靜值就可判斷擴散器的安裝是否合理，相對靜壓的負值越大，其擴散器回收動能的效果越好。1099（三）、通風機全壓（Ht）1、通風機全壓的概念通風機的作用：就是將電能轉換為風流的機械能，促使風流流動。通風機的全壓Ht等於通風機出口全壓與入口全壓之差：

Ht=Pt6－Pt5

2、通風機全壓Ht與風道通風阻力、出口動能損失的關係由能量方程和能量（壓力）坡度線可以看出：

hR6～10=Pt6－Pt10∴

Pt6=hR6～10＋Pt10，

hR0～5=Pt0－Pt5∴Pt5=Pt0－hR0～5，

Ht=Pt6－Pt5=hR6～10＋Pt10－（Pt0－hR0～5）

=hR6～10＋P0＋hv10－（P0－hR0～5）=hR6～10＋hv10＋hR0～5

Ht=hR0～10＋hv10

∴通風機全壓是用以克服風道通風阻力和出口動能損失。通風機用於克服風道阻力的那一部分能量叫通風機的靜壓Hs。

Hs=hR0～10,Ht=Hs

＋hv10

兩個特例：a）、無正壓通風段（6斷面直接通大氣）通風機全壓仍為：Ht=Pt6－Pt5

∵Pt5=Pt０－hR０～5

；Pt6=P0＋hv6∴Ht=hR０～5＋hv6b）、無負壓通風段（５斷面直接通大氣）

∵

Pt6=hR6～10＋Pt10，Pt10=P0＋hv10；Pt5=P0∴Ht=hR6～10＋hv10

無論通風機作何種工作方式，通風機的全壓都是用於克服風道的通風阻力和出口動能損失；其中通風機靜壓用於克服風道的通風阻力。抽出式通風方式壓入式通風方式5066510二、通風系統風流能量（壓力）坡度線(一)通風系統風流能量（壓力）坡度線繪製礦井通風系統的能量（壓力）坡度線(一般用絕對壓力)的方法：是沿風流流程佈設若干測點，測出各點的絕對靜壓、風速、溫度、濕度、標高等參數，計算出各點的動壓、位能和總能量；然後在壓力（縱坐標）－－風流流程（橫坐標）座標圖上描出各測點，將同名參數點用折線連接起來，即是所要繪製的通風系統風流能量（壓力）坡度線。以下圖所示簡化通風系統為例，說明礦井通風系統中有高度變化的風流路線上能量(壓力)坡度線的畫法。１２３４作圖步驟：1.確定基準面。一般地，以最低水準(如2-3)為基準面。2.測算出各斷面的總壓能(包括靜壓、動壓和相對基準面的位能)。3.選擇坐標系和適當的比例。以壓能為縱坐標，風流流程為橫坐標，把各斷面的靜壓、動壓和位能描在坐標系中，即得1、2、3、4斷面的總能量。4.把各斷面的同名參數點用折線連接起來，即得1－２－３－４流程上的壓力坡度線。01234b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b

(b1)c(c1)dd1d2P0Pa壓能eEP01EP04HNHt流程(二)礦井通風系統能量（壓力）坡度線的分析1、能量（壓力）坡度線（a-b-c-d）清楚地反映了風流在流動過程中，沿程各斷面上全能量與通風阻力hR之間的關係。全能量沿程逐漸下降，從入風口至某斷面的通風阻力就等於該斷面上全能量的下降值（如b0b），任意兩斷面間的通風阻力等於這兩個斷面全能量下降值的差。2、絕對全壓和絕對靜壓坡度線的坡度線變化有起伏（如1~2段風流由上向下流動，位能逐漸減小，靜壓逐漸增大；在3~4段其壓力坡度線變化正好相反，靜壓逐漸減小，位能逐漸增大）。說明，靜壓和位能之間可以相互轉化。3、1、４斷面的位能差(EP01-EP04)叫做自然風壓(HN)。HN和通風機全壓（Ht)共同克服礦井通風阻力和出口動能損失。

HN+Ht(d2~e)=(d0~d)+(d1~d2)４、能量（壓力）坡度線可以清楚的看到風流沿程各種能量的變化情況。特別是在複雜通風網路中，利用能量（壓力）坡度線可以直觀地比較任意兩點間的能量大小，判斷風流方向。這對分析研究局部系統的均壓防滅火和控制瓦斯湧出是有力的工具。（例見Ｐ３３）例2

如圖2-4-4所示的同采工作面簡化系統，風流從進風上山經繞道1分為二路；一路流經1－２－３－４(2－３為工作面Ⅰ)；另一路流經１－５－６－４（５－６為工作面Ⅱ）。兩路風流在回風巷匯合後進入回風上山。如果某一工作面或其采空區出現有害氣體是否會影響另一工作面？

解：要回答這一問題，可以借助壓力坡度線來進行分析。為了繪製壓力坡度線，必須對該局部系統進行有關的測定。根據系統特點，沿風流流經的兩條路線分別佈置測點，測算出各點的總壓能。根據測算的結果即可繪出壓力坡度線見圖2-4-5。由壓力坡度線可見，1－２－３－４線路上各點風流的全能量大於１－５－６－４線路上各對應點風流的全能量。所以工作面Ⅰ通過其采空區向工作面Ⅱ漏風，如果工作面Ⅰ或其采空區發生火災時其有害氣體將會流向工作面Ⅱ，影響工作面Ⅱ的安全生產。123456ⅠⅡ0123456ⅠⅡ壓力流程三、通風系統網路相對壓能圖和相對等熵靜壓圖

對於較複雜的通風系統，由於井巷分支多，結構複雜，用壓力坡度線表示就會出現坡度線相互交錯，給使用帶來不便。為此提出了使用通風系統網路相對壓能圖或相對等熵靜壓圖。實質：就是節點賦於壓能值的通風系統網路圖。壓能圖各節點的壓能值是相對於某一基準面所具有的總能量值；或是相對某一參考面（如進風井口等）之間的通風阻力。壓能圖的繪製與能量（壓力）坡度線的繪製基本相同。

波蘭學者提出了用相對等熵靜壓圖來表示通風系統中風流各點的能位關係，因為某一節點的相對靜壓hi=Pi-P0i

，而井巷風流的P0i未知。假設大氣壓隨高度變化屬理想的絕熱等熵過程，根據氣態方程可推算P0i，記為Pi。只要實測出通風系統中風流i點的絕對靜壓Pi，它與對應高度的等熵靜壓之差就是相對等熵靜：以相對等熵靜壓為縱坐標，橫坐標無標量，按通風系統結構佈置，即可畫出相對等熵靜壓圖。井巷通風阻力

當空氣沿井巷運動時，由於風流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風流的阻滯、擾動作用而形成通風阻力，它是造成風流能量損失的原因。井巷通風阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。第一節井巷斷面上風速分佈一、風流流態1、管道流同一流體在同一管道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態。當流速較低時，流體質點互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運動，稱為層流(或滯流)。當流速較大時，流體質點的運動速度在大小和方向上都隨時發生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為紊流(或湍流)。

（１）雷諾數－Re

式中：平均流速v、管道直徑d和流體的運動粘性係數。

在實際工程計算中，為簡便起見，通常以Re=2300作為管道流動流態的判定准數，即：

Re≤2300層流，Re＞2300紊流（２）當量直徑對於非圓形斷面的井巷，Re數中的管道直徑d應以井巷斷面的當量直徑de來表示：因此，非圓形斷面井巷的雷諾數可用下式表示：

對於不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的關係，可用下式表示：式中：C—斷面形狀係數：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。

（舉例見P38）2、孔隙介質流在采空區和煤層等多孔介質中風流的流態判別准數為：式中：K—冒落帶滲流係數，m2；l—濾流帶粗糙度係數，m。

層流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；過渡流0.25<Re<2.5二、井巷斷面上風速分佈（１）紊流脈動風流中各點的流速、壓力等物理參數隨時間作不規則（２）時均速度

瞬時速度vx隨時間τ的變化。其值雖然不斷變化，但在一足夠長的時間段T內，流速vx總是圍繞著某一平均值上下波動。Tvxvxt(３）巷道風速分佈由於空氣的粘性和井巷壁面摩擦影響，井巷斷面上風速分佈是不均勻的。

層流邊層：在貼近壁面處仍存在層流運動薄層，即層流邊層。其厚度δ隨Re增加而變薄，它的存在對流動阻力、傳熱和傳質過程有較大影響。在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風速逐漸增大，呈拋物線分佈。平均風速：

式中：巷道通過風量Q。則：Q＝V×Sδvvmaxvmax風速分佈係數：斷面上平均風速v與最大風速vmax的比值稱為風速分佈係數(速度場係數)，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即斷面上風速分佈愈均勻。

砌镟巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護巷道，Kv=0.68～0.82；無支護巷道，Kv=0.74～0.81。第二節摩擦風阻與阻力一、摩擦阻力風流在井巷中作沿程流動時，由於流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學可知，無論層流還是紊流，以風流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計算：Pa

λ－無因次係數，即摩擦阻力係數，通過實驗求得。

d—圓形風管直徑，非圓形管用當量直徑；1．尼古拉茲實驗實際流體在流動過程中，沿程能量損失一方面（內因）取決於粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數Re來衡量；另一方面（外因）是固體壁面對流體流動的阻礙作用，故沿程能量損失又與管道長度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關。其中壁面粗糙度的影響通過λ值來反映。

1932～1933年間，尼古拉茲把經過篩分、粒徑為ε的砂粒均勻粘貼於管壁。砂粒的直徑ε就是管壁凸起的高度，稱為絕對糙度；絕對糙度ε與管道半徑r的比值ε/r稱為相對糙度。以水作為流動介質、對相對糙度分別為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進行試驗研究。對實驗數據進行分析整理，在對數座標紙上畫出λ與Re的關係曲線，如圖3-2-1所示。結論分析：

Ⅰ區——層流區。當Re＜2320(即lgRe＜3.36)時，不論管道粗糙度如何，其實驗結果都集中分佈於直線Ⅰ上。這表明λ與相對糙度ε/r無關，只與Re有關，且λ=64/Re。與相對粗糙度無關

Ⅱ區——過渡流區。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，在此區間內，不同相對糙度的管內流體的流態由層流轉變為紊流。所有的實驗點幾乎都集中線上段Ⅱ上。λ隨Re增大而增大，與相對糙度無明顯關係。Ⅲ區——水力光滑管區。在此區段內，管內流動雖然都已處於紊流狀態(Re＞4000)，但在一定的雷諾數下，當層流邊層的厚度δ大於管道的絕對糙度ε（稱為水力光滑管）時，其實驗點均集中在直線Ⅲ上，表明λ與ε仍然無關，而只與Re有關。隨著Re的增大，相對糙度大的管道，實驗點在較低Re時就偏離直線Ⅲ，而相對糙度小的管道要在Re較大時才偏離直線Ⅲ。Ⅳ區——紊流過渡區，即圖中Ⅳ所示區段。在這個區段內，各種不同相對糙度的實驗點各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關，也與ε/r有關。δεⅤ區——水力粗糙管區。在該區段，Re值較大，管內液流的層流邊層已變得極薄，有ε>>δ，砂粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核心中，故Re對λ值的影響極小，略去不計，相對糙度成為λ的唯一影響因素。故在該區段，λ與Re無關，而只與相對糙度有關。摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力平方區，尼古拉茲公式：2．層流摩擦阻力當流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導出摩擦阻力計算式：

∵μ=ρ·ν∴

可得圓管層流時的沿程阻力係數：古拉茲實驗所得到的層流時λ與Re的關係，與理論分析得到的關係完全相同，理論與實驗的正確性得到相互的驗證。

層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3、紊流摩擦阻力

對於紊流運動，λ=f(Re，ε/r)，關係比較複雜。用當量直徑de=4S/U代替d，代入阻力通式，則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式：二、摩擦阻力係數與摩擦風阻1．摩擦阻力係數α

礦井中大多數通風井巷風流的Re值已進入阻力平方區，λ值只與相對糙度有關，對於幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一定，則λ可視為定值；在標準狀態下空氣密度ρ=1.2kg/m3。對上式，令：

α稱為摩擦阻力係數，單位為kg/m3或N.s2/m4。則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式寫為：

標準摩擦阻力係數：通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力係數，即所謂標準值α0值，當井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時，其α值應按下式修正：2．摩擦風阻Rf

對於已給定的井巷，L、U、S都為已知數，故可把上式中的α、L、U、S歸結為一個參數Rf：：

Rf稱為巷道的摩擦風阻，其單位為：kg/m7或N.s2/m8。

工程單位：kgf.s2/m8

，或寫成：kμ。1N.s2/m8=9.8kμRf＝f(ρ,ε,S,U,L)

。在正常條件下當某一段井巷中的空氣密度ρ一般變化不大時，可將Rf看作是反映井巷幾何特徵的參數。則得到紊流狀態下井巷的摩擦阻力計算式寫為：此式就是完全紊流(進入阻力平方區)下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力計算方法新建礦井：查表得α0αRfhf

生產礦井：hfRfαα0

四、生產礦井一段巷道阻力測定1、壓差計法用壓差計法測定通風阻力的實質是測量風流兩點間的勢能差和動壓差，計算出兩測點間的通阻力。其中：右側的第二項為動壓差，通過測定１、２兩斷面的風速、大氣壓、幹濕球溫度，即可計算出它們的值。第一項和第三項之和稱為勢能差，需通過實際測定。

1）佈置方式及連接方法＋－＋－z1z2１２２１２）阻力計算壓差計“＋”感受的壓力：壓差計“－”感受的壓力：

故壓差計所示測值：設且與1、2斷面間巷道中空氣平均密度相等，則：式中：Z12為1、2斷面高差，h值即為1、2兩斷面壓能與位能和的差值。根據能量方程，則1、2巷道段的通風阻力hR12為：

把壓差計放在1、2斷面之間，測值是否變化？2、氣壓計法由能量方程：hR12=(P1-P2)+(

1v12/2-2v22/2)+

m12gZ12用精密氣壓計分別測得1，2斷面的靜壓P1，P2用幹濕球溫度計測得t1,t2,t1’,t2’,和

1,2，進而計算

1，

2用風表測定1，2斷面的風速v1,v2。

m12為1，2斷面的平均密度，若高差不大，就用算術平均值，若高差大，則有加權平均值；Z12——1，2斷面高差，從採掘工程平面圖查得。可用逐點測定法，一臺儀器在井底車場監視大氣壓變化，然後對上式進行修正。hR12=(P1-P2)+P12（+(

1v12/2-2v22/2)+

m12gZ12例題3-3某設計巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，採用工字鋼棚支護，支架截面高度d0=14cm，縱口徑Δ=5，計畫通過風量Q=1200m3/min，預計巷道中空氣密度ρ=1.25kg/m3，求該段巷道的通風阻力。解根據所給的d0、Δ、S值，由附錄4附表4-4查得:α0=284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4則：巷道實際摩擦阻力係數Ns2／m4巷道摩擦風阻巷道摩擦阻力 第三節局部風阻與阻力由於井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區受到影響而破壞，從而引起風流速度場分佈變化和產生渦流等，造成風流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。由於局部阻力所產生風流速度場分佈的變化比較複雜性，對局部阻力的計算一般採用經驗公式。一、局部阻力及其計算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動壓的倍數來表示：

式中：ξ——局部阻力係數，無因次。層流ξ

計算局部阻力，關鍵是局部阻力係數確定，因v=Q/S,當ξ確定後，便可用

幾種常見的局部阻力產生的類型：１、突變紊流通過突變部分時，由於慣性作用，出現主流與邊壁脫離的現象，在主流與邊壁之間形成渦漩區，從而增加能量損失。２、漸變主要是由於沿流動方向出現減速增壓現象，在邊壁附近產生渦漩。因為Vhvp

，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨於0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現與主流相反的流動，面渦漩。

３、轉彎處流體質點在轉彎處受到離心