第三章 矿井通风阻力汇总

矿井通风教案

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第三章 矿井通风阻力

矿井通风阻力：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，部分机械能不可逆地转换为热能而引起的机械能损失。或风流流动过程中的阻滞作用，称通风阻力。分摩擦阻力和局部阻力。

§3—1 摩擦阻力

一、摩擦阻力定律

由于空气具有粘性，空气在流动过程中与井巷四周壁的摩擦以及空气分子之间的相互摩擦而产生的阻碍风流流动的阻力，称摩擦阻力。摩擦阻力是矿井通风的重要参数。风流在紊流状态下的摩擦阻力表达式为：

h摩＝23QSLU

式中： h摩—井巷的摩擦阻力，Pa ；

L—井巷长度

U—井巷断面周长，m。梯形U＝4.16S；三心拱：U＝4.1S；

半园拱：U＝3.84S 。

S—井巷断面，m2；

Q—井巷通过的风量，m3/s；

—井巷的摩擦阻力系数（又叫达西系数），＝8，与井巷的粗糙度（）、空气的密度（）有关，见附表。

上式说明：当井巷通过的风量一定时，摩擦阻力与巷道的长度与断面的周长成正比，与断面的立方成反比；当井巷的参数一定时，通风阻力与井巷通过风量的平方成正比。因此，当井巷变形，通风阻力很大时，采取扩充巷道断面来降低通风阻力往往是最佳措施；采取分区通风，避免风量过分集中，可取得良好的降阻效果。

对于一定的井巷，其参数在一定时期内是一定的，令R摩＝3SLU——称摩擦风阻，则上式为：

h摩＝R摩Q2

必须注意：①h摩是1立方米空气在流动过程中的能量损失，R摩是风流流动的阻抗参数，取决于巷道特征；

②h摩＝R摩Q2，即井巷通过风量的变化而变化，R摩＝3SLU，对于特定的矿井通风教案

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井巷是个定值，不随风量变化而变化。

二、降低摩擦阻力的措施

1、扩大井巷断面，是降阻的主要措施；

2、缩短风路，如密闭旧巷等；

3、选用周边长较小的井巷断面；

4、选用粗糙度小的材料支护；

5、避免风量的过度集中等。

例：某梯形木支护巷道长为400m，断面4.6m2，通过的风量8m3/s，测得

h摩＝39.2Pa，求R摩＝？＝？若其他条件不变，通过的风量16m3/s时，h摩＝？

解：R摩＝2Oh摩＝282.39＝0.6125

＝LURS3＝6.416.44006.46125.03＝0.0167

h摩＝R摩Q2＝0.6125×162＝156.8 （Pa）

显然，风量增加1倍，阻力增加了4倍。

上例中，若其他条件不变，断面为6.9 m2时，求h摩＝？

h摩＝23QSLU＝2389.69.616.44000167.0＝14.22 （Pa）

即断面增加50%，阻力为原来的9.1%。

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§3—2 局部阻力

因井巷参数的突然变化，导致风流方向的突然改变或冲击，形成风流的紊乱或涡流而产生的阻力叫局部通风阻力。

一、局部通风阻力定律

h局＝222QS

式中： h局—井巷的局部通风阻力，Pa；

—局部阻力系数，见附表。

 —空气密度；kg/m3；

S—井巷断面积，m2；

Q—井巷通过的风量，m3/s。

对于特定的井巷，其参数为一常数，令R局＝22S——称局部风阻，则上式为：

h局＝R局Q2

在进行通风设计时，局部阻力一般不计算，一般按摩擦阻力的10%计入，即取摩擦阻力的1.1倍作为矿井通风的总阻力。

二、降低局部阻力的措施

1、避免巷道突然转弯、突然分叉与汇合等。巷道拐弯要平缓，以弧形过度，并加大曲率半径，尽量避免直角转弯。根据实验，巷道一个直角转弯的阻力相当于83m长同等断面直线巷道的阻力。

2、避免断面突然变化。巷道断面突然扩大和缩小的地方风流变化剧烈，风流产生涡流，致使风流受到冲击和阻碍，因此，在掘进巷道时要尽量做到断面一致，需要扩大或缩小时，要通过过渡段，采用逐步扩大或缩小的方式，以减少局部通风阻力。

3、要及时清除巷道中的堆积物，避免在风量集中断面较小的巷道内停放矿车、设备、坑木等。如一个相当于巷道断面积15%～20%矿车的阻力相当于30m长巷道的阻力；若矿车占停放巷道断面的40%时，则相当于120m长的巷道阻力。因此，巷道中不应放置和堆积无用的东西，如果需要暂时堆放时，也应疏散放置，特别是采煤工作面的上下风巷更应注意。

4、通风机风流入口处要按集风器，风流出口要按扩散器；局部通风的风筒要吊挂平直等。

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§3—3 通风阻力定律

一、矿井通风阻力定律

1、矿井通风阻力定律

矿井通风的摩擦阻力、局部阻力以及其他阻力等，构成矿井通风的总阻力，可用下式表示：

h＝）（过渡流，（层流）（完全紊流）2~12xRQRQRQ

矿井通风多为紊流，即：h＝RQ2。由该式可知：

①井巷通过的风量越大，通风阻力越大。对于特定的巷道要增加风量时，必须提高井巷两端的压力差；

②特定井巷的风量，取决于井巷的风压与风阻以及风阻的匹配情况，即特定井巷的风量并不是任意给的。

2、风阻特性曲线

以纵坐标表示通风阻力，以横坐标表示

通过的风量，所得的二次曲线，称风阻特性

曲线，如图。

（方法：分别给出风量值，求出对应的阻力值，

在坐标图上找出坐标点，然后用平滑的曲线连接可得）

例：分别绘制 h＝0.1Q2和h＝0.2Q2的风阻特性曲线。

解：由h＝0.1Q2和h＝0.2Q2，当分别给出不同的风量值时，对应的风压值如表。

Q 0 10 20 30

40

h＝0.1Q2 0 10 40 90 160 h＝0.2Q2 0 20 80 180 320

显然，井巷风阻越大，曲线越陡；

井巷风阻越小，曲线越平缓。

风阻曲线可图解法解算通风网路，如求矿井主要通风机的工作点等。

二、井巷通风特性

1、风阻

风阻反映了井巷的固有特性，其大小与巷道参数有关。因此，风阻可反映矿井通风难易程度。风阻越大，相同风压下的供风量越小，通风越困难。否则相反。

根据风阻值的大小，将矿井通风的难易程度分为三级，如表。

2、等积孔

等积孔：衡量矿井或风巷通风难易程度的假想薄壁孔口面积值。即假设一矿井通风教案

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个薄板，其上有一个孔，当通过的风量等于矿井的风量，两侧的压力等于矿井的风压时，其孔口的大小恰好与矿井风阻相当，该孔口的面积就称为该矿井（井巷）的等积孔，单位，m2。

等积孔与风阻、风量与风压的关系为：

A＝1.19hQ m2

将 h＝RQ2代入上式得：

A＝R19.1 m2

上式说明：①井巷风阻越大，等积孔越小，井巷通风越困难；否则相反；②对于一定的等积孔，在压力一定时，产生的风量是一定的。

根据矿井通风等积孔大小，将矿井通风的难易程度分为三级，如表。

矿井通风难易程度划分

矿井通风阻力等级 通风难易程度 风阻值 等积孔

大阻力矿井

困难 ＞1.42 ＜1

中阻力矿井 中等 1.42～0.35 1～2

小阻力矿井 容易 ＜0.35

＞2

例1、某矿井的风量为100m3/s，风压2158Pa，分析矿井的通风难易程度并绘制风阻特性曲线。

解：由 h＝RQ2 得

R＝2Qh＝21002158＝0.2158＜0.35

A＝1.19hQ＝1.1921581002＝2.56 ＞2 （m2）

或：A＝R19.1＝2158.019.1＝2.56 （m2）

（作图略）

答：由于R＝0.2158＜0.35（或：A＝2.56＞2）所以矿井通风容易。

3、应注意的问题

⑴等积孔是实际中不存在的、形象化替代风阻的表达值；

⑵等积孔可反映矿井通风的难易程度，但不能反映矿井通风的状况；

⑶多个风井通风时，应分别计算；

⑷计算时要主义单位； 矿井通风教案

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⑸等积孔的大小要注意合理性，等积孔的建议值为：

等积孔的建议值

小型矿井 中型矿井 大型矿井 特大型矿井

高瓦斯矿 1.5～2.0 2.0～3.5 3.0～4.5 4.5～6.0

低瓦斯矿 1.0～1.5 1.5～2.0 2.0～3.0 3.0～4.0

三、矿井通风阻力应满足的要求

矿井通风系统风量

m3/min 系统飞通风阻力

Pa

＜3000 ＜1500

3000～5000 ＜2000

5000～10000 ＜2500

10000～20000 ＜2940

＞20000 ＜3920

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§3—4 通风阻力测量

矿井通风测量：测定矿井通风参数的工作。

矿井风量测量：检测矿井井巷中风流流量的工作。

矿井通风阻力测定：测量矿井井巷中风流的摩擦阻力和局部阻力的工作。

一、测量的内容

1、测算风阻值R

由 h＝RQ2 得 R＝2Qh

h＝P1总－P2总

＝（P1＋h速1＋h位1）－（P2＋h速2＋h位2）

Q＝SV

2、测算摩擦阻力系数

由h摩＝23QSLU 得 ＝23ULQhS

所测得的值，必须换算成标准值

标＝测2.1

3、测定通风阻力与分布

各测量段的阻力计算式子为：

h＝P1总－P2总

＝（P1＋h速1＋h位1）－（P2＋h速2＋h位2）

4、矿井气候条件及风量

内容包括温度、湿度、风速和风量等。

二、测定依据

能量方程

h＝P1总－P2总

＝（P1＋h速1＋h位1）－（P2＋h速2＋h位2）

三、测定方法

1、测定路线和测点的选择

分主要线路和次要线路。线路最长，需要风量最大的线路为主要线路；除主要线路以外的线路为次要线路。

测点应避开风流分叉与汇合点或巷道断面突然变化等风流流动不稳定处。若测点布置在分叉与汇合点前时，应距分叉与汇合点（3~4）B；若测点布置在分叉与汇合点后时，应距分叉与汇合点（12~14）B。

2、仪器、工具