下载文档原格式
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＝α23Q SLU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，m 2；Q —井巷通过的风量，m 3/s ；α—井巷的摩擦阻力系数（又叫达西系数），α＝8λρ，与井巷的粗糙度（λ）、空气的密度（ρ）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＝α3SLU——称摩擦风阻，则上式为：h 摩＝R 摩Q 2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Q 2，即井巷通过风量的变化而变化，R 摩＝αLU，对于特定的井巷是个定值，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4.6m 2，通过的风量8m 3/s ，测得 h 摩＝39.2Pa ，求R 摩＝？α＝？若其他条件不变，通过的风量16m 3/s 时，h 摩＝？解：R 摩＝2O h 摩＝282.39＝0.6125α＝LU RS 3＝6.416.44006.46125.03⨯⨯＝0.0167 h 摩＝R 摩Q 2＝0.6125×162＝156.8 （Pa ）显然，风量增加1倍，阻力增加了4倍。
断面摩阻系数a净周长P 巷道长L 净断面S 形状方式(N.S 2/m 4)(m)(m)(m 2)1毛顶坪平硐三心拱裸巷0.027.660 5.1132.6512运输巷三心拱裸巷0.027.6210 5.1132.6513联络巷梯 形裸巷0.027.6300 5.1132.6514采区运输巷矩形裸巷0.027.6100 3.959.3195采面矩 形裸巷0.027.6170 3.959.3196采区回风巷0.027.61207总回风巷三心拱裸巷0.027.61203.959.3198小计9加15%局部阻力10合 计断面支护摩阻系数a 净周长P 巷道长L 净断面S 形状方式(N.S 2/m 4)(m)(m)(m 2)1+272m主平硐三心拱裸巷0.0513.22010.51157.6252运输巷三心拱裸巷0.0513.23210.51157.6253联络巷梯 形裸巷0.059.5830 4.87115.50134采区运输巷矩形裸巷0.049.5810 4.87115.50135采面矩 形裸巷0.0416301640966采区回风巷矩形裸巷0.049.5820 4.87115.50137总回风巷三心拱裸巷0.058.66705.66181.32158小计9加15%局部阻力10合 计矿井最小通风阻力计算序号巷道名称S 3矿井最大通风阻力计算S3矿井通风巷道负压损失用下式计算:h=α×L×P×Q 2/S 3风阻R=α×L×P/S 3风速序号巷道名称风量Q 风阻R 风速V 负压h (m 3/s)(Ku)(m/s)(Pa)9.127.454.760.068751838 1.4509804 3.76485062331.927.454.760.240631431 1.450980413.1769771845.67.454.760.343759188 1.450980418.8242531215.27.454.760.256241676 1.897435914.031794225.847.454.760.43561085 1.897435923.8540501418.247.454.760.307490012 1.897435916.8381530490.4900782913.57351174104.06359风量Q 风阻R 风速V 负压h (m 3/s)(Ku)(m/s)(Pa)13.210.6112.360.011402656 1.01 1.28120246221.1210.6112.360.01824425 1.01 2.04992393914.3710.6112.360.124414181 2.7413.979177363.832 4.217.640.0331771150.860.58524430719.2 4.217.640.00468750.260.08268757.664 4.217.640.066354230.86 1.17048861330.3110.6112.360.1671616481.8718.7822827137.93100695.68965103443.6206579计算α×L×PQ 2计算Q 2α×L×P×Q 2/S 3风速V=Q/S。
通风阻力计算说明一、风量计算根据采掘工作面配备和接替情况，1个综采工作面生产，1个安装工作面，11个掘进工作面、8个硐室均独立通风计算需要风量。
需风量按下列要求分别计算，并选用其中最大值。
{1}按区内所有作业场所实际需要风量的总和计算Q区=K区（ΣQ采+ΣQ掘+ΣQ硐+ΣQ它），m3/min式中：Q区—所有独立通风用风地点需风量之和，m3/minK区—风量不均衡系数，取值一般为1.10～1.15，取1.1ΣQ采—采煤工作面需风量之和，m3/minΣQ掘—掘进工作面需配风量之和，m3/minΣQ硐—独立通风硐室需风量之和，m3/minΣQ它—采掘工作面、硐室以外的其它作业场所和需要独立通风的巷道风量之和，m3/min。
（1）采煤工作面配风量采煤工作面，需风量按下列要求分别计算，并选取其中最大值。
①按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：Q采=100（67）×q采×K采通式中：Q采—采煤工作面风量，m3/min100（67）—单位瓦斯（二氧化碳）涌出量配风量，m3/min，以回风流瓦斯浓度1%或二氧化碳1.5%的换算值q采—采煤工作面回风巷风流中瓦斯或二氧化碳平均绝对涌出量，瓦斯绝对涌出量取4m3/min，二氧化碳绝对涌出量取1.2 m3/minK采通—采煤工作面瓦斯涌出不均衡系系数，一般K采通=1.2~1.6，取1.2Q采CH4=100×4×1.2=800m3/minQ采CO2=67×1.2×1.2=160.8m3/min②按工作面气温条件计算：Q采=60×70%×V采×S采×K高×K长式中：Q采—采煤工作面风量，m3/minV采—采煤工作面风速，根据采煤工作面空气温度与风速对应表，工作面温度为23℃左右，取1.4m/sS采—采煤工作面平均断面积，20m2K高—采煤工作面采高调整系数，采高>2.5及放顶煤面，取1.2K长—采煤工作面长度调整系数，工作面长度200m>180m，取1.3 Q采=60⨯0.7⨯1.4×20×1.2×1.3=1834.6m3/min③按采煤工作面每班工作最多人数计算：Q采=4N采式中：N采—采煤工作面同时工作的最多人数，取26人Q采=4⨯26=104m3/min④按风速进行验算选取上述最大值Q采=1834.6m3/min，取1835 m3/mina、按最低风速验算，采煤工作面的最低风量（Q采）Q采>15S采=15×20=300 m3/min式中：S采—采煤工作面平均断面积，取20m2b、按最高风速验算，采煤工作面的最高风量（Q采）Q采<240S采= 240×20=4800m3/min式中：S采—采煤工作面平均断面积，取20m2即：300<1966<4800，符合要求。
华蓥市老岩湾煤业有限公司矿井通风总阻力计算沿着矿井通风容易时期和矿井通风困难时期的通风路线计算矿井通风总阻力。
通风摩擦阻力计算公式如下： h=23Q S P L a ⋅⋅⋅ 式中：h —— 通风摩擦阻力，Pa ；α—— 井巷摩擦阻力系数，N.S 2/m 4； L —— 井巷长度，m ； P —— 井巷净断面周长，m ； Q —— 通风井巷的风量，m 3/s ； S —— 井巷净断面面积，m 2； 通风局部阻力取同时期摩擦阻力的15％。
经计算，矿井通风容易时期采用中央分列式通风系统，其总阻力h 为573.99Pa ；矿井通风困难时期采用两翼对角式通风系统，其北风井和南平硐风井阻力分别为489.42Pa 、401.51Pa 。
(详见矿井通风阻力计算表5-2-2、表5-2-3、表5-2-4)。
五、对矿井通风状况的评价 计算矿井的风阻和通风等积孔a 、矿井通风容易时期采用中央分列式通风系统，矿井的总风阻R 易和矿井通风等积孔A 易为：R 易 =h 易/ Q 易2 =573.99÷30.42 =0.62N ·S 2/m 8 A 易 =易易h Q /19.1 =1.19×30.4÷99.573 =1.51m 2b 、矿井通风困难时期采用两翼对角式通风系统，其北风井的风阻R 1、通风等级孔A 1和南平硐风井的风阻R 2、通风等级孔A 2以及矿井的通风等积孔A 难为：R 1 =h 1/ Q 12 =489.42÷15.952 =1.92N ·S 2/m 8 A 1 =11/19.1h Q=1.19×15.95÷42.489 =0.86m 2 R 2 =h 2/ Q 22 =401.51÷12.552 =2.55N ·S 2/m 8 A 2 =22/19.1h Q=1.19×12.55÷51.401 =0.75 m 2A 难=()11111121)(19.1Q Q h Q h Q Q Q +++⨯=()55.1295.1551.40155.1242.48995.15)55.1295.15(19.1+⨯+⨯+⨯=1.6（m 2）式中： R 易－为矿井通风容易时期的矿井风阻，N ·S 2/m 8；A 易－为矿井通风容易时期的矿井通风等积孔，m 2； h 易―为通风容易时期的矿井通风阻力，Pa ； R 1－为北风井通风困难时期的矿井风阻，N ·S 2/m 8； A 1－为北风井通风困难时期的通风等积孔，m 2；h 1―为北风井通风困难时期的矿井通风阻力，Pa；Q1－为北风井通风困难时期的风量，(m3/s)R2－为南平硐风井通风困难时期的矿井风阻，N·S2/m8；A2－为南平硐风井通风困难时期的通风等积孔，m2；h 2―为南平硐风井通风困难时期的矿井通风阻力，Pa；Q2－南平硐风井通风困难时期的风量，(m3/s)A难－为矿井通风困难时期的总通风等级孔，(m2)经计算，矿井通风容易时期的风阻R易为0.62N·S2/m8，矿井通风等积孔A易为1.51m2，通风难易程度为中等。
第二节矿井通风阻力计算3.2.1 矿井通风阻力计算原则（1）矿井通风的总阻力，不应超过2940Pa。
（2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井宜按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。
3.2.2 矿井通风总阻力计算3.2.2.1摩擦阻力风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦，因而产生阻力，这种阻力叫做摩擦阻力。
它是矿井通风总阻力的主要组成部分，是矿井通风设计、选择扇风机的主要参数。
摩擦阻力计算公式为式中： h —摩擦阻力，Pa；α—摩擦阻力系数，N·s2/m4；L—井巷长度，m；U—井巷周界，m；S—井巷断面积，m2；R—井巷摩擦风阻，N·s2/m8；Q—井巷内的风量，m3/s；各段井巷的α值根据巷道所选取的支护形式来确定，L，S值可由已知表中所给材料查出，风量按需分配。
矿井通风容易时期通风网络图见最后设计图所示。
各种巷道的周长换算公式如下：式中：C—断面形状系数，梯形巷道，C=4.16，三心拱，C=3.85；半圆拱，C=3.90。
计算井巷摩擦阻力时，应选择巷道长度最长的一个分支来进行计算。
当上山采区将采完，即将准备接替到下山采区，此时，矿井通风线路最长，为矿井通风困难时期。
矿井通风困难时期通风网络图见最后设计图所示。
各翼井巷摩擦阻力计算如表3-1、3-2、3-3、3-4所示。
表3-1 东翼容易时期通风阻力计算东翼容易时期通风阻力计算序号井巷区段序号巷道名称支护形式αNS2/m4L/m U/m S/m2s3/(m2)3RfrNS2/m8Qm3/sQ2(m3/s)2hfrpavm/s1 0-1 副井井筒混凝土 0.045 530 21.90 35.80 45883 0.0114 115.22 13276 151.126 3.222 1-2 井底车场及主石门锚喷0.008 200 10.40 14.20 2863 0.0058 111.05 12332 71.668 7.823 2-4 运输大巷锚喷0.010 1250 13.60 12.80 2097 0.0811 57.62 3320 269.132 4.504 4-6 轨道上山到变电所锚喷0.010 325 12.00 10.10 1030 0.0379 1.00 1 0.038 0.105 6-10 轨道上山到掘进面锚喷0.010 150 12.00 10.10 1030 0.0175 4.00 16 0.280 0.406 10-22 轨道上山到采煤面锚喷0.010 175 12.00 10.10 1030 0.0204 11.80 139 2.838 1.177 22-24 区段进风石门锚喷0.010 145 12.90 9.60 885 0.0211 17.80 317 6.699 1.858 24-28 综采进风平巷U型支护0.037 1260 12.90 9.60 885 0.6797 17.80 317 215.372 1.859 28-30 综采工作面液压支架0.054 150 11.95 7.80 475 0.2040 17.80 317 64.626 2.2810 30-38 综采回风平巷U型支护0.037 1260 12.90 9.60 885 0.6797 17.80 317 215.372 1.8511 38-40 采区回风石门锚喷0.010 220 12.40 10.08 1024 0.0266 17.80 317 8.439 1.7712 40-86 风井混凝土 0.020 315 13.60 12.80 2097 0.0409 57.61 3319 135.596 4.50合计hf =∑hi1141.184局部阻力局部阻力=摩擦阻力×10%114.118 计算总阻力计算总阻力=摩擦阻力+局部阻力1255.302 东翼通风容易时期总压力总压力=计算总阻力×1.11380.832。
容易和困难时期阻力计算按照风流经过巷道时产生阻力的方式不同，可分为摩擦阻力和局部阻力，摩擦阻力一般占矿井通风总阻力的90%左右，是选择通风机的主要参数，可由下式计算：h r=α×L×U×Q2/S3=R×Q2（9.14）式中：H r：摩擦阻力，Pa；α：摩擦阻力系数，Kg/m3；L：巷道长度，m；S：巷道净断面面积，m2；U：巷道净断面周长，m；R：井巷摩擦风阻，Ns/m8；U：通过巷道的风量，m3/s；计算出矿井在不同时期的摩擦阻力，考虑到适当的局部阻力系数，按下面两时分别计算出两个时期的井巷通风阻力：表9.9 困难时期巷道通风阻力h rmax=k×∑h frmax（9.15）式中：h rmin：矿井最小通风阻力，pa；h rmax：矿井最大通风阻力，pa；k：局部阻力系数，通风容易时期取1.1，困难时期取1.15；∑h fr：矿井摩擦阻力总和，pa；所以，9.3.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔计算矿井通风总风阻计算公式：R=h r/Q f2（9.11）矿井通风等积孔计算公式：A=1.1896/R0.5（9.12）式中： R——矿井风阻，NS2/m8；h r——矿井总阻力，Pa；Q f——矿井总风量，m3/s；A——矿井等积孔，m2。
容易时期：总风阻为：R=h rmin/Q fmin2=882.13/（7332/60）2 = 0.059 (NS2/m8)总等积孔：A rmin=1.1896/R0.5=1.1896/0.0590.5=4.96（m2）全矿总阻力：h rmax=882.13（Pa）困难时期:总风阻为：R=h rmax/Q fmax2=2377.32/（7332/60）2=0.166（NS2/m8）总等积孔：A min=1.1896/R0.5=1.1896/0.160.5=2.97（m2）全矿总阻力：h rmax=2377.32（Pa）通风容易时期和通风困难时期的等积孔见表9.11：由以上计算看出，本矿井通风容易时期和通风困难时期总等积孔均大于2m2，总风阻均小于0.35 N·S2/m8，属于通风容易矿井。
矿井透气阻力之阳早格格创做第一节透气阻力爆收的本果当气氛沿井巷疏通时，由于风流的粘滞性战惯性以及井巷壁里等对付风流的阻滞、扰动效率而产死透气阻力，它是制成风流能量益坏的本果.井巷透气阻力可分为二类：摩揩阻力(也称为沿程阻力)战局部阻力.一、风流流态（以管讲流为例）共一流体正在共一管讲中震动时，分歧的流速，会产死分歧的震动状态.当流速较矮时，流体量面互没有混纯，沿着与管轴仄止的目标做层状疏通，称为层流(或者滞流).当流速较大时，流体量面的疏通速度正在大小战目标上皆随时爆收变更，成为互相混纯的混治震动，称为紊流(或者湍流).(落矮风速的本果)(二)、巷讲风速分集由于气氛的粘性战井巷壁里摩揩效率，井巷断里上风速分集是没有匀称的.正在共一巷讲断里上存留层流区战紊区，正在揭近壁里处仍存留层流疏通薄层，即层流区.正在层流区以中，为紊流区.从巷壁背巷讲轴心目标，风速渐渐删大，呈扔物线分集.巷壁愈光润，断里上风速分集愈匀称.第二节摩揩阻力与局部阻力的估计一、摩揩阻力风流正在井巷中做沿程震动时，由于流体层间的摩揩战流体与井巷壁里之间的摩揩所产死的阻力称为摩揩阻力(也喊沿程阻力).由流体力教可知，无论层流仍旧紊流，以风流压能益坏（能量益坏）去反映的摩揩阻力可用下式去估计：H f =λ×L/d×ρν2/2 paλ——摩揩阻力系数.L——风讲少度，md——圆形风管曲径，非圆形管用当量曲径；ρ——气氛稀度，kg/m3ν2——断里仄衡风速，m/s；1、层流摩揩阻力：层流摩揩阻力与巷讲中的仄衡流速的一次圆成正比.果井下多为紊流，故没有仔细道述.2、紊流摩揩阻力：对付于紊流疏通，井巷的摩揩阻力估计式为：H f =α×LU/S3×Q2=R f×Q2 paR f=α×LU/S3α——摩揩阻力系数，单位kgf·s2/m4或者N·s2/m4，kgf·s2/m4=9.8N·s2/m4L、U——巷讲少度、周少，单位m；S——巷讲断里积，m2Q——风量，单位m/sR f——摩揩风阻，对付于已给定的井巷，L，U，S皆为已知数，故可把上式中的α，L，U，S 归纳为一个参数R f，其单位为：kg/m7 或者 N·s2/m83、井巷摩揩阻力估计要领新修矿井：查表得α→h f→ R f死产矿井：已测定的h f→ R f→α，再由α→ h f→ R f二、局部阻力由于井巷断里，目标变更以及分岔或者汇合等本果，使匀称震动正在局部天区受到效率而益害，进而引起风流速度场分集变更战爆收涡流等，制成风流的能量益坏，那种阻力称为局部阻力. 由于局部阻力所爆收风流速度场分集的变更比较搀纯性，对付局部阻力的估计普遍采与体味公式.1、几种罕睹的局部阻力爆收的典型：（1）、突变紊流利过突变部分时，由于惯性效率，出现合流与边壁摆脱的局里，正在合流与边壁之间产死涡漩区，进而减少能量益坏.（2）、渐变主假如由于沿震动目标出现减速删压局里，正在边壁附近爆收涡漩.果为压好的效率目标与震动目标好异，使边壁附近，流速本本便小，趋于0，正在那些场合合流与边壁里摆脱，出现与合流好异的震动，里涡漩.（3）、转直处流体量面正在转直处受到离心力效率，正在中侧出现减速删压，出现涡漩.（4）、分岔与会合上述的概括：局部阻力的爆收主假如与涡漩区有闭，涡漩区愈大，能量益坏愈多，局部阻力愈大.二、局部阻力的估计分歧典型的局部阻力估计公式基础普遍，但是系数与值纷歧样，正在本量安排估计中，局部阻力与巷讲摩揩总阻力的20%.第三节矿井透气阻力的估计步调一、阻力估计门路决定1、根据矿井透气过程微风量大小，决定阻力最大战最小的门路.透气门路中，没有得有人为删阻调风的透气办法.2、依照决定的阻力估计的门路，对付各节面举止编号.二、数据支集1、估计各用风天面需风量及矿井总需风量，而后决定估计门路中各巷讲通过风量.2、根据矿井本量情况，对付估计门路中各巷讲断里积、少度、周少、摩揩阻力系数举止与值.三、估计矿井透气阻力1、估计摩揩阻力H f =α×LU/S3×Q2 =R f×Q2 paR f=α×LU/S3α——摩揩阻力系数，单位kgf·s2/m4或者N·s2/m4，kgf·s2/m4=9.8N·s2/ m4L、U——巷讲少度、周少，单位m；S——巷讲断里积，m2Q——风量，单位m/sR f——摩揩风阻，对付于已给定的井巷，L，U，S皆为已知数，故可把上式中的α，L，U，S 归纳为一个参数R f，其单位为：kg/m7 或者 N·s2/m82、估计局部阻力H L =0.2 H f3、估计矿井总阻力Ht = H f + H L + H Rat + H NH Rat——扇风机附属拆置（风峒、扩集器等）的阻力，普遍与20mmH N——矿井自然风压，咱们公司矿井普遍与10mm4、估计矿井等积孔A = 0.38Q/H t0.5Q——矿井总排风量，单位坐圆米/秒Ht——矿井总阻力，单位毫米火柱第四节落矮矿井透气阻力步伐落矮矿井透气阻力，对付包管矿井仄安死产战普及经济效率皆具备要害意思.一、落矮井巷摩揩阻力步伐1、减小摩揩阻力系数α.2、包管有脚够大的井巷断里.正在其余参数没有变时，井巷断里夸大33%，Rf值可缩小50%.3、采用周少较小的井巷.正在井巷断里相共的条件下，圆形断里的周少最小，拱形断里次之，矩形，梯形断里的周少较大.4、缩小巷讲少度.5、预防巷讲内风量过于集结.二、落矮局部阻力步伐局部阻力与ξ值成正比，与断里的仄圆成反比.果此，为落矮局部阻力，应尽管预防井巷断里的突然夸大或者突然缩小，断里大小悬殊的井巷，其连交处断里应渐渐变更.尽大概预防井巷曲角转直或者大于90°的转直，主要巷讲内没有得随意停搁车辆，聚集木料等.要加强矿井总回风讲的维护战管制，对付冒顶，片助战积火处要即时处理.。
矿井通风阻力矿井通风阻力的大小是选择通风设备的主要依据，所以，在选择矿井主要通风机之前，必须首先计算通风总阻力。
矿井井巷风流一般都处于紊流状态，设计依据摩擦阻力定律分段计算井巷风阻。
由于各生产时期通风线路与通风距离的不同，其通风阻力也不同，设计分矿井通风容易时期与通风困难时期计算全矿井通风阻力及通风等积孔。
根据通风线路的长短确定矿井通风容易和困难时期。
通风容易时期为南一采区首采工作面时期，通风困难时期为南一采区距进回风井距离最长的一个采煤工作面时期(见开拓图)局部阻力参照经验按井巷摩擦阻力的10%计。
巷道摩擦阻力计算公式为摩擦阻力定律：h f ＝ R f × Q 2 ＝ (αLU/S 3)×Q 2 (公式4.15) 式中：h f —— 井巷摩擦阻力，Pa ；R f —— 井巷摩擦风阻，千缪(kμ)； Q —— 井巷单位时间过风量，m³/s ； α —— 井巷摩擦阻力系数,kg/m 3； L —— 井巷长度，m ； U —— 井巷净断面周长，m ； V ——风速，m/s ；S —— 井巷净断面积，m 2；1．各时期最大通风阻力线路的确定通风阻力最大线路一般是通过风量最大，线路最长的一条通路。
2．通风阻力计算(1)矿井自然风压矿井自然风压是借助于自然因素而产生的的促使空气流动的能量，矿井自然风压的大小，主要取决于矿井进回风侧空气的温度差和矿井深度。
由《煤矿设计规范》可知：矿井进、出风井井口的标高差在150m 以下，井深均小于400m 时可不计算自然风压，本设计虽进、出风井井口的标高基本相同，但井深大于500多米，所以需要考虑自然风压。
利用平均密度法计算矿井自然风压。
h n ＝ (21-ρ21-Z －32-ρZ 2-3 －43-ρZ 3-4) × g (公式4.16)式中：h n —— 自然风压，Pa ；21-ρ、32-ρ、43-ρ — 分别为图中1、2、3点间的空气密度，kg/m³21-Z 、32-Z 、43-Z — 分别为图中1、2、3点间的高差(见图4-12) 则冬季自然风压为： h n 冬 ＝ [ 0.5×(1.23 + 1.29)×588－0.5×(1.29 + 1.25) ×68－0.5×(1.22 + 1.25)×520]× 9.8＝120.74 Pa则夏季自然风压为：h n夏＝[ 0.5×(1.18 +1.24) ×588－0.5×(1.24 + 1.22)×68－0.5×(1.187 +1.22) ×520]× 9.8＝ -305.6 Pa本矿井冬、夏季各点空气密度如表4-11。
第三章 井巷通风阻力本章重点和难点：摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算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一、风流流态 1、管道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，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流(或滞流)。
当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流(或湍流)。
（１）雷诺数－Re式中：平均流速v 、管道直径d 和流体的运动粘性系数γ。
在实际工程计算中，为简便起见，通常以R e =2300作为管道流动流态的判定准数，即：R e ≤2300 层流， R e ＞2300 紊流（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：因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：γdv e R ⨯=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：式中：C —断面形状系数：梯形C =4.16；三心拱C =3.85；半圆拱C =3.90。
（举例见P38） 2、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，m 2；l —滤流带粗糙度系数，m 。
层流，R e ≤0.25； 紊流，R e ＞2.5； 过渡流 0.25<R e <2.5。
例：某巷道采用工字钢支护，S=9m 2，Q=240m 3/min=4m 3/s ，判断风流流态。
解：Re=Vd/ν=4VS/(U ν)=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变化。
（2）时均速度瞬时速度 v x 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 v x 总是围绕着某一平均值上下波动。
（3）巷道风速分布⎰SiSv d 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。
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。
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v max 的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用K v 表示：巷壁愈光滑，K v 值愈大，即断面上风速分布愈均匀。
砌碹巷道，K v =0.8～0.86；木棚支护巷道，K v =0.68～0.82；无支护巷道，K v =0.74～0.81。
⎰=SiSv Sv d 1maxv v K v =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；1．尼古拉兹实验实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。
其中壁面粗糙度的影响通过λ值来反映。
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。
砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度ε与管道半径r 的比值ε/r 称为相对糙度。
以水作为流动介质、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，如图所示。
结论分析：Ⅰ区——层流区。
当Re ＜2320(即lgRe ＜3.36)时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线Ⅰ上。
这表明λ与相对糙度ε/r 无关，只与Re 有关，且λ=64/Re 。
与相对粗糙度无关Ⅱ区——过渡流区。
2320≤Re ≤4000(即3.36≤lg Re ≤3.6)，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。
所有的实验点几乎都集中在线段Ⅱ上。
λ随Re 增大而增大，与相对糙度无明显关系。
Ⅲ区——水力光滑管区。
在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态(Re ＞4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度δ大于管道的绝对糙度ε（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线Ⅲ上，表明λ与ε仍然无关，而只与Re 有关。
随着Re 的增大，相对糙度大的管道，实验点在较低Re 时就偏离直线Ⅲ，而相对糙度小的管道要在Re 较大时才偏离直线Ⅲ。
Ⅳ区——紊流过渡区，即图中Ⅳ所示区段。
在这个区段内，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。
Ⅴ区——水力粗糙管区。
在该区段，Re 值较大，管内液流的层流边层已变得极薄，有ε>>δ，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故Re 对λ值的影响极小，略去不计，相对糙度成为λ的唯一影响因素。
故在该区段，λ与Re 无关，而只与相对糙度有关。
摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：2．层流摩擦阻力2lg 274.11⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ελr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 ∴可得圆管层流时的沿程阻力系数：∴ 古拉兹实验所得到的层流时λ与Re 的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。
层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。
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：二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 1．摩擦阻力系数α矿井中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/m 3。
对上式， 令：α称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m 3 或 N.s 2/m 4。
则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：νVdRe=Re64=λ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/m 3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值α0值，当井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m 3时，其α值应按下式修正：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/d 02．摩擦风阻R f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R f ：：R f 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m 7 或 N.s 2/m 8。
工程单位：kgf .s 2/m 8 ，或写成：k μ。
1 N.s 2/m 8= 9.8 k μR f ＝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：2.10ραα=工字钢支架在巷道中流动状态此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。
3．井巷摩擦阻力计算方法新建矿井：查表得α0 →α → R f → h f 生产矿井：h f → R f → α → α0例题3-3 某设计巷道为梯形断面，S =8m 2，L =1000m ，采用工字钢棚支护，支架截面高度d 0=14cm ，纵口径Δ=5，计划通过风量Q=1200m 3/min ，预计巷道中空气密度ρ=1.25kg/m 3，求该段巷道的通风阻力。
解 根据所给的d 0、Δ、S 值，由附录4附表4-4查得：α0 =284.2×10－4×0.88=0.025Ns 2/m 4则：巷道实际摩擦阻力系数 Ns 2／m 4巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力： 0.598 Ns 2／m 82Q R h f f =026.02.125.1025.02.10=⨯==ραα82330.026100011.770.598 Ns /m 8f LUR S α⨯⨯====PaQ R h f f 2.239601200598.022=⎪⎭⎫⎝⎛⨯==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，造成风流的能量损失，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。
一、局部阻力及其计算和摩擦阻力类似，局部阻力h l 一般也用动压的倍数来表示：式中：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。
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 h v 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22v h l ρξ=ReB =ξ222Q S h l ρξ=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、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。
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。
1．突然扩大式中： v 1、v 2——分别为小断面和大断面的平均流速，m/s ； S 1、S 2——分别为小断面和大断面的面积，m ； ρm ——空气平均密度，kg/m 3。
