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第六节 矿井通风动力一 、自然风压(一)、 自然风压及其形成和计算图1—6—1 简化矿井通风系图1-6-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
p 为井口的大气压，Pa ；Z 为井深，m ；0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，kg/m 3，则自然风压为：H Zg N m m =-()ρρ12 (1-6-1)(二)、自然风压的影响因素及变化规律1、自然风压变化规律自然风压的大小和方向，主要受地面空气温度变化的影响。
如图1-6-2、图1-6-3所示分别为浅井和我国北部地区深井的自然风压随季节变化的情形。
由图可以看出，对于浅井，夏季的自然风压出现负值；而对于我国北部地区的一些深井，全年的自然风压都为正值。
图1-6-2 浅井自然风压随季节变化图图1-6-3 深井自然风压随季节变化图2、自然风压影响因素（1）两侧空气柱的温度差矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响的主要因素。
影响气温差的主要因素是地面入风气温和风流与围岩的热交换。
其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。
（2）矿井深度当两侧空气柱温差一定时，自然风压与矿井或回路最高与最低点间的高差Z 成正比。
深1000m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30%。
第四章 通风动力本章重点与难点1、自然风压的产生、计算、利用与控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。
这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。
由第二章可知，通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。
本章将就。
对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。
第一节 自然风压一、 自然风压及其形成和计算自然风压与自然通风 图4-1-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
根据自然风压定义，图4-1-1所示图4-1-1 简化矿井通风系统系统的自然风压H N 可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ 4-1-1 式中 Z —矿井最高点至最低水平间的距离，m ；g —重力加速度，m/s 2；ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dz 段空气密度，kg/m 3。
由于空气密度受多种因素影响，与高度Z 成复杂的函数关系。
因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则(4-1-1)可写为：H Zg N m m =-()ρρ12 4-1-2二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素由式4-1-1可见，自然风压的影响因素可用下式表示：H N =f (ρZ ）=f [ρ(T,P ,R ，φ)Z ] 4-1-3 影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而影响空气密度又由温度T 、大气压力P 、气体常数R 和相对湿度φ等因素影响。
教学模块Ⅱ通风阻力及动力2.1 矿井空气流动基本理论2.1.1 矿井风流运动的特征矿井风流是连续介质，其运动要素(压力、速度、密度等)都是连续分布的，而且矿井风流主要是沿着井巷的轴线方向运动，可视为一维运动。
流场中流体质点通过空间点的所有运动要素都不随时间改变，只是位置的函数，这种流称稳定流(或称定常流)。
如果其中一个要素随时间变化，就称非稳定流。
在矿井里，由于井巷特征、岩壁温度、扇风机风压和矿井供风量等，在某一时期内变化不大，矿井正常通风期间，风门的开启，提升设备的升降对局部风流产生瞬时扰动的影响也不大。
因此，可把矿井风流近似地视为稳定流。
此外，风流沿井巷流动时，由于向下流动的压缩、向上流动的膨胀以及与井下各种热源（围岩、有机物的氧化和机电设备运转时所产生的热等)间的热交换，致使矿井风流的热力状态不断变化。
2.1.2 矿井风流的能量方程当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必须有通风动力对空气做功，使得通风阻力和通风动力相平衡。
空气在其流动过程中，由于自身的因素和流动环境的综合影响，空气的压力、能量和其他状态参数沿程将发生变化。
本节将重点讨论矿井通风中空气流动的压力和能量变化规律，导出矿井风流运动的连续性方程和能量方程。
2.1.2.1 空气流动连续性方程质量守恒是自然界中基本的客观规律之一。
在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。
在无点源或点汇存在时，根据质量守恒定律：对于稳定流，流入某空间的流体质量必然等于流出其空间的流体质量。
风流在井巷中的流动可以看作是稳定流，因此这里仅讨论稳定流的情况。
当空气在图2-2-1的井巷中从1断面流向2断面，且做定常流动时(即在流动过程中不漏风又无补给)，则两个过流断面的空气质量流量相等，即：（2-2-1）式中—1,2断面上空气的平均密度，kg/m３；—1,2断面上空气的平均流速，m/s；S1,Ѕ2—1,2断面的断面积，m2；Q(m3／s)相等，即：(2-2-3)井巷断面上风流的平均流速与过流断面的面积成反比。
矿井通风动力一、教学目的要求1、了解矿井通风动力；2、熟悉通风机的附属装置3、掌握矿井反风技术二、相关内容当矿井在进风井口附近、井筒、井底车场及其附近的进风巷道或硐室发生火灾、瓦斯或煤尘爆炸时，为了限制灾区范围扩大，防止烟流流入人员集中的生产场所，以便进行灾害处理和救护工作，有时需要改变矿井的风流方向，即进行矿井反风。
从事采掘生产的职工，一定要了解机械通风的基本知识，掌握矿井反风的要求、方法、方式，积极参加反风演习，并配合完成矿井反风演习的各项任务。
为了达到矿井通风的目的，必须使井巷中的空气不断流动。
空气在井巷流动过程中会遇到矿井通风阻力，克服矿井通风阻力的能量或压力称为矿井通风动力。
矿井通风动力可以由机械设备和自然条件产生，由通风机产生的风压称为机械风压；由机械风压克服矿井阻力进行通风的叫做机械通风。
由矿井自然条件产生的风压称为自然风压；由自然风压克服矿井阻力进行通风的叫做自然通风。
一、矿用风机及其附属装置1.矿用风机的分类矿用风机一般按结构原理和服务范围进行分类，见表6-1。
2.矿用风机的附属装置（1）名称：风硐定义：连接矿井主要通风机和风井的一段巷道；作用：引导风流备注：通过风硐的风量很大，且风硐内外压差较大，服务年限也较长；（2）名称：防爆门定义：防爆门是装在有通风机的井筒上，为防止瓦斯、煤尘爆炸时毁坏通风机而安装的安全装置；作用：自然通风，保护风机；备注：为了防止防爆门漏风，防爆门采用水封或油好密闭，所以并口圈的凹槽应经常保持足够的水量，槽的深度必须大于防爆门内外压力差要求的深度值；（3）名称：反风装置定义：离心式通风机常用的反风方法为利用反风门和旁侧反风道反风；轴流式通风机常用的反风方法为通风机反转反风，也可以利用反风门和旁侧反风道反风；作用：防止灾害扩大，有利于灾害的控制和救护；备注：（4）名称：扩散器定义：通风机出口处外接一定长度、断面逐渐扩大的风道；作用：降低通风机出口的速压以提高通风机的静压；备注：小型离心式通风机的扩散器由金属板焊接而成，大型离心式通风机的扩散器用砖或混凝土砌筑；（5）名称：消音装置定义：通风机运转时产生空气动力噪声和机件振动的机械噪声。
第9次课 矿井通风动力(2)一、通风机实际特性曲线 （一）通风机的工作参数1、表示通风机性能的主要工作参数：风压H 、风量 Q 、风机轴功率N 、效率η和转速n 。
2、风机实际流量Q ：单位时间内通过风机入口空气 的体积。
M 3/h ，m 3/min ，m 3/s 。
3、风机实际全压H t 与静压H S（1）通风机全压H t ：通风机出口风流全压与入口风流全压之差（是通风机使1M 3空气具有的能量）。
t R v s v H h h H h =+=+（在忽略自然风压H N 时） （2）通风机的静压H S ：克服管网通风阻力的风压。
2s R H H RQ ==4、通风机的功率 （1）输出功率A ．全压功率N t ：以全压计算的通风机功率310t t N H Q -=⨯B ．静压功率N s ：以风机静压计算的通风机功率310s s N H Q -=⨯（2）风机的轴功率N ：通风机的输入功率 A ．全压轴功率：;1000tt t ttN H QN ηηη==-全压效率B ．静压轴功率：;1000ss s ssN H QN ηηη==-静压效率 C ．电动机的输入功率Nm:;1000t m m trt m trm tr H QNN ηηηηηηη==--电动机效率传动效率二、通风系统主要参数关系和风机房水柱计（压差计）示值含义（一）风机房水柱计的安装：在风硐中靠近风机入口、风流稳定断面上安装测静压探头，通过胶管与风机房中水柱计或压差计相连接，测得所在断面上风流相对静压h ，离心式通风机安装在立闸门外侧。
（二）抽出式通风（1）水柱计或压差计的示值与矿井通风阻力和风机静压之间的关系4断面的相对静压440440444h P P P P =---断面的绝对压力断面同标高的大气压力1-4断面的通风阻力1411121244343414141412341234()()14,14;,1,4;,1234;,1234R v m v m R v v m m h P h gZ P h gZ h P P P h h P Z Z mρρρρ=++-++-----3至断面的通风阻力;Pa 分别为至断面的绝对静压a 分别为断面的动压a 分别为和段高差分别为和段空气密度平均值,kg/m1011101041411121244343414412123434014412123434044412123434444144144:;()()||:||t v R v m v m t v m m v m m v m m v NR v N R ss N P P P h P P h P h gZ P h gZ P P h gZ gZ P P h gZ gZ P P h gZ gZ h h H h h h H h H H H h ρρρρρρρρ==+==++-++=--+-=--+-=--+-=-+⇒=+-=⇒+=根据根据44v t h h -=从上面的分析可以看出, 4||h 基本反应了矿井通风阻力大小和通风机静压大小。
