第三章井巷通风阻力

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。

第三章 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。

通风阻力是矿井通风设计、通风系统调整和改造、通风管理工作的基础，是矿井通风学的重要组成部分。

第一节 风流的流动状态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，流体的运动轨迹呈现直线或平滑的曲线，且与管道轴线平行，这种流动状态称为层流（或滞流）。

当流速较大时，流体质点剧烈混合，流体除在运动方向上产生位移外，在垂直于运动方向上也存在位移，而且流体内部存在时而存在、时而消失的漩涡，这种流动状态称为紊流（或湍流）。

井下风流多数是完全紊流，只有一部分风流处于向完全紊流过渡的状态，只有风速很小的漏风风流才可能出现层流。

流体的运动状态容易受流体的速度、黏度和管道尺寸等因素的影响，流体的速度越大、黏性越小；管道尺寸越大，流体越容易呈现紊流状态。

根据流体力学相关知识，对于圆形的管道，流体的雷诺数可以表示为：νvdR e =式中：Re —流体的雷诺数，无因此； v —管道中流体的平均流动速度，m/s ； d —管道直径，m ；ν—流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关，正常通风情况下，矿井中空气的运动黏性系数一般取值为14.4×10-6m 2/s 。

不同温度下空气的运动粘性系数可查表2-2.在圆形管道中，水力半径r 可通过公式：4)(42dd d u s r ===ππ 所以：4e S d U =S —流体断面积，m 2； U —流体的周界，m 。

对于非圆形管道，管道直径可采用当量直径来表示。

非圆形管道的雷诺数计算式：4e vdvS R U νν==据前人的经验，当Re ≤2300时，空气变现为层流运动，Re>2300时，为紊流运动。

第二节 摩擦阻力摩擦阻力是指矿井风流沿程作均匀流动时，因受井巷固定壁面限制，引起内外摩擦而产生的能量损失，也称沿程阻力，分层流摩擦阻力和紊流摩擦阻力两类。

第三章作业
1.如图所示的垂直等断面管道中，测得A、B点的相对静压分别是80、150Pa，管道内外的空气重率分别是11.76、1
2.25N/m3。

A点的大气压力是100KPa，A、B两点的距离是60米，试确定管道内风流方向，并计算A、B间的通风阻力。

2.抽出式通风机的风硐与地表间的压差为2156Pa，风硐中的风速为8m/s，扩散器出口的风速为4m/s，风硐内外空气的平均重率为11.76N/m3，计算通风机的全压。

3.某压入式通风的矿井，两井筒深度为200米，入风井空气平均重率为12.25 N/m3，出风井筒空气平均重率为11.76 N/m3，矿井总风量为4800m3/min，出风井断口面积为8m2，风硐内通风机出口处的动压为39.2Pa，测得风硐相对静压为1470pa，求该矿井的通风阻力。

4.如图示通风系统中，测得通风机两端静压差为1764pa，风速v2=v3=12m/s，v4=8m/s，空气的平均重率为11.76N/m3，求全矿的通风阻力和通风机全压。

第194篇通风安全学，张国枢版，考试要点，第3章井巷通风阻力1.层流：也叫滞流，同一流体在同一管道中流动时，当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向做层状运动。

2.紊流，也叫湍流，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。

3.雷诺数：一个无因次准数，用来判断流体的流动状态，用re表示。

Re=vd/粘性系数，v是平均流速，d是管理直径。

4.流体在直圆管内流动时，当re<2320时，流动状态为层流，当re>4000,流动状态为紊流。

当re在2320-4000区域内时，流动状态是不固定的。

5.在非圆形断面的井巷，re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de表示。

De= 4s/U，所以re= vd/粘性系数=4vs/(粘性系数*U)v是井巷断面上的平均风速。

空气运动的粘性系数，s是井巷断面积。

U是井巷断面周长。

6.对于不同开关的井巷断面，周长U和断面积S的关系为U=c*s1/2, c是断面的形状系数，梯形c=4.16,心拱c=3.85，半圆拱c=3.907.风速脉动现象：井巷中某点的瞬时速度v，虽然不断变化，但是在足够长的时间段t 内，流速v总是围绕着某一平均值上下波动，这种现象称为脉动现象。

8.风速分布系数：断面上平均风速与最大风速的比值。

9.摩擦阻力：风流在井巷中做沿程流动时，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。

矿井通风中，克服沿程阻力的能量损失，常用单位体积风流的能量损失hf表示。

Hf=沿和阻力系数*L*密度*v2/(2d)L是风道长度，d是圆形风道直径，非圆形风道的当量直径。

v断面平均风速。

沿程阻力系数，又称无因次系数。

通过实验求得。

10.绝对糙度：管壁上小突起的高度。

相对糙度：绝对糙度与管道半径的比值。

11.尼古拉兹实验，5个区：1区，层流区。

Re<2320,沿程阻力系数与与相对糙度无关。

降低矿井井巷通风阻力的方法一、引言在矿山生产中，通风是保证矿工安全和提高生产效率的重要因素。

然而，由于矿井井巷的复杂性和多变性，通风阻力往往成为限制通风效果的关键因素。

本文将介绍降低矿井井巷通风阻力的方法。

二、原理分析1. 通风阻力的来源通风阻力是指空气在流动过程中所受到的摩擦力、惯性力和重力等因素的综合作用。

其中，主要来源包括以下几个方面：（1）管道摩擦阻力：管道内壁与空气之间发生摩擦所产生的阻力；（2）弯头、三通等局部阻力：由于管道弯曲或分支等造成局部速度变化而产生的阻力；（3）风门、调节门等装置所造成的局部压降；（4）煤粉、尘埃等颗粒物对空气流动造成的摩擦和惯性阻力。

2. 降低通风阻力的原理降低通风阻力主要是通过减少上述阻力的产生，从而提高通风效果。

具体措施包括以下几个方面：（1）优化管道布局：合理安排管道走向，减少弯头、三通等局部阻力的产生；（2）选用低阻力材料：选用光滑度大、摩擦系数小的材料，如玻璃钢、PVC等；（3）安装风门、调节门等装置：通过调节门的开度，控制空气流量，降低局部压降；（4）加强除尘处理：通过加强除尘处理，减少颗粒物对空气流动的阻碍。

三、具体实施方法1. 优化管道布局（1）合理安排管道走向：在设计矿井井巷时，应根据矿山地质条件和采煤工艺要求合理安排井巷走向。

对于水平井巷和斜井巷，在设计时应尽量减少弯头和三通等局部阻力的产生。

（2）减少管道长度：在设计矿井井巷时，应尽量缩短管道长度。

因为管道长度越长，摩擦阻力越大，从而影响通风效果。

（3）优化管道直径：在设计矿井井巷时，应根据通风需求和经济性考虑，选择合适的管道直径。

一般来说，管道直径越大，阻力越小，但也会增加建设成本。

2. 选用低阻力材料（1）玻璃钢管道：玻璃钢管道具有光滑度大、摩擦系数小、耐腐蚀等优点，在矿山通风中得到广泛应用。

（2） PVC管道：PVC管道具有光滑度大、摩擦系数小、耐腐蚀等优点，在矿山通风中也得到广泛应用。

矿井通风复习总结第一章矿井空气矿井通风:利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后将污浊空气排出矿井的全过程。

安全健康作业环境的需求，灾害事故控制的需求.矿井通风的任务是：满足人的生理需要；稀释并排出有毒有害气体和矿尘等；调节矿井气候由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施组成地面空气进入矿井以后即称为矿内空气。

地面空气则是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。

一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气（新风）；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，称为污浊空气（乏风）。

O2不少于20%，进风流中CO2不超过0.5%；总回风流中， CO2不超过0.75%；当采掘工作面风流中CO2 浓度达到1.5%或采区、采掘工作面回风道风流CO2浓度超过1.5%时，需要停工处理。

矿井瓦斯是指矿井内释放出的90%以上的甲烷及少量的乙烷等气体的总称，因此，瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无色、无味、无臭的无毒气体，对空气的相对密度为0.55，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。

浓度高时，引起窒息。

不助燃，但在空气中具有一定浓度（5%~16%）并遇到高温（650°C~750°C）引起爆炸。

q g ≤10 m3/t ，且Q g ≤40 m3/min，为低瓦斯矿井；q g ＞10 m3/t ，且Q g ＞40 m3/min，为高瓦斯矿井采掘进风中CH4浓度不得大于0.5%，矿井总回风和一翼回风中CH4浓度不得大于0.75%；采掘回风中CH4浓度不得大于1.0%。

矿井气候是矿井空气温度、湿度和流速三个参数的综合作用状态，其对井下作业人员身体健康和劳动安全又重要的影响。

人体散热方式与影响因素：包括对流、蒸发和辐射三类散热方式，空气温度对人体散热方式有重要的影响，空气温度、湿度和风速是影响人体散热情况的三种主要因素。

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。

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 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。

通风安全学复习资料以及考题通风安全学期末考试复习资料第一章矿井空气矿井通风：利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风。

矿井通风目的（作用）：（1）以供给人员的呼吸，（2）稀释和排除井下有毒有害气体和粉尘，（3）创造适宜的井下气候条件。

地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。

新鲜空气：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气。

污浊空气：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。

矿井空气中常见有害气体：一氧化碳、硫化氢、二氧化氮、二氧化硫、氨气、氢气。

矿井气候：矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用。

这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。

人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。

对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。

干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。

矿井空气最高容许干球温度为28℃。

矿井下氧气的浓度必须在20%以上。

第二章矿井空气流动基本理论空气比容：是指单位质量空气所占有的体积，是密度的倒数。

当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的黏性。

其大小主要取决于温度。

表示空气湿度的方法：绝对湿度、相对温度和含湿量三种。

每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。

含有极限值水蒸汽的湿空气中所含的水蒸汽量叫饱和湿度。

单位体积空气中实际含有的水蒸汽量与其同温度下的饱和水蒸汽含量之比称为空气的相对湿度。

不饱和空气随温度的下降其相对湿度逐渐增大，冷却到φ=1时的温度称为露点。

干、湿温度差愈大，空气的相对湿度愈小。

含有1kg 干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量称为空气的含湿量。

风流能量的三种形式：（1）静压能，（2）位能，（3）动能。

矿井通风 第一章 矿井空气矿井通风：为在井下创造一种适宜井下人员的气候条件和安全环境，依靠风机等动力将新鲜空气沿着井巷网络输送到采掘进工作面、硐室和其他用风地点，满足这些地区的作业环境和安全要求，同时将污浊空气排出地面，此即矿井通风。

目的与任务：在正常生产时期：利用通风动力，以最经济的方式向井下各用风地点供给质优量足的新鲜空气，保证人员呼吸；稀释并排除瓦斯、粉尘等有害物质，降低热害，为井下工人创造良好的劳动环境。

灾变时期：及时有效地控制风向和风量，并与其他措施相结合，防止灾害扩大，进而消灭事故 1.矿内空气成分地面干空气主要成分：氮气（N 2）79%、氧气（O 2）20.96%、二氧化碳（CO 2）0.04%有毒有害气体：甲烷、一氧化碳（CO ）、二氧化氮（NO 2）、二氧化硫（SO 2）、硫化氢（H 2S ）、H 2等 规定：井下采掘工作面的进风流中，氧含量不得低于20%。

进风流中CO 2不超过0.5%；总回风流中， CO 2不超过0.75%；当采掘工作面风流中CO 2 浓度达到1.5%或采区、采掘工作面回风道风流CO 2浓度超过1.5%时，需要停工处理。

采掘进风中CH 4浓度不得大于0.5%，矿井总回风和一翼回风中CH 4浓度不得大于0.75%；采掘回风中CH 4浓度不得大于1.0%。

NH 3<0.004% CO<0.0024% H 2S<0.00066% SO 2<0.0005% NO 2<0.00025% 2.矿内气候条件三要素：温度、湿度和流速 三类散热：对流、蒸发和辐射 24~26 适宜风速>2.01）影响矿内空气温度的主要因素：○1岩石温度（变温带、恒温带、增温带）○2空气的压缩与膨胀○3氧化生热○4水分蒸发○5通风强度○6地面空气温度的变化○7地下水的作用2）相对湿度3）衡量矿井气候条件的指标☐干球温度☐湿球温度☐等效温度☐同感温度☐卡他度（干对流和辐射湿对流、辐射和蒸发）卡他计在平均温度为36.5℃(模拟人体平均体温)时，单位时间内液球单位表面积所散发的热量4)我国现行的评价矿井气候条件的指标是干球温度，最高允许干球温度为28℃第二章矿井空气流动的基本理论1．空气主要物理参数温度、压力、湿度、密度与比容、粘性、焓○1温度热力学温标，单位K，摄氏温标，单位℃T=273.15+t生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26 ℃，机电硐室不得超过30 ℃。

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。