井巷通風(fēng)阻力及技術(shù)管理

1、井巷通風(fēng)阻力及技術(shù)管理第一頁，共36頁。2溫故而知新3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定上一章我們已經(jīng)解決的問題：1.描述空氣流動(dòng)用到哪些參數(shù)？ 2.空氣流動(dòng)的內(nèi)在原因是什么？3.如何描述空氣流動(dòng)的基本規(guī)律？4.如何測定礦井空氣參數(shù)？本章需要解決的問題：1.空氣在井巷中流動(dòng)的阻力是如何產(chǎn)生的？如何減小通風(fēng)阻力？2.如何測定礦井通風(fēng)阻力？第二頁，共36頁。3本章主要內(nèi)容1、摩擦風(fēng)阻與阻力-摩擦阻力- 摩擦阻力系數(shù)- 摩擦風(fēng)阻-阻力計(jì)算2、局部風(fēng)阻與阻力-局部阻力及計(jì)算-阻力系數(shù)-局部風(fēng)阻3、礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔-阻力特性-礦井總風(fēng)阻-礦井等積孔4、礦井通風(fēng)阻力測定

2、方法3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第三頁，共36頁。3.1井巷通風(fēng)阻力、礦井通風(fēng)阻力礦井通風(fēng)阻力是指礦井風(fēng)流流動(dòng)過程中，在風(fēng)流內(nèi)部粘滯力和慣性力、井巷壁面的外部阻滯、障礙物的擾動(dòng)作用下，部分機(jī)械能不可逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)化為熱能而引起的損失。通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力是作用力和反作用力的關(guān)系，其方向相反，數(shù)值相等。礦井通風(fēng)阻力包括摩擦阻力和局部阻力兩類。43 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第四頁，共36頁。5、摩擦阻力與摩擦風(fēng)阻1）摩擦阻力風(fēng)流在井巷中作沿程流動(dòng)時(shí)，由于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

3、)。由流體力學(xué)可知，無論層流還是紊流，以風(fēng)流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計(jì)算： 無因次系數(shù)，即沿程阻力系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)求得。D圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑；3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第五頁，共36頁。6礦井中大多數(shù)通風(fēng)井巷風(fēng)流的Re值已進(jìn)入阻力平方區(qū)，值只與相對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護(hù)已定型的井巷，相對糙度一定，則可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度=1.2kg/m3。 對上式， 令：稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為 kg/m3 或 N.s2/m4。 則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式寫為：對于不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的

4、關(guān)系，可用下式表示：C斷面形狀系數(shù)：梯形C4.16；三心拱C3.85；半圓拱C3.90。 3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第六頁，共36頁。7標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)： 通過大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)測所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值0值，當(dāng)井巷中空氣密度1.2kg/m3時(shí)，其值應(yīng)按下式修正：3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第七頁，共36頁。82）摩擦風(fēng)阻Rf對于已給定的井巷，L、U、S都為已知數(shù)，故可把上式中的、L、U、S 歸結(jié)為一個(gè)參數(shù)Rf： Rf 稱為巷道的

5、摩擦風(fēng)阻，其單位為：kg/m7 或 N.s2/m8。在正常條件下當(dāng)某一段井巷中的空氣密度一般變化不大時(shí)，可將R f 看作是反映井巷幾何特征的參數(shù)。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式寫為：此式就是完全紊流(進(jìn)入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第八頁，共36頁。93）井巷摩擦阻力計(jì)算方法新建礦井：查表得0 Rf hf 生產(chǎn)礦井：hf Rf 0 3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第九頁，共36頁。10例題:某設(shè)計(jì)巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，采用工字鋼棚

6、支護(hù)，支架截面高度d0=14cm，縱口徑=5，計(jì)劃通過風(fēng)量Q=1200m3/min，預(yù)計(jì)巷道中空氣密度=1.25kg/m3，求該段巷道的通風(fēng)阻力。解 根據(jù)所給的d0、S值，由附錄5附表5-4查得: 0 =284.21040.88=0.025Ns2/m4則：巷道實(shí)際摩擦阻力系數(shù)巷道摩擦風(fēng)阻巷道摩擦阻力3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十頁，共36頁。114）降低井巷摩擦阻力措施（1）擴(kuò)大巷道斷面，降低摩擦風(fēng)阻。（2）提高井巷壁面的平整、光滑度，降低摩擦阻力系數(shù)（ ）。提高井巷工程施工質(zhì)量和日常維護(hù)質(zhì)量選擇粗糙度較小的支護(hù)材料及支護(hù)方式錨噴巷道應(yīng)

7、盡量采用光爆工藝，使巷道的凸凹度不大于50mm(3）合理選擇井巷斷面形狀，減少周界長度。(4）優(yōu)化設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確施工，盡量縮短井巷長度。(5）風(fēng)量不宜過大，滿足設(shè)計(jì)要求即可，盡量避免主要巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中現(xiàn)象。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十一頁，共36頁。12、局部風(fēng)阻與阻力由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動(dòng)在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風(fēng)流速度場分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。、局部阻力及其計(jì)算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動(dòng)壓的倍數(shù)來表示：式中：局部阻力系數(shù)，無因次。計(jì)算局部

8、阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因v=Q/S,當(dāng)確定后，便可用 3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十二頁，共36頁。13幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：突變紊流通過突變部分時(shí)，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。漸變主要是由于沿流動(dòng)方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。因?yàn)閂 hv p ，壓差的作用方向與流動(dòng)方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于0, 在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動(dòng)，面渦漩。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定

9、第十三頁，共36頁。14轉(zhuǎn)彎處 流體質(zhì)點(diǎn)在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用，在外側(cè)出現(xiàn)減速增壓，出現(xiàn)渦漩。分岔與會(huì)合 上述的綜合。 局部阻力的產(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關(guān)，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十四頁，共36頁。15、局部阻力系數(shù)計(jì)算紊流局部阻力系數(shù)一般主要取決于局部阻力物的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。1）突然擴(kuò)大或式中： v1、v2分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/s；S1、S2分別為小斷面和大斷面的面積，m；m空氣平均密度，kg/m3。對于粗糙度較大的井巷，可進(jìn)行修正 3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通

10、風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十五頁，共36頁。162）突然縮小對應(yīng)于小斷面的動(dòng)壓 ，值可按下式計(jì)算： 考慮到巷道粗糙度的影響：3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十六頁，共36頁。173）逐漸擴(kuò)大逐漸擴(kuò)大的局部阻力比突然擴(kuò)大小得多，其能量損失可認(rèn)為由摩擦損失和擴(kuò)張損失兩部分組成。當(dāng)20時(shí)，漸擴(kuò)段的局部阻力系數(shù)可用下式求算：式中 風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)，Ns2/m4； n風(fēng)道大、小斷面積之比，即21； 擴(kuò)張角。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十七頁，共36頁。184）

11、轉(zhuǎn)彎巷道轉(zhuǎn)彎時(shí)的局部阻力系數(shù)(考慮巷道粗糙程度)可按下式計(jì)算：當(dāng)巷高與巷寬之比H/b=0.21.0 時(shí)， 當(dāng) H/b=12.5 時(shí)式中 0假定邊壁完全光滑時(shí)，90轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)，其值見表3-3-1； 巷道的摩擦阻力系數(shù)，N.s2/m4； 巷道轉(zhuǎn)彎角度影響系數(shù)，見表3-3-2。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十八頁，共36頁。19（2) 風(fēng)流匯合 如圖所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分別按下式計(jì)算：式中：123.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第十九頁，共36頁。20、降低局部

12、阻力措施要把連接不同斷面巷道的邊緣做成斜線或圓弧形。巷道拐彎時(shí)，轉(zhuǎn)角越小越好，在拐彎曲內(nèi)側(cè)或內(nèi)外兩側(cè)做成斜線形或圓弧形。要盡量避免出現(xiàn)直角拐彎。減少產(chǎn)生局部阻力地點(diǎn)的風(fēng)速及巷道的粗糙度。及時(shí)清理巷道中的堆積物，盡量避免成串的礦車長時(shí)間地停留在主要通風(fēng)巷道內(nèi)，以免阻擋風(fēng)流，造成通風(fēng)情況惡化。在主通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口安裝集風(fēng)器，在出風(fēng)口安裝擴(kuò)散器。在風(fēng)速高、風(fēng)量大的井巷中，可在拐彎處設(shè)置若干塊導(dǎo)風(fēng)板。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十頁，共36頁。21、礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.1.4.1.礦井總風(fēng)阻從入風(fēng)井口到主要通風(fēng)機(jī)入口，把順序連接的各段井巷

13、的通風(fēng)阻力累加起來，就得到礦井通風(fēng)總阻力hRm，這就是井巷通風(fēng)阻力的疊加原則。已知礦井通風(fēng)總阻力hRm和礦井總風(fēng)量Q，即可求得礦井總風(fēng)阻： Rm是反映礦井通風(fēng)難易程度的一個(gè)指標(biāo)。Rm越大，礦井通風(fēng)越困難；反之，則較容易。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十一頁，共36頁。223.1.4.2.礦井等積孔我國常用礦井等積孔作為衡量礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)。假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為A(m2)的孔口。當(dāng)孔口通過的風(fēng)量等于礦井風(fēng)量，且孔口兩側(cè)的風(fēng)壓差等于礦井通風(fēng)阻力時(shí)，則孔口面積A稱為該礦井的等積孔。AIIIP2v2P1v13.1井巷

14、通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十二頁，共36頁。23設(shè)風(fēng)流從I II，且無能量損失， 則有：得：風(fēng)流收縮處斷面面積A2與孔口面積A之比稱為收縮系數(shù)，由水力學(xué)可知，一般=0.65，故A2=0.65A。則v2=Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：AIIIP2v2P1v13.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十三頁，共36頁。24取=1.2kg/m3，則： 因Rm=hm2，故有 由此可見，A是Rm的函數(shù)，故可以表示礦井通風(fēng)的難易程度。當(dāng)A，容易；A - 2，中等；A困難。3.1井巷通風(fēng)阻力3

15、井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十四頁，共36頁。25例題：某礦井為中央式通風(fēng)系統(tǒng)，測得礦井通風(fēng)總阻力hRm=2800Pa，礦井總風(fēng)量Q=70m3/s，求礦井總風(fēng)阻Rm和等積孔A，評價(jià)其通風(fēng)難易程度。解 對照表3-4可知，該礦通風(fēng)難易程度屬中等。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十五頁，共36頁。26對于多風(fēng)機(jī)工作的礦井，應(yīng)根據(jù)各主要通風(fēng)機(jī)工作系統(tǒng)的通風(fēng)阻力和風(fēng)量，分別計(jì)算各主要通風(fēng)機(jī)所擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的等積孔，進(jìn)行分析評價(jià)。必須指出，表3-4所列衡量礦井通風(fēng)難易程度的等積孔值，是1873年繆爾格(Murgue)根

16、據(jù)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)情況提出的3，一直沿用至今。由于現(xiàn)代的礦井規(guī)模、開采方法、機(jī)械化程度和通風(fēng)機(jī)能力等較以前已有很大的發(fā)展和提高，表中的數(shù)據(jù)對小型礦井還有一定的參考價(jià)值，對大型礦井或多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的礦井，衡量通風(fēng)難易程度的指標(biāo)還有待研究。3.1井巷通風(fēng)阻力3 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十六頁，共36頁。3.2礦井通風(fēng)阻力測定、測定準(zhǔn)備工作1）測定路線的選擇結(jié)合礦井的生產(chǎn)布局和通風(fēng)現(xiàn)狀選擇測定路線，同時(shí)，控制其它路線的阻力。2）測點(diǎn)布置在確定測點(diǎn)布置時(shí)考慮以下原則：測點(diǎn)布置應(yīng)能控制各分支井巷和工作面的阻力及風(fēng)量；在局部阻力大的地點(diǎn)前后以及在需要控制的典型巷道的首末

17、均設(shè)置測點(diǎn)。273 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十七頁，共36頁。3）儀器、儀表28儀 器 名 稱規(guī) 格 型 號(hào)數(shù) 量氣 壓 計(jì)精密數(shù)字氣壓計(jì)3風(fēng) 表中、微速各兩塊4濕 度 計(jì)2秒 表2皮 尺23 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十八頁，共36頁。、測定方法采用精密氣壓計(jì)逐點(diǎn)測定法，選擇地面井口作為基點(diǎn)，設(shè)置精密氣壓計(jì)監(jiān)測地面氣壓變化情況，并每隔5分鐘讀一次相對壓力數(shù)值。測定組沿測定路線按選定的測點(diǎn)依次進(jìn)行測定。在各測點(diǎn)測定風(fēng)流壓力、巷道的風(fēng)速、斷面尺寸、氣象條件并記錄測點(diǎn)位置、標(biāo)高及測定時(shí)間等。如此

18、依次測定完全部的測點(diǎn)。待測點(diǎn)氣壓計(jì)回到井口時(shí)再重新校對儀器讀數(shù)，以檢查儀器的誤差，至此測定完畢。293 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定3.2礦井通風(fēng)阻力測定第二十九頁，共36頁。、資料整理1）空氣密度式中P測點(diǎn)大氣壓力，Kpa； B氣壓計(jì)絕對氣壓讀數(shù)，mbar； 1000儀器基數(shù)，mbar； t空氣溫度，； 測點(diǎn)相對濕度，； Psat水蒸汽飽和蒸汽壓，KPa。30P=(1000+B)/103 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定3.2礦井通風(fēng)阻力測定第三十頁，共36頁。2）巷道斷面積測點(diǎn)巷道斷面積按下列公式計(jì)算：梯形或矩形巷道： SBH半園拱巷道： SHB0.1073B2三心拱巷道： SHB0.0733B2式中 S巷道斷面積，m2； B巷道寬度或平均寬度，m； H巷道全高或拱基高，m；3）測點(diǎn)風(fēng)速測點(diǎn)斷面風(fēng)速由測出的表速按下式換算成真實(shí)風(fēng)速：V(S0.4)(axb)/S ， m/min式中 x表風(fēng)速； a、b風(fēng)表校正系數(shù)。313 井巷通風(fēng)阻力與技術(shù)管理3.1井巷通風(fēng)阻力3.2礦井通風(fēng)阻力測定3.2礦井通風(fēng)阻力測定第三十一頁，共36頁。4）速壓式中 hv測點(diǎn)速壓，Pa； v測點(diǎn)風(fēng)速，v=V/60，m/s。5）測點(diǎn)間風(fēng)量的確定風(fēng)量按下述原則確定：兩測點(diǎn)間沒有分支巷道如圖 (a)所示，巷道通過的風(fēng)量可取兩測點(diǎn)風(fēng)量的平均值，即