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“ 第 一 篇 矿 井 空 气 和 风 流 流 动 理 论 第一章环境大气 第一节大气成分 大气是指包围在地球表面的人们呼吸的空气（“3--- 氮气;3/--7------ 二氧化碳/,7/---- 氖7--- 一氧化碳-3-/ . -3 ，求 出该点曲线的压缩斜率（A .） ，并除以原体积 ，便是这种物质在. 压 力下的真实压缩系数，也就是说在温度一定的某个压力下 为一定值，所以 压缩系数 随压力.及温度 * 而变化。 但是，在这里应该指出的是， 仅能在一个小的压力范围内被看成是常 ;第一章环境大气 数，即物质体积变化与压力变化呈线性关系，故一般所给的 值表系指在某 个不大的压力范围内的平均值（如表 “ ） 。这样，在图 “ 中，在压力 /、8 3 /“, “’ 1 9； 8“ “/ ，A的 8 和 。 第四节密度的气态方程计算法 一、气体和混合气体密度的计算 从分子物理可知，对于理想气体来说，气体的绝对温度 6、绝对压力 - 与其体积 7 之间的关系，可用下面的理想气态方程描述，即 27 1 C56（ ） , 。 从上可见，若已知、、78和 水，则用式（ “ 9）也可以求得湿气 1第一篇矿井空气和风流流动理论 的密度。但是，有时我们却不知 水，而仅知标准状态时每立方米干气体所 含水蒸气质量即水含量 （“ 代入以上各式，即可 得到它的密度。 三、气体压缩系数 “ 气体压缩系数是温度、压力的函数，一般可用压力的多项式来表达， 即 “ * ’ 0 5 BC。用本法求压缩系数的总不确定度估计可 达到 -A（在 - DBC 时） 。 四、相对湿度 通常把气体中含有的水蒸气的多少称为湿度，是一个表示气体干湿程度 的物理量。可用绝对湿度和相对湿度等参数来表示（这里不再论述） 。 /第一篇矿井空气和风流流动理论 第五节密度的测量法 一、国际上通用湿空气密度计算法 国际通用公式在 “ 年 月由 ） ；- 为摩尔气体常数（BB D9““BB“9“BB“ EF9““BBB“B999 DBBBBBBBBBB CGB H B0 BBBB9 “第一章环境大气 续表 成分 摩尔质量 “ 3）计算 的误差小于 / “ 。 （7）湿空气压力4和温度 4和 为实验条件下的湿空气的压力与温度，用天平称量时是指天平室 内的压力与温度。 二、实际计算湿空气密度的公式 “8 实用计算式 由上可知，若将 A ;8“897’ “ HC DEF，GI “;8“’ “ HC DEF 代入式（“ ’7） ，则可用下式实际计算湿 空气密度 实 ;’ “ H B “ 4 （“ 8;;12） （“ 7/） 进一步，若能对称量环境中空气所含的 J6，比重 .0../6。 亚氧化碳的折射率较大，为反应强烈的液体或气体。如果空气中存有 2C D 4C时就会发生爆炸。少量时有臭味，可以促使感受者发笑，但浓度 高时，刺激眼、鼻、咽喉、呼吸道，引起呼吸困难、窒息。 五、硫化羰（*789E, 568 氧消耗量 ; 568 呼出气 ; 568 ./排出量 ; 568 横卧时,’*’3,’’* 正坐时3’,’*/ 的高浓度时，就完全感觉不到臭味，使嗅觉失灵，神志不清，导致 死亡。 因为硫化氢是一种弱二元酸，所以可以生成酸性盐及中性盐，但是酸性 盐一般根据金属离子不同而既具有硫化氢的臭味又有毒性。 硫化氢是具有分解蛋白质、脱落表皮的作用，所以也可用作脱毛剂，但 人使用过量时就有引起刺激皮肤而产生皮炎的危险。所使用的脱毛剂是以其 盐类形式使用，如 6第三章矿井环境气体理化性分析 三、毒性作用 硫化氢具有与氰化氢相似的毒性，实际上是比氰化氢更有毒的物质，除 引起局部刺激外，还有被吸收的作用。人可以闻到臭味的上限浓度为 “（/ 烘箱中烘至完全脱水，让熔融物在干燥器 中凝固。把它打碎之后放在烧瓶中，烧瓶与一个冷凝阱熔接。烧瓶的颈上缠 绕电热线，借以防止反应所生成的水流回到热的熔阱物上，用水将气体阱冷 却，以阻留大部分的水，将烧瓶放在铁丝网上小心的加热，反应在 0/开 始，它是放热反应。温度不可超过 7/，因为在这个温度时分解生成氮和 一氧化碳的反应已相当可观了，应避免突然加热及操作的量过大，否则因是 放热反应过程，有可能变成爆炸性反应，所产生的气体可用 7/的 ,8 溶 液洗涤，如有必要时，可用连二亚硫酸盐的碱性溶液洗涤以除去过量的氧。 “法 A,6（,） 9 A,- , 将 07的水中为 *01.,,01。 在空气中易于氧化成 “，其变化速度与温度和时间有关。.3.A 年 BCD E7FGH7IF 提出了下面的关系比，又由 ;G7I 在试验基础上求出了系数 。 E［“］ EH ［“］ ［“］ ， .*A J .,3（,） K1LIFG 根据上述关系式，求出 “ 在空气中变成 “的数量关系值 A第一篇矿井空气和风流流动理论 “ 765’6 . ;5为混合 气体各成分的摩尔燃烧热（897 67） ；, 、 ’、⋯、为混合气体各成分的 摩尔比（67“） 。 （）混合可燃性气体燃烧特性典型应用 从表（ A 0）和表（ A B）可以看出，除无机可燃性气体外，烷烃和烯 烃气体的单质摩尔燃烧热及其混合气体的摩尔燃烧热与其爆炸下限的乘积大 致相同，即 , ; ,’897。这一数字说明，在爆炸下限各可燃性气体燃烧发出 的热量是近似相同的。所以，利用催化燃烧原理的气体分析仪，常以爆炸下 限的 ,“作为爆炸危险的最高指示值，标记为 CDC“（英文为C6EFG DHI76JKF CLLM“的字头缩写） ，这样，可以对多种可燃性气体的爆炸危险百 分比给出比较接近的数字（即同一参考基准） 。测量多种可燃性气体存在的 危险性，应用这种特性原理研制的仪器，则比较接近实际要求，目前应用这 一特性研制的仪表尚未引入矿山安全检测领域。 三、影响爆炸极限的因素 不同的物质有不同的爆炸极限，而同一种可燃性气体或蒸气的爆炸极 限，因条件也有所不同，掌握这一规律对防止爆炸采取何种措施有重要意 义。 在煤矿井下，主要的可燃性气体是甲烷（俗称瓦斯） ，所以下面以甲烷 与空气的混合气体的爆炸极限的影响为例加以说明。 ,/ 火焰传播惯性的影响 ’’,第一篇矿井空气和风流流动理论 表 “ 的数字表明，上行传播时的爆炸极限宽，下行传播时爆炸范围 窄。上行传播时，由于对流作用，未燃气体的热量容易传递，而下行传播时 不易向下传播。在实践中，爆炸源是在回风立井或斜巷的上部还是下部，它 们的爆炸极限范围是不同的。 表 “ 火源传播惯性分析（试验结果） 传播方向爆炸下限爆炸上限备注 上向（行）; */’ 年的试验结果，下向（行）传播 由表 “ / 可以看出，一个大气压（即 **’-6）时，爆炸下限最低， 随气压的增加，爆炸下限和上限浓度都提高。结果表明，气压增加，爆炸范 围也增加，而引燃温度随气压的升高而降低，这一点十分重要，在爆破作业 中，即有高气压，又有极高的引火温度，应当十分注意引起瓦斯爆炸的危 险，故强调提出表 “ 、表 “ / 反应的爆炸特性应结合考虑综合分析。 ,’*第一篇矿井空气和风流流动理论 “ 湿度的影响 湿度的影响见表 ） 式（）表明，空气密度受到大气压力、温度和湿度的影响，但其中 气温的影响最大。 为了计算简便起见，在满足工程精度要求前提下，可分别用下式对、 进行近似计算 （“8- “） ’ */ ,，./ 0“ （7的矿井空气定为标准空气，其重度为 -./ 0“，密度为 *9/ 0“。 在矿内空气中，由于正常条件下和变化不大，其变化范围约为上述 数值的 ;7 -7，因此，一般把空气重度 -./ 0“和密度 *9/ 0“均作 为标准值对待。但是应当指出，海拔高度较大的矿区，由于大气压力较低， 对空气重度和密度影响较大，若仍采用上述标准值时，将产生较大误差，须 根据实际气象条件重新确定。 粘性 空气抗剪切力的性质称为空气的粘性。 任何实际流体都具有粘性。当流体以任一平均流速流动时，相邻两层面 间出现相对运动。由于分子间的相互吸引力，速度快的流层对速度慢的流层 施以与流动方向一致的拖力，带动速度慢的流层运动。同时速度慢的流层对 速度快的流层施以与拖力相反的阻力来阻挠快层的流动。这种阻力产生于流 8“第七章矿井风流流动的基本理论 体内部，所以称内摩擦力。根据牛顿内摩擦定律，流体内摩擦力的计算公式 为 “ 02 5，, - 039903’4903’5030//3242/308/3/5 ; 025 ，. /1- 034220342038203’2203/2/30’2/3852 二、空气压力及其测量 矿井通风学中常说的空气压力就是流体力学中讲的静压强，空气的静坛 强就是空气作用在单位面积上的作用力。 按照国际单位制规定，压力的单位为帕斯卡（简称帕，符号为 ,，0, “ 0*1 ./） 。数值较大的压力单位可用 6,（千帕）或 ,（兆帕） ，06, “ 024,，0） 、毫米汞柱（..） 、标准大气压（,.） 、工程大气压（,）及 毫巴（.A,B）等，它们之间的关系见表 ’ /。 940第一篇矿井空气和风流流动理论 表 “ 压力单位换算表 帕斯卡 毫米水柱 7 .， （ “ --） 图 “ - 环绕地球表面有一层厚达数千公里的大气圈，离地表越近空气密度越 大，单位体积内气体分子数越多，则空气静伍越大。大气压随海拔高度变化 规律见表 “ 4。 4-第七章矿井风流流动的基本理论 表 “ 大气压与海拔高度关系 海拔高度， 三通旋塞； 三通旋塞座； 零位调整螺丝；1 弧形板；- 水准泡；-- 调平螺丝；-“ 胶皮管 7-第七章矿井风流流动的基本理论 在三角形底座 上装设容器 “ 与带有刻度的玻璃管 ，用胶皮管 将它 们连接起来。在容器 “ 的顶盖上设有注液孔 、三通阀 （“）之比（如 图 0 1 ,’ 所示） ，即 8 ; 由此不难看出， 值越大，表明井巷越粗糙。 用木支架、金属支架及混凝土支架等支护的井巷，可用纵口径表示 相对粗糙度，如图 0 1 ,0 所示。 图 0 1 ,’相对粗糙度表示图 相邻支架中心间的距离 3（“）与支架直径或纵向厚度 ;（“）之比， 称为支架的纵口径，即 3 ; ,’（ “ 4） 二、局部阻力 风流流经井巷的某些局部地点，例如，断面突然扩大或突然缩小（如图 “ ） 、分岔或汇合、调节风窗、风桥及阻碍 物（如图 “ ）等，这些区段风流速度的大小或方向发生突然变化，引 起空气质点相互之间剧烈冲击与附加摩擦，形成极为紊乱的涡漩，造成风流 能量损失，这种类型的阻力称为局部阻力。 1第七章矿井风流流动的基本理论 图 “ 几种产生局部阻力地点 产生局部阻力区段的巷道结构多种多样，风流变化也极为复杂，但各 种局部阻力所引起的能量损失原因基本相同，即和产生局部阻力区段的速压 成正比，因此，可以得出计算局部阻力的普遍公式为 局 成正比，与断面 3 的三次方成反比。 *8第一篇矿井空气和风流流动理论 因此，降低 摩可从以下几个方面入手 （“）应保证有足够的通风断面，必要时可扩大巷道断面或采用双巷并联 送风。 （）尽量采用光爆锚喷及砌旋巷道，提高巷道壁面光滑度，降低摩擦阻 力系数。 （）应尽可能采用周边最短的巷道形状，如当断面相同时，圆形巷道周 边最短。 （）在满足开采条件下，尽量缩短通风路线长度。 , 中等/’/ 2, , 困难; 2, 0通全 - / -88A / 5988’5838 3“ 5 型来代替 “5 型，电机可由 ’’/0 降至 /0；噪音也有所降低。“77 78 6 ’58788 6 ’88;59588;7 “77 8’8 6 ’888 6 ’5885;89588;38 “77 5’48 6 88’888 6 ’988;89588;35 3“77 838 6 38’88 6 88’59588;58 5“77 78 6 548’588 6 9889588;57 7“77 348 6 88888 6 48839588;7 9’第二章建井通风设备 图 “ ； 1 每 ;是作为通风的初步要求以计算所需风量，通风 . 时间后还要 继续通风，使 4 浓度降至卫生标准。 当掘进巷道距离较短时，爆破后炮烟浓度可能在没被稀释到允许浓度就 排出掘进巷道，此时，上式中的掘进巷道通风长度 2 取该巷道的长度。当 掘进巷道较长，炮烟在巷道中向前推移的过程中，由于巷道断面上风速分布 不均产生的紊流变形，以及炮烟前部在推移过程中不断被巷道中的新鲜空气 稀释，炮烟浓度可能在被排出掘进巷道以前就已降到允许浓度以下，掘进工 作面至稀释炮烟到允许浓度的距离称作炮烟稀释安全长度（2稀） 。此时，掘 进巷道通风长度应取炮烟稀释安全长度，2稀可按下式计算 2稀 0 （/ 6 ） 式中0 同时爆破的炸药量，;； 掘进巷道净断面积，“。 我国冶金系统推荐吴中立的公式 -第二篇煤矿建井通风 压“ ）计算。式中 ’ 取抽出式风 筒口到工作面的距离。 为防止循环风，让抽出式风筒吸风口与压入式局部通风机之间有新鲜风 流通过，抽出式风筒口的吸风量应大于压入式局部通风机通过的风量。抽出 式风筒口的吸风量 抽可按下式计算 抽“ （ / . / .-）压（ * ） 或抽“ 压4 ;； 掘进巷道规定的最低风速，岩巷取 /-,6，煤巷取 /.-,6 .第三章建井通风技术 ； “ 掘进巷道净断面积，。 上式中压入式局部通风机通过的风量与工作面风量可视为相等，因混合 式通风时压入 式风筒很短，漏风可忽略不计。 按瓦斯涌出量计算 有瓦斯涌出的掘进工作面，应有足够的风量冲淡并排出瓦斯，其风量的 计算原则必须保证掘进巷道回风流中瓦斯浓度不超过规定的允许浓度，计算 公式如下 第二篇煤矿建井通风 如果掘进巷道内有瓦斯涌出，因瓦斯较轻而有上浮的特性，当巷道中风 速低于一定值，将会形成顶板瓦斯层状积聚，一般认为排除瓦斯最低风速为 “ .均 （’ 测点处风筒断面积，2/ ; 6 /6 段风筒摩擦阻力系数（包括接头）由下式计算 43第三章建井通风技术 “ 6C A（属 紊流放热） ； B 地道壁面平均温度的普朗特准则。 A“ 所需地道长度 D 夏季按下式
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