矿井通风阻力教案.ppt

矿井通风,MineVentilation,采矿工程系,第三章矿井通风阻力,一、教学内容1、矿井通风阻力产生的原因；2、矿井通风阻力的计算、参数的测定方法；矿井通风难易程度评价指标；3、降低矿井通风阻力的具体措施；4、矿井通风阻力测定的相关知识。二、难点重点1、矿井通风阻力的计算；2、降低矿井通风阻力的具体措施；3、矿井通风难易程度评价指标。三、教学要求1、了解矿井通风阻力产生的原因以及矿井通风阻力测定方法；2、掌握矿井通风阻力计算方法、降阻措施、矿井通风难易程度评价指标的概念和计算。,第一节摩擦阻力,一、风流的流动状态流体在运动中有两种不同的状态，即层流流动和紊流流动。（一）层流和紊流层流指流体各层的质点相互不混合，呈流束状，为有秩序地流动，各流束的质点没有能量交换。质点的流动轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。紊流紊流和层流相反，流体质点在流动过程中有强烈混合和相互碰撞，质点之间有能量交换，质点的流动轨迹极不规则，除了有总流方向的流动外，还有垂直或斜交总流方向的流动，流体内部存在着时而产生、时而消失的涡流。,二）流动状态的判别1883年英国物理学家雷诺通过实验证明流体的流动状态取决于管道的平均流速、管道的直径和流体的运动粘性系数。这三个因素的综合影响可用一个无因次参数来表示，这个无因次参数叫雷诺数。对于圆形管道，雷诺数为,对于非圆形断面的管道，要用水力学中的水力半径的概念，把非圆形断面折算成圆形断面。所谓水力半径Rw（也叫当量直径）就是流过断面面积S和湿润周界（即流体在管道断面上与管壁接触的周长U之比。对于圆形断面有,,用水力半径代替圆形管道直径就会得到非圆形管道的雷诺判别系数，即,,对于不同形状的断面，其周长U与断面S的关系，可用下式表示,,C断面形状系数；梯形C4.16；三心拱C3.85；半圆拱C3.90,二、摩擦阻力井下风流沿井巷或管道流动时，由于空气的粘性，受到井巷壁面的限制，造成空气分子之间相互摩擦（内摩擦）以及空气与井巷或管道周壁间的摩擦，从而产生阻力，称这种阻力为摩擦阻力。（一）达西公式和尼古拉兹实验在水力学中，用来计算圆形管道沿程阻力的计算式叫做达西公式，即,,上式对于层流和紊流状态都适用,但流态不同，实验的无因次系数大不相同，所以，计算的沿程阻力也大不相同。著名的尼古拉兹实验明确了流动状态和实验系数的关系。尼古拉兹把粗细不同的砂粒均匀地粘于管道内壁，形成不同粗糙度的管道。管壁粗糙度是用相对粗糙度来表示的，即砂粒的平均直径（m）与管道直径r（m）之比。尼古拉兹以水为流动介质，对相对粗糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行实验研究。实验得出流态不同的水流，系数与管壁相对粗糙度、雷诺数Re的关系，如图3-1所示。图中的曲线是以对数坐标来表示的，纵坐标轴为（lg100）,横坐标轴为lgRe。根据值随Re变化特征图中曲线分为五个区,在水力学上，尼古拉兹实验比较完整地反映了的变化规律，揭示了的主要影响因素，解决了水在管道中沿程阻力计算问题。而空气在井巷中的流动和水在管道中的流动很相似，所以，可以把流体力学计算水流沿程阻力的达西公式应用于矿井通风中，作为计算井巷摩擦阻力的理论基础。因此把公式（3-4）作为满流井巷矿井摩擦阻力计算的普遍公式。（二）层流摩擦阻力从尼古拉兹实验的结果可以知道，流体在层流状态时，实验系数只与雷诺数Re有关，故将式＝64/Re代入达西公式（3-4）中，得,,,,,层流状态下井巷摩擦阻力计算式,,,（三）紊流摩擦阻力井下巷道的风流大多属于完全紊流状态，所以实验系数值取决于巷道壁面的粗糙程度。故将式（3-2）代入公式（3-4）得到应用于矿井通风工程上的紊流摩擦阻力计算公式,,,,,三、摩擦阻力系数与摩擦风阻,（一）摩擦阻力系数,,值主要取决于,值，主要决定于井巷,值确定,的粗糙程度，也就是取决于井下巷道的支护形式。,方法有查表和实测两种方法。,（二）摩擦风阻对于已经确定的井巷，巷道的长度L、周长U、断面S以及巷道的支护形式（摩擦阻力系数）都是确定的，故把公式（3-10）中的、L、U、S用一个参数R摩来表示，得到下式,,显然R摩是空气密度、巷道的粗糙程度、断面积、断面周长、井巷长度等参数的函数。当这些参数确定时，摩擦风阻R摩值是固定不变的。所以，可将R摩看作反映井巷几何特征的参数，它反映的是井巷通风的难易程度。,,上式就是完全紊流时摩擦阻力定律，它说明了当摩擦风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。,第二节局部阻力,在风流运动过程中，由于井巷边壁条件的变化，风流在局部地区受到局部阻力物（如巷道断面突然变化，风流分叉与交汇，断面堵塞等）的影响和破坏，引起风流流速大小、方向和分布的突然变化，导致风流本身产生很强的冲击，形成极为紊乱的涡流，造成风流能量损失，这种均匀稳定风流经过某些局部地点所造成的附加的能量损失，就叫做局部阻力。一、局部阻力的成因与计算（一）局部阻力的成因分析井下巷道千变万化，产生局部阻力的地点很多，有巷道断面的突然扩大与缩小（如采区车场、井口、调节风窗、风桥、风硐等），巷道的各种拐弯（如各类车场、大巷、采区巷道、工作面巷道等），各类巷道的交叉、交汇（如井底车场、中部车场）等等。在分析产生局部阻力原因时，常将局部阻力分为突变类型和渐变类型（如图3-5所示）两种。图中a、c、e、g属于突变类型，b、d、f、h属于渐变类型。,紊流流体通过突变部位时，由于惯性的作用，不能随从边壁突然变化，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁间形成涡流区。产生的大尺度涡流，不断被主流带走，补充进去的流体，又形成新的涡流，因而增加了能量损失，产生局部阻力。,边壁虽然没有突然变化，但如果在沿流动方向出现减速增压现象的地方，也会产生涡流区。如图3-5b，巷道断面渐宽，沿程流速减小，静压不断增加，压差的作用方向与主流的方向相反，使边壁附近很小的流速逐渐减少到零，在这里主流开始与边壁脱离，出现与主流相反的流动，形成涡流区。在图3-5h中，直道上的涡流区，也是由于减速增压过程造成的。增速减压区，流体质点受到与流动方向一致的正压作用，流速只增不减，所以收缩段一般不会产生涡流。若收缩角很大，在紧接渐缩段之后也会出现涡流区，如图3-5d所示。在风流经过巷道转弯处，流体质点受到离心力的作用，在外测形成减速增压区，也能出现涡流区。过了拐弯处，如流速较大且转弯曲率半径较小，则由于惯性作用，可在内侧又出现涡流区，它的大小和强度都比外侧的涡流区大，是能量损失的主要部分。,综上所述，局部的能量损失主要和涡流区的存在有关。涡流区越大，能量损失的就越多。仅仅流速分布的改变，能量损失并不太大。在涡流区及其附近，主流的速度梯度增大，也增加能量损失，在涡流被不断带走和扩散的过程中，使下游一定范围内的紊流脉动加剧，增加了能量损失，这段长度称为局部阻力物的影响长度，在它以后，流速分布和紊流脉动才恢复到均匀流动的正常状态。需要说明的是，在层流条件下，流体经过局部阻力物后仍保持层流，局部阻力仍是由流层之间的粘性切应力引起的，只是由于边壁变化，使流速重新分布，加强了相邻层流间的相对运动，而增加了局部能量损失。层流局部阻力的大小与雷诺数Re成反比。受局部阻力物影响而仍能保持着层流，只有在Re小于2000时才有可能，这在矿井通风巷道中极为少见，故本节不讨论层流局部阻力计算，重点讨论紊流时的局部阻力。,（二）局部阻力计算,,需要说明的是，在查表确定局部阻力系数值时，一定要和局部阻力物的断面、风量、风速相对应。,二、局部阻力系数与风阻（一）局部阻力系数产生局部阻力的过程非常复杂，要确定局部阻力系数也是非常复杂的。大量实验研究表明，紊流局部阻力系数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，但在粗糙程度较大的支架巷道中也需要考虑。由于产生局部阻力的过程非常复杂，所以系数一般由实验求得，附录二是由前人通过实验得到的部分局部阻力系数，计算局部阻力时查表即可。,（二）局部风阻,,,,上式为完全紊流状态下的局部阻力定律，h局与R摩一样，也可看作局部阻力物的一个特征参数，它反映的是风流通过局部阻力物时通风的难易程度。R局一定时，h局与Q的平方成正比。在一般情况下，由于井巷内的风流速压较小，所产生的局部阻力也较小，井下所有的局部阻力之和只占矿井总阻力的10％～20％左右。故在通风设计中，一般只对摩擦阻力进行计算，对局部阻力不作详细计算，而按经验估算。,第三节矿井总风阻与矿井等积孔,一、矿井通风阻力定律,,h阻＝RQ2,,R是由井巷中通风阻力物的种类、几何尺寸和壁面粗糙程度等因素决定的，反映井巷的固有特性。当通过井巷的风量一定时，井巷通风阻力与风阻成正比，因此，风阻值大的井巷其通风阻力也大，反之，风阻值小的通风阻力也小。可见，井巷风阻值的大小标志着通风难易程度，风阻大时通风困难，风阻小时通风容易。所以，在矿井通风中把井巷风阻值的大小作为判别矿井通风难易程度的一个重要指标。,井巷阻力特性曲线绘制方法当风阻R值一定时，用横坐标表示井巷通过的风量，用纵坐标表示通风阻力，将风量与对应的阻力绘制于平面坐标系中得到一条二次抛物线这条曲线就叫做该井巷阻力特性曲线。曲线越陡、曲率越大，井巷风阻越大，通风越困难。反之，曲线越缓，通风越容易。,井巷阻力特性曲线不但能直观地看出井巷的通风难易程度，而且当用图解法解算简单通风网路和分析通风机工况时，都要应用到井巷风阻特性曲线。故应了解曲线的意义，掌握其绘制方法。,二、矿井总风阻,,三、矿井等积孔,假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A（m2）的孔口，如图（3-8）所示。当孔口通过的风量等于矿井总风量Q，而且孔口两侧的风压差等于矿井通风总阻力（p1－p2h）时，则孔口的面积A值就是该矿井的等积孔。,,,表3-1矿井通风难易程度的分级标准,表3-1所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格根据当时的生产情况提出的，一直沿用至今。由于现代化矿井开采规模、开采方法、机械化程度和通风能力等较以前有很大的发展和提高，表中的标准对小型矿井还有一定的参考价值，对于大型矿井或多风机通风矿井应参照表3-2。该表是由煤科院抚顺分院提出，根据煤炭产量及瓦斯等级确定的矿井通风难易程度的分级标准。,表3-2矿井等积孔分类表,对矿井来说，上述公式（3-30）和（3-31）只能计算单台通风机工作时的矿井等积孔大小，对于多台通风机工作矿井等积孔的计算，应根据全矿井总功率等于各台主要通风机工作系统功率之和的原理计算出总阻力，而总风量等于各台主要通风机风路上的风量之和，代入公式（3-30）即,,,,,第四节降低矿井通风阻力措施,根据我国对617对井口和1023个风井的调查和统计，有40的矿井通风阻力属于中阻力和大阻力矿井，个别矿井的通风电耗甚至占到了矿井总电耗的50。所以，无论是新矿井通风设计还是生产矿井通风管理工作，都要做到尽可能降低矿井通风阻力。降低矿井通风阻力具体方法如下,一、降低摩擦阻力的措施1．减少摩擦阻力系数矿井通风设计时尽量选用值小的支护方式，如锚喷、砌碹、锚杆、锚锁、钢带等，尤其是服务年限长的主要井巷，一定要选用摩擦阻力较小的支护方式。施工时一定要保证施工质量，应尽量采用光面爆破技术，尽可能使井巷壁面平整光滑，使井巷壁面的凹凸度不大于50mm。对于支架巷道，要注意支护质量，支架不仅要整齐一致，有时还要刹帮背顶，并且要注意支护密度。及时修复被破坏的支架，失修率不大于7。在不设支架的巷道，一定注意把顶板、两帮和底板修整好，以减少摩擦阻力。,2．井巷风量要合理因为摩擦阻力与风量的平方成正比，因此在通风设计和技术管理过程中，不能随意增大风量，各用风地点的风量在保证安全生产要求的条件下，应尽量减少。掘进初期用局部通风机通风时，要对风量加以控制。及时调节主通风机的工况，减少矿井富裕总风量。避免巷道内风量过于集中，要尽可能使矿井的总进风早分开、总回风晚汇合。3．保证井巷通风断面因为摩擦阻力与通风断面积的三次方成反比，所以扩大井巷断面能大大降低通风阻力，当井巷通过的风量一定时，井巷断面扩大33，通风阻力可减少一半，故常用于主要通风路线上高阻力段的减阻措施中。当受到技术和经济条件的限制，不能任意扩大井巷断面时，可以采用双巷并联通风的方法。在日常通风管理工作中，要经常修整巷道，减少巷道堵塞物，使巷道清洁、完整、畅通，保持巷道足够断面。4．减少巷道长度因为巷道的摩擦阻力和巷道长度成正比，所以在矿井通风设计和通风系统管理时，在满足开拓开采的条件下，要尽量缩短风路长度，及时封闭废弃的旧巷和甩掉那些经过采空区且通风路线很长的巷道，及时对生产矿井通风系统进行改造，选择合理的通风方式。5．选用周长较小的井巷断面在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形次之，矩形和梯形的周长较大。因此，在矿井通风设计时，一般要求立井井筒采用圆形断面，斜井、石门、大巷等主要井巷采用拱型断面，次要巷道及采区内服务年限不长的巷道可以考虑矩形和梯形断面。,二、降低局部阻力的措施产生局部阻力的直接原因是，由于局部阻力地点巷道断面的变化，引起了井巷风流速度的大小、方向、分布的变化。因此，降低局部阻力就是改善局部阻力物断面的变化形态，减少风流流经局部阻力物时产生的剧烈冲击和巨大涡流，减少风流能量损失，主要措施如下1．最大限度减少局部阻力地点的数量。井下尽量少使用直径很小的铁风桥，减少调节风窗的数量；应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面比值要小。2．当连接不同断面的巷道时，要把连接的边缘做成斜线或圆弧型（如图3-9）。3．巷道拐弯时，转角越小越好（如图3-10）在拐弯的内侧做成斜线型和圆弧型。要尽量避免出现直角弯。巷道尽可能避免突然分叉和突然汇合，在分叉和汇合处的内侧也要做成斜线或圆弧型。,4．减少局部阻力地点的风流速度及巷道的粗糙程度。5．在风筒或通风机的入风口安装集风器，在出风口安装扩散器。6．减少井巷正面阻力物，及时清理巷道中的堆积物，采掘工作面所用材料要按需使用，不能集中堆放在井下巷道中。巷道管理要做到无杂物、无淤泥、无片帮，保证有效通风断面。在可能的条件下尽量不使成串的矿车长时间地停留在主要通风巷道内，以免阻挡风流，使通风状况恶化。,第五节矿井通风阻力测定,矿井通风阻力测定工作是通风技术管理的重要内容之一，其目的在于检查通风阻力的分布是否合理，某些巷道或区段的阻力是否过大，为改善矿井通风系统，减少通风阻力，降低矿井通风机的电耗以及均压防灭火提供依据。此外，通过阻力测量，还可求出矿井各类巷道的风阻值和摩擦阻力系数值，以备通风技术管理和通风计算时使用。通风阻力的测量方法常用的有两种，一为压差计测量法，二为气压计测量法。,通风阻力测定的基本内容及要求包括以下几个方面1．测算井巷风阻。井巷风阻是反映井巷通风特性的重要参数，很多通风问题都和这个参数有关。只要测定出各条井巷的通风阻力和该巷通过的风量，就可以计算出它们的风阻值。只要井巷断面和支护方式不变，测一次即可；如果发生了变化，则需要重测。测风阻时，要逐段进行，不能赶时间，力求一次测准。2．测算摩擦阻力系数。断面形状和支护方式不同的井巷，其摩擦阻力系数也不同。只要测出各井巷的阻力、长度、净断面积和通过的风量，代入公式即可计算出摩擦阻力系数。测摩擦阻力系数时，可以分段、分时间进行测量，不必测量整个巷道的阻力，但测量精度要求高。3．测算通风阻力的分布情况。为了掌握全矿井通风系统的阻力分布情况，应沿着通风阻力大的路线测定各段通风阻力，了解整个风路上通风阻力分布情况。也可分成若干小段，同时测定，这样既可以减少测定阻力的误差，也可以节约时间。测量全矿井通风阻力时要求连续、快速。,一、通风阻力测定的方法及步骤（一）测定前的准备工作1．仪表和人员的准备根据阻力测定方法和测定内容准备仪表。每个测定小组必备的仪表有1）测量两点间的压差用气压计法时，需要准备两台气压计或矿井通风综合参数检测仪；用压差计法时，可备单管倾斜压差计一台，内径4～6mm胶皮管或弹性好的塑料管两根，静压管或皮托管两支，小气筒一个，酒精或乙醇若干，有时为了便于压差计调平，放置皮托管，还常用三角架、小平板等。2）测量风速高、中、低速风表各一只，秒表一块。3）测量空气密度空盒气压计一台，风扇湿度计一台。（若用矿井通风综合参数检测仪测气压，可以不必准备此项仪器）4）测量井巷几何参数20～30m长皮尺一个，钢卷尺一个，断面测量仪一个。,所有测定仪器都必须附有校正表和校正曲线，精度应能满足测定要求。测定时由4～5人组成一个小组，事前做好分工，明确任务。每人都应根据分工掌握所需测定项目的测定方法，熟悉仪表的性能和注意事项。测定范围很大时，可以分成几个小组同时进行，每组测定一个区段和一个通风系统。分组测定时，仪表精度应该一致，校正方法和时间一致。,2.选择测量路线和测点选择测量路线前应对井下通风系统的现实情况做详细的调查研究，并参看全矿通风系统图，根据不同的测量目的选择测量路线。若为全矿井阻力测定，则首先选择风路最长、风量最大的干线为主要测量路线，然后再决定其他若干条次要路线，以及那些必须测量的局部阻力区段；若为局部区段的阻力测定，则根据需要仅在该区段内选择测量路线。,选择路线后，按下列原则布置测点1）在风路的分叉或汇合地点必须布置测点。如果在分风点或合风点流出去的风流中布置测点时，测点距分风点或合风点的距离不得小于巷道宽度B的12倍;如果在流入分风点或合风点的风流中布置测点时，测点距分风点或合点的距离一般可为巷道宽度B的3倍。（如图3-11）所示。,2）在并联风路中，只沿一条路线测量风压（因为并联风路中各分支的风压相等）,其它各风路只布置测风点，测出风量，以便根据相同的风压来计算各分支巷道的风阻。,3）如巷道很长且漏风较大时，测点的间距宜尽量缩短，以便逐步追查漏风情况。4）安设皮托管或静压管时，在测点之前至少有3m长的巷道支架良好，没有空顶、空帮、凹凸不平或堆积物等情况。5）在局部阻力特别大的地方，应在前后设置两个测点进行测量。但若时间紧急，局部阻力的测量可以留待以后进行，以免影响整个测量工作。6）测点应按顺序编号并标注明显。为了减少正式测量时的工作量，可提前将测点间距、巷道断面积测出。待测量路线和测点位置选好后，要用不同颜色绘成测量路线示意图，并将测点位置、间距、标高和编号注入图中。,3．准备记录表格为了便于汇总资料和计算阻力，在测量阻力之前应制定好有关原始资料统计表。主要表格有各测点平均风速基础记录表、各测点大气参数记录表、各测点风压基础记录表、各巷道规格基础记录表（参见附录三）。,（二）压差计法测量通风阻力1．测量仪器此种测量法一般是用单管倾斜压差计作为显示压差的仪器，传递压力用内径4-6mm的胶皮管，接受压力的仪器用皮托管或静压管。静压管如图3-12所示，它是由流线形的中空管1与管接头3组成。在管的侧壁径向开小孔2，静压从此传递。为了测量动压值，还需用风表、湿度计和气压计。,2．测量阻力原理欲测某倾斜巷道1、2两断面之间的通风阻力，仪器布置如图3-13所示。,用单管倾斜压差计测出的压差值为1、2两断面的静压差与位压差之和，或叫1、2两断面的势压差。而且不论将单管倾斜压差计放在2点之后，1点之前或1、2两点之间，其测量结果是相同的。,根据能量方程式，1、2两断面之间的通风阻力为,,用单管倾斜压差计测量阻力的计算公式为,,3．井下测量步骤1）井下测量时仪器的布置如图3-13所示，用胶皮管将静压管与压差计相连。2）读取压差计的夜面读数L读和仪器校正系数K，记录于附表3-3中。3）与此同时，其他人员测量测点的风速、干湿球温度、大气压、巷道断面尺寸及测点间距，分别记录于附表3-1、附表3-2和附表3-4中。4）当1、2两测点测完后，顺着风流方向将1测点的静压管移至测点3，进行与上述相同的测量工作，如此继续循环进行，直到测完为止。,4．注意事项1）在倾斜巷道内，不宜安设测点，始末两点尽量安设在上下水平巷道内。2）开始测量前，用小气筒将两根胶皮管内原有的空气换成测定地点的空气。3）测回采面压差时，仪器应安置在运输平巷或回风平巷内、不易被运输干扰的地点，胶皮管沿工作面铺设。如果该工作面邻近有行人或通风小眼，也可将胶皮管通过这些小眼铺设。4）测定过程中，如果压差计出现异常现象，必须立即查明原因，排除故障，重新测定。故障可能是1胶皮管因积水、污物进入或打折而堵塞；胶皮管被扎有小眼或破裂。2压差计漏气，测压管内或测压管与容器连接处有气泡。3静压管放置在风流的涡流区内。5）在主要运输巷和主要回风测定时，应尽可能增加两测点的长度，以减少分段测定的积累误差和缩短测定时间。,（三）气压计法测量通风阻力用气压计测量通风阻力，最核心的问题就是如何测定测点的空气静压，目前在煤矿井下测定通风阻力使用最多的是矿井通风综合参数检测仪。1．测量阻力原理根据能量方程，气压计法就是通过气压计测出测点间的绝对静压差，再加上动压差和位压差，以计算通风阻力。即,,或,,气压计测量通风阻力的方法有逐点测定法和双测点同时测定法。1）逐点测定法将一台气压计留在基点作为校正大气压变化使用，另一台作为测压仪器从基点开始测量每一测点的压力。如果在测量时间内大气压和通风状况没有变化，那么两测点的绝对压力差就是气压计在两测点的仪器读数差值。即,但是，地面大气压和矿井通风状况都可能发生变化，因此，井下任一点的绝对静压也随之变化。这就必须根据基点设置的气压计读数，对这两测点的绝对静压进行校正。即,,将式（3-43）代入式（3-40），则两点间的通风阻力为;,,或,,2）双测点同时测定法它是用两台气压计（I、II号）同时放在1号测点定基点，然后将II号仪器带到2号测点，约定时间同时读取两台仪器的读数后，再把I号仪器移到3测点，II号仪器留在2测点不动，再同时读数。如此循环前进，直到测定完毕。此法因为两个测点的静压值是同时读取的，所以不需要进行大气压变化的校正，但是测定时比较麻烦。用气压计法测定通风阻力主要以逐点测定法为主。,2．井下测量步骤1）将两台仪器同放于基点处，将电源开关拨至“通”位置，等待15～20min后，按“总清”键，记录基点绝对压力值。2）按“差压”键，并将记忆开关拨于“记忆”位置，再将仪器的时间对准。3）将一台仪器留于基点处测量基点的大气压力变化情况，并每逢5的倍数每隔5min记录一次。4）另一台仪器沿着测量路线逐点测定各测点的压力，测定时将仪器平放于测点底板上，每个测点读数三次，也是逢5的倍数每隔5min记录一次。5）测定时先测测点的相对压力，然后测巷道断面平均风速和断面尺寸，最后测温度与湿度，分别记录于附表3-1至附表3-4中。如此逐点进行，直到将测点测完为止。,3．注意事项1由于矿井的通风状态是变化的，井下大气压的变化有时滞后于地面大气压的变化，在同一时间内变化幅度也与地面不同，所以校正用的气压计最好放在井底车场附近。2）用矿井通风综合参数检测仪测定平均风速和湿度时，由于受井下环境的影响较大，所以测得的结果往往误差较大，故在实际测定通风阻力时，一般用机械风表和湿度计测测点的巷道断面平均风速和湿度。3）测定最好选在天气晴朗、气压变化较小和通风状况比较稳定的时间内进行。,（四）测定方法的选择用压差计法测量通风阻力时，只测定压差计读数和动压差值，就可以测量出该段通风阻力，不需要测算位压，数据整理比较简单，测量的结果比较精确，一般不会返工，所以，在标定井巷风阻和计算摩擦阻力系数时，多采用压差计法。但这种方法收放胶皮管的工作量很大，费时较多，尤其是在回采工作面、井筒内或者行人困难井巷及特长距离巷道，不宜采用此方法。用气压计法测量通风阻力，不需要收放胶皮管和静压管，测定简单。由于仪器有记忆功能（矿井通风综合参数检测仪），在井下用一台数字气压计就可以将阻力测量的所有参数测出，省时省力，操作简单，但位压很难准确测算，精度较差，故一般适用于无法收放胶皮管或大范围测量矿井通风阻力分布的场合。,二、数据处理及可靠性检查（一）测定数据的处理资料计算与整理，是通风阻力测定中比较重要的一项工作，测定数据的处理虽然较为繁琐，但要求细致、认真，稍有疏忽就会前功尽弃，反复多次，甚至导致错误的结论，所以必须给予重视。数据处理内容主要包括平均风速计算、空气密度计算、井巷风量计算、井巷相对静压和动压计算、井巷之间的通风阻力计算、全矿井通风阻力计算、各井巷风阻和摩擦阻力系数计算以及矿井压能图的绘制等。,1．巷道平均风速的计算将附表3-1中的表速通过校正曲线查出它的真风速后，再将真风速乘以测风校正系数K即得实际平均风速（参见第一章第四节）。2．空气密度计算通过附表3-2中各测点的大气参数和干、湿温度值，查表1-9在标准大气压下不同温度时的饱和水蒸气量、饱和水蒸气压力表，得到各测点的饱和水蒸气的压力，再查表1-12由风扇湿度计读数值查相对湿度得到各测点的相对湿度值后，代入密度计算公式计算出测点的密度值。空气密度的计算，应该精确到小数点后第三位。计算某测点的动压时，直接用测点的密度值计算，计算两断面间的位压差时，应该用两测点密度的算术平均值。将各测点的密度或平均密度记入附表3-5、附表3-6附表3-7中。,3．风量Q的计算1）相邻两测点风量相差不大或者是均匀漏风的情况下，两测点的平均风量为,,2）相邻两测点间如有较大的集中漏风和风流的分叉、汇合时，只能在其前后分别计算平均风量。3）在进行风量平衡时，所有的风量都要换算成矿井空气标准状态下的风量。,,将上述计算结果记入附表3-5、附表3-6和附表3-7中。4．通风阻力h阻计算用压差计法时，用式3-39计算通风阻力。将相邻测点阻力计算结果记入附表3-5中和附表3-7中。气压计法时，用式3-44或3-45计算通风阻力。将相邻测点计算结果记入附表3-6和附表3-7中,3）通风系统总阻力h总的计算通风系统总阻力等于该系统从总进风口到总出风口间，沿任意一条风流路线各测段通风阻力之和。,将计算结果记入附表3-5和附表3-6中。根据附表3-5和附表3-6中统计整理的数据，在方格纸上以巷道累计长度为横坐标，分别以温度、湿度、风量和阻力为纵坐标，绘制温度、湿度、风量和阻力曲线图。,4）测点的相对总压能h总i计算h总i＝Pa；（3-49,,,,将上述结果记入附表3-6中。当所有测点的相对总压能计算出之后，即可绘制压能图。图3-15为某矿的通风网路图，图3-16为该通风网路的压能图。压能图的纵坐标表示相对总压能的绝对值，横坐标表示节点的延展方向，图中右侧的三角形顶点表示通风机的风压。,5．摩擦阻力系数参见本章第一节，计算出标准状态下的摩擦阻力系数，将计算结果记入附表3-7。6．巷道风阻R计算将附表3-5和附表3-6中的风量、两测点间的阻力代入下式,,,将上述计算结果记入附表3-7中。（二）测定结果可靠性检查测点资料汇总以后，应对全系统或个别地段测定结果进行检查校验。因为仪表精度、测定技巧的熟练程度等因素的影响，测定时总会发生这样或那样的误差。如果误差在允许范围以内，那么测定结果可以直接应用，如果误差较大应该查明原因进行重新测量。系统全面地分析各种误差的原因，比较困难，也没有必要，但是根据通风阻力测定的目的和要求，在测定中有目的地进行一些校验测定，则是完全必要的。,1．风量的校验换算成标准矿井空气状态下的风量，根据“在密度不变的情况下，流进汇点或闭合风路的风量，等于流出汇点或闭合风路的风量”的原则进行风量比较，其误差不应该超过所用风表的允许误差值。如果误差过大，则应分析查明原因，必要时进行局部或全部重新测定。,2．通风阻力的校验根据闭合风路中，每一条风路的通风阻力累计值都应该相等的原则，如果已经测定了两条以上并联风路的通风阻力，就可以相互校验，其两者相差不应超过5。假使测定时只需要测量一条路线，为了校验，也应尽可能再选择一条路线最短而又与之并联的风路，测量它的通风阻力以便校验。测量全矿井系统总阻力时，最好利用通风机房内设置的压差计读数校验。通过压差计的读数及测定风机入风口的动压和矿井的自然风压，计算出全矿井的通风阻力，再与分段测量累计的全矿井总阻力相比较，其误差不应大于5。,三、矿井通风阻力测定报告的编写通风阻力测定工作结束以后，必须对所测定的数据进行整理分析并编写通风阻力测定报告，从中得出有价值的结论。为日后矿井通风管理、通风系统的改造、矿井通风自动化、通风系统设计和均压调节法控制火灾提供可靠的、切合实际的技术数据。矿井通风阻力测定报告的编写内容主要有（一）矿井概况主要介绍矿井煤层赋存状况，井田开拓、采煤方法、回采工艺，各井巷的特征参数、支护形式及井巷标高，矿井生产系统等。并附有全矿井生产系统图。,二）通风安全概况主要介绍矿井瓦斯的涌出量，煤层自然发火倾向性，煤尘爆炸指数，水文地质情况等安全基础资料。各主要用风地点的风量和质量，矿井总进风量和总回风量，通风机工况，通风机房压差计读数。矿井通风方式、通风方法、通风网路以及通风构筑物的数量和位置，全矿井火区的数量和位置以及矿井通风系统。并附有矿井通风系统图和通风网络图。（三）测量计划和步骤1、测定方法根据测量目的选择的测量方法，并附有测点原理布置图。,2、仪器准备以表格的形式列出仪器的数量、型号、使用状态，并将仪器编号与使用人员对应一致。3、人员组织和任务分配主要分测风组、测压组、测断面尺寸组、数据记录组、通讯联络组和安全指挥组。每个测定小组必须由上述人员5～6人组成。要附有任务分配表、基础数据表格。4、测点线路的选择在通风系统图上标明所有测量地段、路线、测点，并且要依次编号，注明测定路线上的局部通风机、调节风门、风桥和其它障碍物。具体要求参照通风阻力测定方法。5、井下测量根据测量的目的和测量方法，参照通风阻力测量步骤，沿着测量路线，简要说明测量过程和临时修改的测点原因。,（四）资料汇总与计算计算的数据包括每一个测点的密度、风速、断面积、风量、动压、位压、静压、相对压力、两测点的通风阻力、最大阻力路线上的总阻力、井巷风阻、摩擦阻力系数等，并要有具体的计算过程，并将结果绘制成表。（五）误差分析1、通风机工况变化误差分析2、测量仪器和测量技术误差分析。3、测点布置合理性（主要分析小阻力段在风流变化地段）误差分析。4、井巷标高和断面计算时的误差分析。,（六）绘制压力坡线图和压能图参照第二章第四节压力坡线图的绘制方法，将通风阻力计算结果绘制成压力坡线图和压能图。（七）测定结果分析1、衡量矿井通风管理水平。2、分析矿井通风系统存在问题，提出改进意见。3、均压调节火区效果分析。4、主要通风机的安全运行分析。,四、本章小结本章从通风阻力产生的根本原因入手，阐明矿井通风阻力的计算方法、测定方法以及降低通风阻力的具体措施。本章是进行矿井通风系统设计、矿井风量调节、矿井通风系统管理和安全评价的理论基础。,五、思考复习题思考题3-1何谓层流、紊流如何判别流体的状态3-2在尼古拉兹实验资料中，随或相对粗糙度而变化分为五个区，各区有何特征3-3摩擦阻力系数与哪些因素有关3-4局部阻力形式主要有哪些造成能量损失的原因是什么3-5风流流入断面突然扩大的阻力损失与流入断面突然缩小的阻力损失相比较，哪一个更大为什么3-6“阻力”与“风阻”是不是同一个概念其相互关系如何各受什么因素影响3-7等积孔的含义是什么等积孔与风阻有哪些异同与联系如何衡量矿井通风难易程度3-8为什么要减少通风阻力用什么方法减少通风阻力3-9通风阻力测定方法有几种各有何优缺点3-10通风阻力测定报告主要包括哪些内容,习题3-1某设计巷道的木支柱直径＝16cm，纵口径＝4，净断面积S＝4，周长U＝8m,长度L＝300m,计划通过的风量Q＝1440,试求该巷道的摩擦阻力系数和摩擦阻力。h摩324Pa3-2某巷道有三种支护形式，断面积均为8m2,第一段为三心拱混凝土砌碹巷道，巷道不抹灰浆，巷道长400m；第二段为工字梁梯形巷道，工字梁高＝10cm，支架间距为0.5m，巷道长500m；第三段为木支架梯形巷道，支架直径＝20cm,支架间距为0.8m，巷道长300m，该巷道的风量为20。试分别求出各段巷道的风阻和摩擦阻力。（第一段R10.0535Ns2/m8，h121.4Pa；第二段R20.208Ns2/m8，h283.2Pa；第三段R30.1Ns2/m8，h340Pa）,,3-3某条巷道如题图3-1所示，通过的风量为18，空气的密度试分别计算巷道突然缩小处和转弯处的局部阻力。（h缩2.4Pa,h弯13.4Pa）,3-4某巷道摩擦阻力系数,,，通过的风量,Q＝40,,,，空气的密度,,在突然扩大段，巷道断面由S16m2变为S210m2。求（1）突然扩大段的局部阻力。（4.4Pa）（2）其他条件不变，若风流由大断面流向小断面，则突然缩小段的局部阻力又是多少（5.6Pa）,3-5某矿井的风量为100m3/s，阻力为2158Pa，试求其风阻和等积孔，并绘制风阻特性曲线。（R0.2158Ns2/m8，A2.56m2）3-6某矿简化后的通风系统如题图3-2所示，已知R1-20.039Ns2/m8,R2-31.177Ns2/m8,R2-41.079Ns2/m8,Q2-335m3/s,Q2-425m3/s,试求矿井的总阻力、总风阻和总等积孔各为多少（h1262.5Pa,R总0.351Ns2/m8，A总2m2）3-7用单管倾斜压差计与静压管测量一条运输大巷的阻力。该巷为半圆拱料石砌碹，测点1与测点2处的巷道断面积为s18.8m2,s28.0m2,1、2两测点的间距是300m，通过该巷道的风量是30m3/s，单管倾斜压差计的读数为L＝21.1mm液柱，读数时的仪器校正系数K＝0.2，测点1的空气密度测点2的空气密度试计算该巷道的摩擦阻力和摩擦阻力系数，并将摩擦阻力系数换成标准值。（h摩39.9Pa，，）,,,,,,