矿井通风阻力计算教材
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：
γ
d
v e R ?=
U
S de 4
=
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 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。 （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 U vS Re ν4= S C U =ν l vK Re = T v x v x t ? S i S v d 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。 层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度δ随Re 增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。 在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。 平均风速： 式中： 巷道通过风量Q 。则：Q ＝V ×S 风速分布系数：断面上平均风速v 与最大风速v max 的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用K v 表示： 巷壁愈光滑，K v 值愈大，即断面上风速分布愈均匀。 砌碹巷道，K v =0.8～0.86；木棚支护巷道，K v =0.68～0.82；无支护巷道，K v =0.74～0.81。 δ v v m ax v m ax ? = S i S v S v d 1max v v K v = 第二节 摩擦风阻与阻力 一、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时，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称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。 由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计算：(Pa) λ－－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。 d ——圆形风管直径，非圆形管用当量直径； 1．尼古拉兹实验 实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re 来衡量；另一方面（外因）是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过λ值来反映。 2 · 2 v d L h f ρ λ = 1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度ε与管道半径r 的比值ε/r 称为相对糙度。以水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出λ与Re 的关系曲线，如图所示。 结论分析： Ⅰ区——层流区。当Re ＜2320(即lgRe ＜3.36)时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度ε/r 无关，只与Re 有关，且λ=64/Re 。与相对粗糙度无关 Ⅱ区——过渡流区。2320≤Re ≤4000(即3.36≤lg Re ≤3.6)，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段Ⅱ上。λ随Re 增大而增大，与相对糙度无明显关系。 Ⅲ区——水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态(Re ＞4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度δ大于管道的绝对糙度ε（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线Ⅲ上，表明λ与ε仍然无关，而只与Re 有关。随着Re 的增大，相对糙度大的管道，实验点在较低Re 时就偏离直线Ⅲ，而相对糙度小的管道要在Re 较大时才偏离直线Ⅲ。 Ⅳ区——紊流过渡区，即图中Ⅳ所示区段。在这个区段内，各种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线，λ值既与Re 有关，也与ε/r 有关。 Ⅴ区——水力粗糙管区。在该区段，Re 值较大，管内液流的层流边层已变得极薄，有ε>>δ，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故Re 对λ值的影响极小，略去不计，相对糙度成为λ的唯一影响因素。故在该区段，λ与Re 无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式： 2．层流摩擦阻力 2 lg 274.11 ? ?? ? ? += ελr δ ε 当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式： μ=ρ·ν ∴ 可得圆管层流时的沿程阻力系数： ∴ 古拉兹实验所得到的层流时λ与Re 的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。 3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，λ=f (Re ，ε/r)，关系比较复杂。用当量直径de =4S /U 代替d ，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式： 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 1．摩擦阻力系数α 矿井中大多数通风井巷风流的Re 值已进入阻力平方区，λ值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则λ可视为定值；在标准状态下空气密度ρ=1.2kg/m 3。 对上式， 令： α称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m 3 或 N.s 2/m 4。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： v d L h f 2 32μ= ν Vd Re = 2 · · 642 v d L Re h f ρ = Re 64= λ2 3288Q S LU v S LU h f ??=??=ρλρλ8 ρ λα?= 标准摩擦阻力系数： 通过大量实验和实测所得的、在标准状态（ρ0=1.2kg/m 3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值α0值，当井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m 3时，其α值应按下式修正： α系数影响因素 对于砌碹、锚喷巷道—只考虑横断面上方向相对粗糙度；对于木棚、工字钢、U 型棚等还要考虑纵口径Δ=l/d 0 2．摩擦风阻R f 对于已给定的井巷，L 、U 、S 都为已知数，故可把上式中的α、L 、U 、S 归结 为一个参数R f ：： R f 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m 7 或 N.s 2/m 8。 工程单位：kgf .s 2/m 8 ，或写成：k μ。1 N.s 2/m 8= 9.8 k μ R f ＝f ( ρ,ε,S,U,L) 。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度ρ一般变化不大时，可将R f 看作是反映井巷几何特征的参数。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 2 3 Q S LU h f α =2 .10 ρ αα=3 S LU R f α =l d 0 工字钢支架在巷道中流动状态 α随Δ变化实验曲线 0 4812162004812 16 ?α 此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。 3．井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得α0 →α → R f → h f 生产矿井：h f → R f → α → α0 例题3-3 某设计巷道为梯形断面，S =8m 2，L =1000m ，采用工字钢棚支护，支架截面高度d 0=14cm ，纵口径Δ=5，计划通过风量Q=1200m 3/min ，预计巷道中空气密度ρ=1.25kg/m 3，求该段巷道的通风阻力。 解 根据所给的d 0、Δ、S 值，由附录4附表4-4查得： α0 =284.2×10－4×0.88=0.025Ns 2/m 4 则：巷道实际摩擦阻力系数 Ns 2／m 4 巷道摩擦风阻 巷道摩擦阻力： 0.598 Ns 2／m 8 2 Q R h f f =026 .02 .125.1025.02 .10 =? ==ρ αα8 2 3 3 3 4.60.026100011.77 0.598 Ns /m 8 f LU L S R S S αα??= = = =Pa Q R h f f 2.239601200598.02 2 =?? ? ???== 第三节 局部风阻与阻力 由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。 由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。 一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力h l 一般也用动压的倍数来表示： 式中：ξ——局部阻力系数，无因次。层流ξ 计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当ξ确定后，便可用 几种常见的局部阻力产生的类型： 1、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。 2、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为 V h v p ，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 在这 2 2 v h l ρ ξ =Re B = ξ2 2 2Q S h l ρ ξ = 些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。 3、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。 4、分岔与会合 上述的综合。 ∴ 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。 二、局部阻力系数和局部风阻 (一) 局部阻力系数ξ 紊流局部阻力系数ξ一般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。 1．突然扩大 式中： v 1、v 2——分别为小断面和大断面的平均流速，m/s ； S 1、S 2——分别为小断面和大断面的面积，m ； ρm ——空气平均密度，kg/m 3。 2 21 12112 2 21222 11Q S v v S S h l ρξρξρ==???? ??-=2 22 2222222 122221Q S v v S S h l ρξρξρ==??? ? ??-= 对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 2．突然缩小 对应于小断面的动压，ξ值可按下式计算： 3．逐渐扩大 逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。 当Θ＜20°时，渐扩段的局部阻力系数ξ可用下式求算： 式中 α——风道的摩擦阻力系数，Ns 2/m 4； n ——风道大、小断面积之比，即Ｓ2／Ｓ1； θ——扩张角。 4．转弯 巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度)可按下式计算： 当巷高与巷宽之比H /b =0.2～1.0 时， 当 H /b =1～2.5 时 ?? ? ?? + ='01.01αξξ???? ? ?-=1215.0S S ξ?? ? ? ? + ='013.01α ξξ2 2 11sin 112 sin ??? ?? -+??? ??-=n n θθρα ξ()βαξξ????????? ?++='b H 65 .035.01280? ?b 式中 ξ0——假定边壁完全光滑时，90°转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-1； α——巷道的摩擦阻力系数，N.s 2/m 4； β——巷道转弯角度影响系数，见表3-3-2。 5．风流分叉与汇合 1) 风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，1～2段的局部阻力h l １～2和1～3段的局部阻力h l １～3分别用下式计算： 2) 风流汇合 如图所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl １～3、hl2～3分别按下式计算： 式中： (二) 局部风阻 在局部阻力计算式中，令 ， 则有： 式中R l 称为局部风阻，其单位为N.s 2/m 8或kg/m 7。 此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比 ()2 22212 12~1cos 22v v v v K h l +-=θρ α( ) 2 333 1213~1cos 22 v v v v K h l +-=θρα() 2 3 321 3~122 v v v K h l +-=ωρ α () 2 3 322 3~222 v v v K h l +-=ωρ α 2 23 2112 1cos cos θ θωv Q Q v Q Q += １ ３ ２ θ1θ 2 θ2θ3 1 2 3 l R S =2 2ρ ξ 2 Q R h l l = (三) 井巷通风总风阻 ? R f l h h h =+ 其中：R h ——井巷通风总阻力； f h ——沿程通风阻力； l h ——局部通风阻力； 一般H f 和h l 不易分开，对于转弯， H f 和h l 可分开； 巷道断面突然扩大处， H f 占比重少，局部区段h R = h l 正面阻力：罐笼、矿车、采煤机 例题： 例3-3：某巷道突然扩大段，砌碹支护，断面S 1=6m 2，S 2=24m 2，通过风量Q=48m 3/s ，空气密度ρ=1.25kg/m 3，求突然扩大局部阻力。 解：设砌碹巷道α=0.005kg/m 3 ξ=(1-S 1/S 2)2=(1-6/24)2=0.563 ξ’=ξ( 1+α/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845 h L =ξ’ ρV 12/2= ξ’ ρ(Q/S 1)2/2 = 0.845×1.25(48/6)2/2=33.8Pa 例3-4：某回风道，断面高2.8m ，宽2.5m ，混凝土棚支护，α=0.02kg/m 3，有一直角转弯，内角没有弧度，求转弯处的局部阻力系数ξ’ 解：表3-3-1， ξ0=0.93，由表3-3-2，β=1.0 H/b=2.8/2.5=1.12, ξ’=[(ξ0+28α)b/H] β =[(0.93+28×0.02) 2.5/2.8] ×1=1.33 若V=6m/s ，ρ=1.2kg/m 3, 则：h L=ξ’ρV2/2=1.33×1.2×6×6/2=57Pa 例3-5：某直角分叉巷道，θ2=0，θ3=90°，α=0.015kg/m3，V1=8m/s, V2=6m/s, V3=3m/s, ρ=1.25kg/m3,求h L1-2, h L1-3 解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35 h L1-2=Kαρ/2(V12-2V1 V2cosθ2+ V22) =1.35×1.25/2(82-2×8×6×1 +62) =3.37Pa h L1-3=Kαρ/2(V12-2V1 V3cosθ3+ V32) =1.35×1.25/2(82-2×8×3×0 +32) =71.59Pa 例3-6：某直角汇流巷道，θ1=0，θ2=90°，α=0.015kg/m3， V1=5m/s, V2=6m/s, V3=8m/s, ρ=1.25kg/m3, 求h L1-3, h L2-3 解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35 cosθ1=1, cosθ2=0,ω=Q1V1cosθ1/Q3=3.125 h L1-3=Kαρ/2(V12-2V3ω+ V32) = 1.35×1.25/2(52-2×8×3.125 +82)=39Pa h L2-3=Kαρ/2(V22-2 V3ω+ V32) = 1.35×1.25/2(62-2×8×33.125 +82) =42Pa １ ３２ θ1θ2θ2θ3 1 2 3 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 一、井巷阻力特性 在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故可写成一般形式：h ＝RQ 2 Pa 。 对于特定井巷，R 为定值。用纵坐标表示通风阻力(或压力)，横坐标表示通过风量，当风阻为R 时，则每一风量Q i 值，便有一阻力h i 值与之对应，根据坐标点（Q i ,h i ）即可画出一条抛物线。这条曲线就叫该井巷的阻力特性曲线。风阻R 越大，曲线越陡。 二、矿井总风阻 从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力h Rm ，这就是井巷通风阻力的叠加原则。 已知矿井通风总阻力h Rm 和矿井总风量Q ，即可求得矿井总风阻： N.s 2/m 8 R m 是反映矿井通风难易程度的一个指标。R m 越大，矿井通风越困难； 三、矿井等积孔 我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。 假定在无限空间有一薄壁， 在薄壁上开一面积为A (m 2)的孔口。 当孔口通过的风量等于矿井风量， 而且孔口两侧的风压差等于矿井通风 阻力时，则孔口面积A 称为该矿井的等 积孔。 设风流从I II ，且无能量损失， 则有： ０ Q h R 2 Q h R Rm m = A I II P 2, v 2 P 2,v 2 2 2 22 1 12 2 v P v P ρ ρ + =+ 得： 风流收缩处断面面积A 2与孔口面积A 之比称为收缩系数φ，由水力学可知，一般φ=0.65，故A 2=0.65A 。则v 2＝Q/A 2=Q/0.65A ，代入上式后并整理得： 取ρ=1.2kg/m 3，则： 因R m =h Ｒm ／Ｑ2，故有 对于多风井通风系统，应根据各风机系统的通风阻力h Ri 和风量Q i ，按风量加权平均求出全矿井总阻力： 式中n 风机台数 h Rm 意义是全矿井各系统平均1m 3空气所消耗能量。 多风井系统的矿井等级孔A 计算式： ()Rm Rm h v h v P P ρρ /2 ,2 22 221= == -()Rm h Q A ρ/265 .0= Rm h Q A 19 .1=m R A 19.1= 1 1 () n Ri i i Rm n i i h Q h Q ===∑∑) (19 .11 2 /31i Ri n i n i i Q h Q A ∑∑==?? ? ??= 由此可见，A 是R m 的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。 当A ＞２，容易；A ＝１~ 2，中等；A ＜１困难。 例题3-7：某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力h Rm =2800Pa ，矿井总风量Q =70m 3/s ，求矿井总风阻R m 和等积孔A ，评价其通风难易程度。 解 例3-8：某对角式通风矿井，东风井的阻力hR1=280*9.81Pa ，风量Q1=80m3/s ；西风井的阻力hR2=100*9.81Pa ，风量Q2=60m3/s ；求矿井总等级孔。 解： 对照表3-4-1可知，该矿通风难易程度属中等。 1、对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作系统的通风阻力和风量，分别计算各主要通风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。 2、必须指出，表3-4-1所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格(Murgue)根据当时的生产情况提出的［3］，一直沿用至今。由于现代的矿井规模、开采方法、机械化程度和通风机能力等较以前已有很大的发展和提高，表中的数据对小型矿井还有一定的参考价值，对大型矿井或多风机通风系统的矿井，衡量通风难易程度的指标还有待研究。 2 57.1571.0/ 19.1/ 19.1m R A m ===8 2 2 2 /571.070 /2800/m Ns Q h R m R m ===3/2 0.5 113/2 2 1.19()(8060) 1.192809.81801009.8160 3.73n n i Ri i i i A Q h Q m -==?? ?? = ? ????? +=??+??=∑∑ 第五节 井巷通风阻力测定 阻力测定目的： 1、了解和掌握阻力分布，降阻增风； 2、提供阻力系数和R ，为设计、网络解算、改造、均压防火；能力核定。 测定路线的选择和测点布置： 如果测定的目的是为了了解通风系统的阻力分布，则必须选择最大阻力路线； 如果测量的目的是为了获取摩擦阻力系数和分支风阻，则应选择不同支护形式、不同类型的典型巷道。 测点布置应考虑： 1、测点间的压差不小于10~20Pa ； 2、尽量避免靠近井筒和风门； 3、选择风量较稳定的巷道内； 4、局部阻力物前3倍巷宽，后8~12倍巷宽； 5、风流稳定，无汇合交叉，测点前后3m 巷道支护完好。 一段巷道的通风阻力h R 测算方法： 两种方法：压差计法和气压计法 一．生产矿井一段巷道阻力测定 1、压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。 其中：右侧的第二项为动压差，通过测定1、2两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。 ()()2m21m1222 1 2121R g g 2v 2v P P h Z Z ρρρρ-+??? ? ??-+-≈ 1) 布置方式及连接方法如图所示 2) 阻力计算 压差计“＋”感受的压力： 压差计“－”感受的压力： 故压差计所示测值： 设 且与1、2断面间巷道中空气平均密度相等，则： 式中：Z 12为1、2断面高差，h 值即为1、2两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则1、2巷道段的通风阻力h R 12为： 该式成立的前提是：胶皮管内的空气平均密度与井巷中的空气平均密度相等。 为此，在测量前，应将胶皮管放置在巷道相应位置上保存一段时间，或用打气筒将巷道空气转换掉胶皮管中空气。 单管气压计放置位置对测量效果的影响： 现假设单管气压计放置在两测点中间，如图所示，则：左右侧液面承压分别为： 则压差计计数为： ＋－ ＋－ z 1 z 2 １ ２ ２ １ )(2111Z Z g P m +'+ρ222Z P m ρ'+ 1122212()m m m Z Z Z Z ρρρ'''+-=g Z P P h m ρ1221)(+-=v v h h R 22 2 21 1 12 2 2 ρ ρ- + =) ()(2222111gZ P Z Z g P h m m ρρ+-++=' 111 m P gZ ρ+' 222 m P gZ ρ- 同理： 则1、2间巷道通风阻力为： 2. 气压计法（原理、方法） 由能量方程： h R12=(P 1-P 2)+(ρ1v 12/2- ρ2v 22/2)+ ρm12gZ 12 用精密气压计分另测得1，2断面的静压P1，P2 用干湿球温度计测得t1,t2,t1’,t2’,和?1， ?2，进而计算ρ1， ρ2 用风表测定1，2断面的风速v1,v2。 ρm12为1，2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值； Z 12——1，2断面高差，从采掘工程平面图查得。 可用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视大气压变化，然后对上式进行修正。 h R12=(P 1-P 2)+?P 12（+(ρ1v 12/2- ρ2v 22/2)+ ρm12gZ 12 () ' ' 121122m m h P P g Z Z ρρ=-++()' ' ' 112212m m m Z Z Z Z ρρρ+=+' m m ρρ=22 1 2 121 2 2 2 R h h ρρυυ=+ - Z 1 Z 2 1 2 煤矿常用计算公式汇总 煤矿巷道及通风计算公式 一、常见断面面积计算： 1、半圆拱形面积=巷宽×（巷高+×巷宽） 2、三心拱形面积=巷宽×（巷高+×巷宽） 3、梯形面积=（上底+下底）×巷高÷2 4、矩形面积=巷宽×巷高 二、风速测定计算： V表=n/t (m/s) (一般为侧身法测风速) 式中：V表：计算出的表速； n：见表读数； t：测风时间（s） V真=a+ b×V表 式中：V真：真风速（扣除风表误差后的风速）； a、b：为校正见表常数。 V平=K V真=（）×V真÷S 式中：K为校正系数（侧身法测风时K=（）/S，迎面测风时取）； S为测风地点的井巷断面积 三、风量的测定： Q=SV 式中Q：井巷中的风量（m3/s）;S：测风地点的井巷断面积（m2）; V：井巷中的平均风速（m/s） 例1：某半圆拱巷道宽2m,巷道壁高1m,风速1m/s，问此巷道风量是多少。 例2：某煤巷掘进断面积3m2,风量36 m3/min，风速超限吗？ 四、矿井瓦斯涌出量的计算： 1、矿井绝对瓦斯涌出量计算（Q瓦） Q 瓦=QC （m 3/min ） 式中Q ：为工作面的风量；C ：为工作面的瓦斯浓度（回风流瓦斯浓度-进风流中瓦斯浓度） 例：某矿井瓦斯涌出量3 m 3/min ，按总回风巷瓦斯浓度不超限计算矿井供风量不得小于多少。 2、相对瓦斯涌出量（q 瓦） q 瓦=1440Q 瓦*N T （m 3/t ） 式中Q 瓦：矿井绝对瓦斯涌出量；1440：为每天1440分钟； N ：工作的天数（当月）； T ：当月的产量 五、全矿井风量计算： 1、按井下同时工作最多人为数计算 Q 矿=4NK （m 3/min ） 式中4：为《规程》第103条规定每人在井下每分钟供给风量不得少于4立方米；N ：井下最多人数；K ：系数（~） 2、按独立通风的采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和计算 Q 矿=（∑Q 采+∑Q 掘+∑Q 硐…+∑Q 其他）×K 式中K ：校正系数（取~） 六、采煤工作面需风量 1、按瓦斯涌出量计算 Q 采=100×q 采×K CH4 （m 3/min ） 式中100：为系数； q 采：采煤工作面瓦斯涌出量（相对）； K CH4：瓦斯涌出不均衡系数（取~） 2、按采面气温计算： 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： γ d v 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 . ... .. 矿井通风参数计算手册 2005年九月 前言 在通风、瓦斯抽放与利用、综合防尘的设计及报表填报过程中，经常需要进行一些计算，计算过程中经常要查找设计手册、规程、细则、文件等资料，由于资料少，给工作带来不便，为加强通风管理工作，增强“一通三防”理论水平，提高工作效率；根据现场部分技术管理人员提出的要求，结合日常工作需要，参考了《采矿设计手册》，《瓦斯抽放细则》、《防治煤与瓦斯突出细则》、《瓦斯抽放手册》，矿井通风与安全，煤矿安全读本等资料，编写了通风计算手册，以便于通风技术管理人员查阅参考，由于时间伧促，错误之处在所难免，请各位给预批评指证。 2005年9月 . .. .c 编者 目录 一、通风阻力测定计算公式 (1) 二、通风报表常用计算公式 (7) 三、矿井通风风量计算公式 (10) 四、矿井通风网路解算 (24) 五、抽放参数测定 (16) 六、瓦斯抽放设计 (24) 七、瓦期泵参数计算 (26) 八、瓦斯利用 (27) 九、综合防尘计算公式 (28) 十、其它 (30) 通风计算公式 一、通风阻力测定计算公式 1、空气比重（密度）ρ A：当空气湿度大于60%时 P(kg/m3) ρ=0. 461 T 当空气湿度小于60%时 ρ =0. 465T P (1-0.378 P P 饱 ?) (kg/m 3) P~大气压力(mmHg) T~空气的绝对温度 (K) ?~空气相对湿度 (%) P 饱~水蒸气的饱和蒸气压（mmHg ） B ： 当空气湿度大于60%时 ρ =0. 003484 T P (kg/m 3) 当空气湿度小于60%时 ρ =0. 003484 T P (1-0.378P P 饱?) (kg/m 3) P~大气压力(pa) T~空气的绝对温度 (K) ?~空气相对湿度 (%) P 饱~水蒸气的饱和蒸气压（pa ） 2、井巷断面（S ） A ：梯形及矩形断面 S=H ×b (m 2) B ：三心拱 S= b ×(h+0.26b) (m 2) C ：半圆形 S= b ×(h+0.39b) (m 2) 式中 矿井通风设计施工时的基本原则和要求 通风系统合理可靠的含义 通风网络图的绘制 矿井风量计算办法 按照《煤矿安全规程》第一百零三条：“煤矿企业应根据具体条件制定风量计算方法，至少每5年修订1次”，要求，根据《煤矿井工开采通风技术条件》（AQ1028-2006）、《煤矿通风能力核定标准》（AQ1056-2008），结合本矿开采的实际情况，制定本办法。 一、全矿井需要风量的计算 全矿井总进风量按以下两种方式分别计算，并且必须取其最大值： 1、按井下同时工作的最多人数计算矿井风量： Q 矿进=4×N×K 矿通 （m3/min） 式中：Q 矿进 ——矿井总进风量，m3/min； 4——每人每分钟供给风量，m3/min.人； N——井下同时工作的最多人数，人； K 矿通——矿井通风需风系数（抽出式取K 矿通 =～）。 2、按各个用风地点总和计算矿井风量： 按采煤、掘进、硐室及其他巷道等用风地点需风量的总和计算： Q 矿进=（∑Q 采 +∑Q 掘 +∑Q 硐 +∑Q 其他 ）×K 矿通 （m3/min） 式中：∑Q 采 ——采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min； ∑Q 掘 ——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min； ∑Q 硐 ——硐室实际需要风量的总和，m3/min； ∑Q 其他 ——矿井除了采、掘、硐室地点以外的其他巷道需风量的总和，m3/min。 K 矿通——矿井通风需风系数（抽出式K 矿通 取～）。 二、采煤工作面需要风量 按矿井各个采煤工作面实际需要风量的总和计算： ∑Q 采=∑Q 采i +∑Q 采备i （m3/min） 式中：∑Q 采 ——各个采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min； Q 采i ——第i个采煤工作面实际需要的风量，m3/min； Q 采备i ——第i个备用采煤工作面实际需要的风量，m3/min。 每个采煤工作面实际需要风量，按工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。有符合规定的串联通风时，按其中一个采煤工作面实际需要的最大风量计算。 1、按气象条件计算： Q 采=Q 基本 ×K 采高 ×K 采面长 ×K 温 （m3/min） 矿井通风阻力测定方法 2007/12/14/12:53 来源：国际能源网 MT／T440—1995 中华人民共和国煤炭工业部1996—03—08批准1996—08—01 实施 1.主题内容与适用范围 本标准规定了矿井通风阻力测定用仪器、测定步骤、测定结果 计算和处理。 本标准适用于煤矿井巷通风阻力测定。 2.术语 2．1主要路线 测定矿井通风阻力时，所选定的从入风井口(或井底车场)，经入风大巷、采区、回风大巷，回风井至 风峒的通风路线。 2．2次要路线 测定矿井通风阻力时，所选定的除主要路线外的通风路线。 3.仪器 以下计量器具均应检定，并在有效期内使用。 a．普通型空盒气压计： 测量范围80～107kPa(相当于600～800mmHg)，最小分度值50Pa； b．倾斜压差计： 测量范围0～3000Pa，最小分度值10Pa； c．精密气压计： 测量范围83．6～114kPa，最小分度值25Pa； d．通风干湿温度计： 测量范围-25～+50℃，最小分度值0．2℃； e．皮托管： 校正系数0．998～1．004； f．低速风速表： 测量范围0．2～5m／s，启动风速≤0．2m／s； g．中速风速表： 测量范围0．4～10m／s，启动风速≤0．4m／s； h．高速风速表： 叶轮：测量范围0．8～25m／s，启动风速≤0．5m／s； 杯式：测量范围1．0～30m／s，启动风速≤0．8m／s； i．秒表： 最小分度值1s； j．钢卷尺： 2m钢卷尺：测量范围0～2m，最小分度值1．0mm； 30m钢卷尺：测量范围0～30m，最小分度值1．0mm； k．橡胶管(或塑胶管)： 内径4～5mm； l．橡胶管接头： 内径3～4mm，外径5～6mm，长度50～80mm。 4.测定步骤 4．1测定路线选择 在通风系统图上选择测定的主要路线和次要路线。同时，要考虑一个工作班内将该路线测完；当测定 路线较长时，可分段、分组测定。 4．2测点选择 首先在通风系统图上按选定测定路线布置测点，并按顺序编号。然后再按井下实际情况确定测点位置， 并作标记。 矿井通风阻力测定及对几个问题的分析 程绍仁1 ,程建军 2 (1 晋城市煤炭工业局,山西晋城048000; 2 晋城泽泰安全评价中心,山西晋城048000) [摘 要] 矿井通风阻力是衡量矿井通风状况的主要指标。影响矿井通风阻力大小的因素很多,而矿井通风阻力测定则是矿井通风技术管理的一项基础工作。介绍了矿井通风阻力的测定方法,对矿井通风阻力测定中的几个问题进行了分析,并提出了改进意见。 [关键词] 通风阻力;测定方法;问题分析[中图分类号]TD72 [文献标识码]B [文章编号]1006 6225(2006)01 0072 03 M ensuration ofM ine Ventilation Resistance and Analysis of Several Proble m s [收稿日期]2005-08-29 [作者简介]程绍仁(1945-),男,山西晋城人,高级工程师,现任晋城市煤炭工业局副总工程师。 矿井通风阻力是衡量矿井通风状况的主要指标,矿井通风阻力测定是矿井通风技术管理工作的主要内容。 煤矿安全规程 规定,!新矿井投产 前必须进行1次矿井通风阻力测定,以后每3年至少进行1次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后,必须重新进行矿井通风阻力测定?。 晋城市500余个地方煤矿在近1年多的时间里,普遍进行了1次矿井通风阻力测定,由于测定单位的技术力量不等和技术水平不齐,测定中存在问题不少,测定结果误差很大。1 矿井通风阻力测定方法1 1 测定仪器 矿井通风阻力测定现已淘汰繁琐的、操作麻烦的、测量精度低的毕托管、倾斜压力(U 型压力计)加长距离软管的测量方法,而采用气压计法,使用精密气压计,配以通风干湿球温度计、风表、秒表、皮尺等测量计具。精密气压计具有体积小、重量轻,不需要拉软管,操作简便、快速、省人、省力、省时等特点,配以所测风速和空气的干湿球温度计算出的空气动压、位压值而求得通风阻力。但需要注意,在测定前要对同时使用2台或多台精密气压计、通风干湿球温度计、风表进行校正,修正其互相之间误差值。1 2 测定方法 (1)同步法 用2台同型号规格的气压计在测量风路的相邻两测点同时读数,由此测算出前后两测点风流的静压差,再用风表和通风干湿球温度计测算出两测点的动压、位压参数,从而计算出该 测段的通风阻力。逐段通风阻力相加,即为长距离的通风阻力;按风流路线从矿井的进风井口逐段测至矿井主要通风机的吸风口处的通风阻力之和,即为全矿井的通风阻力。 (2)基点法 用2台同型号规格的气压计,1台气压计放在基点(进风井口外10m 左右处),从计时钟表的整5m i n (或整10m in)的倍数开始,并以5m i n (或10m in)为间隔,记录气压计读数,用来测定地面大气压力的变化值,以便对井下的另1台气压计读数值进行校正。而另1台气压计沿预定的测定路线、测点进行测定、读数。井下气压计的读数一定要待指示数值稳定后再读数,如超过原设定整5m i n (或整10m i n )时限,可待下一整5m i n (或整10m i n )或其倍数时读数,以便和基点同时的气压值校正。 (3)基点 同步法 此法是上两种方法的结合法,用3台同型号规格的气压计,1台固定在进风井口外的基点上,作为大气压力变化的校正用,将另外2台气压计携至井下沿预定的测点,结合上两种方法按时钟的整5m i n (或整10m in)的倍数同时读数,以求得通风阻力。这种方法测定精度高,适用测定时间长、通风路线长的大型矿井。 在沿1条主风路测量通风阻力的同时,其他各条并联风路的风量也应测出,以便计算风阻和校核风量。 1 3 测定方法的选择 矿井通风阻力测定方法的选择,应根据矿井通风路线的长短、测点布置的多少而选用。当然第3种方法基点 同步法最好,测量精度高,适用各种 72 第11卷第1期(总第68期) 2006年2月煤 矿 开 采CoalM i n i ng T echno l ogy V o1 11N o 1(Ser i es N o 68) February 2006 矿井通风参数计算手册 2005年九月 前言 在通风、瓦斯抽放与利用、综合防尘的设计及报表填报过程中，经常需要进行一些计算，计算过程中经常要查找设计手册、规程、细则、文件等资料，由于资料少，给工作带来不便，为加强通风管理工作，增强“一通三防”理论水平，提高工作效率；根据现场部分技术管理人员提出的要求，结合日常工作需要，参考了《采矿设计手册》，《瓦斯抽放细则》、《防治煤与瓦斯突出细则》、《瓦斯抽放手册》，矿井通风与安全，煤矿安全读本等资料，编写了通风计算手册，以便于通风技术管理人员查阅参考，由于时间伧促，错误之处在所难免，请各位给预批评指证。 月9年2005 者编 目录 一、通风阻力测定计算公式 (1) 二、通风报表常用计算公式 (7) 三、矿井通风风量计算公式 (10) 四、矿井通风网路解算 (24) 五、抽放参数测定 (16) 六、瓦斯抽放设计 (24) 七、瓦期泵参数计算 (26) 八、瓦斯利用 (27) 九、综合防尘计算公式 (28) 十、其它 (30) 通风计算公式 一、通风阻力测定计算公式 1、空气比重（密度）?A：当空气湿度大于60%时 P3 (kg/m) =0. 461 ?T时60%当空气湿度小于 ?PP3) (1-0.378 (kg/m) =0. 465饱?TP P~大气压力(mmHg) T~空气的绝对温度(K) ~空气相对湿度(%) ?P~水蒸气的饱和蒸气压（mmHg）饱B：当空气湿度大于60%时P3) (kg/m =0. 003484 ?T当空气湿度小于60%时 ?PP3) =0. 003484 (kg/m(1-0.378) 饱?TP P~大气压力(pa) T~空气的绝对温度(K) ~空气相对湿度(%) ?P~水蒸气的饱和蒸气压（pa）饱2、井巷断面（S） A：梯形及矩形断面 2) (m b S=H×B：三心拱 2) (m S= b×(h+0.26b) 第七章矿井通风与安全技术 7.1概述 凤凰山铜矿III矿体是一个板状的大理岩矿床，SiO2含量低；矿脉含硫量少，达不到自然危害性，井下最多工人190人，因此，工作面的通风应保证排尘及排除炮烟的需要，以最大可能减少矿尘危害。 根据安全规程，对凤凰山铜III矿体的矿井下通风安全做如下要求：(１)有人工作或可能有人到达的井巷，其空气成份（按体积计算）应为O2≥20％，CO2≤0.5%。空气的温度不得高于25℃，总回风流中的CO2不得超过1%。 (2)井下空气需经常保持新鲜，空气中有害气体含量不得超过规定：CO2：0.2，SiO2：0.02，H2S：0.01（按重量计算mg/升） (3)所有矿井均应实行全面机械通风，在浅部矿井，也可采用自然通风，主扇要求连续运转。 7.2矿井通风条件 凤凰山铜矿Ⅲ号矿带30线至35线间，其年产矿量13万吨，服务年限14年；采用竖井开拓，有轨运输；阶段的开采顺序采用下行式，阶段中矿块的开采顺序采用双翼开采；主要的采矿方法为分段凿岩阶段矿房法，垂直方向中深孔凿岩，每个矿房配置1台YQ-80新型钻机，井下回采的矿块数为3个，每天井下工作人数共190多人。 7.3通风方式与通风系统 7.3.1通风系统确定的依据 (1)风路短、阻力小、通风网络简单、风流容易控制，在主要人行运输坑道和工作点上污风不串联； (2)风量分配满足生产需要，漏风少； (3)通风构筑物少，便于维护管理； (4)专用通风井巷工程量少，施工方便； (5)通风动力消耗少，通风费用低。 7.3.2风井位置的确定 风井布置方式有中央对角式,中央并列式以及侧翼对角式。 根据该矿山的的实际情况、确定其它井筒的原则及所选用的通风系统，这里选用二种方案。 方案一：中央对角式布置 煤矿巷道及通风计算公式 一、常见断面面积计算： 1、半圆拱形面积=巷宽×（巷高+0.39×巷宽） 2、三心拱形面积=巷宽×（巷高+0.26×巷宽） 3、梯形面积=（上底+下底）×巷高÷2 4、矩形面积=巷宽×巷高 二、风速测定计算： V 表=n/t (m/s) (一般为侧身法测风速) 式中：V 表：计算出的表速； n ：见表读数； t ：测风时间（s ） V 真=a+ b ×V 表 式中：V 真：真风速（扣除风表误差后的风速）； a 、 b ：为校正见表常数。 V 平=K V 真=（S-0.4）×V 真÷S 式中：K 为校正系数（侧身法测风时K=（S-0.4）/S ，迎面测风时取1.14）； S 为测风地点的井巷断面积 三、风量的测定： Q=SV 式中Q ：井巷中的风量（m 3/s ）;S ：测风地点的井巷断面积（m 2）; V ：井巷中的平均风速（m/s ） 例1：某半圆拱巷道宽2m,巷道壁高1m,风速1m/s ，问此巷道风量是多少。 例2：某煤巷掘进断面积3m 2,风量36 m 3/min ，风速超限吗？ 四、矿井瓦斯涌出量的计算： 1、矿井绝对瓦斯涌出量计算（Q 瓦） Q 瓦=QC （m 3/min ） 式中Q ：为工作面的风量；C ：为工作面的瓦斯浓度（回风流瓦斯浓度-进风流中瓦斯浓度） 例：某矿井瓦斯涌出量3 m 3/min ，按总回风巷瓦斯浓度不超限计算矿井供风量不得小于多少。 2、相对瓦斯涌出量（q 瓦） q 瓦=1440Q 瓦*N T （m 3/t ） 式中Q 瓦 ：矿井绝对瓦斯涌出量；1440：为每天1440分钟； N：工作的天数（当月）；T：当月的产量 五、全矿井风量计算： 1、按井下同时工作最多人为数计算 Q矿=4NK （m3/min） 式中4：为《规程》第103条规定每人在井下每分钟供给风量不得少于4立方米；N：井下最多人数；K：系数（1.2~1.5） 2、按独立通风的采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和计算 Q矿=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐…+∑Q其他）×K 式中K：校正系数（取1.2~1.8） 六、采煤工作面需风量 1、按瓦斯涌出量计算 Q 采=100×q 采 ×K CH4 （m3/min） 式中100：为系数；q 采 ：采煤工作面瓦斯涌出量（相对）； K CH4：瓦斯涌出不均衡系数（取1.4 ~ 2.0） 2、按采面气温计算： Q 采 =60×V×S （m3/min） 式中60：为系数； V：采面的风速（温度为18~20℃时取0.8~1.0m/s，温度为20～23℃时取1.0～1.5 m/s）; S:采面平均断面积。 3、按采面人数计算： Q采=4N （m3/min） 4、按炸药量计算： Q采=25A （m3/min） 式中25：为系数；A：为一次性爆破的最多炸药量 5、按风速进行校验： 15≤Q采≤240 （m/min）或0.25≤Q采≤4 （m/s） 式中15与0.25：为工作面最低风速（m/min）（m/s） 240与4：为工作面最高风速（m/min）（m/s） 例：某采面工作人数15人，一次性爆破炸药5kg，温度20度，瓦斯涌出量为1 m3/min，请问采面需风量是多少。 七：掘进工作面需风量的计算 矿井通风阻力 第一节通风阻力产生的原因 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。 一、风流流态（以管道流为例） 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)。(降低风速的原因) (二)、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。 在同一巷道断面上存在层流区和紊区，在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流区。在层流区以外，为紊流区。从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。 巷壁愈光滑，断面上风速分布愈均匀。 第二节摩擦阻力与局部阻力的计算 一、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时，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称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。 由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失（能量损失）来反映的摩擦阻力可用下式来计算： H f =λ×L/d×ρν2/2pa λ——摩擦阻力系数。 L——风道长度，m d——圆形风管直径，非圆形管用当量直径； ρ——空气密度，kg/m3 ν2——断面平均风速，m/s； 1、层流摩擦阻力：层流摩擦阻力与巷道中的平均流速的一次方成正比。因井下多为紊流，故不详细叙述。 2、紊流摩擦阻力：对于紊流运动，井巷的摩擦阻力计算式为： H f =α×LU/S3×Q2 =R f×Q2pa R f=α×LU/S3 α——摩擦阻力系数，单位kgf·s2/m4或N·s2/m4，kgf·s2/m4=9.8N·s2/m4 L、U——巷道长度、周长，单位m； S——巷道断面积，m2 Q——风量，单位m/s R f——摩擦风阻，对于已给定的井巷，L，U，S都为已知数，故可把上式中的α，L，U，S 归结为一个参数R f，其单位为：kg/m7 或N·s2/m8 3、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得α→h f→R f 生产矿井：已测定的h f→R f→α，再由α→h f→R f 二、局部阻力 由于井巷断面，方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。 1、几种常见的局部阻力产生的类型： （1）、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。 第四章矿井通风阻力参数及其计算复习思考题 1、矿井风流以层流为主还是以紊流为主？为什么？ 2、阻力和风阻是不是一回事？ 3、尼古拉茨实验研究提示了井巷粗糙度、雷诺数与λ系数之间的什么关系？ 4、由测定得知，某梯形巷道断面5m2，长500m，当通过的风量为25m2/s时，压差为3.75mmH2O，分别按工程单位制和法定单位制，求算譔巷道的摩擦阻力系数。 5、影响摩擦的因素有哪些？ 6、假若井筒直径D=4m，摩擦阻力系数α=0.04N?s2/m4，深度L=325m，通过的风量为3000m3/min，问井筒的风阻有多大？压差有多大？ 7、风流以240m/min的速度从断面为10m2的巷道突然进入断面为4m2巷道，问引起的能量损失为多少？ 8、某通风巷道的断面由2m2，突然扩大到10m2，若巷道中渡过的风量为20m3/s，巷道的摩擦阻力系数为0.016N?s2/m4，示巷道突然扩大处的通风阻力。 9、为什么要降低矿井风阻？用什么方法？ 10、何谓矿井等积孔？ 11、矿井风阻特性曲线表示什么？作风阻为1.962N?S2/m8的风阻特性曲线。 12、对某巷道经过实测获得如下资料： （1）如图3-1，两支皮托管间距为200m，倾斜压差计的倾斜系数为0.4，在压差计上的读数为第一次16.5mm、第二次16.2mm、第三次16.3mm。 （2）巷道断面如图3-2，a=3m、b=3.5m、c=2.4m、d=2.3。 图3-1用倾斜压差计测压差图3-2巷道断面 表3-1测风记录 顺序风表顺序读数（格）风表测风时间 零点读数6039 － 1 6545 1min55s 2 7130 2min10s 3 7590 1min40s （3）用翼式风表测风（侧身法）记录如表3-1。 （4）风表按图3-3校正。 （5）该巷道的气温为150C，气 压750mmHg，相对湿度80%。根据 以上数据，求标准状况下该巷道的 摩擦阻力系数、摩擦风阻、等积孔， 并作出风阻特性曲线。图3－5 华蓥市老岩湾煤业有限公司 矿井通风总阻力计算 沿着矿井通风容易时期和矿井通风困难时期的通风路线计算矿井通风总阻力。 通风摩擦阻力计算公式如下： h= 2 3 Q S P L a ??? 式中：h —— 通风摩擦阻力，Pa ； α—— 井巷摩擦阻力系数，N.S 2/m 4； L —— 井巷长度，m ； P —— 井巷净断面周长，m ； Q —— 通风井巷的风量，m 3/s ； S —— 井巷净断面面积，m 2； 通风局部阻力取同时期摩擦阻力的15％。 经计算，矿井通风容易时期采用中央分列式通风系统，其总阻力h 为573.99Pa ；矿井通风困难时期采用两翼对角式通风系统，其北风井和南平硐风井阻力分别为489.42Pa 、401.51Pa 。(详见矿井通风阻力计算表5-2-2、表5-2-3、表5-2-4)。 五、对矿井通风状况的评价 计算矿井的风阻和通风等积孔 a 、矿井通风容易时期采用中央分列式通风系统，矿井的总风阻R 易和矿井通风等积孔A 易 为： R 易 =h 易/ Q 易2 =573.99÷30.42 =0.62N 2S 2/m 8 A 易 =易易h Q /19.1 =1.19330.4÷99.573 =1.51m 2 b 、矿井通风困难时期采用两翼对角式通风系统，其北风井的风阻R 1、通风等级孔A 1和南平硐风井的风阻R 2、通风等级孔A 2以及矿井的通风等积孔A 难为： R 1 =h 1/ Q 12 =489.42÷15.952 =1.92N 2S 2/m 8 A 1 =11/19.1h Q =1.19315.95÷42.489 =0.86m 2 R 2 =h 2/ Q 22 =401.51÷12.552 =2.55N 2S 2/m 8 A 2 =22/19.1h Q =1.19312.55÷51.401 =0.75 m 2 A 难= () 111 11121)(19.1Q Q h Q h Q Q Q +++? = () 55.1295.1551 .40155.1242.48995.15)55.1295.15(19.1+?+?+? =1.6（m 2） 式中： R 易－为矿井通风容易时期的矿井风阻，N 2S 2/m 8； A 易－为矿井通风容易时期的矿井通风等积孔，m 2； h 易―为通风容易时期的矿井通风阻力，Pa ； R 1－为北风井通风困难时期的矿井风阻，N 2S 2/m 8； A 1－为北风井通风困难时期的通风等积孔，m 2； 一、矿井通风设计的内容与要求 １、矿井通风设计的内容 ? 确定矿井通风系统； ? 矿井风量计算和风量分配； ? 矿井通风阻力计算； ? 选择通风设备； ? 概算矿井通风费用。 ２、矿井通风设计的要求 ? 将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件； ? 通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力； ? 发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出； ? 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施； ? 通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。 二、优选矿井通风系统 1、矿井通风系统的要求 1) 每一矿井必须有完整的独立通风系统。 2）进风井囗应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。 3）箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。 4）多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。5）每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。 6）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。 7）井下充电室必须单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。 ２、确定矿井通风系统 根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。 三、矿井风量计算 （一）、矿井风量计算原则 矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。 （１）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3； （２）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。 （二）矿井需风量的计算 1、采煤工作面需风量的计算 采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。 （１）按瓦斯涌出量计算： 式中：Qwi——第i个采煤工作面需要风量，m3/min Qgwi——第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min kgwi——第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，通常机采工作面取kgwi=1.2~1.6 炮采工作面取kgwi=1.4~2.0,水采工作面取kgwi=2.0~3.0 （2）按工作面进风流温度计算： 五、计算题 1、 在某一通风井巷中，测得1、2两断面的绝对静压分别为101324.7 Pa 和101858 Pa ，若S 1=S 2，两断面间的高差Z 1-Z 2=100米，巷道中ρm12=1.2kg/m 3，求：1、2两断面间的通风阻力，并判断风流方向。 解：假设风流方向从1到2，列能量方程： H r12=(P 1-P 2)+(v 12ρ1/2- v 22ρ2/2)+(Z 1-Z 2) ρg =(101324.7-101858)+0+100×1.2×9.81 =643.9J/m 3 由于其阻力值为正，所以原假设风流方向正确。从1到2。 2、 某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力h Rm =2800Pa ，矿井总风量Q =70m 3/s ，求矿井总风阻R m 和等积孔A ，评价其通风难易程度。 解：Rm=h Rm /Q 2=2800/702=0.571Ns 2/m 8 A= m R 19.1= 571 .019.1=1.57m 2 由于1 矿井通风阻力 第一节通风阻力产生的原因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。 一、风流流态（以管道流为例）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）。（降低风速的原因） （二）、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。在同一巷道断面上存在层流区和紊区，在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流区。在层流区以外，为紊流区。从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。 巷壁愈光滑，断面上风速分布愈均匀。 第二节摩擦阻力与局部阻力的计算 一、摩擦阻力风流在井巷中作沿程流动时，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称为摩擦阻力（也叫沿程阻力）。 由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失（能量损失）来反映的摩擦阻力可用下式来计算： 2 H = λ×L/d ×ρν/2 Pa λ——摩擦阻力系数。 L ---- 风道长度，m d――圆形风管直径，非圆形管用当量直径； 空气密度，kg/m3 断面平均风速，m/s； 1、层流摩擦阻力：层流摩擦阻力与巷道中的平均流速的一次方成正比。因井下多为紊流，故不详细叙述。 2、紊流摩擦阻力：对于紊流运动，井巷的摩擦阻力计算式为： H = α ×LU∕S3×Q2 =R f ×Q2 Pa 3 R f=α× LU∕S3 α --- 摩擦阻力系数，单位kgf ?s2∕m4或N ? s7m4, kgf ?s7m4=9.8N ? s7m4 L、U――巷道长度、周长，单位m S—巷道断面积，m Q ---- 风量，单位m/s R ——摩擦风阻，对于已给定的井巷，L，U S都为已知数，故可把上式中的α, L, U, S归结为一个参数R,其单位为：kg∕m7或N ?s7m8 3、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得α→ h f → R f 生产矿井：已测定的h f → R f → α, 再由α→ h f → R f 二、局部阻力 由于井巷断面,方向变化以及分岔或汇合等原因, 使均匀流动在局部地区受到影响而破坏, 从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等,造成风流的能量损失,这种阻力称为局部阻力。由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性,对局部阻力的计算一般采用经验公式。 1、几种常见的局部阻力产生的类型： （1）、突变紊流通过突变部分时,由于惯性作用,出现主流与边壁脱离的现象,在主流与边壁之间形成涡漩区,从而增加能量损失。 （2）、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象, 在边壁附近产生涡漩。因为压差 矿井通风网络的解算 摘要：矿井通风是矿山生产的重要环节之一。安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统对保证井下安全生产具有重要的意义。随着计算机技术的飞速发展，现有的通风软件存在功能比较单一，针对这种情况，本文以Visual C++6.0为开发工具、SQL Server2000为后台数据库，进行了矿井通风网络解算的研究。 关键词：通风系统，网络解算 1.引言 矿井通风是矿山生产的一个重要环节。安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统，对保证井下安全生产具有重要意义。煤矿生产过程的瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井火灾、有毒气体窒息等灾害的发生都与矿井通风有直接关系[1]。可以说通风状况的好坏直接影响工人的安全、健康和劳动效率，直接关系到煤矿的安全生产、经济效益和可持续发展。 随着煤矿产量增加，开采深度加大和机械化程度提高，需要加大风量，形成多进风井、多回风井的复杂通风系统。如果矿井通风管理跟不上，事故隐患不能及时发现，矿井通风安全事故将会不断发生。不但严重危害职工的健康和生命安全，而且破坏正常的通风系统，使安全生产无法正常进行。因此，开展矿井通风网络解算、调节与评价的一体化系统研究，对保障矿井安全生产具有十分重要的理论意义和应用价值。 2.矿井通风网络的建模研究 2.1流体网络建模 数学模型是程序算法设计的灵魂。能否选取恰当的方法，并建立起准确而全面的数学模型，是软件设计成功与否的决定性因素。 ①数学模型 对复杂的对象或系统进行计算或仿真时，首先要建立它的数学模型。所谓数学模型就是由一系列数学方程(包括代数方程、微分方程)描述系统的每一个具体过程，最终组成一个联立方程组。数学模型比较抽象，但它可以比较全面地反映一个复杂系统的性质。当对一个系统的内部机理比较清楚时，就可以利用数学模型对其进行进一步的研究。数学模型又可分为静态数学模型和动态数学模型。②静态数学模型 静态数学模型用来描述系统在稳定状态或平衡状态下各种输入变量与输出变量之间的关系。静态数学模型主要用于设计计算和校核计算，一般要求具有较高的精度。 ③动态数学模型 动态数学模型用来描述系统在不稳定状态下各种变量随时间的变化关系。当系统从一个稳定状态变化到另一个稳定状态时，哪些参数会发生变化，其变化的速度及变化过程如何，这些都属于动态数学模型要解决的问题。 矿井通风网络建模一般都采用动态数学模型。为了程序设计的简单、方便，在建模时往往进行许多的简化以使动态数学模型及其计算不至于过分复杂。这样，由动态数学模型所得的计算结果的误差往往大于静态数学模型的误差。 由于矿井的通风系统都是由具有复杂的网络拓扑结构的巷道组成，这就给人们的建模带来了许多困难。 传统的建模方法大部分都是针对具体的系统结构编制计算程序，系统的藕合关系处于模型程序的各个地方。所建模型虽然精度比较高，能与现场实际过程很 1、 巷道几何参数的测算 （1）梯形： 断面积 SL=H L *B L 周长 U L (2) 半圆拱： 断面积 S L =（H L -0.1073B L ）*B L 周长 U L =3.84* （3）三心拱： 断面积 S L =（HL-0.0867B L ）*B L 周长 U L （4）圆形： 断面积 S L =π*R 2 周长 U L =2*π*R （5）矩形： 断面积 S L = H L * B L 周长 U L =2*（H L +B L ） 式中： S L —巷道断面面积，m 2 U L —巷道断面周长，m ； H L —巷道断面全高，m ； B L —巷道断面宽度或腰线宽度，m ； R —巷道断面圆半径，m ； π—圆周率，取3.14159。 以上有关参数均通过实测获取，而巷道各分支长度由地测部门提供。 2、 巷道内风量的计算 （1）两测点之间巷道通过的风量按如下原则确定： Q=（Q i +Q i+1）/2 ， m 3/min （2）井巷内风量、风速按以下公式计算： Q L =S L *V L ， m 3/min V L =（（S-0.4）/S ）*（a X+ b ） ， m 3/min 式中： Q L --井巷内通过的风量，m 3/min ； S L （S ）--井巷断面面积，m 2 V L --井巷内平均风速，m/min X —表风速，m/min a 、 b —风表校正系数 3 井巷内空气密度的计算 湿空气密度用下列公式计算： i b i=d 0.0348(Pi 0.379P )273.15+t ?-ρ ， kg/ m 3 式中：i ρ—测点i 处湿空气密度（i ?≠０）, kg/ m 3 Pi --测点i 处空气的绝对静压(大气压力),Pa ； d t --测点i 处空气的干温度，℃； i ?--测点i 处空气的相对湿度，%； P b —测点i 处d t 空气温度下的饱和水蒸气压力，Pa 。 通风阻力计算公式汇总 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 1、 巷道几何参数的测算 （1）梯形： 断面积 SL=H L *B L 周长 U L =4.16*L S (2) 半圆拱： 断面积 S L =（H L -0.1073B L ）*B L 周长 U L =3.84*L S （3）三心拱： 断面积 S L =（HL-0.0867B L ）*B L 周长 U L =4.10*L S （4）圆形： 断面积 S L =π*R 2 周长 U L =2*π*R （5）矩形： 断面积 S L = H L * B L 周长 U L =2*（H L +B L ） 式中： S L —巷道断面面积，m 2 U L —巷道断面周长，m ； H L —巷道断面全高，m ； B L —巷道断面宽度或腰线宽度，m ； R —巷道断面圆半径，m ； π—圆周率，取3.14159。 以上有关参数均通过实测获取，而巷道各分支长度由地测部门提供。 2、 巷道内风量的计算 （1）两测点之间巷道通过的风量按如下原则确定： Q=（Q i +Q i+1）/2 ， m 3/min （2）井巷内风量、风速按以下公式计算： Q L =S L *V L ， m 3/min V L =（（S-0.4）/S ）*（a X+ b ） ， m 3/min 式中： Q L --井巷内通过的风量，m 3/min ； S L （S ）--井巷断面面积，m 2 V L --井巷内平均风速，m/min X —表风速，m/min a 、 b —风表校正系数 3 井巷内空气密度的计算 湿空气密度用下列公式计算： i b i=d 0.0348(Pi 0.379P )273.15+t ?-ρ ， kg/ m 3 式中：i ρ—测点i 处湿空气密度（i ?≠０）, kg/ m 3 Pi --测点i 处空气的绝对静压(大气压力),Pa ； d t --测点i 处空气的干温度，℃；煤矿常用计算公式汇总审批稿
矿井通风阻力计算
通风计算公式
矿井通风设计及风量计算方法
矿井通风阻力测定方法
矿井通风阻力测定及对几个问题的分析
通风计算公式
第七章矿井通风
煤矿常用计算公式汇总
矿井通风阻力计算方法
矿井通风阻力参数及其计算复习思考题
矿井通风总阻力计算
一、矿井通风设计的内容和要求
通风计算题
矿井通风阻力计算方法
矿井通风网络的解算
通风阻力_计算公式汇总 2
通风阻力计算公式汇总