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1、课程名称：矿井通风与安全摘要授课题目（章、节）绪论笫一章井下空气的成分、性质和变化规律第一节井下空气成分第二节井下空气的物理参量第三节井下空气的基本定律第四节湿空气密度、重率、含湿量的测算本讲的要求及重点难点：【目的要求】通过绪论及第一章的学习，了解矿井通风的基本任务及井下空气的主要成分。【重点】矿井通风的概念、通风的基本任务及井下有毒有害气体的最高容许浓度。【难点】井下空气的基本定律【本讲课程的引入】通风对一个地下开采的矿井来说是至关重要的，包括金属矿山。近几年来，矿山企业重特大事故不断发生，特别是在煤矿井下，给国家和人民财产造成很大的损失，究其原因，对于煤矿来说，重点是“一通三防”工作未真
2、正的落到实处，这其中的“一通”就是指我们这门课程矿井通风。因此要从根本上改变我国矿山企业事故频发的现状，需要我们大家认真地学好这门课程,将来毕业后到矿山企业工作时加以应用，为我国矿山实现安全生产贡献自己的聪明才智。【本讲课程内容】雌1、矿井通风定义：依靠通风动力将定量的新鲜空气，沿着既定的通风路线不断的输入井下以满足回采工作面，机电丽室，火药库以及其他用风地点的需要：同时将用过的污浊空气源源不断排出地面。这种对矿井不断输入新鲜空气和排除污浊空气的作业过程叫矿井通风。2、供给矿井新鲜风量，以冲淡并排出井下的毒性，窒息性和爆炸性气体和粉尘，保证井下风流的质量（成分，温度，速度）和数量符合国家安全标
3、准，造成良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故，保障井下人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产。第一章井下空气的成分、性质和变化规律第一节井下空气的成分一、地面空气成分的种类和数量地面空气是干空气和水蒸气组成，在正常情况下，干空气有下列成分组成，而且成分的数量基本不变。干空气成分的数量用体积浓度或质量浓度来表示。表1-1：气体名称体积浓度质量浓度N278.13%75.55%O220.90%23.10%CO20.03%0.05%Ar0.93%1.27%其它稀有气体0.01%0.01%二、井下空气成分的种类井下空气就煤矿而言共有02,CH4,CO2,CO,H2S,S02,N2,NO2（N2O5
4、）,H2,NH3,水蒸汽和浮尘十二种，井下空气也是湿空气。由于各矿的具体条件不同各气体成分的种类和浓度都不同。井下空气和井上空气产生区别的原因就在于井上空气在进入井下后，发生了物理和化学变化。诸如：有害气体的混入，以及煤炭等物质的氧化等等。1、氧：无色，无味，无臭，无毒，无害，比重1.105,是人呼吸所必须的物质，氧对人体的影响：02多5%时，是人呼吸所必需的物质；0210%时，人就可能休克；人在休息时的耗氧量至少为0.25Lmin;人在工作时至少为l-3Lmin2、各种有害有毒气体1）有臭味的气体有四种：NH3（剧毒），SO2（强烈硫酸臭），H2S（坏鸡蛋臭，浓度为0.0001%时便可嗅出来
5、），COz为酸臭。2）有味的气体有三种：SO2（酸味），H2S（微甜），CO2（微酸）。3）有色气体一种：NO2（浅红褐色）。4）溶水性：按溶水性大小依次为SO2、H2SCO2、NO2、NH3根据这种性质采用喷雾洒水的措施，可降低这些气体在空气中的浓度。5）爆炸性：气体爆炸的体积浓度范围称为气体的爆炸界限CH4（5%-l6%）;H2S（4%-46%）;CO（13%-75%）;H2（4%-74%）06）对人体的危害性和安全标准NO2:是最毒的气体，他能强烈的刺激眼睛和呼吸气统。能和呼吸道上的水分化合而成硝酸，可使肺浮肿致命。SO2:能强烈的刺激眼睛和呼吸系统，使眼睛红肿，同样形成硫酸而使肺浮肿致
6、命。H2S:能刺激眼睛和呼吸系统，且能使人体血液中毒致命。CO：能驱涿人体血液中的氧气，使血液缺氧而致命。NH3：能刺激眼睛、皮肤和呼吸系统。另外，CH小Co2、比和N?虽无毒性，但当其浓度较大时，会使C02浓度降到12%以下，使人窒息而死。井下空气的安全标准见表1-2：气体名称最高容许浓度%CH40.5CO20.75NO20.00025SO20.0005CO0.0024H2S0.00066第二节井下空气的物理分气体的分子具有体积和吸引力，但在分析气体的一般问题时，一般不作考虑，为了便于分析和计算，一般可把这种气体看作是没有这两种因素的理想气体。气体的物理参量较多，最基本的是比容、压力、温度。
7、一、空气的比容和密度1、空气的比容：单位质量的空气所占的容积，即V=VzMm3kg(1-1)2、空气的密度：单位容积空气的质量，P=MzVkgm3(1-2)3、空气的重率：单位容积空气的重力Y=N/m3(1-3)二、空气的压力1、空气的绝对静压一空气分子不停息无规则的热运动对容器壁面产生的压强，它使气体分子状态的基本参量之一。2、特点1)空气的绝对静压具有在各个方向上强度相等的特点2)不论空气是静止还是流动，绝对静压都存在3)地表大气中的绝对静压习惯上叫做大气压力，标高越低，大气压力越大4)标准大气压是指气温在零度时为45度海平面上的绝对静压Po=IOl324.96帕3、计量单位PaKPaMp
8、a4、空气绝对静压的测量测量绝对静压的常用仪表有两种：水银器压计、空和气压计三、空气的温度1、空气温度的意义和计量温度是气体状态的基本参量之一气体分子的运动是热运动，气体分子热运动的动能大小表示这种热运动的强烈程度，体现出气体分子冷热程度，表示这种冷热程度的参量就是温度.T绝对温度，t聂氏温度，T=t+273.152、井下空气温度的变化规律在进风路线上，冷空气进入井下，冷空气与低温进行热交换，风流吸热,低温散热地温随温度涿渐增加，且风流下行受压缩，沿线气温逐渐升高。四、空气的湿度1、意义绝对湿度fa单位体积或质量的空气所含的水蒸气的质量的绝对值。相对湿度一在统统压下，空气的绝对温度和饱合湿度之
9、比的百分数。=fafs100%,%由此可知，当=0时，fa=O空气中没有水蒸气，是绝对干燥的空气，当=100时，fa=fs,空气中所含水蒸气达到饱和程度。2、空气湿度的测算测算空气湿度时，先用仪表测算出相对湿度，再算出绝对湿度。常用仪表：手摇湿度计、风扇湿度计。二者都是有干球和湿球温度计组成，前者用于手摇，后者用自带的发条转动小风扇。3、井下湿空气的变化规律一般，在矿井进风路线上，冷天，含有一定量的湿空气进入井下，气温逐渐升高，容积逐渐增大，起饱和能力也逐渐增大，沿途要吸收井下巷中的水分，热天相反。因此有在进风路线上有冬干夏湿的现象。在采掘工作面和回风路线上，因气温常年几乎不变，故湿度几乎也不
10、变。且相对湿度都接近100%。第三节井下空气的基本定律一、气体状态方程pv=RT:单位质量理想气体的状态方程R气体常数，J/(kgk)二、波义耳定律当t=t2时由上式可以得出pvR=C即p=C即V1V2=l2=P2P即当绝对温度保持不变时，记载等温过程中，气体的容积或比容和绝对静压成反比。三、查尔定律在等压过程中，气体的容积或比容和绝对温度成正比。四、道尔顿定律混合气体的总压P等于各种成分得分压力Pi之和，由此可推知，混合气体的质量等于其中各种成分的质量之和，单个成分的温度都和混合气体的温度相等。五、格莱享姆定律井下各种气体和空气互相混合的性能叫扩散性。格莱享姆发现，某种气体向空气中扩散的速率
11、，与这种气体和空气的比重之比的平方根成反比。某种气体向空气中扩散的速率=(空气的比重/某种气体的比重)某种气体的比重=某种气体的分子量/标准气体的分子量。六.热力学第一定律当热能与其它形式的能量进行转换时，能的总量保持不变。对于微元气体的状态变化过程，可表示为：dq=du+dv他适合于任何热力变化过程，当气体向外界放出热量，内能减少，外界对气体做功时，上式三项均为负。第四节湿空气密度、重率、含湿量和燃的测算一、湿空气的密度测算湿空气的干空气和水蒸气组成，即在某一温度下，湿空气的密度P应为同温度下干空气的密度Pa和水蒸气的密度PW之和，即：P=Pa+Pwkgm因为PVT=RV=lp所以p=P(R
12、T)Ra=287.041J/(kgk)Rw=461.393J/(kgk)所以Pa=Pa/(287.041T)kgm3(1-19)pw=Pw(461.393T)kgm3(1-20)P=Pa+Pw(湿空气的绝对静压)(1-21)若已知湿空气的相对湿度,饱和水蒸气的绝对分压为Psa则在相对湿度为的是空气的绝对分压为Pw=Psa则Pa=P-Psa(PSa可在表1-5中查出)所以有Pa=(P-(pPsa)I(287.041T)Kgm3(1-22)pw=(pPsa/(461.393T)KgZm3(1-23)p=papw=3.484(P-0.3779(pPsa)/(273.15+t)Kgm3(1-24)二、
13、湿空气重率的测算由上式(1-24)可知：=34.1664(P-0.3779Psa)/(273.15+t)Nm3(1-25)三、湿空气含湿量的计算在含有Ikg干空气的湿空气中，所含水蒸气的质量叫湿空气含湿量，用d表示，单位为g.d=lOOOMwZMag/Kg干空气(1-26)根据状态方程可以推出湿空气的含湿量。d=Psa(P-Psa)g/Kg干空气(1-27)四、湿空气焙的测算湿空气的含就是使空气所含的热量，又叫含热量.是指其中IKg干空气的熔ia和d克水蒸气的焰iw之和：i=ia+0.001diwJZKg(1-28)d湿空气的含湿量。当温度变化不大时，可以把干空气的定压比热当作定值，贝I：ia
14、=1.01tkJ/kg1.01是干空气的定压比热iw=1.84t+2500kJ/kg1.84是湿空气的定压比热，2500是在0摄氏度时水蒸气的气化潜热i=1.01t+0.001d(1.84t+2500)kJ/kg干空气(1-29)【本讲课程的小结】本讲课程主要讲授了井下空气成分、空气的物理参量、空气的基本定律以及湿空气密度、重率、含湿量的测算等。要求学生了解矿井通风的基本任务及井下空气的主要成分，矿井通风的概念、通风的基本任务及井下有毒有害气体的最高容许浓度以及井下空气的基本定律【本讲课程的作业】1、井下空气成分的种类以及生成原因？2、井下空气成分的基本性质？3、井下空气成分的安全标准？4、井
15、下空气的物理参数及其测定方法？5、井下空气的基本定律有哪些？课程名称：矿井通风与安全摘要授课题目（章、节）第二章矿井风流的能量及变化规律第一节矿井风流运动特征第二节能量方程第三节矿井风流的能量方程本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解和掌握风流能量方程及应用。【重点】风流的运动状态、能量方程及其应用。【难点】完全紊流状态下的能量方程及应用。内容【本讲课程的引入】大家学习过流体力学，在流体力学中水在圆管中流动，其规律与风流在巷道中运动过程是一样的。风流也是一种流体，它同时遵循流体力学中的基本规律。【本讲课程内容】第二章矿井风流的能及其变化规律第一节矿井风流运动的特征矿井
16、风流是连续介质，其运动要素（压力、速度、密度等）都是连续分布的，而且矿井风流主要是沿着井巷的轴线方向运动可视为一维运动。特点：（1）连续运动；（2）一维运动。稳定流：流场中流体质点通过空间点的所有运动要素都不随时间改变，只是位置的函数这种流叫做稳定流或定常流。非稳定流：其中一个要素随时间变化的流体。在矿井正常通风期间，可把矿井风流近似的视为稳定流，在发生煤尘，瓦斯爆炸，火灾或煤与瓦斯突出等重大灾害时，矿井风流的热力状态就变为非稳定流。另外，风流沿井巷流动时，由于向下流动的压缩向上流动的膨胀以及与井下各种热源间的热交换，致使矿井风流的热力状态不断变化。第二节能量方程一、稳定总流的连续方程1、元流
17、与总流（1）有无数流线组成的曲面管叫流管（2）元流就是流管中的流体，元流横断面极小为ds,小到使断面上各点的速度和压力均一致且代表该处的真值。（3）总流就是由无数元流组成其断面具有一定尺寸断面上各点的运动要素不一定相等。对一维运动总流运动要素在断面上各点的变化情况用平均值来表示.2、流量和断面的平均流速（图2-2）。元流断面上各点流速均为其方向与断面垂直，在dA时间内，通过的流体体积为.dS.dt即单位时间内通过的流体体积：(co.dS.dt)Zdt即是流量dQ即：dQ=.dS总流的流量就是无数元流流量的总和：Q=JdQ=JSdSns断面的平嶙期V标则V=Q3、im对总流来断单位时间内流过巷道
18、各断面的空气质量不变，即：piV1Si=p2V2S2m(2-3)若帆井空气看成环破僦体即PI=P泮常数，OV1Si=V2Srrf/s二木tKiS矿井风流阱留砌1，不仅与外界有功fi传递还融i的族因此应用热力一律(能翳恒)来分析任缶撷的能1关系。如图2-3所示：在稳定流管1和2量各断面间的元流体称为元流段设：从元流段1-2以动到l-2时有dQ(热量)流入，元流段能量发生了变化，外界必有一个与其数值相等的能量变化。能量平衡式为：元流段增加的能量=加给元流段的热量+外界对元流所作的功-克服阻力所作的功1、元流段增加的能量任何物质的本身都具有能量，它包括：内能，动能，位能。单位质量流体所具有的能量用e
19、表示，则e=uw22+gzJ/kg(2-4)从图可以看出，元流段移动前后气体本身所增加的能量等于2-2、段的能量e2dm与1-1段的1-1段的edm之差，即：(2-e)dm(2-5)因为1-1,2-2相距甚微，可把生，e2看作是I,2断面上单位质量气体的能量，dm为位移段气体质量。2、加给元流段的热量dQh包括元流段与井巷围岩交换的热量(吸收为正，放出为负)。吸收井下有机物氧化生成的热和机电设备运转所散发出的热量，以及流体因克服阻力做功而消耗的机械能转化成的热量。3、外界对元流段所作的功Pdsdx=Pdv=Pvdm则外界对元流段所作的功应为(PlvLP2V2)dmJ(2-6)v,V2分别为I,
20、2断面上的气体的比容m/kg4、阻力功气体因克服阻力所作的功阻力功=dw因此，流体元流段能量变化放程为：(e2-e)dn=dQh+(PIVI-P2V2)dm-dw(2-7)将上式除dm的单位质量的能量方程：e2-e+Hr=q+(P1v-P2v2)或q+(PIVLP2V2)=e2-e+Hr(2-8)Hr=dwdm是单位质量的流体在通过1,2两断面过程中因克服阻力而消耗的机械功。流体获得的热量用来增加流体的内能，同时对外界作膨胀功。q=(U2-U1)+12pdvJ/kg(2-9)而Pv-P2V2=12pdv=-12vdp-12pdv(2-10)由于矿井风流为理想气体，内能只是温度的单值函数，所以气
21、体元流的内能变化量和膨胀功是由加给元流段的热量dQh引起的。因此，把(24)(2-9)(2-10)代入(2-8)得：-2vdp=(w22-W2)2+g(Z2-Z1)+Hr或Jvdp+g(Z2-Z)+(w22-w21)2=Hr或2(lp)dp+g(Z2-Z1)+(w22-w2)/2=Hr上式表明：流体的压能，位能和动能三种能量的变化之和，用来满足因克服阻力而消耗的机械功。对于不可压缩流体单位质量的能量方程为：(Pi-P2)Zp+g(Z2-Zi)+(W22-w2)2=HrJ/Kg(2-12)对于可压缩流体若流体的热力变化是多变过程，贝I：n(n-l)(pp)-(p22)+g(Z2-Zi)+(W22
22、-w21)2=HrJZKg(2-13)或近似为(Pl-P2)p.(pp2)+g(Z2-Z1)+(w22-w21)2=Hrp1.2-1.2两断面间的平均密度根据气体状态方程，可以写为：(R/2)(Pl-P2)(T2P2+T1P)+g(Z2-Z1)+(W22-w2)2=Hr(2-14)第三节矿井风流的能量方程利用(2-11)推导出矿井风流的能量方程时，应考虑以下几点：一、矿井风流的压缩性1、空气柱的重力作用由于气体的可压缩性，则空气柱的重力作用下，使非水平巷道的风流的密度和压力沿途不断发生变化。2、矿井主扇所产生的压差的影响3、其它原因的影响二、风流动能修正系数单位时间流过断面S的流体总动能JS（
23、w22）pdQo不等于用该断面上平均流速V计算出来的功能。（V2/2）pQ,必须用一个修正系数去乘计算的功能才等于实际的功能，即今ZvZQ（2-15）式中dQ、Q分别为通过元流断面和总流段面的流量。在矿井条件下，分能动流的修正系数a要为1.05-1.1一般可近似a=l.精确度要求高时，可把风流断面分成几个分断面，量出风流的段面积s核小段面积si,测出风流断面上的平均风速V,和各小断面中得以风速Vi代入式（222）即可算出a值。小断面数目越多，a值越精确。三、单位容积风流的能量方程根据上述分析，只须动能修正系数区修正（2-13）不可压缩能量方程和（2-3）中元流的动能之和，即可得出不可压缩的风流
24、单位质量的能量方程。旦N+（z）g+皿*=.s/kg（2-16）P2可压缩风流单位质量的能量方程：-2-（且一互4_邛一。2对=HrJZkg（2-17）-1PiPi2用风流密度乘（2-16）的不可压缩的风流单位容积的能量方程：hr=P1-P2+（Z1-Z2）p8+a,vpPa（2-18）式中：hr风流断面1、2件的通风阻力。单位容量的能量方程Hr=HrP（2-18）式是在P=COSA条件下得出的，在实际应用中，常近似用风流在期末断面上的密度P0并取1=2=1则有不可压缩风流，=pi-p2（Zip1-Z2p2）-1Pa（2-19）第四节风流任一段面上机械能量风流任意断面上都有压能，位能和动能。这
25、三中能量分别用相应的静压、位压和动压来体现。一、压能（图2-6；2-7）相对静压：管道内测点的绝对静压与管道外测点同标高的大气压力之差。-his=Pis-Pat式中his相对静压PaL大气压力PiS测点I处的绝对静压风流在风压测任意测点的相对静压是正值，故常把压入式通风叫正压通风hSi=Psi-Pal(2-22)相对静压可用压差计直接测定。图中两个U型压差计的右面都必须高于左边水面，这两个水面的垂直高差就是测点用mmh2O为计量单位的相对静压值。测量仪器分为：U性压计、补偿式微压计U性压计分为：垂直、倾斜二、位能(图2-H)能量变化方程中任一断面上单位体积风流对某基准面的位能使该风流受地球引力
26、作用对该基准面产生的重力位能习惯叫位压在进行计算某区段风流的能量损失时，需要知道该区段始末两断面上风流的位能差.%-2=%一%=Z2P2)g当时p+p由此可以看出，某区段风流的位压差就是该区段垂直空气柱的重力压强，同理2-3=3-4=d-ZjPsg=F.必g上式表明：在水平巷道中，风流没有位压差，在非水平巷道中，向下流的风流位压差为正值，向上流的风流位压差为负值，对于全段位压差则是各分段位压差之和。%-2-3-4=(Z1.2p1_2-Z3_4p3_4)Pa(2-25)对于如图所示的整段风流，其位压差不是起末两端的位压差，而是井下最低标高以上的进风段位压差和回风段位压差之差。不论空气流动与否，上
27、两断面空气的位压差都存在。在静止的空气中上段面1空气的绝对静压加上两断面空气的位压差，就是下断面的绝对静压。PSl+ZyPfg=Ps2Pa2-25)三、动能能量变化方程中任意断面上单位体积风流的动能叫动压（速压），它是风流流动产生的能量，其作用方向与风流流动的方向一致。在规则的风流中，断面中心点风速最小，四周最小，因此，中心点的速压最大，四周最小。其平均速压可由下式表示：hvi=iVi2pi2=iVi2i2gPa（2-26）式中：aii断面上风流的动能修正系数，一般a=l,必要时可测得。Pi,Yli断面上的空气密度kg/m3；重率Nm3.Vi-i断面上的平均风速，ms.测量管道中任意断面上的风
28、流的平均速压，要用皮托管测量见图2-12,测量方法见图2-13。皮托管中心孔接受的是该断面上风流的静压和最大速压，外管壁上的小眼只接受静压，因而,压差计两水平的高差就是i断面上风流的最大速压hvinaxVimaX2=2hvima/PiVs（2-27）测量巷道中任意断面上风流平均速压，常是人在该断面上用-风速仪测出平均风速，并用前面的公式和仪表，测出空气密度或重率，用（2-26）式计算，常用风表：叶式风表（一是测中速0.5-1Om/s；一是测低速表3-05ms）;杯式风表（测高速NlOms）;电子叶式中速风表（18-900mmin能自动记录时间，由数字显示结果）；热三式风速仪（热球式；热敏电阻式
29、）；FC-I型超声波叶式风速传感器（0.4-15ms）常用测法：人背向巷道壁，伸直持风表的手臂与风流方向垂直，并使风表的背面正对风流方向，在测量断面上，按图所示的路线，均匀移动一分钟即关闭开关，读取读数Va（ms）,据Va值查所用风表的校正线，得真风速Vi.并消除因人在巷中而造成的影响，用下式计算该断面的实际风速V=kVAm/sk校正系数，k=（s-0.4）/s,s测风的断面，0.全一人体所占的面积。按上述方法在同一断面处至少测2次，每次测的Va误差不得大于5%o四、全压能（全压）管道内单位体积的风流，在流动方向任意测点上，所产生的绝对静压和速压之和，叫该测点的绝对全压。Ri=PSi+RiPa
30、（2-28）Ri是从零点压力算起的测点全压的绝对值，起作用方向和风流方向一致。管道内风流中任意测点i相对全压Pu是指从管道外和测点同标高的大气压力Pal起的测点全压的相对值，即Hi和PiH之差。对于抽出式通风PliPat得：hti=Pti-Pat将(2-28)(2-22)代入上式：hti=hsi+hvi(2-30)即测点i的相对全压等于相对静压与速压之和。第五节能量方程的应用一、始末断面间无其它动力源1、水平巷道若Zl2=0,pl=p2,MOZl-2pl.2g=0当两断面面积相等时。Vi=V2的速压差为零。则能量方程为:上式表明，两断面间的通风阻力值等于两个断面的绝对静压之差。当两断面不等时V
31、mV2,则该段的通风阻力等于1、2两断面的绝对静压差与速率差之和，或两断面绝对全压之差2=p“_p,2+毕强=Pa-P12Pa2、倾斜或垂直井巷当风流向下流动时，因始断面1的标高大于末断面2的标高，两断面的标高差Z2为正，位差为正Z-2pl-2g,其能量方程称为：22儿12=Psi-Pc+2-2P-2=Al-P,2z1-2P1-2Pa当风流向上流动时，因始断面1的标高小于末断面2的标高，Z为负，则两断面的位压差Z.2PL2g为负值，故能量方称为：22hrX-2=PsX-Ps2+竽-+zi-2Pl-2=%-P,2-Z-PjgPa在倾斜和垂直井巷始末两断面的速压差为零的条件下，始末两断面的通风阻力
32、等于该两断面的静压差与位压差的代数和。例：风流自断面1经断面2、3、4和5进入扇风机在排入大气中，现测的各点的绝对静压Ri风速VSi相邻两断面的标高差Z和断面上空气密度。求:各段的通风阻力和1致5断面间的通风阻力，并绘制压力坡线图。(图2-21)解：先看通风阻力的计算公式，风流1-2段-2=PLPS2+弩L-+Z*g=13L32Pa以纵坐标表示压力值(Pa)横坐标表示起来两断面间的距离m在1和2两断面的纵轴上，绝对静压和速压值。并在断面I上量出两断面间的位压差hel.2.当两断面间的风流压力均匀变化时可画出两断面的静压坡线和两段面向比较的总能量坡线。在向比较的总能量坡线上，始末两断面上的能量差
33、，就是这两断面间的通风阻力值hr.2在2-3段阻力位hn.2=666.4Pa0位压差和速压差皆为零，这两断面间的通风阻力等于绝对静压差。为了绘制压力坡线图，仍应计入速压，即在2、3断面的纵轴上分别两取绝对静压和速压值，并画出两断面间的绝对静压坡线和绝对全压坡线。此时两段面间的相比总能量坡线与绝对全压坡线重合。该坡显得始末两断面上的能量差就是这两断面间的通风阻力hr2.3.3-4段hr2.3=547pa因4、5两断面的风流对3断面分别有位压差Z34P3-4g和Z4-5p4-5g+Z3-4P3-4g故在与断面的纵轴上，不仅要量取Z4.5P4.5g,还要量取Z3.4P3-4g然后在画出这两断面间相比
34、的总能量坡线。自1断面到5断面的通风阻力等于各段风流的阻力之和k=k*+%19844Pa,（见图2-22）二、始末断面间有其它动力源如图2-23在水平布置的风筒1和4断面间装有一台扇风机2、3分别为改善分封记得进风断面和出风断面扇风机运转时，必须使3断面2断面的风流总能量要大，而且，一断面比二断面、3断面比4断面的风流总量也要大,测出1-2段和34段的通风阻力分别用下式：%一2二P,+vl-（Ps2-hv2）43-4=PF3+儿3（凡4+4）测算IY断面的通风阻力：l-4=-2+-A4=PSl+SS2+瓦2）P,3+久3一（Ps4+4）上是表明：始末断面间有动力源时，始末断面间的通风阻力不等于
35、始末两断面上风流的总能量之差。而是其中各段通风阻力之和，根据分析可画出图中各断面上的风流压力，压力坡线和通风阻力。【本讲课程的小结】本讲课程主要讲授了矿井风流运动特征、能量方程、矿井风流的能量方程，要求学生了解和掌握风流能量方程及应用，风流的运动状态、能量方程及其应用。【本讲课程的作业】1、矿井风流运动特征？2、稳定流的能量方程？3、风流的压能、位能和动能？4、矿井风量的测定方法？课程名称：矿井通风与安全摘要授课题目(章、节)第三章矿井通风阻力第一节风流运动状态第二节摩擦阻力第三节局部阻力第四节通风阻力定律和特性第五节通风阻力测量本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解
36、和掌握矿井通风阻力及应用。【重点】风流的摩擦阻力其应用。【难点】通风阻力定律。内容【本讲课程的引入】大家学习过流体力学，在流体力学中有一个较为重要的实险，水在圆管中流动，通过调节侧管带有颜色水的流量，在主管中心会出现一条有规则的流线；继续调节流量，流线开始变得不规则、直至完全紊乱。这也就是层流和紊流的演示实验。在通风中，风流也有此性质。【本讲课程内容】第三章矿井通风阻力第一节矿井风流运动状态风流的流动状态有层流和紊流两种：层流：指流体各层的质点互不混合，质点流动的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：指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了岩流动总方向发生位
37、移外，还有垂直于流动总方向的位移且在流体内部存在着时而产生，时而消失的漩涡。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。第二节摩擦阻力一、摩擦阻力的意义风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦，因而产生阻力，这种阻力叫做摩擦阻力。二、完全紊流状态下摩擦阻力定律流体的流动状态受流体的速度，粘度和管道尺寸等影响，流体速度越大，粘度越小，管道尺寸越大，则流体越易成为紊流，反之，则易成为层流。一般用无因次参数一雷诺数表示。对于圆形管道：Re=Mu(3-1)V管道中的流体的平均速度m/sd圆形管道的直径m流体的运动粘性系
38、数，对于矿井风流=14.410-6m2s设Y位流体的水力半径，指流体的断面积S(m2)与流体的周界U之比即：=sU(m)在直径为d的圆形管道中，风流的水力半径为：=(d24)/(d)=d4,m(3-2)将(3-2)代入(3-1)得非圆形巷道风流雷诺数的计算式：Re=4VS(u)(3-3)式中：S-巷道的断面m?U巷道的周界m将(3-2)代入(3-4)得：hfr=(ULV2)用gs=(UpLV2)8sPa(3-5)因为矿井重率或密度p变化不大，而对于尺寸和支护已定型的井巷，其壁面的相对光滑度是定数。即=常数令=()用g=(p)用N.S2m4或Kgm3称为摩擦阻力系数(3-6)完全紊流状态下，只受
39、,y或P的影响。若定型井巷a只与或P成正比则有hfr=(aULV2)s3Pa(3-7)对于定型的井巷它的L,U,S各项都为己知数，而a又只与Y或P成正比，故把上式中的(aUL)s3项用Rfr来表示，即Rfr=(aUL)s3NS2Zm8或KgZm7(3-8)RL井巷的摩擦风阻，它反映的是井巷的特征，只受L,U,S和a的影响：hfr=Rfr.Q2(Pa)此即风流在完全紊流状态下的摩擦阻力定律，当摩擦风阻一定时，摩擦阻力和风量的平方成正比。三、层流状态下的摩擦阻力定律在层流状态下：=64Re.将以及(3-2)、(3-3)式代入(3-4)时，得：_2-W21次用V=QIS代如上式,则：gsSIvrLi
40、rQIvpLu1Q(3-10)nfr-3-3gsS表示2vrg=2vpNSm2或kg(s.m)a一层流状态下的摩擦阻力系数。所以有八一以空用R=%LRfr叫层流状态下的摩擦风阻。则人=R/,。即风流在层流状态下的摩擦阻力定律，当RfI一定时，hfr与Q的一次方成正比四、摩擦阻力的计算进行矿井通风设计时，需要计算完全紊流状态下井巷的摩擦阻力。即根据你所设计的井巷长度、周界、井断面积、支护方式和要求通过的风量：，以及其中有无提升运输设备等进行计算。a值在不同情况时可查表求出，再根据M=%丝1或=RQ2计算出来。frS3例如：某设计巷道的木桩直径d=16mm,纵口径J=4,净断面s=4,周界=8m,
41、长度l=300m,计划通过的风量Q=l440m3minm,则可用表3-3S出，由d和/可查出=16l.7lOj再根据s=4,查表校正系数为0.93.所以=0.01617*0.93=0.015Ns2m2R=也=0.562Ns2m8S3hfr=R方02=05625*(1440/60)2=324Pa投产后，若巷道内实际密度为p=L26kgm3,则摩擦阻力系数变为=巨Xa=O.01575NS2m8PRfrl=-Rfr=0.05906/V52/n8Phfr=Lhfr=340.24P五、降低摩擦阻力的措施降低矿井通风阻力，无论对安全和经济都有重要意义.由于摩擦阻力式矿井通风阻力的主要组成部分，因此以降低摩
42、擦阻力为重点h.=aLUQ20二攵九只决定与管壁的光滑度.fr?81、降低摩擦阻力系数a)选择摩擦阻力较小的支护方式b)尽可能使井巷平整光滑2、扩大巷道断面因/%OC$25即断面的扩大，会使摩擦阻力显著减少，在改造通风困难的矿井时，几乎都要选用这种措施，但在进行设计时，要根据使用年限，井掘费、维护费和通电费等因素，综合分析，选取最合适的经济断面。3、选用周界较小的井巷：在断面相同的情况下以圆形断面的周长最小，拱形次之，梯形最大。故井筒采用圆形断面，主要巷道采用拱形断面，服务时间短的巷道可采用梯形。4、减小巷道的长度：进行通风系统设计时在满足开采需要的情况下，要尽可能缩短风路的长度。5、避免巷道
43、内风量过大：hfrQ因此，若巷道内风量过大，就会使巷道内摩擦阻力大大增加，应尽可能实矿井的总进风早分开，并可能使矿井的总回风晚闭合。第三节局部阻力一、意义风流在井巷的局部地点，由于速度和方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的我流，因而在该局部地点产生一种附加的阻力，称为局部阻力。井下产生局部阻力的地点：拐弯、分叉和汇合处、断面变化处、进风井口何处风井口。二、局部阻力定律在完全紊流的状态下，不论是井巷局部地点的断面、形状和拐弯如何变化，所产生的局部阻力her,都和局部阻力的地点的前面或后面断面上的速压hui或hvi成正比(图3-4)。(Pa)式中V、V2分别是局部地点前后断
44、面的平均风速，m/s局部阻力系数，无因次，与形状和尺寸有关。P局部地点的空气密度。若通过局部地点的风量为Q,断面积分别为8、S2(m2)则有：V=QsV2=QZS2代如上式：心察一察令S7右则EQ2(Pa)此实际是完全紊流状态下的局部阻力定律，和完全紊流状态下的摩擦阻力定律一样，当Rer一定时，her和Q的平方成正比。三、局部阻力的计算方法在一般情况下，由于井巷内风流的速压较小，所以产生的局部阻力也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力的10%20%左右，因此在进行通风设计工作中不一一计算，只在这两个百分数范围内估计一个数，但对掘进通风用的风量大的井巷要逐一计算计算时，先根据局部特点的特征
45、，从表3-16和表3-17查出局部阻力系数的近似值，然后用图表中制定的相应风速进行计算。从表3-16可以看出，在局部地点小断面Sl和大断面S2的比值相同时，突然缩小比突然扩大的局部阻力要小，这是因为风流突然缩小时，所产生的冲击现象没有风流突然扩大时那样急剧。例：已知，进风井内V=8s,井口密度P=I.2kgm3井口的净断面积s=12.6m2求该井口的局部阻力和局部风阻。解：由表3-17可以看出，当井口风流突然收缩使局部阻力系数为0.6,则：her=0.68xl2=23.WPa22=06d=02268nsw若上述时出风井口，则&=1.0。r=l82-=38.4Pq=lxl2,=0.003779NS2Zm82212.62表3-17其它几种局部阻力的与值（光滑管道）-SSv-LJVL
