矿井通风阻力及风机静压、负压、全压
第3章矿井通风阻力
• 3.2.5 降低摩擦阻力的措施 • 井巷通风阻力是引起风压损失的主要根源，因此降低井巷通 风阻力，特别是降低摩擦阻力就能用较少的风压消耗而通过 较多的风量。许多原来是阻力大，通风困难的矿井，经降低 阻力后即变为阻力小、通风容易的矿井。
• 根据hfr＝(αLU/S3)Q2的关系式可以看出，保证一定风 量，降低摩擦阻力的方法就是降低摩擦风阻，根据影响Rfr的 各因素，降低摩擦阻力的主要措施有：
第3章矿井通风阻力
1 1
上一章内容
• 第2章 矿内空气动力学基础
• 2.1 流体的概念 • 2.2 风流能量与能量方程 • 2.3 风流压力及压力坡度
2
上一章内容
学习目标
• 1、流体的概念 • 2、风流能量与能量方程 • 3、风流压力及压力坡度
重点与难点
• 1、点压力之间的关系 • 2、能量方程及其在矿井中的应用
2 2 fr
LU 0 . 018 200 8 . 3 960 Q ( ) 119 . 5 P 解： h
S
3
4
3
60
答：该巷道的摩擦阻力为119.5Pa。 应当注意，巷道的 α 值随 ρ 的改变而改变，在 高原地区，空气稀薄，当地的α值需进行校正。校 正式如下：
18
• 3.2.3 层流状态下的摩擦阻力定律
14
例：某巷道的断面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，风 流的ν＝14.4×10－6m2/s，试计算出风流开始出现 紊流时的平均风速？ Re 4SV
U
解：当风流开始出现紊流时，则其Re＝2000，当 完全紊流时， Re＝100000，因此：
6 R e U 2 0 0 0 6 . 5 8 1 4 . 4 1 0 V 0 . 0 1 9 m / s 4 S 4 2 . 5 6 R e U 1 0 0 0 0 0 6 . 5 8 1 4 . 4 1 0 V 0 . 9 5 m / s 4 S 4 2 . 5
通风
矿井通风：利用机械或自然通风为动力，使地面空气进入井下，并在井巷中做定向和定量的流动，以供给井下人员呼吸，同时稀释和排除井下各种有毒有害气体和矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下工作人员的身体健康和劳动安全。
矿井通风的基本任务： 1连续不断地供给井下足够的新鲜空气 2把井下有毒有害气体和矿尘冲淡到安全浓度以下，并排出矿井3为井下创造良好的气候条件。
地面空气是干空气和水蒸气组成的混合气体地面空气进入矿井后成分和性质发生变化：氧气浓度下降，二氧化碳浓度上升，混入了各种有害有毒气体和矿尘，空气的状态参数发生改变。
造成矿井空气中的氧浓度降低的原因：人员呼吸；煤岩和其他有机物的缓慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸；煤岩和生产过程中产生的各种有害气体。
矿井空气中的有毒气体:一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氮氧化合物、二氧化碳、甲醛。
CO性质：极毒，CO与血色素亲和力比氧大250-300倍，使血液中毒，阻止氧与血色素的结合，引起窒息和死亡。
来源：爆破作业、火灾、瓦斯与煤尘爆炸、煤炭自燃等。
H2S性质：有强烈的毒性，能使血液中毒，对眼睛粘膜及呼吸系统有强烈的刺激作用。
来源：有机物腐烂、硫化矿物水解、煤岩中放出。
SO2性质：与眼、呼吸道的湿表面接触后能形成硫酸，对眼、呼吸道有强烈腐蚀作用，严重会引起肺水肿。
来源：含硫矿物氧化、含硫矿物中爆破。
扩散器回收动能：在风流出口加设一段断面逐渐扩大的风道，使得出口风速变化，从而达到减少流入大气的风流动能。
扩散器安装是否合理，可用回收值扩散器自身的通风阻力相比来确定，△h v=h vex－h vex＇＞h Rd 合理△h v=h vex－h vex＇＜h Rd 不合理气候条件：温度，湿度和风速三者结合的作用状态。
对人体特平衡影响，空气温度：对人体对流散热起着主要作用。
相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。
风速：影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。
通风阻力：单位体积空气在流动过程中的能量损失。
中国矿业大学_矿井通风与安全_课堂笔记第4章
矿井通风与安全课堂笔记4章第四章 通风动力本章重点与难点1、自然风压的产生、计算、利用与控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。
这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。
由第二章可知，通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。
本章将就。
对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。
第一节 自然风压一、 自然风压及其形成和计算自然风压与自然通风 图4-1-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
图4—1—1 简化矿井通风系统 由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
根据自然风压定义，图4—1—1所示系统的自然风压H N 可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ4-1-1式中 Z —矿井最高点至最低水平间的距离，m ；g —重力加速度，m/s 2；ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dZ 段空气密度，kg/m 3。
由于空气密度受多种因素影响，与高度Z 成复杂的函数关系。
因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则(4-1-1)可写为：H Zg N m m =-()ρρ12 4-1-2二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素由式4-1-1可见，自然风压的影响因素可用下式表示：H N =f (ρZ ）=f [ρ(T,P,R ，φ)Z ] 4-1-3影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而影响空气密度又由温度T 、大气压力P 、气体常数R 和相对湿度φ等因素影响。
矿井通风4矿井通风动力
二、 自然风压的影响因素及变化规律
自然风压影响因素
HN=f (ρZ）=f [ρ(T,P,R,φ)，Z ]
1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。 2、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，
但影响较小。
HN
月份 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
B D K 65 8 №24
防爆型 对旋结构 表示用途，K为矿用
叶轮直径（24dm) 电机为8极（740r/min） 轮毂比0. 65的100倍化整
4、对旋风机的特点
一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反；机翼形叶片的扭曲方 向也相反，两级叶片安装角一般相差3º；电机为防爆型安装在主风筒 中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管 与大气相通，以达到散热目的。
静压功率：用风机静压计算输出功率，称为静压功率NS。计算式：
NS=HSQ×10—3
KW
风机的轴功率，即通风机的输入功率N（kW）。计算式：
N Nt H tQ
或
t 1000t
N Ns HSQ
s 1000s
式中 t、 S分别为风机的全压和静压效率。
电动机的输入功率（ Nm ）：
设电动机的效率为m,传动效率为tr时,则
第三节 通风机附属装置
一、风硐
风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大， 应尽量降低其风阻，并减少漏风。
二、扩散器(扩散塔)
作用：是降低出口速压以提高风机静压。 扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。 总的原则是，扩散器的阻力小，出口动压小并无回流。
三、防爆门(防爆井盖)
2、工作原理
通风计算公式5[1]
![通风计算公式5[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/c4a1258fd0d233d4b14e6938.png)
矿井通风参数计算手册2008年5月5日前言在通风、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。
2008年5月编者目录一、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ρ=0. 461TP(kg/m 3) 当空气湿度小于60%时ρ=0. 465T P(1-0.378PP 饱ϕ) (kg/m 3)P~大气压力(mmHg)T~空气的绝对温度 (K) ϕ~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. 003484TP(kg/m 3) 当空气湿度小于60%时ρ =0. 003484T P(1-0.378PP 饱ϕ) (kg/m 3) P~大气压力(pa)T~空气的绝对温度 (K) ϕ~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H 巷道净高（m ）b 梯形、矩形为巷道中宽，拱形为巷宽（m ） h 拱基高（m ） 3、巷道周边长 u=c ss~ 巷道断面积(m 2)c~ 周边系数（梯形4.16，三心拱4.10，半圆形3.84，圆形3.54）4、巷道风量Q=SV (km 3/s)Q~巷道风量 m 3 /minV~测风断面平均风速 （m/s ） S~巷道断面，m 2 5、动压h 动=g V 22ρ （mmH 2O ） ρ~ 空气密度 (kg/m 3)v~ 测点平均风速（m/s ） g~ 重力加速度 （m/s 2） 6、巷道风阻 R 1~2=2121--Q h (千缪) 百米风阻 R 100=2121--L R ×100(千缪) R 1-2~任意两点间的风阻 (千缪) R 100~百米风阻 (千缪) L 1-2~ 任意两点间间距 （m ） Q 1-2~任意两点间的巷道风量，m 3/s 7、通风阻力 A ：压差计法 h 1~2=K ×h 读（gv 221ρ1—gv 222ρ2）B ： 气压计法h 1~2=K （h 1-h 2）+(z 1-z 2) ρ+（gv 221ρ1—gv 222ρ2）8、自然风压h=z （ρ进—ρ回）A ： ρ均=nn∑1ρB ：ρ均=∑∑inZ Z 1ρ9、井巷通风阻力（1）摩察风阻 R=3S LUαR~巷道风阻，kg/m 7U~巷道周边长，m S~巷道断面积，m 2 （2）摩察阻力 h f =RQ 2=3S LUα Q 2h f ~摩察阻力, mmh 2o Q~巷道风量，m 3/s R~巷道风阻，kg/m 7 L~ 巷道长度，m U~巷道周边长，m S~巷道断面积，m 2二、通风报表常用计算公式 1、矿井等积孔 A=1.19hQA~矿井等积孔，m Q~主扇风量，m 3/s H~主扇负压，Pa A=0.38hQA~矿井等积孔，m Q~主扇风量，m 3/s H~主扇负压，mmh 2o 多台风机联合运转时h Rrm =∑∑==n i ini iRiQQ h11A=1.19Rmh Qh Rrm ~多台风机联合运转加权负压， Pa h Ri ~单台风机的负压，mmh 2o （Pa ） Q i ~单台风机的风量，m 3/s 2、扇风机参数的计算 （1）扇风机实际功率 Nc=1000hQ ∙ Nc~扇风机的实际功率，KW h~通风机的负压， Pa Q~通风机的风量，m 3/sη=NNc×100% Q~风机风量, m 3/sh~风机负压, Pa (可分为静压,全压计算) Nc~风机实际功率, KW N~风机轴功率, KW η风机实际效率3、有效风量矿井有效风量是指风流通过井下各工作地点（包括独立通风的采煤工作面、掘进工作面、硐室和其它用风地点）实际风量总和，按下式计算Q 有效=iQ∑采+iQ∑掘+iQ∑硐+iQ∑其它4、有效风量率是指矿井有效风量与各台主要通风机风量总和之比（C ）按下式进行计算C=100⨯∑iQ Q 通有效%Q 通i~第I 台通风机实际风量 5、外部漏率A ：外部漏风量是指主要通风机装置及其风井附近地表漏失风量总和，可用各台主要通风机风量总和减去矿井总回风量求得，按下式计算Q 外漏=iQ∑通-iQ∑总回Q 外漏~矿井外部漏风量iQ∑通~各台主要通风机的风量总和 iQ∑总回~各台主要通风机总回风量之和B ：矿井外部漏风率是指矿井外部漏风量与各台主要通风机风量之和之比，按下式进行计算L=100⨯∑iQQ 通外漏%L ~矿井外部漏风率 6、巷道失修率 A ：一般失修率一般失修巷道长度除以矿井巷道总长度的百分数 d 失=%100⨯总失L Ld 失 ~巷道失修率，% L 失 ~失修巷道长度，m L 总 ~矿井巷道总长度，m B ：严重失修率严重失修巷道长度除以矿井巷道总长度的百分数 d 严重=%100⨯总严重L Ld 严重 ~巷道失修率，% L 严重 ~失修巷道长度，m L 总 ~矿井巷道总长度，m 三、矿井通风风量计算公式1、矿井风量按下式计算，并取其中最大值 （1）按井下同时工作的最多人数计算所Q 矿井=4×N ×K 矿通 m 3/min N —井下同时工作的最多人数，人 K 矿通 矿井通风系数，1.2~1.25（2）按采煤、掘井、硐室和其它地点实际需要风量总和计算 Q 矿井=（∑采Q +∑掘Q +∑硐Q +∑其它Q）K 矿通∑采Q ~ 采煤工作面实际需要风量总和，m 3/min ∑掘Q ~ 掘进工作面实际需要风量总和，m 3/min ∑硐Q~ 硐室实际需要风量总和，m 3/min∑其它Q~ 除采煤、掘进、硐室外其它井巷掘实际需要风量总和，m 3/min2、采煤工作面风量计算采煤工作面实际需要风量，应按矿井各个采煤工作面实际需要风量总和计算：∑采Q =∑=ni iQ1采+∑=ni iQ1采备Q 采i ~第i 采煤工作面实际需要风量，m 3/min Q 采备i ~第i 采煤备用工作面实际需要风量，m 3/min 采煤工作面风量按以下方法计算： （1）按瓦斯涌出量计算 Q 采=100×q cH4采×K 采通Q 采—工作面需要风量，m 3/minq cH4采—工作面回风巷风流中瓦斯的平均绝对涌出量，m 3/minK采通—采面瓦斯涌出不均衡通风系数， 机采K采通=1.2~1.6，炮采K采通=1.4~2（参考公司风量计算细则要求）（2）按工作面温度计算Q采i=60×N i m3/minN i—第i个工作面同时工作的最多人数，人Q采=60×V采×S采V采i~第i个工作面风速，m/sS采i~第i个工作面平均断面，m2(可按最大和最小控顶距平均值进行计算)（3）按工作面人数计算Q采i=4×N i m3/minN i—第i个工作面同时工作的最多人数，人（4）按风速进行验算按最低风速验算，其最低风量为：Q min≥15×S采i m3/min （V=0.25 m/s）Q min—采煤工作面最低风速时需要风量，m3/minS采i~第i个工作面平均断面，m2量为Q max≤240×S采i m3/minQ max—采煤工作面最高风速时需要风量，m3/min（V=4 m/s）S采i~第i个工作面平均断面，m23、掘进工作面风量按以下方法计算：（1）按瓦斯涌出量计算Q掘=100×q cH4掘×K掘通Q掘—掘进工作面实际需要风量，m3/minq cH4掘—掘进工作面瓦斯绝对涌出量，m3/minK掘通—掘进面瓦斯涌出不均衡通风系数，机掘K掘通=1.5~2（参考公司风量计算细则要求）（2）按炸药计算Q掘i=25×A i m3/min（3）按局部通风机实际风量计算 Q 掘i =Q 局机i ×I i m 3/minI i —第i 个工作面同时工作的局部通风机台数，台 （4）按工作面人数计算 Q 掘i =4×N i m 3/minN i —第i 个掘进工作面同时工作的最多人数，人 （5）按风速进行验算按最低风速验算，其最低风量为： 各个岩巷掘进工作面最低风量Q min ≥9×S 岩掘i m 3/min （V=0.15 m/s ） 各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面最低风量Q min ≥15×S 煤掘i m 3/min （V=0.25 m/s ） Q min —掘煤工作面最低风速时需要风量，m 3/min S 岩掘i ~第i 个岩巷工作面断面，m 2S 煤掘i ~第i 个煤巷或半煤岩巷掘进工作面断面，m 2 Q max ≤240×S 掘i m 3/min Q max —掘煤工作面最高风速时需要风量，m 3/min （V=4 m/s ） 350~矿井年工作日S 掘i ~第i 个工作面断面，m 2 4、硐室风量计算 Q 硐室=∑=ni iQ1硐Q 硐i ~各个独立通风硐室实际需要风量，m 3/min （1） 发热量大的空气机房和水泵房 Q 机电硐室=tW ∆⨯⨯⨯⨯⨯∑60006.12.13600θ，m 3/minQ 机电硐室~机电硐室实际需要风量，m 3/min∑W ~ 机电硐室运转电机总功率，KWt ∆ ~ 机电硐室进、回风的气温差，℃θ ~机电硐室发热系数，根据实际考察或（空压机0.20~0.23, 水泵房0.02~0.04）31．005 ~空气定压比热容，kj/kg.k (2)爆破材料库按每小4次换气量计算 Q 爆破材料库=0.07×V , m 3/minV~包括联络在内的爆破材料库空间总体积, m 3(一般情况大型100~155 m 3/min,中小型60~100 m 3/min) (3)其它硐室按经验取值a: 采区绞车房及变电硐室为60~80 m 3/minb:充电硐室按H2浓度小于0.5%,但不得小于100 m 3/min,或按经验值取100~200 m 3/min. 5其它巷道风量计算其它巷道风量应按瓦斯涌出量和风速进行验算，并取其中大值 Q 其它=∑=ni iQ1其它（1）Q 掘=133×q cH4其它×K 其它Q 其它i —第i 个其它巷道需要风量，m 3/min q cH4其它—第i 个其它巷道瓦斯绝对涌出量，m 3/minK 其它—第i 个巷道瓦斯涌出不均衡通风系数， 机掘K 掘通=1.2~1.3（2）按风速进行验算按最低风速验算，其最低风量为： 各个岩巷掘进工作面最低风量 Q min ≥9×S 岩掘i m 3/minQ min —掘煤工作面最低风速时需要风量，m 3/min （V=0.15 m/s ） S 其它i ~第i 个其它巷道断面，m 2四、通风网路解算1、风流流动的基本定律（1）风量平衡定律：网路中流入节点的风量之和等于流出节点风量之和。
矿井通风阻力计算方法
精心整理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）(或滞流)成为互H f=λ×L/d×ρν2/2paλ——摩擦阻力系数。
L——风道长度，md——圆形风管直径，非圆形管用当量直径；ρ——空气密度，kg/m3ν2——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×Q2paR f=α×LU/S3242424s2/m4α，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。
量。
R f=α×LU/S3α——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，m2Q——风量，单位m/sR 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/m82、计算局部阻力H L=0.2H f3、计算矿井总阻力Ht=H f+H L+H Rat+H NH Rat——扇风机附属装置（风峒、扩散器等）的阻力，一般取20mm，Rf值局部阻力与ξ值成正比，与断面的平方成反比。
矿大矿井通风与安全通风阻力
降低(jiàngdī)井巷摩擦阻力的措施
1）降低α Rfr与α成正比，而α主要决定于巷道粗糙度，因 此降低α，就应尽量使巷道光滑。当采用棚子支护巷道时，要很 好地刹帮背顶，在无支护的巷道，要注意尽可能把顶底板及两 帮修整好；对于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌璇， 特别是采用锚杆支护技术时，更能有效地使α系数减小。 2）扩大巷道断面(duàn miàn)S 因Rfr与S3成反比，所以扩 大巷道断面(duàn miàn)有时成为降低摩擦阻力的主要措施。由 于摩擦阻力又与风量的平方成正比，因此在采用这种措施时， 应抓主要矛盾，即首先应考虑风量大、断面(duàn miàn)小的总 回风道的扩大，其次再考虑其它巷道的扩大。
4 S
4 2 .5
由于煤矿中大部分巷道的断面均大于2.5m2，井下巷道中的 最低风速(fēnɡ sù)均在0.25米/秒以上，所以说井巷中的风流大部 为紊流，很少为层流。
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3.2 摩 擦 阻 力
一、摩擦阻力及影响因素 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。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方向都不变，而且 各断面上的速度分布相同(xiānɡ tónɡ)。流态不同的风流，摩 擦阻力hfr的产生情况和大小也不同。一般情况下，摩擦阻力 要占能量方程中通风阻力的80～90％，它是矿井通风设计， 选择扇风机的主要参数，也是生产中分析与改善矿井通风工 作的主要对象。
二、局部阻力定律 实验证明，在完全紊流状态下，不论井巷局部地点的断面、
形状和拐弯(guǎi〃wān)如何变化，所产生的局部阻力her，都和 局部地点的前面或后面断面上的hv1或hv2成正比：
矿井通风阻力测定及优化分析
矿井通风阻力测定及优化分析随着煤矿深部开采和煤矿井下开工面长度的增加，井下通风系统的阻力逐渐增加，通风系统的压力需求也相应增加，这对矿井的安全和生产造成了很大的影响。
矿井通风系统的阻力测定及优化分析是保障矿井安全生产和提高通风系统效率的关键工作。
本文将对矿井通风阻力测定及优化分析进行详细介绍。
一、矿井通风阻力测定方法1. 定量化测定方法通过使用风压表、风速仪等仪器对矿井通风系统的阻力进行定量化测定。
首先在矿井通风系统中安装风压表和风速仪，然后对不同通风系统元件的阻力进行测量。
通过测定不同通风系统元件的阻力，可以全面了解整个通风系统的阻力构成，为通风系统的优化提供依据。
2. 数值模拟方法利用计算机模拟软件对矿井通风系统进行数值模拟，通过模拟计算矿井通风系统中不同管道、风机、巷道等元件的阻力，得出通风系统的阻力分布情况。
通过数值模拟方法，可以较为准确地获取通风系统的阻力数据，为通风系统的优化提供科学依据。
二、矿井通风阻力优化分析1. 通风系统阻力分析通风系统的阻力主要由矿井内的巷道、风机、阀门、风门、支架等构成。
为了实现通风系统的最优化设计和运行，必须对通风系统的阻力进行深入分析。
通过上述定量化测定方法和数值模拟方法获取的阻力数据，可以进行全面的阻力分析，找出通风系统中阻力较大的部位，为后续的优化提供方向。
通过对通风系统阻力分析，可以找出通风系统中存在的瓶颈和问题，进而对通风系统进行阻力优化。
包括通过改善通风系统元件的结构设计，减少通风系统元件的局部阻力；合理调整通风系统的布局设计，减少总体阻力；对通风系统进行清洁和维护，减少阻力的堆积等措施，从而降低通风系统的阻力，提高通风系统的效率。
通风系统的阻力与通风系统的能量消耗成正比，通风系统的能量消耗是其运行成本的重要组成部分。
在通风系统阻力优化的过程中，需要对通风系统的能量消耗进行分析。
通过对通风系统能量消耗的分析，可以找出通风系统中存在的能量浪费和低效问题，为通风系统的节能优化提供依据。
【VIP专享】矿井通风与安全所有已考过名词解释
名词解释（真题出现过的）1、全压：风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称之为该点风流的全压，即：全压＝静压＋动压。
由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对之分。
2、静压（静压能）：空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动，这种由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的、并且能够对外做功的机械能叫静压能3、速压：当空气流动时含有定向运动的动能，动能所转化显现的压力叫动压或称速压4、卡他度：被加热到36.5℃的卡他温度计在单位时间内、单位表面上所散发的热量。
5、相对湿度：单位体积空气中实际含有的水蒸汽量与其同温度下的饱和水蒸汽含量之比称为空气的相对湿度，它反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。
6、含湿量：含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg）称为空气的含湿量。
局部风量调节：采区内部各个工作面之间、采区之间或生产水平之间的风量调节，调节的方法主要有增阻调节法、降阻调节法、增压调节法。
7、绝对湿度：指单位容积或单位质量湿空气中含有水蒸汽的质量。
（3分）8、摩擦阻力：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，引起内外摩擦而产生的阻力称作摩擦阻力9、局部阻力：风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附加的阻力，称为局部阻力。
10、矿井通风系统：风流由进风井口进入矿井后，经过井下各个用风场所，然后流入回风井由回风井排出矿井风流所经过的整个路线称为矿井通风系统11、矿井等积孔：假想的薄壁孔口的面积值，他表示矿井通风的难易程度。
假设有一薄壁孔口，当孔口通过的风量等于矿井的总风量，其两侧的风压差等于矿井通风总阻力时，该孔口的面积称为矿井等积孔。
12、通风机工况点：以同样的比例把矿井总风阻R曲线绘制于通风机个体特性曲线图中，则风阻R曲线与风压曲线交于A点，此点就是通风机的工况点或工作点13、自然风压：由于空气与围岩进行热交换而造成同标高处空气柱的重量不同，矿井进、出风两侧，作用在最低水平空气住的重量差叫做自然风压14、专用回风巷：采区巷道中专门用于回风，不得用于运料、安设电机设备的巷道，在煤与瓦斯突出区，专用回风巷还不得行人。
全压、静压、动压和余压
全压、静压、动压和余压在选择空调或风机时，常常会遇到静压、动压、全压这三个概念。
根据流体力学知识，流体作用在单位面积上所垂直力称为压力。
当空气沿风管内壁流动时，其压力可分为静压、动压和全压，单位是 mmHg或 kg/m2或 Pa，我国的法定单位是 Pa。
全压(Pq)：平行于风流，正对风流方向测得的压力为全压；全压可以通过传感器直接测得。
全压是静压和动压的代数和： Pq＝Pi十Pb 全压代表单位气体所具有的总能量。
若以大气压为计算的起点，它可以是正值，亦可以是负值。
动压(Pb) =0.5*空气密度*风速^2，指空气流动时产生的压力，只要风管内空气流动就具有一定的动压。
动压是单位体积气体所具有的动能，也是一种力，它的表现是使管内气体改变速度，动压只作用在气体的流动方向恒为正值。
静压(Pi)：由于空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力称为静压。
计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。
以大气压力为零点的静压称为相对静压。
空调中的空气静压均指相对静压。
静压高于大气压时为正值，低于大气压时为负值。
静压是单位体积气体所具有的势能，是一种力，它的表现将气体压缩、对管壁施压。
管道内气体的绝对静压，可以是正压，高于周围的大气压；也可以是负压，低于周围的大气压。
余压=全压-系统内各设备的阻力，比如：空调机组共有：回风段、初效段、表冷段、中间段、加热段、送风机段组成，各功能段阻力分别为：20Pa、80Pa、120Pa、20Pa、100、50Pa，机内阻力为290Pa，若要求机外余压为500Pa，刚送风机的全压应不小于790Pa，若要求机外余压为1100Pa，刚送风机的全压应不小于1390Pa，高余压一般为净化机组，风压的大小与电机功率的选择有关。
一般应根据工程实际需要余压，高余压并不都是好事。
空调机组或新风机组常将风机装在最后，风机出口风速高，动压高，静压小，工程中常在出口处加装消声静压箱，降低动压，增加静压，同时起均流、消声作用。
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矿井通风压力、通风阻力及风机静压、全压、负压
一、矿井通风压力 (mine ventilation pressure)
指矿井风流的压强，包括静压、动压和全压。
静压 空气分子之间或空气分子对风道壁施加的压力，不随方向而异。静
止的空气和流动的空气均有静压。井巷或风筒中某点风流的静压与该点在深度上
所处的位置和扇风机造成的压力有关。按度量静压所选择的计量基准不同，有绝
对静压和相对静压之分。绝对静压是以真空状态的绝对零压为基准计量空气的静
压，恒为正值。相对静压是以当地大气压力为基准计量的空气静压，当其高于大
气压时为正值，称正压；反之为负值，称负压。
动压 空气流动而产生的压力，恒为正值。风流动压的计算式，式中Hu为
动压，Pa；u为风速，m／s；p为空气密度，kg／m3。
全压 静压与动压之和，有绝对全压和相对全压之分。风流中任一点的绝
对全压Pt等于该点绝对静压Ps与动压Hu相加，即Pt=Ps+Hu。风流中任一点的相对
全压He等于该点相对静压Hs与动压Hu的代数和，即Ht=Hs+Hu。抽出式通风风流的
相对静压Hs为负值。
压力测定 绝对静压用水银气压计或空盒气压计测量。相对全压、相对静
压和动压用U形压差计、单管倾斜压差计或补偿式微压计与皮托管配合测量。恒
温压差计可测两点间的相对静压。数字式精密气压计能测绝对静压和相对静压。
二、矿井通风阻力
矿井通风阻力是指风流从进风井进入井下、通过井下巷道后从风井出来、再
从风机排出沿途所遇到的阻力（也即需要风机克服的阻力），其值由下式计算：
Nvs
jHhhh阻
式中：h阻j—矿井通风阻力，Pa；
hs—
风机入口静压（也称负压，若忽略静压管实际入口至风机入口处的沿
程摩擦损失时，hs即为水柱计上的读数），Pa；
hv—测静压断面的速压（也称动压），Pa；
HN—矿井自然风压，Pa。
三、风机的静压、全压及速压(动压)
如下图所示：
图中：2为风机，风机左侧1为风机吸风侧，风机右侧3为风机出风侧。
风机吸风侧装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水柱
计所测的参数为风机入口静压，静压的数值为hs。由该水柱计可见两点：1、引
入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、水柱是被吸起来的（图中黑
色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也可认为是大气压力把水柱
压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为负压。第二个水柱计所测
的参数为风机入口全压，全压的数值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风
压接口的轴线与风流的轴线是互相平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱
也是被吸起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也
可认为是大气压力把水柱压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为
负压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的负压有两个：负静压和负全压。人
们习惯上所称的风机负压仅指风机的负静压。第三个水柱计所测的参数为风机入
口速压（动压），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接口均引
入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因入口静压（吸力）大于全压
（吸力），故出现差值，该差值即为风机的入口速压（动压）。
风机出风侧也装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水
柱计所测的参数为风机出口静压，静压的数值为hs。由该水柱计可见两点：1、
引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、水柱是被吹起来的（图中
黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，因此，测得的值是高于大气
压力的，故也称之为正压。第二个水柱计所测的参数为风机出口全压，全压的数
值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相
平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱是被吹起来的（图中黑色部分），该
水柱计左边的出口是和大气接通的，因此，测得的值是高于大气压力的，故也称
之为正压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的正压也有两个：正静压和正全
压。人们习惯上所称的风机正压仅指风机的正静压。第三个水柱计所测的参数为
风机出口速压（动压），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接
口均引入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因出口静压（吹力）小
于出口全压（吹力），故出现差值，该差值即为风机的出口速压（动压）。
值得注意的是：风机静压和风机入口静压不是一个概念，水柱计上读得的
值为风机入口静压，风机静压是风机运转时产生的静压能量，其值由下式计算：
H=
hs- hv，
式中：H—风机静压，Pa；
hs—
风机入口静压（也称负压，若忽略静压管实际入口至风机入口处的沿
程摩擦损失时，hs即为水柱计上的读数），Pa；
hv—测静压断面的速压（也称动压），Pa。
四、风机的负压和正压
在风机入口侧测得的静压为风机负压，在风机出口侧测得的静压为风机
正压。
五、风机的速压
风机的速压（动压）等于风机的静压与全压之差，该值可利用水柱计直
接测得（如上图），在风机入口侧测得的速压为风机入口速压，在风机出口
侧测得的速压为风机出口速压。速压也可通过计算得到，公式如下：
h
V=
2
2
vρ
(Pa)
式中：hv—风机速压，Pa；
ρ—
测压断面处的空气密度，kg/m3；
v—
测压断面处的风速，m/s。
测压断面的风速可通过测出测压断面通过的风量和测压断面的面积求
得，公式如下：
v
=
S
Q
（m/s）
式中：v—测压断面处的风速，m/s；
Q
—
测压断面通过的风量，m3/s；
S—测压断面的面积，m2。
六、矿井自然风压
下图为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最
高
点的水平线。如果把地面大气视为断面无限大、风阻为零的假想风路，则通
风系统可视为一个闭合的回路。在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均
气
温低，平均空气密度大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。其
重力之差就是该系统的自然风压。它使空气源源不断地从井口1流入，从井
口5流出。在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2平均温度低，平均密度大，
则系统产生的自然风压方向与冬季相反。地面空气从井口5流入，从井口1
流出。这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
矿井自然风压的计算公式如下：
HN ==dzg = ∑(ΔhZ)
式中： HN —矿井自然风压，Pa ；
ΔhZ —通风阻力测定时两测点A-B之间的位压差，Pa。
测段A-B之间位压差的计算公式如下：
ΔhZ )(2BABAZZg
式中：ΔhZ ——两测点之间的位压差，Pa ；
BAZZ，——两测点的标高，m ；
夏季
冬季
2
1
0
5
4
3
BA，——两测点的空气密度，kg/m3 ；
g
——重力加速度，取s2。