第二章 矿井通风压力
矿井通风与安全(中国矿业大学 课件) 第二章 矿内空气动力学基础
通过探索矿井通风与安全，我们将深入了解其概述和意义，以及矿井通风系 统的组成和原理。我们还将研究矿井通风流动规律和风量计算，以及矿井瓦 斯和粉尘的扩散和控制方法。最后，我们将介绍矿井通风的安全管理。
矿井通风概述
介绍矿井通风的定义、目的以及与矿井安全相关的重要性。探讨矿井通风对于保障矿工健康和提高生产效率的 作用。
探讨矿井通风安全管理的重要性和基本原则。介绍矿井通风安全管理的策略和措施，以确保矿工在工作中的安 全。
矿井瓦斯与粉尘的扩散和控制
研究矿井瓦斯和粉尘的扩散规律以及相关的控制方法。探索如何有效地减少瓦斯和粉尘对矿工健康和安 全的影响。
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瓦斯扩散特性
探索瓦斯在矿的粉尘控制技术，包括湿法和干法处理等。
3
瓦斯控制方法
讨论瓦斯抽放、防爆措施和气体监测等控制方法。
矿井通风安全管理
矿井通风系统的组成和原理
详细介绍矿井通风系统的各个组成部分，包括主风机、风道、风门等。解释 矿井通风系统的基本原理以及各部件的作用。
矿井通风流动规律
研究矿井通风流动的基本规律，包括气流路径、速度分布和压力变化等。探索不同条件下的气流行为和影响因 素。
矿井风速与风量的计算
介绍矿井风速和风量的计算方法。讨论如何根据矿井尺寸、风机性能和阻力 系数等参数，确定合理的风速和风量。
《通风与安全初级读本》考试题库完整
四台矿《通风与安全初级读本》题库第一章矿井空气一、单选题1、矿井的空气主要来源于地面，空气的主要成分有：氧气、氮气、二氧化碳等，其中氧气所占比值为（ A ）。
A、20.90%B、78.13%C、0.03%2、《煤矿安全规程》规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于（ B ）。
A、18%B、20%C、22%3、《煤矿安全规程》规定：采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不超过（ C ）。
A、0.2%B、0.3%C、0.5%4、CO最高允许浓度不超过（C ）。
A、20PPMB、22PPMC、24PPM5、采掘工作面空气温度超过、机电设备硐室的空气温度超过时，必须停止作业。
( C )A、15℃、20℃B、20℃、25℃C、30℃、34℃7、矿井空气的温度是影响气候条件的主要因素，温度过高或过低，都会使人感到不舒服，最适宜的井下空气温度是（ B ）。
A、8℃～12℃B、15℃～20℃C、20℃～25℃8、《煤矿安全规程》规定：采掘工作面的空气温度不得超过（ A ）。
A、26℃B、28℃C、30℃9、二氧化氮是一种的气体，有强烈的刺激气味，相对密度为1.59，所以经常存在于巷道的底部，易溶于水。
（B）A、红色B、褐红色C、无色10、二氧化硫遇水后生成硫酸，当浓度达到0.002%时对眼睛与呼吸器官即感到有强烈的刺激，当浓度达到时，短时间即有致命危险。
（B）A、0.005%B、0.05%C、0.5%二、多选题1、尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但矿井新鲜空气中其主要成分仍然是（ABC ）。
A、氧气B、氮气C、二氧化碳D、氢气2、矿井空气中的有害气体主要有：甲烷、一氧化碳、、、、。
（ABCD）A、硫化氢B、二氧化硫C、二氧化氮D、氢气3、井巷风流中任一断面单位体积空气对某一面所具有的能量有三种，即、、。
（ABC）A、静压B、动压C、位压D、低压4、矿井气候条件是指矿井空气的、、所反映的综合状态。
矿井通风阻力及风机静压负压全压
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、动压与全压。
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。
静止的空气与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与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,有绝对静压与相对静压之分。
绝对静压就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。
相对静压就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H u 为动压,Pa;u 为风速,m ／s;p 为空气密度,kg ／m 3。
全压 静压与动压之与,有绝对全压与相对全压之分。
风流中任一点的绝对全压P t 等于该点绝对静压P s 与动压H u 相加,即P t =P s +H u 。
风流中任一点的相对全压H e 等于该点相对静压H s 与动压H u 的代数与,即H t =H s +H u 。
抽出式通风风流的相对静压H s 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、相对静压与动压用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与相对静压。
二、矿井通风阻力矿井通风阻力就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:N v s j H h h h +-=阻式中:h 阻j —矿井通风阻力,Pa;h s—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,h s即为水柱计上的读数),Pa;h v—测静压断面的速压(也称动压),Pa;H N—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。
矿井通风压力的测定
矿井通风压力的测定一、 教学目的要求：1、 熟悉矿井通风压力的组成；2、 熟悉测压仪表的使用；3、 掌握测压的方法；4、 掌握测压的安全注意事项。
二、 相关容：1. 矿井通风压力的定义井巷使空气流动的压力称为通风压力，矿井通风压力就是进风井口断面与出风井口断面的总压力之差，它是由主要通风机和自然风压共同作用造成的。
井巷中两断面之间的总压差是造成空气流动的根本原因， 空气流动的方向总是从总压大的区域流向总压小的区域。
空气在流动过程中，因阻力作用而引起通风压力的下降，称为压降、压差或称为压力损失。
2. 矿井通风压力的分类 (1)三个基本压力矿井通风压力的分类如图4-1所示。
井巷的任何一个断面都具有静压、速压和位压三个基本压力,见表4-1。
图4-1压力的分类(2) 三个导出压力同一个断面上的三个基本压力组合而形成全压、势压和总压三个导出压力，见表4-2 。
相对压力有正压与负压之分。
高于当地同标高大气压力的称为正压，低于当地同标高大气压力的称为负压。
例如，当矿井采用压入式通风时，井下空气压力高于当地同标高的大气压力，为正压，因此，压入式通风又称正压通风；当矿井采用抽出式通风时，井下空气压力低于当地同标高的大气压力，为负压，因此，抽出式通风又称负压通风。
二、测压仪表常用的测压仪表如下：A 、常用的测压仪表A1-1名称：空盒气压计结构：由一个波纹状金属真空盒和一套杠杆机构组成；用途：测量绝对压力；A1-2名称：精密数字气压计结构：由气压传感组件、面板组件和电源组件组成；用途：测量绝对静压，也可测定绝对静压差，适用于矿井通风阻力和压差测定；A1-3名称：U形垂直压差计结构：由一根弯成U形的玻璃管（其中装蒸馏水或酒精）、刻度尺和支撑板组成；用途：测定相对压力、速压和压差；A1-4名称：U形倾斜压差计结构：由一根弯成U形的玻璃管、刻度尺和倾斜支撑底座组成; 用途：测定相对压力、速压和压差；A1-5名称：皮托管结构：由、外两根细金属管组成；用途：配合压差计测定相对压力、速压和压差;三、测压方法与步骤1. 绝对静压、速压和绝对全压的测量(1) 绝对静压的测量井巷气流中某点的绝对静压的测量，可用水银气压计、空盒气压计或精密数字气压计。
矿井通风压力
在矿井通风中，空气流经复杂的通风网络时，其温度 和压力将会发生一系列的变化，这些变化都将引起空气密 度的变化，在不同的矿井这种变化的规律是不同的。在实 际应用中，应考虑什么情况下可以忽略密度的这种变化，
而在什么条件下又是不可忽略的。
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三、粘度
当流体层间发生相对运 动时，在流体内部两个流体 层的接触面上，便产生粘性 阻力（内摩擦力）以便阻止 相对运动，流体具有的这一 性质，称作流体的粘性。例 如，空气在管道内以速度u作 层流流动时，管壁附近的流 速较小，向管道轴线方向流 速逐渐增大，如同把管内的 空气分成若干薄层，图1-21所在矿井通风中还常用运动粘性系数，用符号 、 ν（m2/s）表示气体的粘度，这个系数和动力粘度μ有以 下关系：
式中 ρ——气体的密度，kg/m3。
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流体粘度随温度和压强而变化，由于分子结构及分子
运动机理的不同，液体和气体的变化规律是截然相反的。
液体粘度大小取决于分子间的距离和分子引力，当温度升
高或压强降低时液体膨胀，分子间距增加，分子引力减小，
粘度降低。反之，温度降低，压强升高时，液体粘度增大。
气体分子间距较大，内聚力较小，但分子运动较剧烈，粘 性主要源于流层之间分子的动量交换。当温度升高时，分 子运动加剧，所以粘性增大；而当压强升高时，气体的动 力粘度和运动粘度都减小。
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空气和水的粘度随温度的变化规律如图1-2-2所示。
比热的单位取决于热量单位和物量单位。表示物量的
单位不同，比热的单位也不同。通常采用的物量单位：质
量(kg)、标准容积(Nm3)和千摩尔(kmo1)。因此，相应的
就有质量比热、容积比热和摩尔比热之分。
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第二章--风流性质和能量方程
第二章矿井风流的基本性质§2—1 矿井空气的物理性质一、空气的密度指单位体积空气的质量，用ρ表示，单位：kg/m3。
ρ＝vm式中：v—空气的体积，m3；m—v体积空气的质量，kg。
由理想气态方程，对于干空气：ρ干＝3.484TP对于湿空气：ρ湿＝（3.458~3.473）TP式中：P—空气绝对大气压力，kPa；T—热力学温度，T＝（273.15＋t）K；t—空气的温度，℃。
将标准大气压力P ＝101.325 kPa，t＝0℃，φ＝0代入上式，得ρ干＝1.293 kg/m3。
将标准大气压力P ＝101.325 kPa，t＝20℃，φ＝60%代入上式，得ρ湿＝1.20 kg/m3。
二、空气的重度指单位体积空气的重力，用γ表示，单位：N/m3。
γ＝vW式中：v—空气的体积，m3；W—空气的重力，N。
将W＝mg代入上式，得γ＝ρg N/m3因此，对于干、湿空气γ干＝1.293×9.81＝12.684 （N/m3）γ湿＝1.20×9.81＝11.772 （N/m3）三、空气的比容指单位质量的空气具有的容积，用ν表示，单位：m3/kg。
ν＝V/m＝1/ρ显然，空气的比容与空气的密度互为倒数。
四、空气的比热指质量为1 kg的空气，温度升高（或降低）1℃时，所吸收（或放出）的热量，单位：k.J/kg. ℃。
五、空气的粘性指空气抗拒剪切力的性质，是空气在流动时产生阻力的内在因素。
由于空气的粘性，空气在巷道中流动时靠近巷道轴部流速快，靠近巷道边沿流速慢。
V小V大§2—2 井巷中的风速与测定一、井巷断面风速分布井巷风速指风流单位时间内流过的距离，用V表示，单位：m/s或m/min。
由于空气的粘性，空气在巷道轴部流动速率快，靠近边沿流速慢，我们所说的风速是指巷道的平均风速。
平均风速与最大风速的比值叫风速分布系数，用k速表示，即k速＝V均/V大，一般在0.7~0.9之间。
对于不同的巷道砌碹巷道：k速≈0.83；木棚支护巷道：k速≈0.73；无支护巷道：k速≈0.75。
第2章 井巷空气流动基本理论及应用
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二、比容（比体积）
•
空气的比容是指单位质量空气所占有的 体积，用符号(m3/kg)表示，比容和密度互 为倒数，它们是一个状态参数的两种表达 方式。则：
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三、粘性
流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个 流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动，流体具有 的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。
21
• • •
•
计算出的表速再由风表校正曲线中求得真风速，然后将真风速乘 以测风校正系数K即得实际平均风速，即：
•
为了使测风准确，风表沿上述路线移动要均匀，翼轮一定要与风 流垂直，风表不能距人太近，在同一断面测风次数不应少于三次，测 量结果的误差不应超过5％左右，然后取三次的平均值。 • 测得平均风速后，需要细致地量出测风站的巷道尺寸，计算出巷 道的净断面风积S，这样就可求出通过巷道的风量Q:
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•
由于风表本身构造和其他因素的影响(如使用过程中机件的磨损和腐蚀、检修质量 等)，翼轮的转速(通常叫表速)不能反映真风速，表速与真风速之间的关系记载于风表 的校正图表上。每只风表出厂前或使用一段时间后，均须进行风表校正，绘出风表校 正图表，以备测风速时使用。
• 从图2-2-5可看出，一般风速在0.2～0.3m/s以上时，表速与其风速呈 线性关系，故风表校正曲线也可用下式表示： • • • •
其矿井通风中的应用。
本章的重点： • 1. 井巷风流的连续方程； • 2. 能量方程； • 3．阻力定律。
2
第一节 矿井空气主要物理参数
• 正确理解和掌握空气的主要物理性质是学 习矿井通风的基础。与矿井通风密切相关的 空气物理性质有：密度、比容、粘性、压力 (压强)等。
第二章 矿井通风压力
1、2、3、4—传动机构；5—拉杆；6—波 纹真空膜盒；7—指针；8—弹簧
测压时，将仪器水 平放置在测点处，轻轻 敲击仪器外壳，以消除 传动机构的摩擦误差， 放置3～5min待指针变 化稳定后读数。读数时， 视线与刻度盘平面要保 持垂直，同时，还要根 据每台仪器出厂时提供 的校正表（或曲线）， 对读数进行刻度、温度 及补偿校正。 因精度较低，一般 只适用于粗略测量和空 气密度测算。
（1）静压能与静压的概念
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的能够对外作功的机械能叫静压能，J／m3，在矿井 通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作 用力。静压Pa=N/m2也可称为是静压能，值相等 （２）静压特点 a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；
二、井巷风流点压力及其相互关系
1.风流点压力 井巷风流断面上任一点的压力称为风流的点压力。相对于某基准 面来说，点压力也有静压、动压和位压；就其形成的特征来说，点 压力可分为静压、动压和全压；根据压力的两种测算基准，静压又 分为绝对静压（P静）和相对静压（h静）；全压也分为绝对全压（P全） 和相对全压（h全）；动压永远为正值，无绝对、相对压力之分，用h 动表示。 同一断面上，各点的点压力是不等的。在水平面上，各点的静压、 位压都相同，动压则是中心处最大；在垂直面上，从上到下，静压 逐渐增大，位压逐渐减小，动压也是中心处最大。因此，从断面上 的总压力来看，一般中心处的点压力最大，周壁的点压力最小。
4.全压、势压和总压力 矿井通风中，把风流中某点的静压与动压之 和称为全压；将某点的静压与位压之和称为势压； 把井巷风流中任一断面（点）的静压、动压、位 压之和称为该断面（点）的总压力。 井巷风流中两断面上存在的能量差即总压力 差是风流之所以能够流动的根本原因，空气的流 动方向总是从总压力大处流向总压力小处，而不 是取决于单一的静压、动压或位压的大小。
甘肃煤炭工业学校矿井通风技术(煤炭工业版)教案：第二章 矿井通风压力03
第三节 通风能量方程当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必须有通风动力对空气做功，使得通风阻力和通风动力相平衡。
空气在其流动过程中，由于自身的因素和流动环境的综合影响，空气的压力、能量和其他状态参数沿程将发生变化。
一、空气流动的连续性方程质量守恒是自然界中基本的客观规律之一。
根据质量守恒定律：对于稳定流(流动参数不随时间变化的流动称之稳定流)，流入某空间的流体质量必然等于流出其空间的流体质量。
风流在井巷中的流动可以看作是稳定流，当空气在图2－18的井巷中从1断面流向2断面，且做定常流动时(即在流动过程中不漏风又无补给)，则两个过流断面的空气质量流量相等，即：222111S S υρυρ＝ (2－16)式中 ρ1 ，ρ2―1，2断面上空气的平均密度，kg/m 3；υ1 ，υ2―1，2断面上空气的平均流速，m/s ； S 1 ，S 2 ―1，2断面的断面积，m 2。
任一过流断面的质量流量为M i (kg/s)，则：M i ＝ const (2－17)这就是空气流动的连续性方程，它适用于可压缩和不可压缩流体。
对于可压缩流体，根据式(2－16)，当S 1＝S 2时， 空气的密度与其流速成反比，也就是流速大的断面上的密度比流速小的断面上的密度要小。
图2－18 一元稳定流连续性对于不可压缩流体(密度为常数)，则通过任一断面的体积流量Q(m 3/s)相等，即：const s Q i i ==υ (2－18)井巷断面上风流平均流速与过流断面面积成反比。
即在流量一定的条件下，空气在断面大的地方流速小，在断面小的地方流速大。
空气流动的连续性方程为井巷风量的测算提供了理论依据。
[例2—3] 风流在如图2－18的井巷中的由断面1流至断面2时，已知S 1＝10m 2 ，S 2=8m 2，υ1＝3m/s ，1、2断面的空气密度为：ρ1＝1.18kg/m 3， ρ2＝1.20kg/m 3，求：①1、2断面上通过的质量流量M 1、M 2；②1、2断面上通过的体积流量Q 1、Q 2；③2断面上的平均流速。
第二章 矿井风流的基本特性
风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）三者之间的
关系如下式所示： h = P － P0
a P0
P0 ha(+)
b
Pa Pb
hb(-) 真空
二、风流中两点间的压力差
1、水平等断面风流
A点的风流的全压为 ，B点的风流的全压为 。
当A点的全压大于B点，则风流由A向B。它们之间的差值如下式：
第二章
矿井风流的基本特性
在一条凤道中的两点空气能量不同，空气必然从能量高的地点流向能量低的地点，从而形成凤流。这
说明空气流动必须具备两个条件:一是有通路，一是能量不同。空气本身能量的变化是造成风流流动的根
本原因。为了掌握空气运动的规律，首先应了解有关空气压力的一些问题。
第一 节
一、空气的密度
矿井空气的密度及其计算
P0
＋ ht － hi z
i
hv
0.46457
P T
(1
0.378P sat P
)
kg/m3
式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。 注意：Ｐ和Ｐsat 单位一致。 空气比容：=V/M=1/
二、空气压力及其单位 单位体积空气包围着地球的大气，受地心吸引力的作用，对其底部单位面积上所具 有的重力称为大气压力，也称为气压。所以大气压力是一个压强的概念。 由于气压随海拔高而变，所以空气的密度也随海拔高而改变。
单位体积空气所具有的质量称为空气的密度， 与压力、温度、湿度等有关。湿空气密度为
干空气密度和水蒸汽密度之和，即：
d . a v
0.378P sat P
根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：
0.003484
矿井通风安全
表6－1 矿井空气中主要有害气体的性质、来源、危害性及安全浓度
第一节 矿井空气与通风设备
三、矿井通风动力 1、矿井空气流动的自然压力 井下巷道内自然风压的产生主要由地面空气温度和井下空气温度的差异而引起的。如图6—1所示，在冬季，井下空气温度高于地面空气温度，空气柱0－1的质量比空气柱2—3大。所以井口1点压力大于2点压力，形成空气压力差，空气必然要从井口1点向2点流动，最后从井口3点排出而形成风流。夏季则与之相反。 在春秋两季，由于矿井内外气温大致一样，所以自然风压很弱甚至无风压，不能形成风流。为此矿井必需用机械通风，确保井下有足够的风量。
图6—1 矿井空气压力示意图
第一节 矿井空气与通风设备
2、矿井空气流动的机械压力 井下巷道中空气流动的压力差是由通风机械形成的称为机械风压，靠机械压力进行通风的称为机械通风。通风机械按其服务范围可分为主要通风机(为全矿井通风的通风机，简称主扇)、辅助扇风机(辅扇)与局部通风机(为某一局部地区加强通风的通风机，简称局扇)。按其结构不同又可分为离心式通风机和轴流式通风机两种类型。（1）离心式通风机离心式通风机主要由螺旋形外壳、动轮、进风道和扩散器等主要部件组成，如图6—2所示。
第一节 矿井空气与通风设备
二、矿井空气 地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。矿井空气由于受到井下各种自然因素和生产过程的影响，其与地面空气在成分和质量上有不同的特点。 1、地面空气的主要成分 一般情况下，地面的空气是由20.96％的氧、79％的氮、0.04％的二氧化碳等所组成。除上述气体外，在大城市和工业区的地面空气中还含有数量不定的水蒸气、微生物、灰尘等。 2、井下空气的主要成分 地面空气进入矿井以后，由于受到污染，其成分和性质要发生一系列的变化。如氧浓度降低，二氧化碳浓度增加；混入各种有毒、有害气体和矿尘；空气的状态参数(温度、湿度、压力等)发生改变等。一般来说，将井巷中经过用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气；经过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气称为污浊空气（乏风）。 尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上存在许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。
《矿井通风与安全》教学大纲
《矿井通风与安全》教学大纲I先修课程《流体力学》、《流体机械》、《矿图》、《煤矿地质》、《开采方法》。
Ⅱ本课程的课时分配情况课时分配：Ⅲ课程性质、目的和任务《矿井通风与安全》课程是采矿专业的一门专业必修课。
这门课程的主要特点是研究煤矿井下主要灾害发生、发展规律及其防治技术的一门科学。
设立本门课程的目的是通过本课程的教学，学生应能针对矿井瓦斯、矿尘、水、火等主要灾害采取防治措施，会使用井下各种通风、安全检测仪器仪表；掌握通风系统的设计、管理，编制灾害预防和处理计划等内容。
Ⅳ本课程的要求和内容第一章矿井空气与需风量一、学习要求通过本章的学习，要求学生了解矿内空气成分与地面空气成分的异同；主要有毒有害气体的性质、《煤矿安全规程》对其浓度的规定、检测方法。
理解矿井气候条件的主要因素和改进措施。
重点掌握井巷中风流风速及风量的测定和风量的需求分配等内容。
二、课程内容1、矿井空气主要成分（1）氧气（）氧气的性质及减少的原因及《规程》的有关规定。
（2）二氧化碳（）二氧化碳的性质及《规程》的有关规定。
（3）氮气（）（4）工业卫生标准2、矿井空气中的有害气体和矿（岩）尘（1）矿井空气中的有害气体①瓦斯（）瓦斯的来源、性质及危害、测定，及《规程》的有关规定。
②一氧化碳（）一氧化碳的性质及危害、测定，及《规程》的有关规定。
③其他有害气体（，，，，）其他有害气体如，，，，等的性质及危害，及《规程》的有关规定。
④氡及其子体氡及其子体的性质及危害。
（2）矿（岩）尘矿（岩）尘的来源、性质及危害、测定，及《规程》的有关规定。
3、矿井气候条件（1）矿井空气温度矿井空气温度的影响因素、变化规律和规定。
（2）矿井空气的湿度矿井空气湿度的表示方法。
（3）矿井中的风速矿井中风速的测定方法、意义。
（4）气候条件指标衡量气候条件的主要指标。
4、矿井需风量主要介绍总风量及各用风地点的需风量计算和依据、标准。
（1）回采工作面所需风量（2）掘进工作面所需风量（3）硐室所需风量（4）矿井总风量计算第二章矿井通风压力与通风阻力一、学习要求通过本章的学习，要求学生了解空气的主要物理参数、摩擦阻力、局部阻力、等积孔的概念。
矿井通风习题
第一章 矿井空气复习思考与习题1、 地面空气的主要成分是什么?矿井空气与地面空气有何区别?2、 《规程》对矿井空气主要成分的浓度标准有哪些具体规定?3、 造成矿井空气中氧浓度减少的主要原因有哪些?4、矿井空气中的主要有害气体有哪些？其性质、来源、危害有哪些？《规程》规定的最高允许浓度为多少？5、防止有害气体的措施有哪些？6、什么叫矿井气候条件?评价矿井气候条件的主要指标有哪些？7、影响矿井空气温度的因素和矿井空气温度的变化规律是什么？8、设置测风站必须符合哪些要求？9、测风仪表按其工作原理、构造以及测风范围各分为几类？10、用风表测风为什么要校正其读数？用迎面法与侧身法测风时其校正系数为什么不同？11、用风表测风时应注意哪些事项？12、改善矿井气候条件应采取哪些措施？13、某矿井冬季总进风流的温度为5℃，相对湿度为70%。
矿井总回风流的温度为20℃，相对湿度为90%。
矿井总进、回风量平均值为2500 m 3/min 。
试求风流在全天之内从井下带出多少水分？（答：f a =4.76g/m 3，f a ′=15.48g/m 3，G△＝38t/d ） 14、某矿井地表年平均温度为t c ＝7.5℃，恒温带的深度为Z c ＝30m ，地温率为g ＝30m/℃。
求矿井深度为450m 处的岩石温度？（答：t r ＝21.5℃）15、半圆拱巷道，拱墙高1.55m,巷宽2.8m ，用侧身法测得的表速为3m/s ，该风表的校正曲线表达式为s υ= 2+c υ，计算该巷道通过的风量。
（答：Q ＝33.3m 3/s ） 第二章 矿井通风压力复习思考与习题1、何谓绝对压力、相对压力、大气压力、正压和负压？用坐标图来说明它们之间的相互关系。
2、空气从静压大的地点流向静压小的地点，其条件是什么？空气从全压大的地点流向全压小的地点，其条件是什么？3、如何理解绝对全压是绝对静压与速压之和？相对全压是相对静压与速压之和？速压有无绝对值与相对值的含义？4、“静压和速压可以相互转换”是指一个断面而言，还是指两个断面而言？同一断面上静压大的地点是否速压就小，速压大的地点是否静压就小？5、某矿采用抽出式通风如图2—23所示，用仪器测得风硐4断面的风量Q 4=40m/s ，净断面积S 4=4m 2，空气密度ρ=1.19kg/m 3，扇风机房U 形压差计的读数h=200mmH 2O ，风硐外与4断面同标高的大气压P0=101 332Pa，矿井自然风压h自=10mmH2O，自然风流方向与扇风机作用风流方向相同，试求P静4、P全4、h速4、h全4以及矿井通风阻力h阻各为多少？6、已知空气的压力为101 332Pa，温度为15℃，相对湿度为60%，试求该空气的密度。
矿井通风与空气调节基础知识
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（1） 氧气（O2）
• 矿内空气中氧浓度降低的主要原因 ✓ 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
在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入， 就可能引起人员的缺氧窒息。
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• 《煤矿安全规程》规定，采掘工作面的进 风流中氧气浓度（按体积百分比计算）不 得低于20%。
应，出现种种不适症状，严重时可能导致缺氧死亡。
氧浓度 （体积）/%
主要症状
17
静止时无影响，工作时能引起喘息和呼吸困难
15
呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断能力 降低，失去劳动能力
10～12 失去理智，时间稍长有生命危险
6～9
失去知觉，呼吸停止，如不及时抢救几分钟内
可能导致死亡
6
研究表明： 当氧气浓度低于12%时，可燃物失爆；
• 《规程》规定，工作面进风流中CH4的浓度不能 大于0.5 %，采掘工作面和采区的回风流中CH4的 浓度不能大于1.0 %，矿井和一翼的总回风流中， CH4最高容许浓度为0.75 %。
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第2章 矿井通风阻力
• 风流必须具有一定的能量，用以克服井巷 对风流所呈现的通风阻力。通常矿井通风 阻力分为摩擦阻力与局部阻力两类，它们 与风流的流动状态有关。一般情况下，摩 擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分。
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矿内空气的主要成分
• （3）二氧化碳（CO2） • 二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，比重为
1.52，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合， 故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显 的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶 于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、 喉粘膜有刺激作用。 • 在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害 的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体 的正常呼吸功能就不能维持。
《矿井通风学》习题集
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图6
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7-6 并联风网，已知R1＝1.2， R2＝0.8，单位为Ns2/m8 ； 总风量Q＝20m3/s ，求：（1）Q1、Q2 ；（2）若分支1 需风5m3/s ，分支2需风15m3/s， S1=3m2，S2=4m2，风
窗调节，风窗应设在哪个分支？
风窗风阻和开口面积各为多少？
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第七章 矿井风量分配与调节
7-1 如图4所示并联风网，已知各分支风阻：R1＝1， R2＝1.44，单位为N.s2/m8，总风量Q＝10 m3/s。求：
（1）并联风网的总风阻；（2）各分支风量。
7-2 图5，已知各风道的风阻R1＝0.12，R2＝0.25，R3＝ 0.30，R4＝0.06Ns2/m8，AB间的总风压为200Pa，求各
采用的措施有哪些？
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3-7某巷道α＝0.004Ns2／m4，风量Q=40 m3／s，ρ=1.25kg
／m3。巷道断面由S1＝6 m2变为S2＝12m2。求：(1)突然扩大 的局部阻力；(2)若风流由2流向1，则局部阻力为多少？
3-8图1，压差计法测定倾斜巷道通风阻力， U型倾斜压差计
9-1 高温矿井选择矿井通风系统时，一般应考虑哪些原 则？
9-2 简述通风降温的作用及效果。 9-3 简述矿井集中空调系统设计的内容和步骤。 9-4 矿井集中式空调系统有哪几种类型？各有什么优缺
点？
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校正曲线为 真 0 .10 .8 表 (m ，/s求)风速、风量。
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第二章 矿井通风压力
2-1 何谓空气的静压、位压？说明其物理意义和单位。 2-2 为什么在正压通风中断面上某点的相对全压大于相对静
矿井通风压力的测定
矿井通风压力的测定一、教学目的要求:1、熟悉矿井通风压力的组成；2、熟悉测压仪表的使用;3、掌握测压的方法；4、掌握测压的安全注意事项。
二、相关内容:1。
矿井通风压力的定义井巷内使空气流动的压力称为通风压力，矿井通风压力就是进风井口断面与出风井口断面的总压力之差，它是由主要通风机和自然风压共同作用造成的。
井巷中两断面之间的总压差是造成空气流动的根本原因，空气流动的方向总是从总压大的区域流向总压小的区域。
空气在流动过程中，因阻力作用而引起通风压力的下降，称为压降、压差或称为压力损失。
2.矿井通风压力的分类（1)三个基本压力矿井通风压力的分类如图4—1所示。
井巷的任何一个断面都具有静压、速压和位压三个基本压力，见表4—1.(2）三个导出压力同一个断面上的三个基本压力组合而形成全压、势压和总压三个导出压力，见表4—2.相对压力有正压与负压之分。
高于当地同标高大气压力的称为正压,低于当地同标高大气压力的称为负压。
例如，当矿井采用压入式通风时，井下空气压力高于当地同标高的大气压力，为正压，因此,压入式通风又称正压通风；当矿井采用抽出式通风时，井下空气压力低于当地同标高的大气压力,为负压，因此,抽出式通风又称负压通风。
二、测压仪表常用的测压仪表如下：A、常用的测压仪表A1-1名称：空盒气压计结构：由一个波纹状金属真空盒和一套杠杆机构组成；用途：测量绝对压力;A1—2名称：精密数字气压计结构:由气压传感组件、面板组件和电源组件组成；用途：测量绝对静压，也可测定绝对静压差，适用于矿井通风阻力和压差测定;A1-3名称：U形垂直压差计结构：由一根弯成U形的玻璃管（其中装蒸馏水或酒精）、刻度尺和支撑板组成;用途:测定相对压力、速压和压差；A1-4名称：U形倾斜压差计结构：由一根弯成U形的玻璃管、刻度尺和倾斜支撑底座组成;用途：测定相对压力、速压和压差；A1—5名称：皮托管结构:由内、外两根细金属管组成;用途：配合压差计测定相对压力、速压和压差；三、测压方法与步骤1。
矿井通风压力
B、相对压力：
以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点)测
得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h 表示。 风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）
三者之间的关系如下式所示：h =
P －
P0
Pi
与 hi
比较：
I、绝对静压总是为正，而相对静压有正负之分；
II、同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化，而相对静压与 高度无关。 III、 Pi 可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P0i)。
４ 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。 Ａ、绝对全压（P全）
P全＝ P静＋h动
B、相对全压（hti） h全＝P全－ Po
压入式风道中： h全〉0 抽出式风道中： h全〈0
二、风流的点压力之间相互关系
风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具有的压力。通风管道 中流动的风流的点压力可分为：静压、动压和全压。 风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：h动=P全-P静 hvi、hI和hti三者之间的关系为：h全 =
h静 +
h动 。
压入式通风（正压通风）：风流中任一点的相对全压恒为正。
流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。
如图井巷中风流从1断面流向2 断面，作定常流动时，有：
Mi=const
ρ１ V1 S1 ＝ ρ２ V２ S ２
ρ１、ρ2 －－1、2断面上空气的平均密度，kg/m3 ； V1,，V2－－1、2 断面上空气的平均流速，m/s； S1、S2 －－ 1、２断面面积，m2。
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YYT—2000B型单管倾斜压差计结构 1—底座；2—大容器；3—玻璃管；4—胶皮管；5—注液孔螺钉；6—三通阀旋塞；7— 零位调整螺钉；8—水准泡；9—调平螺钉；10—弧形板；11—游标；12 —管接头。
4、补偿式微压计
之和。压力可以测定，通过讨论压力关系来研究能量的变化。
静压能－－静压 风流 能量
总机械能
动能－－动压
位能－－位压
内能
一、风流的能量与压力 1.静压能－静压
（1）静压能与静压的概念
空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动对容器壁撞击产生的压 力。 （２）静压特点 a. 无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力； b. 风流中任一点 的静压各向同值，且垂直于作用面；c.风流静压的大小（可以用仪表测 量）反映了单位体积风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。如说 风流的压力为101332Pa，则指风流1m3具有101332J的静压能。
仪器的操作和使用 方法如下：
（1）注入蒸馏水并调 零。 （2）测定。 常用的补偿式微压计 有DJM9型、YJB150/250-1型、BWY150/250型等。其中， DJM9型的测量范围为 0～1500Pa，最小分 度值为0.1Pa。这类仪 器的精度高，可用于
DJM9型补偿式微压计
1—小容器；2—大容器；3—读数盘；4—指针；5—螺盖；6—反射镜； 7—水准器；8—调节螺母；9—胶皮管；10—调平螺钉；11—标尺
•
在压入式通风矿井 中，井下空气的绝对压 力都高于当地当时同标 高的大气压力，相对压 力是正值，称为正压通 风； • 在抽出式通风矿井 中，井下空气的绝对压 力都低于当地当时同标 高的大气压力，相对压 力是负值，又称为负压 通风。由此可以看出， 相对压力有正压和负压 之分。
a
P0 Pa
P0
ha(+)
矿井常用压强单位：Pa、MPa、KPa、mmHg、mmH20、atm 等。 换算关系： 1atm = 760 mmHg = 101325 Pa 1mmHg = 133.32 Pa 1mmH 0 = 9.8 Pa 1MPa =1000 KPa =10 6 Pa
三、空气的粘性
当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体 层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运 动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。 在矿井通风中还常用运动粘性系数ν (m2／s)和动力 粘性系数μ (Pa· s)表示。 温度是影响流体粘性的主要因素之一，但对气体和 液体的影响不同。气体的粘性随温度的升高而增大；液 体的粘性随温度的升高而减小。
5.皮托管
图2－14 皮托管
6.矿井通 风综合参数检 测仪 我国生产 的JFY型矿井 通风综合参数 检测仪，是一 种能同时测量 空气的绝对压 力、相对压力、 风速、温度、 湿度和时间的 精密便携式本 质安全型仪器， 适用于煤矿井 下使用。 该仪器由 压力传感器、
JFY型矿井通风参数检测仪面板图 1—气孔；2—电源开关；3—电源电压指示灯；4—压力记忆开 关；5—充电插座；6—绝对压力键；7—压差键；8—温度键； 9—相对湿度键；10—风速键；11—记风速键；12—读平均风 速键；13—总清键；14—备用键；15—风速传感器；16—温
（３）压力的两种测算基准（表示方法）
根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力和相对压力。
绝对压力：真空为测算零点，用 P 表示。
相对压力： 以当时当地同标高的大气压力P0为测算基准，表压力，用 h 表示。
风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）三者之间的关 系如下式所示： h = P － P0
风流中某点各种压力的的关系
三种点压力之间的关系： （1） P 静、P全、h动 P全＝P 静＋h动 （2） P 静、P全、P0与h全、 h静 抽出式， h全＝ P0－ P全 h静＝ P0－ P 静 压入式，h全＝ P全－ P0 h静＝ ± P 静－ P0 （3）h全、 h静、h动
[例2-1]如图2－2中压入式通风风筒中某点i的h静＝ 1000Pa, h动=150Pa，风筒外与i点同标高的P0=101 332Pa，求： （1）i点的绝对静压P静； （2）i点的相对全压h全； （3）i点的绝对全压P全。 [解]（1）P静=P0+ h静=101 332+1000=102 332 Pa (2) h全=h静+h动=1000+150=1150 Pa (3) P全=P0+ h全=101 332+1150=102 482 Pa
第二节
风流的能量与压力
风流的能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，完全不同的概念，
且有着紧密的联系，当能量具有对外做功的能力时以压力的形式呈现，压力可以
理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。风流在井巷道断面上所 具有的总机械能和内能之和称为风流的能量，总机械能包括静压能、动能、位能
4.全压、势压和总压力 矿井通风中，把风流中某点的静压与动压之和称为全压；将 某点的静压与位压之和称为势压；把井巷风流中任一断面（点） 的静压、动压、位压之和称为该断面（点）的总压力。 井巷风流中两断面上存在的能量差即总压力差是风流之所以 能够流动的根本原因，空气的流动方向总是从总压力大处流向总 压力小处，而不是取决于单一的静压、动压或位压的大小。 静压+动压=全压 静压+位压=势压 静压+位压+动压=总压
三、通风压力与压差
在矿井通风测量仪器中，测定空气压力的便携式 仪器有三类：一是测量绝对压力的气压计；二是测量 相对压力的压差计和皮托管；三是可同时测定绝对压 力、相对压力的精密气压计或矿井通风综合参数检测 仪等。 测压仪器分类
测量绝对压力的 空盒气压计 测量相对压力 压差计和皮托管 矿井通风综合 参数检测仪
四、测压仪器及其使用
1.绝对压力测量仪器 最常用的是空盒气压计
图2－9
空盒气压计内部结构图
1、2、3、4—传动机构；5—拉杆；6—波 纹真空膜盒；7—指针；8—弹簧
测压时，将仪 器水平放置在测点 处，轻轻敲击仪器 外壳，以消除传动 机构的摩擦误差， 放置3～5min待指 针变化稳定后读数。 读数时，视线与刻 度盘平面要保持垂 直，同时，还要根 据每台仪器出厂时 提供的校正表（或 曲线），对读数进 行刻度、温度及补
(3)位压的特点 a .位压只相对于基准面存在，是该断面相对于基准面 的位压差。基准面的选取是任意的，因此位压可为正值， 也可为负值。一般将基准面设在所研究系统风流的最低 水平。 b .位压是一种潜在的压力，不能在该断面上呈现出来。 c .位压和静压可以相互转化。当空气从高处流向低处 时，位压转换为静压；反之，当空气由低处流向高处时， 部分静压将转化成位压。 d .不论空气是否流动，上断面相对于下断面的位压总 是存在的。
系；
3、掌握矿井通风能量方程，会应用方程解决风流方向的判定以及不同断面之间阻力 的计算。
第一节 第二节 第三节
空气的主要物理性质 风流的能量与压力 通风能量方程
第一节 空气的主要物理参数
一、空气的密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用ρ来表 示。即：
M V
（2-1）
一般将空气压力为101325Pa，温度为20℃，相对湿度 为60%的矿井空气称为标准矿井空气，其密度为1.2kg/m3
2、U型垂直压差计。 3、U型倾斜压差计。 压差计显示的读数为倾斜液柱 值，必须用下式计算出实际压差值：
h=L· △· g· sina，Pa （2-10）
图2－11 U型倾斜压差计
图2－0
U型垂直压差计
4、单管倾斜压差计
仪器的操作和使用方法如下(详细)： （1）注入工作液。（2）排气泡。（3）调零。（4）测压。(5) 再调零。（6)收回仪器。
1.通风压力与压差的概念 风流在流动过程中，因阻力作用而引起通风压力的降落，称为 压降、压差或称压力损失。压差可表现为总压差、静压差、动压差、 位压差和全压差。 2.静压差与全压差测量 测量井巷风流中两点之间的静压差与全压差常用皮托管和压差 计，其布置方法如下图所示。在两测点各布置一支皮托管，将两支 皮托管的“-”管脚用胶皮管连到一个压差计的两侧玻璃管上，则此 时压差计两侧管内液面高低差即为该两点间的静压差h静；将两支皮 托管的“+”管脚用胶皮管连到一个压差计的两侧玻璃管上，则此时 压差计两侧管内液面高低差即为该两点间的全压差h全。
二、空气的压力（压强） 矿井通风中，习惯将压强称为空气的压力。空气的压力也称 为空气的静压，用符号P表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。 它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。根据物理学的分子 运动理论，空气的压力可用下式表示：
P＝
2 1 n( mv 2 ) 3 2
（2-3）
地面空气压力习惯称为大气压。越靠近地表大气压力也越大。 此外，大气压力还与当地的气候条件有关，即便是同一地区，也 会随季节不同而变化，甚至一昼夜内都有波动。
3.动能—动压
(1)动能与动压的概念 空气做定向流动时具有动能，用E动表示（J/m3），其动能所呈 现的压力称为动压（或速压），用h动（或h速）表示，单位Pa。 (2)动压的计算式 则单位体积空气所2
，J/m3
（2-7）
E动对外所呈现的动压为：
h 动＝
1 v 2 2
b
hb(-)
Pb
真空
2.位能—位压 (1)位能与位压的概念 单位体积空气由于位置高度不同而具有的一种能量叫位能，用E位 3 （J/m ）表示。位能所呈现的压力叫位压，用P位（Pa）表示。位能和位压 的大小，是相对于某一个参照基准面而言的。 (2)位压的计算式 E位＝Mg Z （2-5） P位＝ρ 12gZ12，Pa 2-6）
矿井通风
Mine Ventilation