矿井通风与安全 精品课课件 第二章 通风阻力及动力
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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
矿井通风与安全（中国矿 业大学 课件）
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。
1
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。
矿井通风与安全中国矿业大学矿内空气动力学基础PPT课件
因此在△t时间里，外力对这段液体所作的总功 为：
W＝F1V1△t－F2V2△t＝ P1S１V1△t－ P2S2V2△t 按流体的连续性方程S1V1＝S2V2＝Q，代入上式得：
W＝(P1－P2)S1Vl△t＝ (P1－P2)Q△t＝ (P1－P2) v 式中 v——管道Sl、S1 ’间或S2、S2’间流体的体积。
12
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2.3 矿井风流能量(机械能)与压力
• 风流任一断面上的能量（机械能）由三部分 组成，压能，位能及动能。但在通风测量中， 他们并不以能量的形式出现，而是以压力的 形式出现，这三部分能量分别表示为静压， 位压和动压。
13
第13页/共49页
一、压能 力（N）、压能（J/m3）、压力（N/m2，Pa ）
P=F/A=gh Pa
• 因此，如果液体的密度已知，h就可代表压力
N/m2 or
15
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相对压力、绝对压力、大气压力
16
第16页/共49页
U型管水柱计一种简单并灵敏的测压计。分垂直与 倾斜两种，但不管哪一种都是由一根内径相同的玻璃管 弯成U形管，并在其中装入蒸馏水(或酒精)，在U形管中 间置一刻度尺所组成。当将它与测点和大气相连时，压 力大的一侧液面将下降。
由于所定基准面不同，位压的绝对值亦不同，但在 矿井通风中通常是比较两断面上的位压差，这时1、2断面 的位压差等于这段空气柱在单位面积上的重量 (hei＝ γ(Z1—Z2)＝ γZ1-2 Pa）。
21
第21页/共49页
值得指出的是：由于在推导能量方程的 过程中矿井空气均按不可压缩流体来考虑的， 即重率不变。这样推导出来的公式便于应用， 比较简单。而实际上的矿井空气受矿井垂深 的影响，空气重率还是有些变化，为了弥补 这种由空气重率带来的误差，常把能量方程 写成如下形式：
W＝F1V1△t－F2V2△t＝ P1S１V1△t－ P2S2V2△t 按流体的连续性方程S1V1＝S2V2＝Q，代入上式得：
W＝(P1－P2)S1Vl△t＝ (P1－P2)Q△t＝ (P1－P2) v 式中 v——管道Sl、S1 ’间或S2、S2’间流体的体积。
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2.3 矿井风流能量(机械能)与压力
• 风流任一断面上的能量（机械能）由三部分 组成，压能，位能及动能。但在通风测量中， 他们并不以能量的形式出现，而是以压力的 形式出现，这三部分能量分别表示为静压， 位压和动压。
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一、压能 力（N）、压能（J/m3）、压力（N/m2，Pa ）
P=F/A=gh Pa
• 因此，如果液体的密度已知，h就可代表压力
N/m2 or
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相对压力、绝对压力、大气压力
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第16页/共49页
U型管水柱计一种简单并灵敏的测压计。分垂直与 倾斜两种，但不管哪一种都是由一根内径相同的玻璃管 弯成U形管，并在其中装入蒸馏水(或酒精)，在U形管中 间置一刻度尺所组成。当将它与测点和大气相连时，压 力大的一侧液面将下降。
由于所定基准面不同，位压的绝对值亦不同，但在 矿井通风中通常是比较两断面上的位压差，这时1、2断面 的位压差等于这段空气柱在单位面积上的重量 (hei＝ γ(Z1—Z2)＝ γZ1-2 Pa）。
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第21页/共49页
值得指出的是：由于在推导能量方程的 过程中矿井空气均按不可压缩流体来考虑的， 即重率不变。这样推导出来的公式便于应用， 比较简单。而实际上的矿井空气受矿井垂深 的影响，空气重率还是有些变化，为了弥补 这种由空气重率带来的误差，常把能量方程 写成如下形式：
电子课件-《矿井通风与安全(第二版)》-A10-3104 矿井通风课件第二章
（2）备用采煤工作面需要风量计算 备用工作面亦应满足按瓦斯、二氧化碳、气温 等规定计算的风量，且最少不得低于同一采煤 方式相同的采煤工作面实际需要风量的50%。
Q备≥0.5×Q采
（3）掘进工作面局部通风机处的需要风量（见第 一章第五节）
（4）井下硐室需要风量计算 按矿井各个独立通风硐室需要风量的总和确定：
4．测风时应注意的问题 （1）风表的测量范围要与所测风速相适应。 （2）风表不能距离人体和巷道壁太近。 （3）风表叶轮平面要与风流方向垂直。 （4）按线路法测风时，路线分布要合理，风表的 移动速度要均匀。
（5）秒表和风表的开关要同步，确保在1min内测 完全线路（或测点）。
（6）有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时 再测。
二、矿井有关通风参数的计算方法 1．矿井有效风量 矿井有效风量是指风流通过井下各用风地点实测
风量之和（包括独立通风采煤工作面、掘进工 作面、备用工作面、硐室及其他用风巷道）。 矿井有效风量计算：
Q有效=∑Q采i+∑Q掘全i+∑Q硐i+∑Q备i＋∑Q其 他i （m3/min）
2．矿井有效风量率 矿井有效风量率（E）是矿井有效风量与 各台主要通风机工作风量总和之比。
矿井有效风量率计算：
E＝Q有效÷∑Q主通i×100
3．矿井外部漏风量 矿井外部漏风量是指直接由主要通风机装 置及其风井附近地表漏失的风量之和，也 是主通风机工作风量总和与矿井总进风量 之差。
矿井外部漏风量计算：
∑Q外漏＝∑Q主通i—∑Q井i
4．矿井外部漏风率 矿井外部漏风率是指矿井外部漏风量与各 台主要通风机工作风量总和之比。
第二章 矿井通风管理
§2-1 生产现场的通风管理 §2-2 矿井漏风 §2-3 井巷中风速测定 §2-4 矿井通风设施
Q备≥0.5×Q采
（3）掘进工作面局部通风机处的需要风量（见第 一章第五节）
（4）井下硐室需要风量计算 按矿井各个独立通风硐室需要风量的总和确定：
4．测风时应注意的问题 （1）风表的测量范围要与所测风速相适应。 （2）风表不能距离人体和巷道壁太近。 （3）风表叶轮平面要与风流方向垂直。 （4）按线路法测风时，路线分布要合理，风表的 移动速度要均匀。
（5）秒表和风表的开关要同步，确保在1min内测 完全线路（或测点）。
（6）有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时 再测。
二、矿井有关通风参数的计算方法 1．矿井有效风量 矿井有效风量是指风流通过井下各用风地点实测
风量之和（包括独立通风采煤工作面、掘进工 作面、备用工作面、硐室及其他用风巷道）。 矿井有效风量计算：
Q有效=∑Q采i+∑Q掘全i+∑Q硐i+∑Q备i＋∑Q其 他i （m3/min）
2．矿井有效风量率 矿井有效风量率（E）是矿井有效风量与 各台主要通风机工作风量总和之比。
矿井有效风量率计算：
E＝Q有效÷∑Q主通i×100
3．矿井外部漏风量 矿井外部漏风量是指直接由主要通风机装 置及其风井附近地表漏失的风量之和，也 是主通风机工作风量总和与矿井总进风量 之差。
矿井外部漏风量计算：
∑Q外漏＝∑Q主通i—∑Q井i
4．矿井外部漏风率 矿井外部漏风率是指矿井外部漏风量与各 台主要通风机工作风量总和之比。
第二章 矿井通风管理
§2-1 生产现场的通风管理 §2-2 矿井漏风 §2-3 井巷中风速测定 §2-4 矿井通风设施
矿井通风与安全(培训) ppt课件
3.矿内空气常见的有毒气体：
一氧化碳（CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫
(SO2)、硫化氢(H2S)四种气体的特性。
ppt课件
9
4.有害气体检测：
检测方法分两大类：一是取样到化验室分 析。二是用便携式仪器在现场快速测试。
《规程》规定；采掘工作面风流中二氧化碳 浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员查 明原因,制定措施,进行处理.
矿井通风压力可以由通风机造成，也可以由自然因素造
成。前者称为靠自然风压进行通风。
自然风压的特点：它使冷而重的气体向下流动。自然风压的 大小和方向主要受地面气温的影响。
ppt课件
29
二、矿井通风动力：
2、机械通风 矿井主扇风机按其服务任务地位可分为三种： （1）、主要扇风机（主扇）服务于全矿井或矿井的一翼
26
思考题
1.矿井通风设施、通风构筑物的作用？
2.井下有哪些有毒有害气体？ 3.一通三防具体指什么？ 一通：矿井通风， 三防：防瓦斯，防煤尘，
防火 。
4.矿井通风的定义： 把地面新鲜空气源源不断地送入井下的过程。
5.矿井通风的十二字方针： 先抽后采，监测监控，以风定产
ppt课件
27
第二部分 矿井通风系统
20.96％。氮（N2),占79%。二氧化（CO2）占
0.04%。
ppt课件
5
四、矿内气候条件：
主要指矿井空气的温度、湿度和风速三者 的关系。
温度高、湿度大、风速小。人体感觉中暑、 闷热。
温度低、湿度低、风速大。人体感觉发冷、 易感冒。
因此《规程规定》：进风井温度不得低于 2℃，采掘工作面气温不得超过26℃，机电硐 室不得超过30℃。
一氧化碳（CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫
(SO2)、硫化氢(H2S)四种气体的特性。
ppt课件
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4.有害气体检测：
检测方法分两大类：一是取样到化验室分 析。二是用便携式仪器在现场快速测试。
《规程》规定；采掘工作面风流中二氧化碳 浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员查 明原因,制定措施,进行处理.
矿井通风压力可以由通风机造成，也可以由自然因素造
成。前者称为靠自然风压进行通风。
自然风压的特点：它使冷而重的气体向下流动。自然风压的 大小和方向主要受地面气温的影响。
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二、矿井通风动力：
2、机械通风 矿井主扇风机按其服务任务地位可分为三种： （1）、主要扇风机（主扇）服务于全矿井或矿井的一翼
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思考题
1.矿井通风设施、通风构筑物的作用？
2.井下有哪些有毒有害气体？ 3.一通三防具体指什么？ 一通：矿井通风， 三防：防瓦斯，防煤尘，
防火 。
4.矿井通风的定义： 把地面新鲜空气源源不断地送入井下的过程。
5.矿井通风的十二字方针： 先抽后采，监测监控，以风定产
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第二部分 矿井通风系统
20.96％。氮（N2),占79%。二氧化（CO2）占
0.04%。
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四、矿内气候条件：
主要指矿井空气的温度、湿度和风速三者 的关系。
温度高、湿度大、风速小。人体感觉中暑、 闷热。
温度低、湿度低、风速大。人体感觉发冷、 易感冒。
因此《规程规定》：进风井温度不得低于 2℃，采掘工作面气温不得超过26℃，机电硐 室不得超过30℃。
矿井通风第二章.pptx
1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa 1 mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20 1 mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa
9
第一节 空气主要物理参数
三、密度 1、定义：单位体积空气所具有的质量成为空气的密度
=M/V 影响密度大小:温度和压力 湿空气密度:
例如:零摄氏度时，1mol 氧气在 22.4L 体积内的压强 是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体 积不变，则氧气的压强还是 101.3kPa，但容器内的总压 强增大一倍。可见， 1mol 氮气在这种状态下产生的压强 也是 101.3kPa 。
11
第一节 空气主要物理参数
第四节 能量方程在矿井通风中的应用
一、水平风道的通风能量（压力）坡度线 二、通风系统风流能量（压力）坡度线 三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图
3
本章重点和难点
本章重点：
1、空气的物理参数； 2、风流的能量与点压力； 3、能量方程； 4、能量方程在矿井中的应用。
本章难点：
1、点压力之间的关系； 2、能量方程及其在矿井中的应用。
《通 风 安 全 学》
第二章 矿井空气流动的基本理论
1
本章主要内容
第一节 空气主要物理参数
一、温度 二、压力（压强） 三、密度、比容 四、粘性 五、湿度 六、焓
第二节 风流能量与压力
一、风流能量与压力 二、风流点压力及其相互关系
2
本章主要内容
第三节 通风能量方程
一、空气流动连续性方程 二、可压缩流体能量方程
• 比容:单位质量空气所占的体积，用符号ν表示 • ν =V/M=1/
9
第一节 空气主要物理参数
三、密度 1、定义：单位体积空气所具有的质量成为空气的密度
=M/V 影响密度大小:温度和压力 湿空气密度:
例如:零摄氏度时，1mol 氧气在 22.4L 体积内的压强 是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体 积不变，则氧气的压强还是 101.3kPa，但容器内的总压 强增大一倍。可见， 1mol 氮气在这种状态下产生的压强 也是 101.3kPa 。
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第一节 空气主要物理参数
第四节 能量方程在矿井通风中的应用
一、水平风道的通风能量（压力）坡度线 二、通风系统风流能量（压力）坡度线 三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图
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本章重点和难点
本章重点：
1、空气的物理参数； 2、风流的能量与点压力； 3、能量方程； 4、能量方程在矿井中的应用。
本章难点：
1、点压力之间的关系； 2、能量方程及其在矿井中的应用。
《通 风 安 全 学》
第二章 矿井空气流动的基本理论
1
本章主要内容
第一节 空气主要物理参数
一、温度 二、压力（压强） 三、密度、比容 四、粘性 五、湿度 六、焓
第二节 风流能量与压力
一、风流能量与压力 二、风流点压力及其相互关系
2
本章主要内容
第三节 通风能量方程
一、空气流动连续性方程 二、可压缩流体能量方程
• 比容:单位质量空气所占的体积，用符号ν表示 • ν =V/M=1/
《通风阻力》PPT课件
❖ 对于圆形管道：
❖
Re
Vd
（V3d—1）
❖ 式中 V─管道中流体的平均速度，m/s；
❖
d─圆形管道的直径，m；
❖
v─流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关，对于矿井
风流，通常取平均值14.4×10-6m2/s。
6
❖ 对于非圆形管道： ❖ 公式3—1中的管道直径应以井巷断面的当量直径来表示
❖ ❖
运动，沿程阻力系数与雷诺数Re，相对糙度的关系较为复 杂，用当量直径de=4S/U代入（3—4）式中的d，则可得紊 流状态下的井巷摩擦阻力计算式：
❖ ❖
hf
LU V 2
8S
8
LS，U3 QP2a
（3—7）
❖ 应当指出，用当量直径代替圆管直径计算非圆管的沿程阻 力，并不适合所有断面形状，但对于矿井巷道常用的断面 而言，造成的误差很小，可不预考虑。
❖ 将（3—8）式代入（3—7）中，得
❖
hf ，LSUP3 aQ2 （3—9）
❖ 这是完全紊流状态下摩擦阻力的计算式，只要知道巷道的 、L、U、S和通 过的风量Q，便可计算出该巷道的摩擦阻力。
❖ 摩擦阻力系数 值一般是通过实测和模型实验得到。下面所附的表为标准状态 下（0 = 1.2kg/m3）条件下的各类巷道摩擦阻力系数值。
❖ 实验表明，流体在直圆管内流动时，当Re≤2320时，流动状态为层流；当Re＞ 4000时,流动状态为紊流；在Re=2300~4000的区域内,流动状态不是固定的，由 管道壁的粗糙程度、流体进入管道的情况等外部条件而定，只要稍有干扰，流 态就会发生变化，因此称为不稳定的过渡区。在实际工程计算中，为简便起见， 通常把管道流动状态的判断基准数定为：
为确定阻力系数的问题。无因次系数必须通过大量典型实验求得。这样，公式中没
❖
Re
Vd
（V3d—1）
❖ 式中 V─管道中流体的平均速度，m/s；
❖
d─圆形管道的直径，m；
❖
v─流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关，对于矿井
风流，通常取平均值14.4×10-6m2/s。
6
❖ 对于非圆形管道： ❖ 公式3—1中的管道直径应以井巷断面的当量直径来表示
❖ ❖
运动，沿程阻力系数与雷诺数Re，相对糙度的关系较为复 杂，用当量直径de=4S/U代入（3—4）式中的d，则可得紊 流状态下的井巷摩擦阻力计算式：
❖ ❖
hf
LU V 2
8S
8
LS，U3 QP2a
（3—7）
❖ 应当指出，用当量直径代替圆管直径计算非圆管的沿程阻 力，并不适合所有断面形状，但对于矿井巷道常用的断面 而言，造成的误差很小，可不预考虑。
❖ 将（3—8）式代入（3—7）中，得
❖
hf ，LSUP3 aQ2 （3—9）
❖ 这是完全紊流状态下摩擦阻力的计算式，只要知道巷道的 、L、U、S和通 过的风量Q，便可计算出该巷道的摩擦阻力。
❖ 摩擦阻力系数 值一般是通过实测和模型实验得到。下面所附的表为标准状态 下（0 = 1.2kg/m3）条件下的各类巷道摩擦阻力系数值。
❖ 实验表明，流体在直圆管内流动时，当Re≤2320时，流动状态为层流；当Re＞ 4000时,流动状态为紊流；在Re=2300~4000的区域内,流动状态不是固定的，由 管道壁的粗糙程度、流体进入管道的情况等外部条件而定，只要稍有干扰，流 态就会发生变化，因此称为不稳定的过渡区。在实际工程计算中，为简便起见， 通常把管道流动状态的判断基准数定为：
为确定阻力系数的问题。无因次系数必须通过大量典型实验求得。这样，公式中没
矿井通风阻力教学课件
等因素对通风阻力的影响。
计算公式：$h = frac{1}{2}rho v^{2} + frac{p}{rho}$
其中，$h$为通风阻力，$rho$为空气 密度，$v$为风速，$p$为风流受到的
阻力。
计算软件介绍
• 随着计算机技术的发展，越来越多的矿井通风阻力计算软件被 开发出来。这些软件通常基于数值模拟技术，能够模拟风流在 矿井内的流动状态，并计算出通风阻力。常用的矿井通风阻力 计算软件有FLUENT、ANSYS等。
矿井通风阻力教学课件
contents
目录
• 矿井通风阻力的基本概念 • 矿井通风阻力的计算方法 • 矿井通风阻力的降低措施 • 矿井通风阻力案例分析 • 矿井通风阻力的发展趋势与展望
01 矿井通风阻力的基本概念
矿井通风阻力的定义
01
矿井通风阻力指的是风流在矿井 巷道中流动时，由于巷道壁、风 流自身的摩擦以及风流内部的各 种阻力而产生的阻力。
05 矿井通风阻力的发展趋势 与展望
矿井通风阻力研究的新进展
数值模拟技术
随着计算机技术的进步，数值模 拟方法在矿井通风阻力研究中得 到广泛应用，能够更精确地模拟
风流流动和阻力变化。
多场耦合分析
考虑风流流动、热湿交换、瓦斯扩 散等多场耦合因素，深入研究其对 通风阻力的影响。
智能化监测与控制
利用物联网、大数据和人工智能等 技术，实现对矿井通风系统的实时 监测与智能控制，提高通风效率。
02
通风阻力的大小与风流的速度、 巷道的断面面积、巷道的长度、 巷道的粗糙程度以及风流内部的 局部阻力等因素有关。
矿井通风阻力的来源
巷道壁面的摩擦阻力
局部阻力
风流在巷道壁面流动时，由于壁面的 粗糙度、湿滑度等因素，会产生摩擦 阻力。
计算公式：$h = frac{1}{2}rho v^{2} + frac{p}{rho}$
其中，$h$为通风阻力，$rho$为空气 密度，$v$为风速，$p$为风流受到的
阻力。
计算软件介绍
• 随着计算机技术的发展，越来越多的矿井通风阻力计算软件被 开发出来。这些软件通常基于数值模拟技术，能够模拟风流在 矿井内的流动状态，并计算出通风阻力。常用的矿井通风阻力 计算软件有FLUENT、ANSYS等。
矿井通风阻力教学课件
contents
目录
• 矿井通风阻力的基本概念 • 矿井通风阻力的计算方法 • 矿井通风阻力的降低措施 • 矿井通风阻力案例分析 • 矿井通风阻力的发展趋势与展望
01 矿井通风阻力的基本概念
矿井通风阻力的定义
01
矿井通风阻力指的是风流在矿井 巷道中流动时，由于巷道壁、风 流自身的摩擦以及风流内部的各 种阻力而产生的阻力。
05 矿井通风阻力的发展趋势 与展望
矿井通风阻力研究的新进展
数值模拟技术
随着计算机技术的进步，数值模 拟方法在矿井通风阻力研究中得 到广泛应用，能够更精确地模拟
风流流动和阻力变化。
多场耦合分析
考虑风流流动、热湿交换、瓦斯扩 散等多场耦合因素，深入研究其对 通风阻力的影响。
智能化监测与控制
利用物联网、大数据和人工智能等 技术，实现对矿井通风系统的实时 监测与智能控制，提高通风效率。
02
通风阻力的大小与风流的速度、 巷道的断面面积、巷道的长度、 巷道的粗糙程度以及风流内部的 局部阻力等因素有关。
矿井通风阻力的来源
巷道壁面的摩擦阻力
局部阻力
风流在巷道壁面流动时，由于壁面的 粗糙度、湿滑度等因素，会产生摩擦 阻力。
矿井通风与安全第2章 矿井通风压力与通风阻力
38
2.5 能量方程在矿井通风中应用
例2.1 一通风斜井内测得P1=100 660 Pa(此时地面 大气压98 660 Pa)，P2=99 920 Pa(此时地面大气压98 600 Pa)。并测得v1=5 m/s，v2=3 m/s，ρ1=1.22 kg/m3 ，ρ2=1.20 kg/m3。断面1标高+500 m，断面2标高+560 m。问风流如何流动？通风压力和阻力为多少？
26
④用短胶管将多向阀中间一个接头接至玻管上端， 将较高压力P1和较低压力P2分别接于“+”、“-”端，手 柄转至测压位，液面稳定后在玻管上读数，乘以固定位 上的常数因子K，即测得压差h。 补偿式微压计，是在做精细测量(如实验室内或风硐 内测压差)时使用。该仪器也是根据U形水柱计原理制成， 如图2.9所示。当较高压力P1接至“+”端、较低压力P2 接至“-”端时，瞄准尖离开水面(从反射镜内观察)，转动 微调盘，使小容器内水面正好回到原位与针尖相接，大 容器上升的距离，即为P1与P2的压差h。微调盘转动一 圈，大容器上升2.04 mm高度，代表20 Pa；盘圆周上 分划为200份，每份即0.1 Pa。
19
图2.6 L形皮托管
20
2.3.2 相对压力测定 测定矿内风流中某点的相对压力，需用传递压力的 皮托管和接受压力的压差计。 (1)皮托管 矿井常用皮托管如图2.6所示，“+”传递绝对全压、 “-”号传递绝对静压。
21
图2.7 垂直U形 管水柱计
22
(2)压差计 有垂直U形管水柱计和倾斜压差计，垂直U形管水柱 计如图2.7所示。U形玻管内装蒸馏水或酒精，其压差值 大小可直接在刻度尺上读数。 单管压差计，又称为倾斜微压计(或称壶形微压计)， 其构造原理如图2.8所示。由一壶形容器A和一倾斜玻管 B、内装酒精而成。一般A和B的断面积比值 S1/S2=250~300。
《矿井通风阻力》课件
矿井通风阻力
欢迎来到《矿井通风阻力》PPT课件，本次分享将深入探讨矿井通风阻力的定 义、分类、影响因素、计算方法、控制措施和应用。让我们一起享受这段知 识之旅！
什么是矿井通风阻力？
矿井通风阻力是指空气在矿井内流动时所遇到的阻力。
矿井通风阻力的分类
表观风阻力
由于风道的形状和尺寸，使空气受到的阻力。
2 风量法
通过测量单位时间内进出矿井的风量来计算阻力。
3 风力法
通过测量单位时间内风 通风系统
优化风道布置和风道 尺寸，减少风道阻力。
增加风筒压力
提高风筒压力，增强 空气流动能力，降低 风道阻力。
减少风道局部 阻力
把风道弯道和阻流板 设计得更顺畅，减少 摩擦风阻力。
适当增加风机 速度
提高风机转速，增加 风力，克服风道阻力。
矿井通风阻力的应用
1
矿井通风系统的设计和优化
通过充分了解矿井通风阻力的影响因素，设计高效且经济的通风系统。
2
安全生产的保障
合理控制矿井通风阻力，确保矿工在相对安全的环境中作业。
惯性风阻力
由于空气加速和减速时产生的阻力。
摩擦风阻力
由于空气与风道内壁之间的摩擦而产生的阻力。
增压风阻力
由于矿井中矿石或岩层的压力引起的阻力。
矿井通风阻力的影响因素
• 风道形式和风道面积 • 矿井采空区 • 通风设备 • 煤层厚度和倾角
矿井通风阻力的计算方法
1 风压法
通过测量矿井内外的风压差来计算阻力。
欢迎来到《矿井通风阻力》PPT课件，本次分享将深入探讨矿井通风阻力的定 义、分类、影响因素、计算方法、控制措施和应用。让我们一起享受这段知 识之旅！
什么是矿井通风阻力？
矿井通风阻力是指空气在矿井内流动时所遇到的阻力。
矿井通风阻力的分类
表观风阻力
由于风道的形状和尺寸，使空气受到的阻力。
2 风量法
通过测量单位时间内进出矿井的风量来计算阻力。
3 风力法
通过测量单位时间内风 通风系统
优化风道布置和风道 尺寸，减少风道阻力。
增加风筒压力
提高风筒压力，增强 空气流动能力，降低 风道阻力。
减少风道局部 阻力
把风道弯道和阻流板 设计得更顺畅，减少 摩擦风阻力。
适当增加风机 速度
提高风机转速，增加 风力，克服风道阻力。
矿井通风阻力的应用
1
矿井通风系统的设计和优化
通过充分了解矿井通风阻力的影响因素，设计高效且经济的通风系统。
2
安全生产的保障
合理控制矿井通风阻力，确保矿工在相对安全的环境中作业。
惯性风阻力
由于空气加速和减速时产生的阻力。
摩擦风阻力
由于空气与风道内壁之间的摩擦而产生的阻力。
增压风阻力
由于矿井中矿石或岩层的压力引起的阻力。
矿井通风阻力的影响因素
• 风道形式和风道面积 • 矿井采空区 • 通风设备 • 煤层厚度和倾角
矿井通风阻力的计算方法
1 风压法
通过测量矿井内外的风压差来计算阻力。
矿井通风与安全精品课课件(上)
•
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。
• 另外，在矿井通风中还常用运动粘度系数，和气体密 度有关，即和压力有关，这两个系数有如下的关系 （表１-２-１为几种有关流体的粘度）：
＝μ/，m２ /s
(1—2—4)
为理想气体。气体的分子作永不停息的
不规则运动，这种运动产生热能，故气
体分子运动是热运动，气体的物理参量
较多，其中比容、压力、温度是三个基
本参量。
• 1.1.2.1 空气的密度、比容及温度
•
1.空气的密度
•
空气和其他物质一样具有质量。单
位体积空气所具有的质量称为空气的密
度，用符号表示。空气可以看作是均质
等途径与周围环境进行热交换，散发到体外。人体代谢产热过程是体内生物
化学过程，而散热过程则是物理过程。在正常情况下，人体依靠自身的调节
机能，使产热和散热保持动平衡。
第一章矿井空气及调节
1.1.3.2 矿井气候对人体热平衡的影响
矿井气候是由空气温度、湿度，风速和辐射四要素组成的，它们都影 响着人体热平衡，且各要素之间的影响在很大程度上可以互换。例如，环 境相对湿度增高对人体所造成的影响可以被风速的增加所抵消。
为K(Kelvin)，用符号Ｔ表示。国际单位制还规
定摄氏(Celsius)温标为实用温标，用t表示，单
位为摄氏度，代号为℃。
•
摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1 K完
全相同，温度是矿井表征气候条件的主要参数 之一。
第一章矿井空气及调节
• 1.1.2.2 空气的压力
•
空气的压力也称为空气的静压（绝对静压），用
矿井通风与安全课件(用)
湿空气中含有水蒸气，但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。
气体成分
按体积计／％ 按质量计／％ 备 注
氧气（O2） 氮气（N2）
20.96 79.0
23.32 76.71
惰性稀有气体氦、 氖、氩、氪、
二氧化碳（CO2） 0.04
0.06
氙等计在氮气中
二、矿井空气的主要成分及基本性质
新鲜空气：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气，
目的、主要任务—保证矿井空气的质量符合要求。
第一 节 矿井空气成份
定义：地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。 一、地面空气的组成 地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。 干空气是指完全不含有水蒸汽的空气，由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和其他一些微量气体所组成 的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。
第二节 矿井空气中的有害气体
空气中常见有害气体：CO、NO2、SO2 、NH3 、H2 。
一、基本性性质
１、一氧化碳（CO） 一氧化碳是一种无色、•无味、•无臭的气体。相对密度为0.97，微溶于水， 能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在13～75 ％范围内时有爆炸的危险。
主要危害：血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化 碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳进入人 体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机 会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。0 .08%，40 分钟引起头痛眩晕和恶心，0.32%，5~10分钟引起头痛、眩晕，30分钟引 起昏迷，死亡。 主要来源：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。
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•
第二章
通风阻力及动力
• 2.1.2 矿井风流的能量方程 • 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。本节将 重点讨论矿井通风中空气流动的压力和能 量变化规律，导出矿井风流运动的连续性 方程和能•
通风阻力及动力
(三)关于能量方程使用的几点说明 从能量方程的推导过程可知，方程是在一定的条件下导出的，并对它 做了适当的简化。 因此，在应用能量方程时应根据矿井的实际条件，正确理解能量方程中各 参数的物理意义， 灵活应用。 (1)能量方程的意义是，表示1kg(或1m3)空气由1断面流向2断面的过程 中所消耗的能量(通风阻力)等于流经1、2断面间空气总机械能(压能、位能、 动能)的变化量。 (2)风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化； 所研究的始、末断面要选在缓变流场上。 (3)风流总是从总能量(机械能)大的地方流向总能量小的地方。在判断 风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一 项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的 能量损失（通风阻力）为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流 方向假设错误。 (4)正确选择基准面。 (5)在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压 源为正，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，压源为负，则压源成 为通风阻力。
第二章
• • • • • • •
通风阻力及动力
(一)单位质量(1kg)流体能量方程 1．能量组成(讨论1kg空气所具有的能量) 在井巷通风中，风流的能量由机械能(压能、位能、动 能)和内能组成，常用lkg空气或1m3空气所具有的能量表 示。 1)风流具有的机械能 风流具有的机械能包括压能、位能和动能。 2)风流具有的内能 风流的内能是风流内部储存能的简称，它是风流内部 所具有的分子内动能与分子位能之和。 2．风流流动过程中能量分析 风流在如图2-2-2所示的井巷中流动，设1、2断面的 参数分别为风流的绝对静压P1、P2(Pa)；风流的平均流 速(m/s)；风流的内能ul、u2(J/kg)；风流的密度(kg/m3)距 基准面的高程Z1、Z2(m)。
• •
第二章
通风阻力及动力
•
程 •
（二）单位体积（1m3）流体方
上面我们详细讨论了单位质量流 体的能量方程，但在我国矿井通风 中习惯使用单位体积(1m3)流体的能 量方程。在考虑空气的可压缩性时， 那么1 m3空气流动过程中的能量损 失(hR，J/m3 (Pa)，即通风阻力)可 由1kg空气流动过程中的能量损失 (LR)乘以按流动过程状态考虑计算 的空气密度。
• 2.1.2.1 空气流动连续性方程 • 质量守恒是自然界中基本的客观规律 之一。在矿井巷道中流动的风流是连续不 断的介质，充满它所流经的空间。在无点 源或点汇存在时，根据质量守恒定律：对 于稳定流，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，因此这里仅讨 论稳定流的情况。
• • • • •
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第二章
通风阻力及动力
• 2.1.2.2 可压缩流体能量方程 • 能量方程表达了空气在流动过程中的 压能、动能和位能的变化规律，是能量守 恒和转换定律在矿井通风中的应用。 • 在矿井通风系统中，严格地说空气的 密度是变化的，即矿井风流是可压缩的。 当外力对它做功增加其机械能的同时，也 增加了风流的内(热)能。因此，在研究矿 井风流流动时，风流的机械能加上其内 (热)能才能使能量守恒及转换定律成立。
矿井通风与安全精品课课件
第二章 通风阻力及动力
目
• • • • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
录
矿井空气及调节 通风阻力及动力 通风网络图及风量分配 矿井通风系统及设计 采区通风系统 掘进通风系统 煤矿灾害及防治
第二章
• •
通风阻力及动力
2.1 矿井空气流动基本理论 2.1.1 矿井风流运动的特征 矿井风流是连续介质，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。 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，这种流称稳定流(或称定常流)。如果其中一个 要素随时间变化，就称非稳定流。在矿井里，由于井巷特征、岩 壁温度、扇风机风压和矿井供风量等，在某一时期内变化不大， 矿井正常通风期间，风门的开启，提升设备的升降对局部风流产 生瞬时扰动的影响也不大。因此，可把矿井风流近似地视为稳定 流。此外，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（围岩、有机物的氧化和机电设备运 转时所产生的热等)间的热交换，致使矿井风流的热力状态不断 变化。
第二章
•
通风阻力及动力
当空气在图2-2-1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： （2-2-1） 式中 —1,2断面上空气的平均密度，kg/m３； —1,2断面上空气的平均流速，m/s； S1,Ѕ2—1,2断面的断面积，m2； Q(m3／s)相等，即： (2-2-3)
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第二章
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通风阻力及动力
2.1.3 风流任一断面上的机械能量 能量与压力是矿井通风中两个重要的基本概念，它 们既密切相关又有区别。风流任一断面上都有压能、 位能和动能，这三种机械能量又可分别用相应的静压、 位压和动压（速压）来体现。 2.1.3.1 风流能量与压力 (一)压能(静压能)一静压(静压力) 1．压能与静压概念 由分子运动理论可知：无论空气是处于静止还是流动 状态，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 够对外做功的机械能叫压能，用EP表示(J/m3)。当空 气分子撞击到器壁上时就有了力的效应，这种单位面 积上力的效应称为静压力，简称静压，用P表示(N/m2， 即Pa)。 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。静压也可称为压能。