通风动力
矿井通风与安全(中国矿业大学课件)第四章通风动力
根据具体要求和环境，设计通风 系统的布局和组件。
优化
通过模拟和优化算法，提高通风 系统的效率和性能。
测量
使用空气流量计和压力计等设备， 监测和评估通风系统的运行状况。
矿井通风动力管理的必要性和挑战
有效管理通风动力对于确保矿井的安全和高效运行至关重要。然而，管理挑战包括人员培训、设备维护和监测 系统的建立。
矿井通风动力的分类和特点
自然通风
利用自然气流，适用于小型 矿井和开放式工作场所。
机械通风
通过风机和风道系统，更适风
结合自然通风和机械通风的 优点，综合应用于不同矿井。
矿井通风动力系统的组成
1 风机
通过旋转叶片产生气流。
3 风门和调节阀
控制气流的流量和分布。
2 风道
将气流引导到矿井各个区域。
4 排风系统
将废气排出矿井，保持空气质量。
矿井通风动力的计算方法和参数
1
风量计算
根据矿井的大小、工作环境和需求，计算所需的风量。
2
风速计算
确定适当的风速，以保证空气的流动和气体的分散。
3
风压计算
计算风道和风门的适当压力，以维持稳定的气流。
矿井通风动力系统的设计和优化
设计
矿井通风与安全
在这个课堂上，我们将学习矿井通风动力的重要性、定义和基本原理，以及 实际应用中的分类、组成、计算方法、设计和优化。
通风动力的重要性
矿井通风动力是确保矿井安全运行的关键因素之一。它不仅能提供新鲜空气，还可以排除有害气体和煤尘，有 效预防火灾和爆炸。
通风动力的定义和基本原理
通风动力是通过排风和送风系统，控制气体的流动和分布。它基于流体力学 原理，包括压力差、速度和阻力等概念。
3矿井通风动力
第三章 矿井通风动力矿井通风动力是克服通风阻力、保证井巷空气连续不断地流动的能量或风压，有通风机提供的机械风压和由自然条件生成的自然风压两种。
第一节 自然通风一、自然风压及其特性自然风压是由于空气热湿状态的变化在矿井中产生的一种自然通风动力，其数值为以矿井风流系统的最低、最高标高点为界，两侧空气柱作用在底面单位面积上的重力之差。
在此重力差的驱动下，较重的一侧的空气向下流动，较轻的一侧的空气向上流动，即可形成空气的自然流动。
如图3-1-1所示矿井，0-4水平以上，大气的重力是相同的，矿井中空气的重力差是在0-4至2-3之间形成的。
左侧空气柱作用在底面单位面积上的重力为：120101gdz gdz ρρ+⎰⎰，Pa右侧空气柱作用在底面单位面积上的重力为：324gdz ρ⎰， Pa则矿井的自然风压为： 123012014n H gdz gdz gdz ρρρ=+-⎰⎰⎰ ， Pa （3-1-1） 以上式中0z 、1z 、2z 分别为各段的垂直高度，201=z z z +，m ；g 重力加速度，2s m ；0ρ、1ρ、2ρ 分别为各段空气密度分布，3m kg ； N H 为矿井自然风压，Pa 。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则矿井通风系统可视为一个通风回路1-2-3-4-0-1（其中大气中的4-0-1段为假想的风路），则自然风压值为gdz ρ沿此闭合回路的积分： n H gdz ρ=⎰ ， Pa （3-1-2）（3-1-1）、（3-1-2）式是矿井自然风压的基本计算公式。
图3-1-1自然风压原理图完全依靠自然风压进行的通风，称为自然通风。
自然风压受地面气候影响，冬夏两季较大，春秋较小，甚至趋近于零，而且夏季自然风压的方向可能与冬季相反。
因此自然风压通风不稳定，难以保证矿井安全生产。
我国一些山区平硐开拓的矿井，冬季自然通风的作用较强．但是到了夏天，经顶部采空区和通道下贯的自然通风设也相当大，往往扰乱原来拟定的通风系统。
第8次课 矿井通风动力(1)
• 1、自然风压：因二井筒平均温度，平均
密度和重力的不同，二井筒空气柱作
用在某一水平面单位面积上的重力差
• 2、自然风压形成的原因
5
冬季时：
0
夏季时：
2
5
HN 0 1gdZ 3 2gdZ 1
• 如果把地表视为断面 1 dZ
无限大，风阻为零的 2
2
dZ
4Z
3
假想风路。则 HN gdZ
• （1）设专用反风道反风 抽出轴流式风机利用反风道反风 正常通风时：风门1、7、5处于水平位置；反风时：风门如 图所示，新风流为1-7-2-3-5-6-回风道-井下 离心式抽出式风机利用专用反风道反风 正常通风时：风门1、2均在实线位置；反风时：风门1、2在 需线处
设专用反风道反风的优缺点 优点：反风后风机性能不变，维持正常风量，符合
1m3空气的能量（ N • m / m3 或Pa)。扇风机的全压等于风
机出口全压与入口全压之差，在没有自然风压的情况下，
全压 Ht 用以克服管网通风阻力 HR及风机出口动能损失 HV 即： Ht = HR + HV – 4）扇风机的静压H S ：克服管网阻力的风压称为扇风机的静 压 H S= HR =RQ 2 – 5）扇风机的有效功率 Nt ：指扇风机的输出功率，又称空气
– 4）轴流风机的叶片安装角不太大时，在稳定工作段内，功率随Q增大而减少，所 以轴流风机在风阻最小时启动，以减小启动负荷
• 4、矿用扇风机的型号
– 1）矿用离心式扇风机的型号：G4-73、K4-73、4-72-11、4-62等
–2）矿用轴流式风机型号 –目前我国生产的主要轴流式风机：1K58、2K58、GAF
– 集中并联 – （1）二台风压特性曲线不同风机并联作业：二风机的吸风口（或出风
TF04矿井通风动力
第一节 自然风压
一、 自然风压及其形成和计算
1、自然通风
由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
冬季：空气柱0-1-2比5-4-3的
平均温度较低，平均 空气密
0
度较大，导致两空气柱作用
在2-3水平面上的重力不等。 它使 空气源源不断地从井 口1流入，从井口5流出。
1 ρ1 dz
夏季：相反。
w2
c2
β2
u2 c2u
w2
β2
c2
u2
w2
β2
c2
u2
离心式风机可分为：前倾式（β2>90º)、径向式（β2=90º)和后倾式 （β2<90º)三种。
β2不同，通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。
2、工作原理
当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转 而旋转，获得离心力。经叶端被抛出叶轮，进入机壳。在机壳内速度 逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口 （叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸风口的风流 便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源 不断，形成连续的流动。
离心式通风机和轴流式通风机。 一、离心式通风机的构造和工作原理 1、 风机构造。
离心式通风机一般由：进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和扩 散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器。 吸风口有：单吸和双吸两种。
叶片出口构造角：风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角 称为叶片出口构造角，以β2表示。
Ht = |h4|—hv4+hRd+hv6
若忽略 hRd 不计，则 Ht≌ |h4|—hv4+ hv6
第四章通风动力1
本章目录
❖ 第一节 自然风压 ❖ 第二节 矿用通风机 ❖ 第三节 通风机的特性 ❖ 第四节 矿井反风技术 ❖ 第五节 矿井中通风机风压与通风阻力的关系 ❖ 第六节 通风机的性能试验
2
第一节 自然风压
❖ 一、自然风压的产生 ❖ 1.自然风压的产生 ❖ 矿井产生自然风压的原因是由于矿井进风井筒与出风井筒的空气柱的重
6
第二节 矿用通风机
❖ 一、矿用通风机分类
❖ 1.按照通风机构造分类
❖ 按照通风机构造不同，可分为离心式通风机与轴流式通风机两类。两种类型的通 风机在煤矿中均被广泛使用。
❖ 煤矿常用离心式通风机有4-72-11型、G4-73-11型和K4-73-01型等。它们的主要 部件包括叶轮、机壳、进风口和传动部分。一般来讲，离心式通风机结构简单， 维护方便，效率较高，运转可靠平稳，噪音较低，便于调节通风机的工作点。
❖。
5
❖ 三、自然风压对矿井通风的影响 ❖ 采用机械通风的矿井，随着一年四季气温的变化，
同样会因为自然风压的变化而引起井巷风流的风 量发生变化，有的甚至造成井巷风流停滞或风流 反向，由此可能引发矿井通风安全方面的严重事 故。在矿井通风管理上，应特别注意自然风压对 矿井通风的影响，预防自然风压使井巷风流反向。 ❖ 在矿井通风设计和管理上，还要充分利用自然风 压来帮助矿井通风。尽可能采取措施，扩大进、 回风侧空气柱的重力差。
❖ （9）因检修、停电或其他原因停止主要通风机运转时，必须制定停风措施。变电所或
电厂在停电以前，必须将预计停电时间通知矿调度室。主风的目的，必须使井巷中的 空气不断地流动，空气在井巷流动过程中会 遇到矿井通风阻力，克服矿井通风阻力的能 量或压力称为矿井通风动力。矿井通风动力 可以由机械设备和自然条件产生，由通风机 产生的风压称为机械风压；由机械风压克服 矿井阻力进行通风的叫机械通风。由矿井自 然条件产生的风压称为自然风压；由自然风 压克服矿井阻力进行通风的叫自然通风。
第三章 通风动力 1
3.η — Q：效率与风量特性曲线 通过各工况点所测 得的风量、风压和 轴功率，运用 HQ N 1000 分别计算出各对应 工况点的效率，并 绘图。
4. 通风机特性曲线
通常把三条特性曲线 画在同一坐标图上，统 称为通风机特性曲线。
p/Pa
—L
N/kW
/%
根据风机的特性曲线， 只要已知风量、风压、 功率、效率中的任意一 个值，就可以找到风机 工作点的其他参数。
几种不同叶片形 式的叶轮其性能比 较（重点）： （1）从气体获得压 力看，前向式叶轮 最大，径向式叶轮 稍次，后向式叶轮 最小。 （2）从效率观点看， 后向式叶轮效率最 大，径向式叶轮居 中，前向式叶轮效 率最低。
（3）从结构尺寸 看，当风量和转速 一定时，在达到相 同的风压前提下， 前向式叶轮直径最 小，径向式叶轮直 径稍次，后向式叶 轮直径最大。 （4）从风机噪声 方面看，前向式叶 轮噪声最大，径向 式叶轮适中，后向 式叶轮的噪声较小。
1. H — Q：风压与风量特性曲线 在实际应用 中，均采用实验 方法测得数据。 在通风机入口处 设置一风量调节 阀，用阀门调节， 以获得某一型号 的风机在一定的 转速下不同工况 点的风量和相对 应的风压值。
2. N — Q：功率与风量特性曲线
在测定不同风量 下风压值的同时， 测出不同风量时所 消耗的轴功率N， 然后在风量为横坐 标，轴功率为纵坐 标，用平滑曲线连 接起来，得到风机 的N—L特性曲线。
2.选择应注意的问题（重点） （1）注意风机实际使用工况点是否与该风机标准 工况相同，如果使用条件不相符时，必须对原风 机的性能参数进行换算；
（2）选择风机时，应尽可能选用新型的、高效的 风机，并使所选风机的实际工况点尽可能接近最 高效率点，但必须在该风机的经济使用范围内工 作；
矿井通风第四章矿井通风动力
贵州大学
第四章 通风动力
4.1 自然风压 4.2 通风机类型和构造 4.3 通风机特性曲线 4.4 通风机联合运转 4.5 通风机设备选型 4.6 通风机性能测定
通风动力基本概念
机械风压 由通风机造成的能量差
自然风压 由矿井自然条件产生的能量差
机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井 的通风阻力，促使空气流动
自然风压特性
（3）主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一 定影响。由于风流与围岩的热交换，冬季回风井气温高于进 风井，风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时 期内仍存在温差，从而仍有一定的自然风压起作用。有时甚 至会干扰通风系统改变后的正常通风工作。
（4）地面大气压、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。
空气由吸风口12进入，经
前导器7进入叶轮的中心，
折转90°沿径向离开叶轮
流入机壳2，经扩散器3排 1-动轮；2-蜗壳体；3-扩散器；4-主轴；5-止推轴
出。
承；6-径向轴承；7-前导器；8-机架；9-联轴节； 10-制动器；11-机座；12-吸风口；13-通风机房；
14-电动机；15-风硐
动轮1由若干个叶片构成，在主轴4带动下旋转。 前导器7（有的通风机没有前导器）用来调节风流进入主
Z( 01 02) R 12 ht4Z( 02 34) R24
Z( 01 02) R12 hfsZ( 02 34) R24
立井0-2风流停滞： Z( 01 02) R 12 ht4Z( 02 34) R 24
Z( 01 02) R 12 hfsZ( 02 34) R24
h n 0 2 4 h n 0 1 2 4 Z (0 20 1 )
绿色建筑知识：绿色建筑中的强制通风和动力通风
绿色建筑知识：绿色建筑中的强制通风和动力通风随着环保意识的不断提高和城市化进程的加速，绿色建筑成为了新的建筑方向，强制通风和动力通风则成为了绿色建筑中的两大核心技术。
本文将为大家介绍绿色建筑中的强制通风和动力通风以及其优势。
一、强制通风强制通风是指通过机械设备强制循环空气来保证室内外的空气交换，有效地改善空气质量。
其在绿色建筑中的应用主要分为两种：一种是自然通风无法满足需求时的辅助通风方式，如在潮湿和闷热的环境下或建筑物内空气污染较严重时；另一种是在不利于自然通风的城市区域内，如高层建筑、密集建筑区和狭长地段等，通过机械通风手段实现空气流通和换气。
强制通风的优势：1.有效提高空气质量强制通风可以将室内的污染气体和异味排出，将室外的新鲜空气引入，有效提高了室内的空气质量，保证了人们的健康。
2.节约能源尤其是在冬季，强制通风可以利用室外较低的温度和较干燥的空气，通过逆流换热器将废气中的热量回收，使其温度升高，达到节约能源并保持舒适的室温的目的。
二、动力通风动力通风是指通过机械或人力的力量推动空气流动以达到通风的目的。
一般包括单向流通型、混合型和层流型等多种方式。
动力通风优势：1.强制通风能力更强与自然通风相比，动力通风可以使新鲜空气大面积在室内流通，保证室内气流的稳定性和均匀性，有效避免可能出现的死角和盲区。
2.适用范围更广动力通风不仅适用于高层建筑和密集建筑区，还适用于安全要求较高的场所，如医院、实验室等。
总而言之，无论是强制通风还是动力通风，在绿色建筑中都发挥着重要作用，提高了室内空气质量和舒适性，达到了节约能源的目的。
然而，在实际应用中，仍需兼顾其产生的噪音和能耗问题，采取相应的措施才能更好地实现其优势。
矿井通风与安全第四章通风动力
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Array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 ⎰⎰-=532201ρρ 4-1-1 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。
第4章讲义通风动力
19
2.防爆门
《规程》规定：装有主要 通风机的出风井口，应安装 防爆门。防爆门不得小于出 风井口的断面积，并正对出 风口的风流方向。当井下发 生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将 防爆门掀起，从而起到保护 主扇的作用。
20
3．风峒
风峒是主扇和出风井之间的一段联络巷道。由于通过 风峒的风量很大，内外的压力差较大，因此应特别注意降 低风峒阻力和减少漏风。风峒设计时应满足：
1)风峒的断面不宜太小，其风速以10m／s为宜，最大不 应超过15m/s;
2) 风峒的阻力不大于100～200Pa。因此，风峒不宜过长， 与井筒的夹角为60～90°之间，转弯部分要呈圆弧形，内 壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。
p为井口的大气压，Pa；Z为井深，m；Y为空气密度， kg/m3，则自然风压为：
h 0 p 1 p 2 gZ 1 -2 (3 4 )
7
4.1.1 自然通风特性
生产实践表明，自然通风对矿井有效通风的 影响，有时表现为积极的一面，有时却表现 为消极的一面。这就是事物的两面性。我们 的任务就是深入认识矿井自然通风的特性， 以更好地利用和控制自然通风。
15
一个动轮和它后面一个有固定叶片的 整流器组成一段。整流器用来整理动轮流 出的旋转气流，以减少涡流损失。为了提 高通风机的风压，有些轴流式通风机安装 两段动轮。
环形扩散器是轴流式通风机特有的部 件，其作用是使环状气流过渡到柱状气流 时，速压逐渐减少，以减少冲击损失，同 时使静压逐渐增加。
(构造图)
通风动力
第一节 自然通风及动力
自然通风：由有限空间内外空气的密度差、大气运动、大气压 力差等自然因素引起有限空间内外空气能量差，促使有限空间 的气体流动并与大气交换的现象。 自然通风动力：促使有限空间内气体流动的能量差。 自然通风的应用：
（1）单层工业厂房 （2）多层或高层工业建筑中的热车间 （3）特种（殊）建筑物、构筑物及容器 （4）各类建筑物中的防排烟系统
第一节 自然通风及动力
二、自然风压HN的计算
1.密度差形成的自然风压计算
H N
2 0
1gdz
5 3
2gdz
分别以空气密度平均值ρm1、ρm2代 替ρ1、ρ2后，简化可得：
H N zg(m1 m 2 ) （3-3）
第一节 自然通风及动力
二、自然风压HN的计算
2.大气运动（风压）形成的自然风压计算
第二节 通风机械类型及构造
二、离心式通风机的构造和工作原理
1.风机构造：进风口、叶轮、螺形 机壳和前导器等部分组成。
2.工作原理：电机通过传动装置带动叶轮旋转，叶片流道间的 空气随叶片旋转而旋转，获得离心力，经叶端被抛出叶轮，进入 机壳，在机壳内速度逐渐减小，压力升高，经扩散器排出。同时， 在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于进风口压力），则此 压力差使进风口的风流流入叶片流道，自叶根流出。
压效率ηs。
t
HtQ 1000N
s
HsQ 1000N
设电动机的效率为ηm、传动效率为ηtτ时，电动机的输入功率
第二节 通风机械类型及构造
四、流体射流通风器的构造和工作原理
又称引射器，分为水气射流通6 风器和气气射2 流通风器。 1.构造：由喷嘴、7吸入室喉5管、扩散管以及风筒等部件组成。
矿井通风动力
矿井通风动力矿井通风动力是指矿井内空气流动的力学过程，它是矿井安全生产的重要保障。
好的通风能够有效降低矿井的温度、降低空气中的有害气体浓度，提高工作环境中的氧气含量，保持矿井内处于良好的通风状态，从而保障矿工的身体健康和生产的安全。
矿井通风动力主要是由风机设备提供动力，通过矿井内的空气流动来实现通风。
而矿井内的空气流动则是由两种气体压力带动的。
一种是矿井内的自然气流，另一种是人工驱动的风机气流。
矿井通风动力中，风机是不可或缺的关键设备。
现代化的煤矿往往配备了很多种类型的风机，主要有离心式风机、轴流式风机、混流式风机等等。
其中，离心式风机在矿井通风中应用最为广泛。
它的优点是结构紧凑、效率高、噪声少，且能适应各种不同的气流条件。
而轴流式风机则常用于需要大量风量的情况下，如隧道、地下车库等。
在矿井通风动力的设计中，一般需要考虑到矿井的形状、大小、开采方法、施工困难程度以及通风需求等多种因素。
通常使用CFD（Computational Fluid Dynamics）计算机模拟技术进行矿井通风动力的研究与设计，通过数学模型和数值模拟方法，能够更加精确地预测矿井内的气流情况，及时发现风量不足、氧气含量过低等问题。
除了风机设备，在矿井通风动力中还需要配备一些其他的辅助设备，如气流调节门、防爆器、断电器等等。
其中，气流调节门可以通过调整通风道口大小来控制通风气流的流量和流向；防爆器则能够保障矿井内的安全，防止起火爆炸所造成的伤害。
而断电器则是一种自动化设备，能够检测到风机或通风系统出现故障，并在发现故障时自动停机，避免了事故的发生。
总之，矿井通风动力是煤矿安全生产的重要环节。
通过合理的设计与配置，能够有效地保障矿工的身体健康和生产的安全。
未来，在高新技术领域的不断发展下，矿井通风动力将会更加精准、高效，为矿工带来更加安全、舒适的工作环境。
第三章 通风动力
Htd =Ht- hks
（3-13）
通风机装置静压Hsd因扩散器的结构形式和规格不同而有 变化，严格地说：
Hsd=Ht-（hks+hdk）
（3-14）
三、通风机相似定律
与类型特性曲线
1．通风机相似理论的作用
一、在设计新产品时，为了减少制造费用和试验费用， 需将原型泵与通风机缩小为模型，进行模型试验以验 证其性能是否达到要求； 二、在现有效率高、结构简单、性能可靠的通风机资 料中，选一台合适的作为模型，按相似关系对该型号 通风机进行设计，使得计算简单、性能可靠；
（2）运动相似。指两台通风机各对应点上的同名速 度方向相同，速度之比相等，即各对应点上的速度三 角形相似。
v1 A v1B v1C v1D v y1 D1n1 v2 A v2 B v2C v2 D v y 2 D2 n2
• （3）动力相似。指两台通风机过流部分对应点上的 流体质点所受的各同名力的比值相等，方向相同。 这些同名力有：惯性力、黏滞力、重力和压力。要 使这四种力同时满足相似条件，一般不易办到。实 际上，通风机运行时通常雷诺数很大，一般只考虑 风流压力的比值相等即可。
2．密度差形成自然风压的影响因素 • （1）某一回路中两侧空气柱的温差。
• （2）与大气温度或密度不等的有限空间高度。 当两侧空气柱温差一定时，自然风压与回路最高 与最低点（水平）间的高差z成正比。
• （3）空气成分、湿度和大气压力。
H N f ( z ) f [ (T , p, R, ) z ]
（3-5）
第二章 通风动力
• 第一节 自然通风动力（掌握） • 第二节 通风机械类型及构造原理 • 第三节 通风机实际特性曲线（掌握） • 第四节 通风机附属装置及设施 • 第五节 通风机合理工作范围及工况点调节 （掌握）
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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。
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所示图4-1-1 简化矿井通风系统系统的自然风压H N 可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ 4-1-1 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。
1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响H N 的主要因素。
影响气温差的主要因素是地面入风气温和风流与围岩的热交换。
其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。
大陆性气候的山区浅井，自然风压大小和方向受地面气温影响较为明显；一年四季，甚至昼夜之间都有明显变化。
由于风流与围岩的热交换作用使机械通风的回风井中一年四季中气温变化不大，而地面进风井中气温则随季节变化，两者综合作用的结果，导致一年中自然风压发生周期性的变化。
图4-1-2曲线1所示为某机械通风浅井自然风压变化规律示意图。
对于深井，其自然风压受围岩热交换影响比浅井显著，一处四季的变化较小，有的可能不会出现负的自然风压，如图4-1-2曲线2所示。
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，但影响较图4-1-2小。
3、井深。
由式4-1-2可见，当两侧空气柱温差一定时，自然风压与矿井或回路最高与最低点（水平）间的高差Z成正比。
4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。
因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向，加之风流与围岩的热交换，使冬季回风井气温高于进风井，在进风井周围形成了冷却带以后，即使风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时期内仍有一定的气温差，从而仍有一定的自然风压起作用。
有时甚至会干扰通风系统改变后的正常通风工作，这在建井时期表现尤其明显。
如淮南潘一矿及浙江长广一号井在建井期间改变通风系统时都曾遇到这个问题。
三、自然风压的控制和利用自然风压既是矿井通风的动力，也可能是事故的肇因。
因此，研究自然风压的控制和利用具有重要意义。
1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点，使在全年大部分时间内自然风压作用的方向与机械通风风压的方向一致，以便利用自然风压。
例如，在山区要尽量增大进、回风井井口的高差；进风井井口布置在背阳处等。
2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。
例如在冬季自然风压帮助机械通风时，可采用减小叶片角度或转速方法降低机械风压。
3、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。
图4-1-3a是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。
该矿为抽出式通风，风机型号为BY-2-№28，冬季AB平硐和BD立井进风，Q AB=2000m3/min，夏季平硐自然风压作用方向与主要通风机相反，平硐风流反向，出风量Q‘=300m3/min，反向风流把平硐某处涌出的瓦斯带至硐口的给煤机附近，因电火花引起瓦斯爆炸。
下面就此例分析平硐AB风流反向的条件及其预防措施。
如图4-1-3b所示，对出风井来说夏季存在两个系统自然风压。
ABB ’CEFA 系统的自然风压为 H Zg NA CB AF =-()'ρρDBB ’CED 系统的自然风压为 H Zg ND CB BE =-()'ρρ式中 ρCB’、、ρAF 和ρBE 分别为CB’、AF 和BE 空气柱的平均密度，kg/m 3.自然风压与主要通风机作用方向相反，相当于在平硐口A 和进风立井口D 各安装一台抽风机（向外）。
设AB 风流停滞，对回路ABDEFA 和ABB’CEFA 可分别列出压力平衡方程：22Q R H H Q R H H C NA S D ND NA =-=- 4-1-6式中 H S —风机静压，Pa ；Q —DBB’C 风路风量，m 3/S;R D 、R C —分别为DB 和BB’C 分支风阻，N ·S 2/m 8。
方程组4-1-6中两式相除，得H H H H R R NA ND S NA D C --= 4-1-7 此即AB 段风流停滞条件式。
当上式变为 H H H H R R NA ND S NA D C--> 4-1-8 则AB 段风流反向。
根据式4-1-8，可采用下列措施防止AB 段风流反向：（1）加大R D ；（2）增大H S ；（3）在A 点安装风机向巷道压风。
为了防止风流反向，必须做好调查研究和现场实测工作，掌握矿井通风系统和各回路的自然风压和风阻，以便在适当的时候采取相应的措施。
图4-1-3 自然风压使风流反向4、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路，形成自然风压，解决局部地区通风问题。
5、利用自然风压做好非常时期通风。
一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。
这在矿井制定事故预防和处理计划时应予以考虑。
四、自然风压测定1、平均密度测算法密度变化大的地方—井口、井底、倾斜巷道上、下，风温变化较大，变坡布置测点。
较短时间测定：P ，t ，t’，ρi若高差相等：若高差不等：例 如图4-1-4所示的通风系统，在利用气压计法测定该系统通风阻力的同时，测得了图中各测点的空气密度如表4-1-1，求此系统自然风压H N 。
表4-1-1解：2、直接测定1)有闸门∑==n i i m n 11ρρ∑==n i i im Z Z 11ρρ25213.111116==∑=-n i i im Z Z ρρPagZ H m m N 8.117)213.1250.1(3258.9)(11651=-⨯=-=--ρρ图4-1-4示意图2)井下密闭墙3、停主要通风机测定测定总回风量Q ，HN=RQ 24、简略计算法新井或延深，估算1)以该区域最冷或最热月份平均气温作为最冷或最热进风温度；2)井底温度比原岩温度低3~4℃，3)回风井按每上升100m 降低1 ℃估算平均值，密闭墙第二节通风机的类型及构造矿井通风的主要动力是通风机。
通风机是矿井的“肺脏”。
其日夜不停地运转，加之其功率大，因此其能耗很大。
据统计，全国部属煤矿主要通机平均电耗约占矿井电耗的16%。
所以合理地选择和使用通风机，不仅关系到矿井的安全生产和职工的身体健康，而且对矿井的主要技术经济指标也有一定影响。
矿用通风机按其服务范围可分为三种：1、主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）；2、辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主要通风机通风，以保证该分支风量；3、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。
按通风机的构造和工作原理可分为离心式通风机和轴流式通风机两种。
一、离心式通风机的构造和工作原理风机构造。
离心式通风机一般由进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和前导器等部分组成。
图4-2-1是G4-73-11型离心式通风机的构造。
工作轮是对空气做功的部件，由呈双曲线型的前盘、呈平板状的后盘和夹在两者之间的轮毂以及固定在轮毂上的叶片组成。
风流沿叶片间流道流动，在流道出口处，风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角，以β2表示。
根据出口构造角β2的大小，离心式通风机可分为前倾式（β2>90º)、径向式（β2=90º)和后倾式（β2<90º)三种，如图4-2-2。
β2不同，通风机的性能也不同。
矿用离心式通风机多为后倾式。
图4-2-1 离心式通风机图4-2-2 叶片出口构造角与风流速度图进风口有单吸和双吸两种。
在相同的条件下双吸风机叶（动）轮宽度是单吸风机的两倍。
在进风口与叶（动）轮之间装有前导器（有些通风机无前导器），使进入叶（动）轮的气流发生预旋绕，以达到调节性能之目的。
工作原理。
当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。
经叶端被抛出叶轮，进入机壳。
在机壳内速度逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。
与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于进风口压力），于是，进风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。
常用型号。
目前我国煤矿使用的离心式通风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。
这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。
型号参数的含义举例说明如下：G 4 — 73 — 1 1 № 25 D代表通风机的用途，K 表示 表示传动方式矿用通风机，G 代表鼓风机 通风机叶轮直径（25dm) 表示通风机在最高效率点时全压系数10倍化整 设计序号(1表示第一次设计） 表示通风机比转速(n s )化整 表示进风口数,1为单吸,0为双吸说明：（1）比转数n s 是反映通风机Q 、H 和n 等之间关系的综合特性参数。