第三章 矿井通风阻力分析

第三章 矿井通风阻力

矿井通风阻力：矿井风流流动过程中，在风流内部粘滞力和惯性力、井巷壁面的外部阻滞、障碍物的扰动作用下，部分机械能不可逆地转换为热能而引起的机械能损失。或风流流动过程中的阻滞作用，称通风阻力。分摩擦阻力和局部阻力。

§3—1 摩擦阻力

一、摩擦阻力定律

由于空气具有粘性，空气在流动过程中与井巷四周壁的摩擦以及空气分子之间的相互摩擦而产生的阻碍风流流动的阻力，称摩擦阻力。摩擦阻力是矿井通风的重要参数。风流在紊流状态下的摩擦阻力表达式为：

h 摩＝α23Q S

LU

式中： h 摩—井巷的摩擦阻力，Pa ；

L —井巷长度

U —井巷断面周长，m 。梯形U ＝4.16S ；三心拱：U ＝4.1S ；

半园拱：U ＝3.84S 。

S —井巷断面，m 2；

Q —井巷通过的风量，m 3/s ；

α—井巷的摩擦阻力系数（又叫达西系数），α＝8

λρ

，与井巷的粗糙度（λ）、空气的密度（ρ）有关，见附表。

上式说明：当井巷通过的风量一定时，摩擦阻力与巷道的长度与断面的周长成正比，与断面的立方成反比；当井巷的参数一定时，通风阻力与井巷通过风量的平方成正比。因此，当井巷变形，通风阻力很大时，采取扩充巷道断面来降低通风阻力往往是最佳措施；采取分区通风，避免风量过分集中，可取得良好的降阻效果。

对于一定的井巷，其参数在一定时期内是一定的，令R 摩＝α3S

LU

——称摩

擦风阻，则上式为：

h 摩＝R 摩Q 2

必须注意：①h 摩是1立方米空气在流动过程中的能量损失，R 摩是风流流动的阻抗参数，取决于巷道特征；

②h 摩＝R 摩Q 2，即井巷通过风量的变化而变化，R 摩＝α

3S

LU

，对于特定的井巷是个定值，不随风量变化而变化。

二、降低摩擦阻力的措施

1、扩大井巷断面，是降阻的主要措施；

2、缩短风路，如密闭旧巷等；

3、选用周边长较小的井巷断面；

4、选用粗糙度小的材料支护；

5、避免风量的过度集中等。

例：某梯形木支护巷道长为400m ，断面4.6m 2，通过的风量8m 3/s ，测得 h 摩＝39.2Pa ，求R 摩＝？α＝？若其他条件不变，通过的风量16m 3/s 时，h 摩＝？

解：R 摩＝

2O h 摩＝2

82

.39＝0.6125 α＝LU RS 3

＝6

.416.44006.46125.03⨯⨯＝0.0167

h 摩＝R 摩Q 2＝0.6125×162＝156.8 （Pa ）

显然，风量增加1倍，阻力增加了4倍。

上例中，若其他条件不变，断面为6.9 m 2时，求h 摩＝？ h 摩＝α

2

3Q S LU ＝23

89

.69.616.44000167.0⨯⨯⨯＝14.22 （Pa ） 即断面增加50%，阻力为原来的9.1%。

§3—2 局部阻力

因井巷参数的突然变化，导致风流方向的突然改变或冲击，形成风流的紊乱或涡流而产生的阻力叫局部通风阻力。

一、局部通风阻力定律

h 局＝ξ

22

2Q S

ρ

式中： h 局—井巷的局部通风阻力，Pa ；

ξ—局部阻力系数，见附表。

ρ —空气密度；kg/m 3；

S —井巷断面积，m 2；

Q —井巷通过的风量，m 3/s 。

对于特定的井巷，其参数为一常数，令R 局＝ξ2

2S ρ

——称局部风阻，则上

式为：

h 局＝R 局Q 2

在进行通风设计时，局部阻力一般不计算，一般按摩擦阻力的10%计入，即取摩擦阻力的1.1倍作为矿井通风的总阻力。

二、降低局部阻力的措施

1、避免巷道突然转弯、突然分叉与汇合等。巷道拐弯要平缓，以弧形过度，并加大曲率半径，尽量避免直角转弯。根据实验，巷道一个直角转弯的阻力相当于83m 长同等断面直线巷道的阻力。

2、避免断面突然变化。巷道断面突然扩大和缩小的地方风流变化剧烈，风流产生涡流，致使风流受到冲击和阻碍，因此，在掘进巷道时要尽量做到断面一致，需要扩大或缩小时，要通过过渡段，采用逐步扩大或缩小的方式，以减少局部通风阻力。

3、要及时清除巷道中的堆积物，避免在风量集中断面较小的巷道内停放矿车、设备、坑木等。如一个相当于巷道断面积15%～20%矿车的阻力相当于30m 长巷道的阻力；若矿车占停放巷道断面的40%时，则相当于120m 长的巷道阻力。因此，巷道中不应放置和堆积无用的东西，如果需要暂时堆放时，也应疏散放置，特别是采煤工作面的上下风巷更应注意。

4、通风机风流入口处要按集风器，风流出口要按扩散器；局部通风的风筒

要吊挂平直等。

§3—3 通风阻力定律

一、矿井通风阻力定律 1、矿井通风阻力定律

矿井通风的摩擦阻力、局部阻力以及其他阻力等，构成矿井通风的总阻力，可用下式表示：

h ＝⎪⎭

⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧）（过渡流，（层流）（完全紊流）2~12

x

RQ RQ RQ

矿井通风多为紊流，即：h ＝RQ 2。由该式可知：

①井巷通过的风量越大，通风阻力越大。对于特定的巷道要增加风量时，必须提高井巷两端的压力差；

②特定井巷的风量，取决于井巷的风压与风阻以及风阻的匹配情况，即特定井巷的风量并不是任意给的。

2、风阻特性曲线

以纵坐标表示通风阻力，以横坐标表示 通过的风量，所得的二次曲线，称风阻特性 曲线，如图。

（方法：分别给出风量值，求出对应的阻力值，

在坐标图上找出坐标点，然后用平滑的曲线连接可得）

例：分别绘制 h ＝0.1Q 2和h ＝0.2Q 2的风阻特性曲线。

解：由h ＝0.1Q 2和h ＝0.2Q 2，当分别给出不同的风量值时，对应的风压值

显然，井巷风阻越大，曲线越陡； 井巷风阻越小，曲线越平缓。

风阻曲线可图解法解算通风网路，如求矿井主要通风机的工作点等。 二、井巷通风特性