2009年 7月 30日星期四,矿井通风,1
第四章 井巷通风阻力主要内容与基本要 求第一节 井巷通风阻力形式第二节 降低井巷通风阻力的方法第三节 井巷 等积孔与 井巷 风阻特性曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,2
主要内容与基本要求
1、理解井巷通风阻力的种类、产生的原因及其计算。
2、掌握降低通风阻力的措施与方法。
3、掌握井巷等积孔与的概念、物理意义及其计算。
4、掌握井巷风阻特性曲线的概念其物理意义。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,3
一、井巷通风阻力的概念二、通风阻力种类
1、摩擦阻力
2、局部阻力
3、正面阻力三、矿井通风阻力定律四、通风总阻力
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,4
一,井巷通风阻力的概念空气沿井巷流动时,井巷对风流所呈现的阻力 （ 如质点间的摩擦,碰撞,涡流流动,质点与巷道壁的摩擦,速度变化等 ） 统称为井巷通风阻力 。
)2()2( 2
2
2
2221
2
1
11121
vgzpvgzph
mm
风流从断面 1流到断面 2时为克服通风阻力而造成的压力降低值，称为压降，或风压损失。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,5
二,通风阻力种类
1,摩擦阻力
（ 1） 摩擦阻力的概念风流在井巷作均匀流动时,由于受到井巷壁面的限制,引起质点间相互摩擦 （ 内摩擦 ） 以及风流和井巷周壁的摩擦 （ 外摩擦 ）,这两种摩擦对风流呈现的阻力,称为摩擦阻力 。
用于克服摩擦阻力所造成的风压损失称为摩擦损失 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,6
（ 2） 摩擦阻力的计算达西公式：
PavdLh f 2
2
(1)
式中 L—— 管道长度,m
d—— 管道直径,m
v—— 管道中流体的平均流速,m/s
ρ—— 流体密度,kg/m3
λ—— 达西系数,无因次,由管道粗糙度和雷诺数决定的常数
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,7
P
sd 4?
2
8 vs
PLh
f
8
对非圆形巷道用水力半径来代替圆管直径：
（ 2）
将式（ 2）代入（ 1）得,Pa (3)
令,kg/m3
则把 α称为摩擦阻力系数。
式（ 3）可写成：
2v
s
PLh
f
Pa (4)
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,8
Pa (5)2
3 Qs
PLh
f
若通过井巷的风量为 Q，则 v=Q/s 代入上式得：
（ 3） 影响 α系数的因素由 α=λρ/8中可看出,影响 α的因素有两个 （ ρ,λ） 。
① ρ对 α的影响
α与 ρ成正比,而 ρ=f(p,T,φ ) )]3 7 8.01(483[
P
P
T
p B
② λ对 α的影响
α与 λ成正比，而 λ又是由井巷粗糙度和雷诺数所决定，因此，井巷粗糙度和雷诺数也是 α的影响因素。
故 α系数仅决定于井巷粗糙度而与 Re无关，在一定时期内，
α可视为常数。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,9
（ 4） α 系数的确定
① 查有关手册选取 （ 用于新设计的矿井 ）
注意 α 值在工程单位制中,因次为 kgfs2/m4。 化为国际单位制时乘以 g。
② 实际测定 α 值（用于生产矿井）
实测的根据是摩擦阻力公式：
2v
s
LPh
f
得 （ 1） 42
2 / mNsL P v
sh f
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,10
则把 Rf称为井巷的 摩擦风阻 。
2
3 Qs
LPh
f
3s
LPR
f
摩擦阻力公式可写成：
hf = Rf Q2
上式表明,任一井巷的摩擦阻力等于该井巷的摩擦风阻与流过该井巷的风量平方的乘积 。
（ 5）摩擦风阻对于具体的矿井或巷道来说，在一定时期内,α,L,P,s 都是不变的，均可看作常量令 Ns2/m8
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,11
2,局部阻力
（ 1） 局部阻力的概念风流流经井巷某些局部地点,使风流的速度或方向发生突然变化,导致风流本身产生剧烈的冲击和涡流现象,因而产生一个额外的阻力,这种阻力称为局部阻力 。
用于克服局部阻力而造成的风压损失叫局部损失 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,12
（ 2） 局部阻力种类
① 突然扩大的局部阻力
② 突然缩小的局部
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,13
式中 v1—— 风流未进入局部区段前的平均风速,m/s。
v2 —— 风流进入局部区段后的平均风速,m/s。
ξ1—— 与 v1相对应的局部阻力系数,无因次 。
ξ2 —— 与 v2相对应的局部阻力系数,无因次 。
Pavh 2
2
1
11
Pavh 2
2
2
21
（ 3）局部阻力的计算局部阻力的普遍公式为：
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,14
把 R1称为 局部风阻,则局部阻力公式可写成：
h1 = R1Q2 Pa
此式表明，局部阻力等于局部风阻与风量的乘积。
PaQsh 22
1
11 2
PaQsh 22
2
22 2
82
2
2
22
1
11 /mNs22 ssR
或：
在具体条件下,ρ,ξ1,ξ2,s都是常数。
则令
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,15
（ 4） 局部阻力系数的确定
1） 查有关手册选取
2） 测定局部阻力系数由局部阻力公式得：
2
1
1
1
2
v
h
2
2
22 2
v
h
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,16
3,正面阻力在井巷内,一些物体正对着风流,使空气只能在这些物体的周围流过,而使风速突然发生变化,风流前后互相冲击,而产生额外的阻力,这种阻力称为正面阻力 。
用于克服正面阻力而造成的能量损失称为正面损失 。
产生正面阻力的物体有：巷道堆积物，停放和行走的矿车，井筒中的罐笼等。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,17
三,矿井通风阻力定律
h = R Q2 Pa
R—— 井巷风阻,单位 Ns2/m8
它表明,当矿井总风量相同时,R大的矿井,通风阻力 h大,
意味着要提供较大的通风动力来克服,通风困难 。 R小的矿井
,h小,通风容易 。
当矿井通风阻力 h不变时,R大,进风量减小,表示通风困难,反之 R↓,Q ↑,表示通风容易 。
因此,井巷风阻 R是反映井巷通风难易的一个重要指标 。
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四,通风总阻力矿井通风总阻力：
h = Σ hf + Σ h1 + Σ hc Pa
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一,降低摩擦阻力二、降低局部阻力三、降低正面阻力
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,20
一,降低摩擦阻力根据 hf = Rf Q2关系式可以看出,要降低摩擦阻力,主要从两个因素来进行 。
1,降低摩擦风阻 Rf
要保证井巷流过一定的风量,降低 Rf,则摩擦阻力也随之减小,从 中可以看出,降低 Rf可从四个方面着手 。
1） 降低 α 。
Rf与 α 成正比,应使井巷壁面光滑,要求井巷施工质量高,尽量采用砼或砖和料石支护,支架支护则应排列整齐 。
3S
LPR f
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,21
2） 扩大巷道断面 s。
若不能扩大巷道断面时,可采用多条巷道并联通风来降低 Rf 。
3） 选用周界 P较小的井巷 。
在断面相等的条件下,圆形断面的周长最小,拱形次之,梯形最大 。
4） 减少巷道长 L。
在进行矿山设计时,就应在满足开采需要的条件下,尽可能缩短风路的长度,选择通风线路较短的通风系统 。
2,避免巷道风量过于集中尽量避免巷道风量过于集中,多采用多巷并联通风来减少通过巷道的风量 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,22
1,减少 ξ值 。
2,风速大的巷道,注意减少局部阻力 。
三,降低正面阻力
1,使巷道保持畅通,清除巷道堆集物 。
2,永久性的正面阻力物做成流线型 。
2
2
1
vh
二、降低局部阻力
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,23
一、井巷等积孔二,井巷风阻曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,24
一,井巷等积孔
1,概念假定在薄壁上有一个理想孔,其两侧的风压差与通过的风量,恰好等于井巷的通风阻力和通过井巷的风量,则此面积为
A（ m2） 的理想孔称为井巷的等积孔 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,25
2,计算列出 Ⅰ -Ⅰ,Ⅱ -Ⅱ 两截面的能量方程,由于是理想孔口,风流流过此孔不发生能量损失,不计阻力 。
2
2
2
21
vpp
2
2
2
21
vpph
孔口两侧的静压差的值就等于井巷的通风阻力 h,则得：
hv 2
2?
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,26
在断面 Ⅱ 处,由于风流收缩,风流断面 A2 =φA
Φ—— 收缩系数,对薄壁孔口出流一般 φ = 0.65。
故 A2=0.65A,流量 Q=A2v2=0.65Av2，
A
Qv
65.02?
h
QA
265.0
219.1 m
h
QA?
将标准密度 ρ=1.2kg/m3，代入上式得：
当阻力一定时，流量越大,A值越大。反之,Q↓,A↓，若 Q
大,h小，则说明通风容易，若 Q小,h大，则 A小，说明通风困难。
得,代入上式得：
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,27
将 h=RQ2 代入上式得,219.1
mRA?
82
2 /
42.1 mNs
AR?
或：
井巷等积孔 A大,就意味着井巷的风阻小,该井巷通风容易,
A小,R大,该井巷通风就显得困难,因此,等积孔 A的大小可衡量出井巷通风的难易程度 。
◆ 用 等积孔 A衡量矿井通风难易程度的分级标准 。
A < 1m2 大阻力矿
A = 1— 2m2 中阻力矿
A > 2m2 小阻力矿
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,28
◆ 王英敏分级标准矿井生产能力 （ 万吨 /年 ） 矿井等积孔 （ m2）
< 10 1
10— 50 1— 2
50— 100 2— 4
> 100 > 4
对于一台主要扇风机通风的矿井,矿井等积孔,可按上式进行计算 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,29
对于 n台扇风机通风的矿井：
2
1
2
3
19.1 m
hQ
Q
A
ii
n
l
式中,Q—— 矿井总风量,m3/ s；
Qi—— 第 i台扇风机的风量,m3/ s；
h i —— 第 i 台扇风机的风压,Pa。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,30
二,井巷风阻曲线当井巷或矿井的风阻为已知时,风量 Q与通风阻力 h只能按照阻力定律 h=RQ2变化,把 Q和 h这一依赖关系用图来表示,横坐标为 Q,纵坐标为 h,此图形为二次抛物线,此抛物线称为 井巷风阻曲线 或 矿井风阻特性曲线 。
020 RQdQ
dh
QQ
若 R值越大，曲线越陡,R值越小，
曲线越平缓。斜率
第四章 井巷通风阻力主要内容与基本要 求第一节 井巷通风阻力形式第二节 降低井巷通风阻力的方法第三节 井巷 等积孔与 井巷 风阻特性曲线
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主要内容与基本要求
1、理解井巷通风阻力的种类、产生的原因及其计算。
2、掌握降低通风阻力的措施与方法。
3、掌握井巷等积孔与的概念、物理意义及其计算。
4、掌握井巷风阻特性曲线的概念其物理意义。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,3
一、井巷通风阻力的概念二、通风阻力种类
1、摩擦阻力
2、局部阻力
3、正面阻力三、矿井通风阻力定律四、通风总阻力
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一,井巷通风阻力的概念空气沿井巷流动时,井巷对风流所呈现的阻力 （ 如质点间的摩擦,碰撞,涡流流动,质点与巷道壁的摩擦,速度变化等 ） 统称为井巷通风阻力 。
)2()2( 2
2
2
2221
2
1
11121
vgzpvgzph
mm
风流从断面 1流到断面 2时为克服通风阻力而造成的压力降低值，称为压降，或风压损失。
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二,通风阻力种类
1,摩擦阻力
（ 1） 摩擦阻力的概念风流在井巷作均匀流动时,由于受到井巷壁面的限制,引起质点间相互摩擦 （ 内摩擦 ） 以及风流和井巷周壁的摩擦 （ 外摩擦 ）,这两种摩擦对风流呈现的阻力,称为摩擦阻力 。
用于克服摩擦阻力所造成的风压损失称为摩擦损失 。
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（ 2） 摩擦阻力的计算达西公式：
PavdLh f 2
2
(1)
式中 L—— 管道长度,m
d—— 管道直径,m
v—— 管道中流体的平均流速,m/s
ρ—— 流体密度,kg/m3
λ—— 达西系数,无因次,由管道粗糙度和雷诺数决定的常数
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P
sd 4?
2
8 vs
PLh
f
8
对非圆形巷道用水力半径来代替圆管直径：
（ 2）
将式（ 2）代入（ 1）得,Pa (3)
令,kg/m3
则把 α称为摩擦阻力系数。
式（ 3）可写成：
2v
s
PLh
f
Pa (4)
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Pa (5)2
3 Qs
PLh
f
若通过井巷的风量为 Q，则 v=Q/s 代入上式得：
（ 3） 影响 α系数的因素由 α=λρ/8中可看出,影响 α的因素有两个 （ ρ,λ） 。
① ρ对 α的影响
α与 ρ成正比,而 ρ=f(p,T,φ ) )]3 7 8.01(483[
P
P
T
p B
② λ对 α的影响
α与 λ成正比，而 λ又是由井巷粗糙度和雷诺数所决定，因此，井巷粗糙度和雷诺数也是 α的影响因素。
故 α系数仅决定于井巷粗糙度而与 Re无关，在一定时期内，
α可视为常数。
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（ 4） α 系数的确定
① 查有关手册选取 （ 用于新设计的矿井 ）
注意 α 值在工程单位制中,因次为 kgfs2/m4。 化为国际单位制时乘以 g。
② 实际测定 α 值（用于生产矿井）
实测的根据是摩擦阻力公式：
2v
s
LPh
f
得 （ 1） 42
2 / mNsL P v
sh f
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则把 Rf称为井巷的 摩擦风阻 。
2
3 Qs
LPh
f
3s
LPR
f
摩擦阻力公式可写成：
hf = Rf Q2
上式表明,任一井巷的摩擦阻力等于该井巷的摩擦风阻与流过该井巷的风量平方的乘积 。
（ 5）摩擦风阻对于具体的矿井或巷道来说，在一定时期内,α,L,P,s 都是不变的，均可看作常量令 Ns2/m8
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2,局部阻力
（ 1） 局部阻力的概念风流流经井巷某些局部地点,使风流的速度或方向发生突然变化,导致风流本身产生剧烈的冲击和涡流现象,因而产生一个额外的阻力,这种阻力称为局部阻力 。
用于克服局部阻力而造成的风压损失叫局部损失 。
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（ 2） 局部阻力种类
① 突然扩大的局部阻力
② 突然缩小的局部
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式中 v1—— 风流未进入局部区段前的平均风速,m/s。
v2 —— 风流进入局部区段后的平均风速,m/s。
ξ1—— 与 v1相对应的局部阻力系数,无因次 。
ξ2 —— 与 v2相对应的局部阻力系数,无因次 。
Pavh 2
2
1
11
Pavh 2
2
2
21
（ 3）局部阻力的计算局部阻力的普遍公式为：
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,14
把 R1称为 局部风阻,则局部阻力公式可写成：
h1 = R1Q2 Pa
此式表明，局部阻力等于局部风阻与风量的乘积。
PaQsh 22
1
11 2
PaQsh 22
2
22 2
82
2
2
22
1
11 /mNs22 ssR
或：
在具体条件下,ρ,ξ1,ξ2,s都是常数。
则令
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（ 4） 局部阻力系数的确定
1） 查有关手册选取
2） 测定局部阻力系数由局部阻力公式得：
2
1
1
1
2
v
h
2
2
22 2
v
h
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,16
3,正面阻力在井巷内,一些物体正对着风流,使空气只能在这些物体的周围流过,而使风速突然发生变化,风流前后互相冲击,而产生额外的阻力,这种阻力称为正面阻力 。
用于克服正面阻力而造成的能量损失称为正面损失 。
产生正面阻力的物体有：巷道堆积物，停放和行走的矿车，井筒中的罐笼等。
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三,矿井通风阻力定律
h = R Q2 Pa
R—— 井巷风阻,单位 Ns2/m8
它表明,当矿井总风量相同时,R大的矿井,通风阻力 h大,
意味着要提供较大的通风动力来克服,通风困难 。 R小的矿井
,h小,通风容易 。
当矿井通风阻力 h不变时,R大,进风量减小,表示通风困难,反之 R↓,Q ↑,表示通风容易 。
因此,井巷风阻 R是反映井巷通风难易的一个重要指标 。
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四,通风总阻力矿井通风总阻力：
h = Σ hf + Σ h1 + Σ hc Pa
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,19
一,降低摩擦阻力二、降低局部阻力三、降低正面阻力
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一,降低摩擦阻力根据 hf = Rf Q2关系式可以看出,要降低摩擦阻力,主要从两个因素来进行 。
1,降低摩擦风阻 Rf
要保证井巷流过一定的风量,降低 Rf,则摩擦阻力也随之减小,从 中可以看出,降低 Rf可从四个方面着手 。
1） 降低 α 。
Rf与 α 成正比,应使井巷壁面光滑,要求井巷施工质量高,尽量采用砼或砖和料石支护,支架支护则应排列整齐 。
3S
LPR f
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2） 扩大巷道断面 s。
若不能扩大巷道断面时,可采用多条巷道并联通风来降低 Rf 。
3） 选用周界 P较小的井巷 。
在断面相等的条件下,圆形断面的周长最小,拱形次之,梯形最大 。
4） 减少巷道长 L。
在进行矿山设计时,就应在满足开采需要的条件下,尽可能缩短风路的长度,选择通风线路较短的通风系统 。
2,避免巷道风量过于集中尽量避免巷道风量过于集中,多采用多巷并联通风来减少通过巷道的风量 。
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1,减少 ξ值 。
2,风速大的巷道,注意减少局部阻力 。
三,降低正面阻力
1,使巷道保持畅通,清除巷道堆集物 。
2,永久性的正面阻力物做成流线型 。
2
2
1
vh
二、降低局部阻力
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一、井巷等积孔二,井巷风阻曲线
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一,井巷等积孔
1,概念假定在薄壁上有一个理想孔,其两侧的风压差与通过的风量,恰好等于井巷的通风阻力和通过井巷的风量,则此面积为
A（ m2） 的理想孔称为井巷的等积孔 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,25
2,计算列出 Ⅰ -Ⅰ,Ⅱ -Ⅱ 两截面的能量方程,由于是理想孔口,风流流过此孔不发生能量损失,不计阻力 。
2
2
2
21
vpp
2
2
2
21
vpph
孔口两侧的静压差的值就等于井巷的通风阻力 h,则得：
hv 2
2?
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在断面 Ⅱ 处,由于风流收缩,风流断面 A2 =φA
Φ—— 收缩系数,对薄壁孔口出流一般 φ = 0.65。
故 A2=0.65A,流量 Q=A2v2=0.65Av2，
A
Qv
65.02?
h
QA
265.0
219.1 m
h
QA?
将标准密度 ρ=1.2kg/m3，代入上式得：
当阻力一定时，流量越大,A值越大。反之,Q↓,A↓，若 Q
大,h小，则说明通风容易，若 Q小,h大，则 A小，说明通风困难。
得,代入上式得：
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,27
将 h=RQ2 代入上式得,219.1
mRA?
82
2 /
42.1 mNs
AR?
或：
井巷等积孔 A大,就意味着井巷的风阻小,该井巷通风容易,
A小,R大,该井巷通风就显得困难,因此,等积孔 A的大小可衡量出井巷通风的难易程度 。
◆ 用 等积孔 A衡量矿井通风难易程度的分级标准 。
A < 1m2 大阻力矿
A = 1— 2m2 中阻力矿
A > 2m2 小阻力矿
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◆ 王英敏分级标准矿井生产能力 （ 万吨 /年 ） 矿井等积孔 （ m2）
< 10 1
10— 50 1— 2
50— 100 2— 4
> 100 > 4
对于一台主要扇风机通风的矿井,矿井等积孔,可按上式进行计算 。
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对于 n台扇风机通风的矿井：
2
1
2
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19.1 m
hQ
Q
A
ii
n
l
式中,Q—— 矿井总风量,m3/ s；
Qi—— 第 i台扇风机的风量,m3/ s；
h i —— 第 i 台扇风机的风压,Pa。
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二,井巷风阻曲线当井巷或矿井的风阻为已知时,风量 Q与通风阻力 h只能按照阻力定律 h=RQ2变化,把 Q和 h这一依赖关系用图来表示,横坐标为 Q,纵坐标为 h,此图形为二次抛物线,此抛物线称为 井巷风阻曲线 或 矿井风阻特性曲线 。
020 RQdQ
dh
若 R值越大，曲线越陡,R值越小，
曲线越平缓。斜率
