1、,第三章 井巷通风阻力,摩擦阻力和局部阻力产生的原因 两种阻力的测算 降低矿井通风阻力的措施,一、风流流态 1、管道流同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流(或湍流)。雷诺数Re 式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数 。 在实际工程计算中，为简便起见，通常以Re=2300作为管道流动流态的判定准数，即： Re2300 层流， Re2300 紊流 当量直径：对非圆形断面的井巷，以井巷断面的当量直
2、径de来表示。,第一节 井巷断面上风速分布,第一节 井巷断面上风速分布,因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系，可用下式表示：式中：C断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90。 2、孔隙介质流在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：式中：K冒落带渗流系数，m2；l滤流带粗糙度系数，m。层流，Re0.25； 紊流，Re2.5； 过渡流 0.25Re2.5,第一节 井巷断面上风速分布,二、井巷断面上风速分布 紊流脉动风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则 时均速度瞬时速度 vx 随时间的变化。其值虽然
3、不断变化，但在一足够长的时间段 T 内，流速 vx 总是围绕着某一平均值上下波动。,第一节 井巷断面上风速分布,巷道风速分布由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。平均风速：式中： 为巷道通过的风量Q。则：QV S,第一节 井巷断面上风速分布,风速分布系数 断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示：巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均
4、匀。砌碹巷道，Kv=0.80.86；木棚支护巷道，Kv=0.680.82；无支护巷道，Kv=0.740.81。,第一节 井巷断面上风速分布,一、摩擦阻力风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。一般摩擦阻力要占能量方程中通风阻力的8090，它是矿井通风设计，选择扇风机的主要参数，也是生产中分析与改善矿井通风工作的主要对象。由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计算：无因次系数，即沿程阻力系数，通过实验求得；d圆形风管直径，非圆形管用当量直径。 1、流动阻力系数尼古拉兹实验结果实际流体在流动
5、过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。,第二节 摩擦风阻和阻力,尼古拉兹把经过筛分、粒径为的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒的直径就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度与管道半径r的比值/r称为相对糙度。以水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出与Re的关系曲线，如图3-2-1所示。结论分析： 区层流区。当Re2320(
6、即lgRe3.36)时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线上。这表明与相对糙度/r无关，只与Re有关，且=64/Re。与相对粗糙度无关。 区过渡流区。2320Re4000(即3.36lgRe3.6)，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段上。随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。,第二节 摩擦风阻和阻力,尼古拉兹实验结果,第二节 摩擦风阻和阻力,区水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽已处于紊流状态(Re4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度大于管道的绝对糙度（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线上，表明与仍然无关，而只
7、与Re有关。随着Re的增大，相对糙度大的管道，实验点在较低Re时就偏离直线，而相对糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线。区紊流过渡区，即图中所示区段。在这个区段内，各种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线，值既与Re有关，也与/r有关。,第二节 摩擦风阻和阻力,区水力粗糙管区。在该区段，Re值较大，管内液流的层流边层已变得极薄，有，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故Re对值的影响极小，略去不计，相对糙度成为的唯一影响因素。故在该区段，与Re无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：注：矿井巷道中的风流，其性质与上面完全一样，且矿井巷道的粗糙度较
8、大，因此在较小的Re时就开始由层流变为紊流；此外，由于大多数矿井巷道风流的Re均大于100000，故值仅决定于井巷壁的相对粗糙度而与Re无关。在一定时期内，各井巷壁的相对粗糙度可认为不变，因之值即为常量。,第二节 摩擦风阻和阻力,2、层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式： = 可得圆管层流时的沿程阻力系数： ，可见古拉兹实验所得到的层流时与Re的关系与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。即有结论：层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。 3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，=f (Re，/r)，关系比较复杂。用当量直径de=4S/U代
9、替d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：,第二节 摩擦风阻和阻力,二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 1摩擦阻力系数矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m3。对上式， 令：称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 N.s2/m4。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：,第二节 摩擦风阻和阻力,标准摩擦阻力系数： 通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准0值，当井巷中空气密度1.2kg/m3时，其值
10、应按下式修正：对于砌碹和锚喷巷道，壁面粗糙程度可用尼古拉兹实验的相对粗糙度来表示，可直接查出摩擦阻力系数值。相对支架巷道而言，砌碹和锚喷巷道摩擦阻力系数值不是很大，但随着相对粗糙度的增大而增大。,第二节 摩擦风阻和阻力,对于用木棚子、工字钢、U型钢和混凝土棚等支护巷道，要同时考虑支架的间距和支架厚度，其粗糙度用纵口径来表示。如图所示，纵口径是相邻支架中心线之间的距离L（m）与支架直径或厚度d0（m）之比，即：,图 纵口径与摩擦阻力系数关系曲线,第二节 摩擦风阻和阻力,2摩擦风阻Rf对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的、L、U、S 归结为一个参数Rf：Rf 称为巷道的摩擦风阻，
11、其单位为：kg/m7 或 N.s2/m8。工程单位：kgf .s2/m8 ，或写成：k。1 N.s2/m8= 9.8 k,第二节 摩擦风阻和阻力,Rff ( ,S,U,L) 。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度一般变化不大时，可将R f 看作是反映井巷几何特征的参数。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。即在完全紊流情况下的摩擦阻力定律。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。 三、井巷摩擦阻力计算方法新建矿井：查表得0 Rf hf生产矿井：hf Rf 0 0标准阻力系数；阻力系数； Rf巷道的摩擦风阻；hf巷道摩擦阻力,第二节
12、摩擦风阻和阻力,例1 某梯形木支架煤巷，长200米，断面积为4m2，沿断面的周长为8.3m，巷道摩擦阻力系数通过查表得到的标准值为0.018Ns2/m4，若通过巷通的风量为960m3/min，试求其摩擦阻力?因此，该巷道的摩擦阻力为119.5Pa。 例2、某设计巷道为梯形断面，S=8m2，L=1000m，采用工字钢棚支护，支架截面高度d0=14cm，纵口径=5，计划通过风量Q=1200m3/min，预计巷道中空气密度=1.25kg/m3，求该段巷道的通风阻力。 根据所给的d0、S值，由附表查得:0 =284.21040.88=0.025Ns2/m4 则：巷道实际摩擦阻力系数 Ns2m4 巷道摩
13、擦风阻 巷道摩擦阻力,第二节 摩擦风阻和阻力,在风流运动过程中，由于井巷边壁条件的变化，风流在局部地区受到局部阻力物（如巷道断面突然变化，风流分叉与交汇，断面堵塞等）的影响和破坏，引起风流流速大小、方向和分布的突然变化，导致风流本身产生很强的冲击，形成极为紊乱的涡流，造成风流能量损失，这种均匀稳定风流经过某些局部地点所造成的附加的能量损失，就叫做局部阻力。 一、局部阻力及其计算和摩擦阻力类似，局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示：式中：局部阻力系数，无因次。层流计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S，当确定后，便可用,第三节 局部风阻和阻力,几种常见的局部阻力产生的类型： 、突变紊
14、流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为 V hv p ，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。,第三节 局部风阻和阻力,、转弯处流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。、分岔与会合上述的综合。 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。,第三节 局部风阻和阻力,二、局部阻力系数和局部风阻 1、局部阻力系数紊流局部阻力系数一般
15、主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。 突然扩大或 式中： v1、v2分别为小断面和大断面的平均流速，m/s；S1、S2分别为小断面和大断面的面积，m；m空气平均密度，kg/m3。 对于粗糙度较大的井巷，可进行修正,第三节 局部风阻和阻力,突然缩小 对应于小断面的动压 ，值可按下式计算： 逐渐扩大逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。当20时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：式中 风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4；n风道大、小断面积之比，即21；扩张角。,第三节 局部风阻和阻力,转弯 巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度)
16、可按下式计算： 当巷高与巷宽之比H/b=0.21.0 时，当 H/b=12.5 时式中 0假定边壁完全光滑时，90转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-1； 巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4； 巷道转弯角度影响系数，见表3-3-2。,第三节 局部风阻和阻力,风流分叉与汇合 风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，12段的局部阻力hl2和13段的局部阻力hl3分别用下式计算：风流汇合如图所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分别按下式计算：式中：,第三节 局部风阻和阻力,计算局部阻力时，先要根据井巷局部地点的特征，对照前人实验查出局部阻力系数，然后用其指定的相应风速V进行计算：,第三节 局部风
17、阻和阻力,第三节 局部风阻和阻力,2、局部风阻在局部阻力计算式中，令 ，则有：式中Rl称为局部风阻，其单位为N.s2/m8或kg/m7。,上式为完全紊流状态下的局部阻力定律，R局与R摩一样，也可看作局部阻力物的一个特征参数，它反映的是风流通过局部阻力物时通风的难易程度。R局一定时，h局与Q的平方成正比。,第三节 局部风阻和阻力,例 某水平巷道如图所示，用压差计和胶皮管测得1-2及1-3之间的阻力分别为295Pa和440Pa，巷道的断面积均等于6，周长10m，通过的风量为40 ，求巷道的摩擦阻力系数及拐弯处的局部阻力系数。,解题思路： 先测定出12断面之间的总阻力h1-2,再用公式,计算出12断
18、面之间的摩擦阻力，减去摩擦阻力，得到局部阻力值，再用公式 计算得到局部阻力系数 。,第三节 局部风阻和阻力,解: （1） 2-3段的阻力为：,（2） 摩擦阻力系数为：,（3） 1-2段的摩擦阻力为：,（4） 拐弯处的局部阻力为：,（5） 巷道中的风速为：,（6） 局部阻力系数为：,第三节 局部风阻和阻力,一、井巷阻力特性在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故可写成一般形式：hRQ2 Pa 。对于特定井巷，R为定值。用纵坐标表示通风阻力(或压力)，横坐标表示通过风量。根据上式即可画出一条抛物线，称为该井巷的阻力特性曲线。风阻R越大，曲线越陡。,第三节 局部风阻和阻力,二、矿井总
19、风阻从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力hRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。已知矿井通风总阻力hRm和矿井总风量Q，即可求得矿井总风阻：单位： N.s2/m8 Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大，矿井通风越困难； 三、矿井等积孔 我国常用矿井等积孔(与矿井风阻值相当的孔) 作为衡量矿井通风难易程度的指标。 假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为 A(m2)的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量， 且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则 孔口面积A称为该矿井的等积孔。,第四节 矿井总风阻与等积孔,设风流从I II，且无能量损失
20、，（风速v10） 则有：得：风流收缩处断面面积A2与孔口面积A之比称为收缩系数，由水力学可知，一般=0.65，故A2=0.65A。则v2Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：取=1.2kg/m3，则: ， 因Rm=hm2，故有：由此可见，如果矿井的通风阻力h相同，等积孔A大的矿井，风量Q必大，表示通风容易；等积孔A小的矿井，风量Q必小，表示通风困难。故可以表示矿井通风的难易程度。当A，容易；A 2，中等；A困难。,第四节 矿井总风阻与等积孔,例3、某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力hRm=2800Pa，矿井总风量Q=70m3/s，求矿井总风阻Rm和等积孔A，评价其通风难易程度。
21、 解 对照表3-4-1可知，该矿通风难易程度属中等。 注： 对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作系统的通风阻力和风量，分别计算各主要通风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。 表3-4-1所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格(Murgue)根据当时的生产情况提出的3，一直沿用至今。由于现代的矿井规模、开采方法、机械化程度和通风机能力等较以前已有很大的发展和提高，表中的数据对小型矿井还有一定的参考价值，对大型矿井或多风机通风系统的矿井，衡量通风难易程度的指标还有待研究。,第四节 矿井总风阻与等积孔,煤科院抚顺分院提出，根据煤炭产量及瓦斯等级确定的矿井通风难易程度的分级标准
22、。,第四节 矿井总风阻与等积孔,注：对矿井来说，上述公式只能计算单台通风机工作时的矿井等积孔大小，对于多台通风机工作矿井等积孔的计算，应根据全矿井总功率等于各台主要通风机工作系统功率之和的原理计算出总阻力，得矿井通风总阻力,而总风量等于各台主要通风机风路上的风量之和，即：上式即是多台主要通风机矿井等积孔的计算公式。,第四节 矿井总风阻与等积孔,例4、已知矿井总阻力为1440Pa，风量为60m3/s，试求该矿井的风阻与等积孔?如生产上要求将风量提高到70m3/s ，问风阻与等积孔之值是否改变?阻力增加到多少?解：当井巷的规格尺寸与连接形式没有改变及采掘工作面没有移动时，则风量的增加并不改变等积孔
23、与风阻之值。由于风量增加到70m3/s，故阻力增加到： hRQ20.47021960 Pa 注：物体在单位时间内所做的功叫做功率，其计量单位是Nm/s。风流的风压h乘风量Q的计量单位就是N/m2m3/s Nm/s。故风流功率N的计算式为: N=hQ/1000，kW 矿井一天的通风电费是：式中e:每度电的单价，y/(kWh)； :风机、输电、变电、传动等总效率。直接传动时，取0.6；间接传动时，取0.5。,第四节 矿井总风阻与等积孔,例4、如图所示的矿井，左右两翼的通风阻力分别是；hr11274Pa；hr21960Pa通过两翼主扇的风量分别是Qf160m3/s；Qf270m3/s。两翼的外部漏风
24、率分别是Le14%；Le25%。则两翼不包括漏风的风量分别是：Qm1(1Le1)Qf1(14%)6057.6m3/sQm2(1Le2)Qf2(15%)7066.5m3/s 两翼(不包括外部漏风)的风阻分别是：R1hr1/Qm121274/(57.6)20.38399N.s2/m8R2hr2/Qm221960/(66.5)20.44321N.s2/m8两翼(不包括外部漏风)的等积孔分别是：,第四节 矿井总风阻与等积孔,为了计算全矿的总风阻和总等积孔，须先求出全矿的总阻力hr，因全矿的风流总功率等于左右两翼风流的功率之和，即hr(Qm1Qm2)hr1Qm1hr2Qm2，W故 则全矿不包括外部漏风的
25、总风阻是： 全矿不包括外部漏风的总等积孔是： 对于用多台主扇通风的矿井，都要用这种方法计算全矿的总风阻和总等积孔。只有hr1hr2时，才能用AA1A2计算。设两翼主扇的风压分别等于其通风阻力。则两翼的通风电费分别为：,第四节 矿井总风阻与等积孔,一、降低井巷摩擦阻力措施 1减小摩擦阻力系数。 2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。 3选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。 4减少巷道长度。 5避免巷道内风量过于集中。 二、降低局部阻力措施：局部阻力与值成正比，与断面的平方成反比。因此
26、，为降低局部阻力，应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。尽可能避免井巷直角转弯或大于90的转弯，主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。,第五节 降低矿井通风阻力措施,第五节 降低矿井通风阻力措施,当连接不同断面的巷道时，要把连接的边缘做成斜线或圆弧型。,巷道拐弯时，转角越小越好。在拐弯的内侧做成斜线型和圆弧型。要尽量避免出现直角弯。巷道尽可能避免突然分叉和突然汇合，在分叉和汇合处的内侧也要做成斜线或圆弧型。,第五节 降低矿井通风阻力措施,测风风量是单位时间通过井巷断面的空气体积，等于
27、井巷断面积与通过井巷的平均风速的乘积。因此，测量风量时必然测定风速。风速和风量测定时矿井通风测定技术中的重要组成部分，也是矿井通风管理中的基础性工作。规程规定：矿井必须建立测风制度，每10天进行一次全面测风。对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。矿井应根据测风结果采区措施，进行风量调节。,第六节 风量与通风阻力测试,一、巷道内风速分布 空气在井巷中流动时，风速在巷道断面上的分布不均匀。一般在巷道轴心部分的风速最大，靠近巷道周壁部分的风速最小。通常所谓巷道内的风速都是指平均风速。平均风速与最大风速的比值称为巷道的风速分布系数，Kv，其值与
28、井巷的粗糙度有关，巷道壁面越光滑，Kv越大，即断面上的风速分布越均匀。 二 测风仪表 测量井巷风速的仪表叫风表，又称风速计。目前煤矿重常用的风表按照结构个原理不同可以分为机械式、热效式、电子叶轮式和超声波等几种。 1、机械式风表 是目前煤矿采用最广泛的风表，全部采用机械结构，多用于测量平均风速，也可以用于点风速的测定。按其感受风力部件的形状不同，有分为叶轮式和杯式两种，其中杯式主要是气象部门，叶轮式在煤矿应用广泛。 结构原理：机械叶轮式风表由叶轮、传动涡轮、蜗杆、计数器、回零压杆、离合闸板、护壳等构成，如图所示。,第六节 风量与通风阻力测试,风表的叶轮由8个铝合金叶片组成，叶片与转轴的垂直平面
29、构成一定的角度，当风流吹动叶轮时，通过传动机构将运动传给计数器3、指示出叶轮的转速，离合闸板4的作用是使计数器与叶轮轴连结或分开，用于开关计数器。回零压杆5的作用是能够使风表的表针回零。分类：风表按风速的测定范围不同分为高速风表（0.825m/s）、中速风表（0.5-10m/s）、和低速风表（0.35m/s）三种。三种风表的结构大致相同，只是叶片的厚度不同。启动风速存在有一定的差异。,1-叶轮， 2-蜗杆轴， 3-计数器 4-离合闸板， 5-回零压杆，6护壳,第六节 风量与通风阻力测试,风表校正 由于风表结构和使用中机件磨损、腐蚀等影响，通常风表的计数器所指示的风速并不是实际风速。表速（指示风
30、速）与真风速之间的关系可用风表校正曲线来表示。风表出厂时都附有该风表的校正曲线。风表经过一段时间使用后，还必须按照规定重新进行检修和校正，得出新的风表校正曲线，如图所示为校正曲线示意图。,V真=a+bV表 V真真风速m/s a-表明风表启动初速的常数，取决于风表的转动部件的惯性和摩擦力 b-校正常数，取决于风表的构造尺寸 V表风表的指示风速m/s,风表校正曲线,第六节 风量与通风阻力测试,校正原理 对机械传动的风表，真实风速和表的读数之间应保持线性关系，通过风表校正使不同的已知风速通过风表，得出相应的真实风速、表读风速的坐标点，但这些点很难全部落在一条直线上，为求出误差最小的校正曲线，按回归计
31、算法求出直线方程再做直线。 校正步骤 将被校风表安装在风表校正装置上。以一定的已知风速通过风表，待风流稳定后，启动风表一定时间后记录真实风速与表读风速，改变风速重复上述操作，得出若干相对应的真实风速与表读风速；计算校正曲线方程，做出校正曲线。 目前我国生产使用的叶轮式风表主要有：DFA-2型（中速）、DFA-3型（低速）、DFA-4（高速）、AFC-121（中、高速）、EM9（中速）等。机械叶轮式风表的特点是体积小、重量轻、重复性好、使用携带方便，测定结果不受气体环境影响，缺点是精度低、读数不直观，不能满足自动化遥测的需要。,第六节 风量与通风阻力测试,2、热效式风表 目前我国生产的主要是热球
32、式风速计，其测定原理是：一个被加热的物体置于风流中，其温度随风速大小和散热多少而变化，通过测定物体的温度即可测定风速。由于只能测定瞬时风速，且测风环境中的灰尘以及空气湿度等影响，因此使用不太广泛，多用于微风测量。 3、电子叶轮式风表 由机械结构的叶轮和数据处理显示器组成。其测定原理是，叶轮在风流作用下旋转，转速与风速成正比，利用叶轮上安装的附件，根据光电、电感等原理把叶轮的风速转变为电量，实现风速的自动记录和数字显示，如MSF-1型风速计就是利用电感变换元件的电子叶轮式风速计。 4、超声波风速计 利用超声波技术，通过测量气流的卡曼涡街频率来测定风速的仪器，目前主要集中于监控系统中的风速传感器。
33、其特点是结构简单，寿命长、性能稳定，不受风流的影响，精度高、风速测定范围大。,第六节 风量与通风阻力测试,三、测风方法与步骤 1、测风地点井下测风要在测风站内进行，为准确全面的测定风速、风量，每个矿井都必须建立完善的测风制度和分布合理的固定测风站。对测风站的要求如下： 应在矿井的总进风、总回风、各水平、各翼的总进风、总回风、各采区和各用风地点的进回风巷道中设置测风站，但要避免重复设置。 测风站应设置在平直巷道中，其前后各10m范围内不得有风流分叉、断面变化、障碍物和拐弯等局部阻力。 若测风站位于巷道断面不规整处，其四壁应用其他材料衬壁呈固定形状断面，长度不得小于4m。 采煤工作面不设固定的测风
34、站，但必须随工作面的推进选择支护完好、前后无局部阻力物的断面上测风。 测风站内应悬挂测风记录板（牌），记录测风站的断面积、平均风速、风量、空气温度、大气压力、瓦斯和二氧化碳浓度、测定日期以及测定人员等项目。,第六节 风量与通风阻力测试,2、测风方法 为测定平均风速，可采用线路法或定点法。线路法是风表按照一定的线路均匀移动，如图所示，定点法是将巷道断面分为若干网格，风表在每个网格内停留相等的时间进行测定，如图所示，根据断面大小，常用的有9点、12点等。 测风时，根据测风员的站立姿势，可以分为迎面法和侧身法。迎面法是测风员面向风流，将手臂伸向前方测风，由于测风断面位于人体前方，且人体阻挡了风流，使
35、风表读数偏小，为消除人体的影响，需将测得的真实风速乘以1.14，才能得到实际风速。侧身法是测风员背向巷道壁站立，手持风表将手臂向风流垂直方向伸出，然后再巷道断面内作均匀移动，由于测风员立于测风断面内、减少了通风面积，从而增大了风速，测量结果实际风速偏大，故需对测得的真实风速进行校正，校正系数由下式计算： K=(S-0.4)/S S测风站的断面积，m2 0.4测风员阻挡风流的面积m2,第六节 风量与通风阻力测试,第六节 风量与通风阻力测试,3、测风步骤 测风员进入测风站内或待测巷道中，先估测风速范围，然后选用相应量程的风表 取出风表和秒表，先将风表指针回零，然后使风表叶轮平面迎向风流，并与风流方
36、向垂直，待叶轮转动正常后（约20-30s），同时打开风表的计数器开关和秒表，在1min的时间内，风表要均匀地走完测量线路或测量点，然后关闭秒表和计数器开关，读取风表指针读数，为保证测定准确，一般在同一地点要测三次，取平均值，并按下式表速： V表=n/t V表风表测得的风速，m/s n风表刻度盘的读数，取三次平均值，m t测风时间，一般为60s。 根据表速查风表校正曲线，求出真风速V真。,第六节 风量与通风阻力测试,根据测风员的站立姿势，将真风速乘以校正系数K得到实际平均风速。即： V均=KV真， m/s 根据测定的平均风速和测风站内的断面积，按下式计算巷道通过的风量 Q=V均S 式中：Q测风巷
37、道通过的风量，m3/sS测风站的断面积，m2，按下列公式测算：矩形和梯形巷道：S=HB三心拱巷道：S=B(H-0.07B)半圆形巷道：S=B(H-0.11B) 其中：H巷道净高，mB梯形巷道为半高处的宽度，拱形巷道为净宽，m,第六节 风量与通风阻力测试,4、测风时应注意的问题 风表的测量范围与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准； 风表不能距离人体或巷道壁太近而引起较大的误差； 风表叶轮平面要与风流方向垂直，偏角不得超过10，在倾斜巷道中测定时尤其需要注意； 按线路法测风时，线路分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差； 秒表和风表的开关要同步，确保在1
38、min内测完全线路（或测点）； 有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测； 同一断面要测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取平均值； 当风速很低（低于0.10.2m/s），可以采用烟雾、气味或粉末作为风流的传递物进行风速测定，用V=L/t计算巷道内的平均风速，式中：V巷道断面内的平均风速，m/s；L风流流经的巷道距离，m；t风流流经巷道所用的时间。,第六节 风量与通风阻力测试,四、通风阻力测定矿井通风阻力测定是通风技术管理的重要内容之一，其目的在于检查通风阻力的分布是否合理，某些巷道或区段的阻力是否过大，为改善矿井通风系统，减少通风阻力，降低矿井通风机的电耗以及均压防灭火提供
39、依据。此外，通过阻力测量，还可求出矿井各类巷道的风阻值和摩擦阻力系数值，以备通风技术管理和通风计算时使用。 通风阻力测定的基本内容及要求： 测算井巷风阻：测量各巷道的通风阻力和风量，以标定它们的标准风阻值(指井下平均空气密度的风阻值)，并编制成表，作为基本资料。这种测量内容不受风压和风量变化的影响，但精度要求较高测风阻时，要逐段进行，不能赶时间，力求一次测准。 测算摩擦阻力系数：为满足矿井通风设计工作的需要，须通过测量通风阻力和风量，以标定各种类型的井巷的摩擦阻力系数，编集成表。这也是一项精度要求较高，另外各种风筒的摩擦阻力系数也要进行标定。 测摩擦阻力系数时，可以分段、分时间进行测量，不必测
40、量整个巷道的阻力，但测量精度要求高。,第六节 风量与通风阻力测试,测量通风阻力的分布情况：为掌握全矿井通风系统的阻力分布情况，应沿着通风阻力大的路线，在尽可能短的时间内测定各段通风阻力，了解整个风路上通风阻力分布情况。由于各区段的通风阻力难免有波动，故要根据测量路线的长短，分成若干小组，分段同时进行。因此测量全矿井通风阻力时要求连续、快速。,第六节 风量与通风阻力测试,1、阻力测定方法与原理 压差计法：测量风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。
41、 布置方式及连接方法,第六节 风量与通风阻力测试,阻力计算压差计“”感受的压力：压差计“”感受的压力：故压差计所示测值：设 ，且与1、2断面间巷道中空气平均密度相等，则：式中：Z12为1、2断面高差，h 值即为1、2两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则1、2巷道段的通风阻力hR12为：思考：把压差计放在1、2断面之间，测值是否变化？,第六节 风量与通风阻力测试,注：也可以采用静压管配合单管倾斜压差计进行测定，布置方式如下图用单管倾斜压差计测量阻力的计算公式为： 式中 h阻单管倾斜压差计的读数，mm；K单管倾斜压差计的校正系数；h动两断面动压之差，Pa。当1断面的平均动压大于2断面的平均动
42、压时，为正值，反之为负值。上式同样适用于用其它压差计测量任意两测点的通风阻力。,第六节 风量与通风阻力测试,气压计法 由能量方程：hR12=(P1-P2)+(1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ12 用精密气压计分别测得1，2断面的静压P1，P2 用干湿球温度计测得t1,t2,t1,t2,和1,2，进而计算1， 2 用风表测定1，2断面的风速v1,v2。 m12为1，2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值； Z121，2断面高差，从采掘工程平面图查得。,第六节 风量与通风阻力测试,2、通风阻力测定步骤 准备工作 仪器、仪表和用品,第六节 风量与通风阻力测
43、试,第六节 风量与通风阻力测试,选择测量路线 选择测量路线前应对井下通风系统的现实情况做详细的调查研究，并参看全矿通风系统图，根据不同的测量目的选择测量路线。 全矿井阻力测定：首先选择风路最长、风量最大的干线为主要测量路线，然后再决定其他若干条次要路线，以及那些必须测量的局部阻力区段； 局部区段的阻力测定：根据需要仅在该区段内选择测量路线。 布置测点 （1）在风路的分叉或汇合地点必须布置测点。如果在分风点或合风点流出去的风流中布置测点时，测点距分风点或合风点的距离不得小于巷道宽度B的12倍(风下游点);如果在流入分风点或合风点的风流中布置测点时，测点距分风点或合点的距离一般可为巷道宽度B的3倍
44、（风流上游点）。如图所示。,图 测点布置,第六节 风量与通风阻力测试,（2）在并联风路中，只沿一条路线测量风压（因为并联风路中各分支的风压相等），其它各风路只布置测风点，测出风量，以便根据相同的风压来计算各分支巷道风阻。 （3）如巷道很长且漏风较大时，测点的间距宜尽量缩短，以便逐步追查漏风情况。 （4）安设皮托管或静压管时，在测点之前至少有3m长的巷道支架良好，没有空顶、空帮、凹凸不平或堆积物等情况。 （5）在局部阻力特别大的地方，应在前后设置两个测点进行测量。但若时间紧急，局部阻力的测量可以留待以后进行，以免影响整个测量工作。 （6）测点应按顺序编号并标注明显。为了减少正式测量时的工作量，可
45、提前将测点间距、巷道断面积测出。 逐点法和双测点同时测定法（气压计法） 逐点测定法 一台仪器在井底车场监视大气压变化，然后对上式进行修正。即： hR12=(P1-P2)+P12+(1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ12,第六节 风量与通风阻力测试,双测点同时测定法 将1#、2#两台温度漂移特性一致的仪器，放在测点1。待仪器读值稳定后同时读数，分别记为P1.1和P1.2，1#仪器不动，作为基点气压变化监测，将2#仪器移置到测点2，约定时间在1、2测点同时分别读取两台仪器的读数，分别记为P1,1和P2.2，按下式计算两测点的绝对静压差P1-P2=（ P1,2-P2.2 ）-（ P1，1-
46、P1.1 ） 上式中，右边第一项是2#仪器在1、2测点的测定值差，第二项是1#仪器在1测点不同时间的测值差，是前后两次读数时地面大气压的变化（基点的气压变化与大气压变化同步）和通风系统内风压变化的修正值。如果该修正值很大，说明测定时通风系统不正常，测定无效，如果修正值很小，可以认为地面带气压影响可忽略。 同理，如果在测点1#和2#两台仪器测出的相对气压分别为 P1.1和 P1.2，以1#仪器为监测仪器，将2#仪器移到测点2后，同时读出测点1 的1#仪器读数 P1,1和在测点2的2#仪器的读数 P2.2，则量测点的静压差（P1-P2)为： P1-P2=（ P1,2- P2.2 ）-（ P1,1-
47、 P1.1 ）,第六节 风量与通风阻力测试,测定方法的选择用压差计法测量通风阻力时，只测定压差计读数和动压差值，就可以测量出该段通风阻力，不需要测算位压，数据整理比较简单，测量的结果比较精确，一般不会返工，所以，在标定井巷风阻和计算摩擦阻力系数时，多采用压差计法。但这种方法收放胶皮管的工作量很大，费时较多，尤其是在回采工作面、井筒内或者行人困难井巷及特长距离巷道，不宜采用此方法。 用气压计法测量通风阻力，不需要收放胶皮管和静压管，测定简单。由于仪器有记忆功能（矿井通风综合参数检测仪），在井下用一台数字气压计就可以将阻力测量的所有参数测出，省时省力，操作简单，但位压很难准确测算，精度较差，故一般
48、适用于无法收放胶皮管或大范围测量矿井通风阻力分布的场合。,第六节 风量与通风阻力测试,井下实际测量步骤 1）井下测量时仪器的布置如图所示，将两个静压管用三角架设于1点和2点，其尖部迎风，管轴和风向平行。用胶皮管将静压管与压差计相连。 2）读取压差计的夜面读数L读和仪器校正系数K，记录于附表中。 3）与此同时，其他人员测量测点的风速、干湿球温度、大气压、巷道断面尺寸及测点间距，分别记录于对应的附表中。 4）当1、2两测点测完后，顺着风流方向将1测点的静压管移至测点3，进行与上述相同的测量工作，如此继续循环进行，直到测完为止。,第六节 风量与通风阻力测试,注意事项 1）在倾斜巷道内，不宜安设测点，
49、始末两点尽量安设在上下水平巷道内。 2）开始测量前，用小气筒将两根胶皮管内原有的空气换成测定地点的空气。 3）测回采面压差时，仪器应安置在运输平巷或回风平巷内、不易被运输干扰的地点，胶皮管沿工作面铺设。如果该工作面邻近有行人或通风小眼，也可将胶皮管通过这些小眼铺设。 4）测定过程中，如果压差计出现异常现象，必须立即查明原因，排除故障，重新测定。故障可能是： (1)胶皮管因积水、污物进入或打折而堵塞；胶皮管被扎有小眼或破裂。 (2)压差计漏气，测压管内或测压管与容器连接处有气泡。 (3)静压管放置在风流的涡流区内。 5）在主要运输巷和主要回风测定时，应尽可能增加两测点的长度，以减少分段测定的积累误差和缩短测定时间。,
