一、通風(fēng)阻力

礦井通風(fēng)阻力按其產(chǎn)生的地點(diǎn)和原因可以分為兩大類：沿程阻力（摩擦阻力）和局部阻力。

摩擦阻力：風(fēng)流在井巷中均勻流動(dòng)時(shí)，沿程受到井巷固定壁面的限制所產(chǎn)生的阻力。

局部阻力：風(fēng)流運(yùn)動(dòng)過程中，由于邊壁條件的變化，使均勻流動(dòng)在局部地區(qū)受到阻礙物的影響而破壞，從而引起風(fēng)流流速的大小和方向或分布的變化，產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致風(fēng)流能量損失。

（一）摩擦阻力hf、摩擦風(fēng)阻Rf測(cè)定

摩擦阻力表示單位體積空氣在井巷中流動(dòng)時(shí)，由于空氣和巷道壁之間以及空氣分子之間發(fā)生摩擦而造成的能量損失。

空氣在井巷中流動(dòng)和水在管道中流動(dòng)很相似，所以可以把水力學(xué)中計(jì)算水流沿途水頭損失的達(dá)西公式應(yīng)用于礦井通風(fēng)中。

在水力學(xué)中用來計(jì)算圓形管道沿途水頭損失的達(dá)西公式為

式中

hf——摩擦阻力，Pα；

λ——實(shí)驗(yàn)（沿程阻力）系數(shù)，無因次；

L——管道的長(zhǎng)度，m；

D——管道的直徑，對(duì)于非圓形風(fēng)道，取當(dāng)量直徑D=4S/U，m；

S——管道斷面面積，m2；

U——管道的周長(zhǎng)，m；

ρ——流體的密度，kg/m；

υ——管道內(nèi)流體的平均流速，m/s；

Q——管道內(nèi)風(fēng)量，Q=Sυ,m3/s；

摩擦風(fēng)阻僅決定于巷道的尺寸與巷道本身的摩擦阻力系數(shù)，即僅與巷道的特征有關(guān)。

因此Rf是反應(yīng)巷道特征的一個(gè)重要參數(shù)。

Rf也是反映井巷通風(fēng)難易程度的一個(gè)重要指標(biāo)。

（二）局部阻力h1、局部風(fēng)阻R1和局部阻力系數(shù)ξ測(cè)定

根據(jù)礦井通風(fēng)阻力的基本理論，局部阻力h1計(jì)算公式為:

將稱為局部風(fēng)阻R1，則

現(xiàn)以測(cè)算轉(zhuǎn)彎的局部阻力h1、局部風(fēng)阻R1和局部阻力系數(shù)ξ為例說明局部阻力測(cè)定方法。

如圖2-1所示，用壓差計(jì)法測(cè)出1-2段的摩擦阻力hf12和1-3段的通風(fēng)阻力hR13，hR13包括1-3段的摩擦阻力和巷道拐彎的局部阻力。因摩擦阻力是與測(cè)段長(zhǎng)度成正比的，故可用下式可求出單純巷道拐彎的局部阻力：

(三）摩擦阻力系數(shù)α測(cè)定

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）必須選擇支護(hù)形式一致、巷道斷面不變和方向不變（不存在局部阻力）的巷道。

（2）準(zhǔn)確測(cè)算摩擦風(fēng)阻R和摩擦阻力系數(shù)α的關(guān)鍵是要測(cè)準(zhǔn)h和Q的值。

測(cè)定斷面應(yīng)選擇在風(fēng)流較穩(wěn)定的區(qū)域。在局部阻力物前布置測(cè)點(diǎn)，距離不得小于巷寬的3倍；在局部阻力物后布置測(cè)點(diǎn)，距離不得小于巷寬的8~12倍。測(cè)段距離和風(fēng)量均較大，壓差不低于20Pα。

（3）用風(fēng)表測(cè)斷面平均風(fēng)速時(shí)應(yīng)和測(cè)壓同步進(jìn)行，防止由于各種原因（風(fēng)門開閉、 車輛通過等）使測(cè)段風(fēng)量變化產(chǎn)生影響。

二、降阻措施

由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的阻力等于該系統(tǒng)最大阻力路線上的各分支的摩擦阻力和局部阻力之和，因此，降阻之前必須首先確定通風(fēng)系統(tǒng)的最大阻力路線，通過阻力測(cè)定調(diào)查最大阻力路線上的阻力分布，對(duì)其實(shí)施降低摩擦阻力和局部阻力的措施。如果不在最大阻力路線上降阻是無效的，有時(shí)甚至是有害的。

（一）降低摩擦阻力的措施

由摩擦阻力的公式可以看出，減低摩擦阻力的方法有以下5種：

1、減小摩擦阻力系數(shù)α

在礦井設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用α值較小的支護(hù)方式，施工時(shí)要注意保證施工質(zhì)量，盡可能使井巷壁面平整光滑。

砌碹巷道的α值一般只有支架巷道的30%～40%,因此，對(duì)于服務(wù)年限長(zhǎng)的主要井巷，應(yīng)盡可能采用砌碹支護(hù)方式。

錨噴支護(hù)的巷道，應(yīng)盡量采用光面爆破，使巷壁的凹凸度不大于50mm。對(duì)于支架巷道，也要盡可能使支架整齊，必要時(shí)用背板等背好幫頂。

2、保證有足夠大的井巷斷面

在其他參數(shù)不變時(shí)，井巷斷面擴(kuò)大33%,風(fēng)阻可減少50%,井巷通過風(fēng)量一定時(shí)，其通風(fēng)阻力和能耗可減少一半。

斷面增大將增加基建投資，但要同時(shí)考慮長(zhǎng)期節(jié)電的經(jīng)濟(jì)效益。從總經(jīng)濟(jì)效益考慮的井巷合理斷面稱為經(jīng)濟(jì)斷面。

在通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用經(jīng)濟(jì)斷面。在生產(chǎn)礦井改善通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于主風(fēng)流線路上的高風(fēng)阻區(qū)段，常采用這種措施。

例如，把某段總回風(fēng)道(斷面小阻力大的卡脖子地段)的斷面擴(kuò)大，必要時(shí)甚至開掘并聯(lián)巷道。

3、盡量選用周長(zhǎng)(U)較小的斷面

在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長(zhǎng)最小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長(zhǎng)較大。

因此，立井井筒采用圓形斷面，斜井、石門、大巷等主要井巷要采用拱形斷面，次要巷道以及采區(qū)內(nèi)服務(wù)時(shí)間不長(zhǎng)的巷道才采用梯形斷面。

4、減少巷道長(zhǎng)度L

因巷道的摩擦阻力和巷道長(zhǎng)度成正比，故在進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改善通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，在滿足開采需要的前提下，要盡可能縮短巷道的長(zhǎng)度。

5、避免巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中，即減小風(fēng)量

巷道的摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比，巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中時(shí)，摩擦阻力就會(huì)大大增加。

因此，要盡可能使礦井的總進(jìn)風(fēng)早分開，使礦井的總回風(fēng)晚匯合。

(二)降低局部阻力的措施

局部阻力是表示單位體積空氣流經(jīng)巷道的某些局部地點(diǎn)，因混流與沖擊(碰撞)等原因所造成的一種能量損失。

井下產(chǎn)生局部阻力的地方很多，如鐵筒風(fēng)橋在入口處突然縮小、在出口處突然擴(kuò)大(圖a),采區(qū)中部車場(chǎng)的交岔點(diǎn)處風(fēng)流的急速轉(zhuǎn)彎(圖b),巷道中的堆積物后方產(chǎn)生渦流(圖c),以及調(diào)節(jié)窗、風(fēng)筒等處都會(huì)產(chǎn)生局部阻力。

局部阻力是由于風(fēng)流在局部地點(diǎn)發(fā)生劇烈的沖擊而引起，所以，減少局部阻力的方法主要是減少風(fēng)流的沖擊。

(1)當(dāng)連接不同斷面的巷道時(shí)，要把連接的邊緣做成斜線或圓弧形；井下盡量少使用直徑很小的鐵筒風(fēng)橋和少使用風(fēng)窗來調(diào)節(jié)風(fēng)量。

(2)巷道拐彎時(shí)，轉(zhuǎn)角δ越小越好，在拐彎的內(nèi)側(cè)或內(nèi)外兩側(cè)做成斜線形或圓弧形，要盡量避免出現(xiàn)直角拐彎。

(3)減少產(chǎn)生局部阻力地點(diǎn)的風(fēng)速及巷道的粗糙度。

(4)在風(fēng)筒或通風(fēng)機(jī)的進(jìn)口安裝集風(fēng)器，在出風(fēng)口安裝擴(kuò)散器。

(5)及時(shí)清理巷道中的堆積物，并在可能條件下盡量不使成串的礦車長(zhǎng)時(shí)間地停留在主要通風(fēng)巷道內(nèi)，以免阻擋風(fēng)流，使通風(fēng)情況惡化。

根據(jù)實(shí)測(cè)資料證明，礦井通風(fēng)阻力較大的地方，一般在回采工作面以后的回風(fēng)系統(tǒng)中；

個(gè)別礦井的風(fēng)硐由于斷面很小，其通風(fēng)阻力可達(dá)到很大的數(shù)值，因此，平時(shí)要很好地維護(hù)回風(fēng)巷道，必要時(shí)采取擴(kuò)建風(fēng)硐的措施。

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