礦井通風(fēng)與安全全套教學(xué)課件

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第一章礦井空氣全套可編輯PPT課件2前言煤炭在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位2013年我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占67.5%,石油和天然氣分別占17.8%和5.1%，水風(fēng)核電占9.6%。按照低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，我國煤炭消費量仍將占一次能源消費總量的55％左右，消費總量達(dá)到38億噸左右；到2050年，煤炭消費比重還將占50％左右。國家《能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（2004～2020年）》中已經(jīng)確定，中國將“堅持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的能源戰(zhàn)略”。前言煤炭依然是中國能源安全保障體的主體3前言煤炭在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位前言新疆內(nèi)蒙西部陜西山西云南貴州山東寧夏河北河南安徽黑龍江吉林遼寧四川湖北湖南第一世界產(chǎn)量占比72%第二世界產(chǎn)量占比15%第三世界產(chǎn)量占比13%青海甘肅內(nèi)蒙東部4前言煤炭在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位企業(yè)類型數(shù)量占比產(chǎn)量>1億噸837%5000萬噸~1億噸1119%1000萬噸~5000萬噸3314%千萬噸以上煤炭集團(tuán)52家，產(chǎn)量占比超過全國70%2014年1.1萬家左右。前言前言5煤炭開采中存在的問題我國煤礦安全問題十分突出，和世界先進(jìn)產(chǎn)煤國家相比還有很大的差距。2014年，山東省內(nèi)煤炭百萬噸死亡率為0.09，全國煤礦平均為0.25，美國為0.03，德國為0.04，澳大利亞僅為0.014。煤礦災(zāi)害預(yù)防與控制是煤炭工業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵2014年山東、全國和發(fā)達(dá)國家百萬噸死亡率對比前言前言6煤炭開采中存在的問題6太平洋板塊美洲板塊歐亞板塊印度洋板塊前言7煤炭開采中存在的問題煤礦災(zāi)害預(yù)防與控制是煤炭工業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵前言我國受自然災(zāi)害影響的礦井高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井>3000處沖擊地壓礦井>140處我國煤礦生產(chǎn)條件井工開采比例>95%礦井平均深度>500米深度超1000米礦井>40處（47處）前言8煤炭開采中存在的問題煤礦災(zāi)害預(yù)防與控制是煤炭工業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵前言山東煤礦受自然災(zāi)害影響情況受水害威脅礦井55%有自然發(fā)火傾向的開采煤層49%煤塵有強(qiáng)爆炸性礦井82%衰老礦井68%前言9我國煤礦事故情況分析前言2014年煤炭產(chǎn)量38.7萬噸，死亡人數(shù)931人。前言10我國煤礦事故情況分析2009-2014年我國煤炭事故類型統(tǒng)計分析，瓦斯（煤塵）、頂板及水害事故是我國煤礦重大事故災(zāi)害的主要類型。前言前言11我國煤礦事故情況分析前言“十一五”期間我國較大以上瓦斯事故統(tǒng)計前言12我國煤礦事故情況分析前言2003年至今死亡百人以上礦山特別重大事故情況序號事故名稱發(fā)生時間死亡人數(shù)1重慶開縣“12.23”天然氣井噴事故2003年2432河南大平煤礦“10.20”特別重大瓦斯爆炸事故2004年1483陜西陳家山煤礦“11.28”特別重大瓦斯爆炸事故2004年1664遼寧孫家灣煤礦“2.14”特別重大瓦斯爆炸事故2005年2145廣東大興煤礦“8.7”特別重大透水事故2005年1236黑龍江東風(fēng)煤礦“11.27”特別重大煤塵爆炸事故2005年1727河北劉官屯煤礦“12.7”特別重大瓦斯爆炸事故2005年1088山西瑞之源煤礦“12.5”特別重大瓦斯爆炸事故2007年1059山西新塔尾礦庫“9.8”特別重大潰壩事故2008年27610黑龍江新興煤礦“11.21”特別重大瓦斯爆炸事故2009年108前言13前言事故原因表明：80％以上重特大事故均存在地質(zhì)情況不清、災(zāi)害升級、威脅不明、重大技術(shù)難題沒有根本解決、安全投入欠賬、人才匱乏、現(xiàn)場管理不到位等重大問題，卻盲目生產(chǎn)甚至擴(kuò)大能力生產(chǎn)。我國煤礦安全生產(chǎn)要實現(xiàn)根本好轉(zhuǎn)（重大事故時有發(fā)生、事故總量大、職業(yè)健康危害突出），任重而道遠(yuǎn)!14礦井通風(fēng)與安全學(xué)的產(chǎn)生1.礦井需要什么樣的空氣？2.礦井需要多少風(fēng)量？3.如何產(chǎn)生這些風(fēng)量？4.如何使這些風(fēng)量合理分配到礦井各用風(fēng)地點？5.礦井開采有哪些災(zāi)害？如何控制與預(yù)防？6.事故發(fā)生后如何快速應(yīng)急救援？礦井通風(fēng)與安全需要解決何問題？一、該課程的學(xué)習(xí)的重點和難點空氣流動基本理論、通風(fēng)阻力和動力、礦井瓦斯、火災(zāi)、粉塵和水災(zāi)二、該課程學(xué)時分配總共48學(xué)時，計劃課內(nèi)42學(xué)時，實驗6學(xué)時三、成績評定實驗占20%,平時占10%,考試占70%,教考分離學(xué)習(xí)中需要注意的幾個問題16主要參考資料5.《煤礦學(xué)報》、《煤礦安全》、《煤炭科學(xué)技術(shù)》等刊物6.

礦井通風(fēng)、瓦斯、火災(zāi)、粉塵的相關(guān)專著4.《礦井通風(fēng)阻力測定測定方法》、《煤礦通風(fēng)能力核定標(biāo)準(zhǔn)》等MT、AQ國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)17目錄第1章礦井空氣第2章礦井空氣流動理論第3章井巷通風(fēng)阻力第4章通風(fēng)動力第5章礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)第6章局部通風(fēng)第7章通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計第8章礦井空調(diào)技術(shù)概論18目錄第9章礦井瓦斯第10章火災(zāi)防治第11章礦塵防治第12章礦山防水第13章礦山救護(hù)1

礦井空氣19201.1

礦井空氣成分一、地面空氣的組成地面空氣是由干空氣和水蒸汽組成的混合氣體，亦稱為濕空氣。干空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣，由氧、氮、二氧化碳、氬、氖和其他一些微量氣體所組成的混合氣體。211.1

礦井空氣成分氣體成分按體積計/%按質(zhì)量計/%備注氧氣（O2）20.9623.32惰性稀有氣體氦氖、氬、氪、氙等計在氮氣中氮氣（N2）79.076.71二氧化碳（CO2）0.040.06221.1

礦井空氣成分新鮮空氣：井巷中用風(fēng)地點以前、受污染程度較輕的進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)的空氣。231.1

礦井空氣成分1．氧氣(O2)

氧氣是維持人體正常生理機(jī)能所需要的氣體,人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)和勞動強(qiáng)度等。比重1.105。

作用：

供人呼吸；

使物質(zhì)氧化；

是瓦斯、煤塵、爆炸和礦井火災(zāi)的必要條件。

勞動強(qiáng)度呼吸空氣量（L/min）

氧氣消耗（L/min）休息6-150.2-0.4輕勞動20-250.6-1.0中度勞動30-401.2-2.6重勞動40-601.8-2.4極重勞動40-802.5-3.1 241.1

礦井空氣成分

當(dāng)空氣中的氧濃度降低時，人體就可能產(chǎn)生不良的生理反應(yīng)，出現(xiàn)種種不舒適的癥狀，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致缺氧死亡。251.1

礦井空氣成分《規(guī)程》要求：

井下風(fēng)流中[O2]≥20%

國際勞工局（InternationalLabourOffice）制定的《煤礦安全與健康實用規(guī)程》(1985年5月，日內(nèi)瓦)規(guī)定：[O2]≥19%：俄羅斯、德國≥20%；美國、日本≥19%。261.1

礦井空氣成分案例一人員死亡處氣體濃度：O2濃度4.8%，CH4濃度1.0%，CO2濃度7.0%；271.1

礦井空氣成分案例二56497消火道4503944748軌28（26）263消火道238（213）

210（187）25（50）48軌注：（）內(nèi)為風(fēng)門敞開時的風(fēng)量分配

①死亡時的姿勢均是向前臥；②礦燈是開著的；③距巷道口11m處O2濃度為15%，密閉內(nèi)3.3%，即2人在低氧情況下行走的距離很短；④現(xiàn)場情況表明2人以前休息的地點在事故地點前方70m處的原絞車房處。新加死亡地點281.1

礦井空氣成分2.二氧化碳(CO2)二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略帶酸臭味。二氧化碳比空氣重（其比重為1.52），在風(fēng)速較小的巷道中底板附近濃度較大；在風(fēng)速較大的巷道中，一般能與空氣均勻地混合。礦井空氣中二氧化碳的主要來源是：煤和有機(jī)物的氧化；人員呼吸；碳酸性巖石分解；炸藥爆破；煤炭自燃；瓦斯、煤塵爆炸等。291.1

礦井空氣成分二氧化碳濃度不得超過0.5％；總回風(fēng)流中不得超過0.75％；采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5％或采區(qū)、采掘工作面回風(fēng)道風(fēng)流中二氧化碳濃度超過1.5％時，必須停工處理。301.1

礦井空氣成分

氮氣是一種惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。但空氣中含氮量升高，則勢必造成氧含量相對降低，從而也可能造成人員的窒息性傷害（高氮低氧）。正因為氮氣具有的惰性，因此可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。礦井空氣中氮氣主要來源：井下爆破和生物的腐爛，有些煤巖層中也有氮氣涌出,滅火人為注氮。3.氮氣(N2)311.2

礦井空氣中的有害氣體空氣中常見有害氣體：CO、NO2、SO2

、NH3

、H2一、基本性質(zhì)

一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體。相對密度為0.97，微溶于水，能與空氣均勻地混合。一氧化碳能燃燒，當(dāng)空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內(nèi)時有爆炸的危險。1、一氧化碳（CO）321.2

礦井空氣中的有害氣體一氧化碳濃度（體積）%主要癥狀

0.02

0.080.321.282～3小時內(nèi)可能引起輕微頭痛40分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛，眩暈和惡心。2小時內(nèi)發(fā)生體溫和血壓下降，脈搏微弱，出冷汗，可能出現(xiàn)昏迷5～10分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛，眩暈。半小時內(nèi)可能出現(xiàn)昏迷并有死亡危險幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)昏迷和死亡331.2

礦井空氣中的有害氣體無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當(dāng)空氣中濃度達(dá)到0.0001％即可嗅到。當(dāng)濃度較高時，因嗅覺神經(jīng)中毒麻痹，反而嗅不到。相對密度為1.19，易溶于水，在常溫、常壓下一個體積的水可溶解2.5個體積的硫化氫，所以它可能積存于舊巷的積水中。硫化氫能燃燒，空氣中硫化氫濃度為4.3～45.5％時有爆炸危險。341.2

礦井空氣中的有害氣體硫化氫劇毒，有強(qiáng)烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧；當(dāng)空氣中硫化氫濃度較低時主要以腐蝕刺激作用為主，濃度較高時能引起人體迅速昏迷或死亡。有機(jī)物腐爛；含硫礦物的水解、礦物氧化和燃燒、從老空區(qū)和舊巷積水中放出。硫化氫濃度（體積）%主要癥狀0.0025～0.0030.005～0.010.015～0.020.035～0.0450.06～0.07有強(qiáng)烈臭味1～2小時內(nèi)出現(xiàn)眼及呼吸道刺激癥狀，臭味“減弱”或“消失”出現(xiàn)惡心，嘔吐，頭暈，四肢無力，反應(yīng)遲鈍。眼及呼吸道有強(qiáng)烈刺激癥狀0.5～1小時內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒，可發(fā)生肺炎、支氣管炎及肺水腫，有死亡危險很快昏迷，短時間內(nèi)死亡351.2

礦井空氣中的有害氣體二氧化氮是一種褐紅色的氣體，有強(qiáng)烈的刺激氣味，相對密度為1.59，易溶于水。主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蝕性很強(qiáng)的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現(xiàn)黃色斑點。0.01%出現(xiàn)嚴(yán)重中毒。主要來源：井下爆破工作。二氧化氮濃度（體積）%主要癥狀0.0040.0060.010.0252～4小時內(nèi)出現(xiàn)咳嗽癥狀短時間內(nèi)感到喉嚨刺激，咳嗽，胸疼短時間內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重中毒癥狀，神經(jīng)麻痹，嚴(yán)重咳嗽，惡心，嘔吐短時間內(nèi)可能出現(xiàn)死亡361.2

礦井空氣中的有害氣體二氧化硫無色、有強(qiáng)烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達(dá)到0.0005％即可嗅到。其相對密度為2.22，易溶于水。主要危害：遇水后生成硫酸，對眼睛及呼吸系統(tǒng)粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當(dāng)濃度達(dá)到0.002％時，眼及呼吸器官即感到有強(qiáng)烈的刺激；濃度達(dá)0.05％時，短時間內(nèi)即有致命危險。主要來源：含硫礦物的氧化與自燃；在含硫礦物中爆破；以及從含硫礦層中涌出。371.2

礦井空氣中的有害氣體無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶于水，空氣濃度中達(dá)30％時有爆炸危險。主要危害：氨氣對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。主要來源：爆破工作，注凝膠、水滅火等；部分巖層中也有氨氣涌出。381.2礦井空氣中的有害氣體無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能自燃，其點燃溫度比沼氣低100～200℃。主要危害：當(dāng)空氣中氫氣濃度為4～74％時有爆炸危險。主要來源：井下蓄電池充電時可放出氫氣；有些中等變質(zhì)的煤層中也有氫氣涌出、或煤氧化。6、氫氣（H2）391.2

礦井空氣中的有害氣體二、礦井空氣中有害氣體的分類臭、味和色方面—有臭的氣體有四種：NH3(劇臭)，SO2（強(qiáng)烈硫磺臭），H2S(壞雞蛋臭)，CO3(微酸臭)；有味的氣體有三種：SO2(酸味)，H2S（微甜)，CO2(微酸)；有色氣體只有一種：NO2（淺紅褐色)。比重方面—空氣的比重為1，比空氣重的氣體有四種：即SO2(2.264)，NO2(1.57)，CO2(1.529)，H2S(1.19)；比空氣輕的氣體有五種：即H2(0.069)，CH4(0.555)，NH3(0.596),CO(0.967)，N2(為0.967)。溶水性方面—能溶于水的氣體有五種，按溶水性大小依次為SO2、H2S、CO2、NO2和NH3。爆炸性方面—氣體爆炸的體積濃度范圍叫做氣體的爆炸界限，能夠燃燒且能爆炸的氣體有四種，即CH4(5％～16%）；H2S(4～46％)；CO(13～75％)；H2(4～74％)。CH4、CO2、H2和N2等四種氣體，雖然無毒性，但當(dāng)它們的濃度較大，使氧的濃度降到12％以下時，便能使人窒息而死。401.2

礦井空氣中的有害氣體有害氣體名稱符號最高容許濃度（%）一氧化碳CO0.0024氧化氮NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氫H2S0.00066氨NH30.004制定標(biāo)準(zhǔn)時留有比較大的安全系數(shù)411.3

礦井氣候礦井氣候：礦井空氣的溫度、濕度和流速三個參數(shù)的綜合作用。這三個參數(shù)也稱為礦井氣候條件的三要素。421.3

礦井氣候人體散熱基本形式：對流、輻射和汗液蒸發(fā)。對流散熱取決于周圍空氣的溫度和流速；輻射散熱主要取決于環(huán)境溫度；蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的溫度、相對濕度和流速。431.3

礦井氣候qm—人體在新陳代謝中產(chǎn)熱量，取決于人體活動量；qW—人體用于做功而消耗的熱量，qm-qw—人體排出的多余熱量；qd—人體對流散熱量，低于人體表面溫度，為負(fù)，否則，為正；qz—汗液蒸發(fā)或呼出水蒸氣所帶出的熱量；qf—人體與周圍物體表面的輻謝散熱量，可正，可負(fù)；qch—人體由熱量轉(zhuǎn)化而沒有排出體外的能量；人體熱平衡時，qch=0；當(dāng)外界環(huán)境影響人體熱平衡時，人體溫度升高qch>0，人體溫度降低，qch<0。人體產(chǎn)熱散熱散熱441.3

礦井氣候空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。相對濕度：影響人體蒸發(fā)散熱的效果。風(fēng)速：影響人體的對流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。對流換熱強(qiáng)度隨風(fēng)速而增大。同時濕交換效果也隨風(fēng)速增大而加強(qiáng)。如有風(fēng)的天氣，涼衣服干得快。451.3礦井氣候二、衡量礦井氣候條件的指標(biāo)1.干球溫度干球溫度是我國現(xiàn)行的評價礦井氣候條件的指標(biāo)之一。特點：直接反映出礦井氣候條件的好壞。也反映了氣溫對礦井氣候條件的影響。2.濕球溫度濕球溫度是反映空氣溫度和相對濕度對人體熱平衡的影響，比干球溫度要合理些。但這個指標(biāo)仍沒有反映風(fēng)速對人體熱平衡的影響。1.礦井通風(fēng)1.1礦井空氣成分1.2礦井空氣中有害氣體1.3礦井氣候461.3

礦井氣候

等效溫度定義為濕空氣的焓與比熱的比值。它是一個以能量為基礎(chǔ)來評價礦井氣候條件的指標(biāo)。

當(dāng)氣溫在25-36℃的范圍內(nèi)，等效溫度與濕球溫度成線性關(guān)系，具有相同意義。471.3

礦井氣候同感溫度（也稱有效溫度）是1923年由美國采暖通風(fēng)工程師協(xié)會Yaglou等人研究提出。用風(fēng)速為0、相對濕度100%的條件下使人產(chǎn)生某種熱感覺的空氣溫度,來代表不同風(fēng)速、不同相對濕度、不同溫度使人產(chǎn)生同一的熱感覺。如果上述3個因素的任何組合得出同樣的熱感覺,則均是同一個等效溫度。該指標(biāo)綜合考慮了干球溫度、濕球溫度和風(fēng)速3個因素的影響。2523干球溫度℃濕球溫度℃04504515352510同感溫度℃0.60.33風(fēng)速（m/s）1.5同感溫度計算圖18481.3

礦井氣候卡他度是卡他計在平均溫度為36.5℃（模擬人體平均體溫）時液球單位表面積上在單位時間內(nèi)所散發(fā)的熱量(mJ/cm2)。卡他度是1916年由英國L.希爾等人提出的?？ㄋ仁且环N評價作業(yè)環(huán)境氣候條件的綜合指數(shù)，它采用模擬的方法，度量環(huán)境對人體散熱強(qiáng)度的影響?？ㄋ确譃椋焊煽ㄋ取窨ㄋ?91.3

礦井氣候干卡他度只能反映對流和輻射的散熱效果。濕卡他度可反映對流、輻射和蒸發(fā)的綜合散熱效果。501.3

礦井氣候卡他度測量卡他度的測定：將卡他計放入60-80℃的熱水中，使酒精上升到上部空間的1/3處，取出擦干（測干卡他度）后掛在測定空間點。隨著液球的散熱，溫度下降，酒精液面不斷下降，計錄由38℃降到35℃所需要的時間。K=F/T式中，F(xiàn)-卡他度（mcal/cm2?s）；F-卡他計常數(shù)；T-由38℃降至35℃所經(jīng)過的時間（s）。511.3

礦井氣候

我國現(xiàn)行評價礦井氣候條件的指標(biāo)是干球溫度。1982年國務(wù)院頒布的《礦山安全條例》第53條規(guī)定，礦井空氣最高容許干球溫度為28℃。類別最高容許干球溫度℃煤礦金屬礦化學(xué)礦鈾礦采掘工作面26272626機(jī)電硐室30特殊條件3030熱水型和高硫礦井27.5521.3

礦井氣候

煤礦安全規(guī)程（2010年版）第一百零二條

當(dāng)采掘工作面空氣溫度超過26℃、機(jī)電設(shè)備硐室超過30℃時，必須縮短超溫地點工作人員的工作時間，并給予高溫保健待遇。當(dāng)采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機(jī)電設(shè)備硐室超過34℃時，必須停止作業(yè)。53本章小結(jié)礦井空氣的主要成分與標(biāo)準(zhǔn)；礦井空氣中有害氣體的種類、性質(zhì)與安全標(biāo)準(zhǔn)；礦井氣候及三要素；礦井氣候的評價指標(biāo)。54第二章礦井空氣流動的基本理論55溫故而知新56本章主要內(nèi)容572.1

空氣主要物理參數(shù)空氣的壓力也稱為空氣的靜壓，用符號P表示。壓強(qiáng)在礦井通風(fēng)中習(xí)慣稱為壓力。它是空氣分子熱運(yùn)動對器壁碰撞的宏觀表現(xiàn)。P=2/3n(1/2mv2)。*解釋：空氣的壓力是單位體積內(nèi)氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動總動能的三分之二轉(zhuǎn)化為能對外做功的機(jī)械能的宏觀表現(xiàn)。溫度是描述物體冷熱狀態(tài)的物理量。礦井表示氣候條件的主要參數(shù)之一。攝氏度℃、華氏度℉、熱力學(xué)絕對溫度K?！?5(℉-32)/9℃=273+K582.1

空氣主要物理參數(shù)礦井常用壓強(qiáng)單位：PaMpammHgmmH20mmbarbaratm等。大氣壓力隨高度而變化，考慮到空氣溫度隨海拔的增加而降低，空氣的壓力在不同標(biāo)高處其大小是不同的，空氣壓力與海拔高度的關(guān)系服從玻耳茲曼分布規(guī)律：式中μ——為空氣的摩爾質(zhì)量，28.97kg／kmol；g——為重力加速度，m／s2；z——為海拔高度，m；R0——為摩爾氣體常數(shù)；T——為空氣的絕對溫度，K；P0——為海平面處的大氣壓，Pa。海拔高度/m010020030050010002000大氣壓/kPa101.3100.198.997.795.489.879.7不同海拔高度的大氣壓592.1

空氣主要物理參數(shù)表示空氣中所含水蒸汽量的多少或潮濕程度。表示空氣濕度的方法有：絕對濕度、相對溫度和含濕量三種。每立方米空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量叫空氣的絕對濕度。其單位與密度單位相同（Kg/m3），其值等于水蒸汽在其分壓力與溫度下的密度。

v=Mv/V.飽和空氣：在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所能容納水蒸汽量是有極限的，超過這一極限值，多余的水蒸汽就會凝結(jié)出來。這種含有極限值水蒸汽的濕空氣叫飽和空氣，這時水蒸氣分壓力叫飽和水蒸分壓力PSat，其所含的水蒸汽量叫飽和濕度

s。

602.1

空氣主要物理參數(shù)空氣溫度/（℃）飽和水蒸汽壓力/Pa空氣溫度/（℃）飽和水蒸汽壓力/Pa空氣溫度/（℃）飽和水蒸汽壓力/Pa-20-15-10-501234567128193.32287.98422.63610.6655.94705.27757.27811.93870.59933.25998.5889101112131415161718191069.241143.91127.91311.891402.551497.211598.91706.21818.51933.22066.52199.32021222324252627282930312333.12493.12639.82813.12986.43173.53359.73563.73766.840134239.64493不同溫度下飽和水蒸汽壓力612.1

空氣主要物理參數(shù)622.1

空氣主要物理參數(shù)d=

V／

d

V=φPsat/461T

d=(P-φPsat)/287Td=0.622φPsat/(P-φPsat)632.1

空氣主要物理參數(shù)焓是一個復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，它是內(nèi)能u和壓力功PV之和，焓也稱熱焓。濕空氣的焓以1kg干空氣作為計算的基準(zhǔn).實際應(yīng)用焓-濕圖（i-d圖）642.1

空氣主要物理參數(shù)Vy652.1

空氣主要物理參數(shù)根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律有：式中：μ—比例系數(shù)，代表空氣粘性，稱為動力粘性或絕對粘度。其國際單位：帕.秒，寫作：Pa.S。運(yùn)動粘度為:

m2/s溫度是影響流體粘性主要因素，氣體隨溫度升高而增大，液體而降低。流體名稱動力粘度

運(yùn)動粘度

空氣氮氣（N2）氧氣（O2）甲烷（CH4）水1.808×10-51.76×10-52.04×10-51.08×10-51.005×10-31.501×10-51.41×10-51.43×10-51.52×10-51.007×10-6幾種流體的粘度（0.1MPa，t=20℃）662.1

空氣主要物理參數(shù)單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，與P、t、濕度等有關(guān)。濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密度之和，即：根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可推出空氣密度計算公式：式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：Pa；

φ為相對濕度；Ｔ為空氣絕對溫度，T=t+273,K。kg／m3672.1

空氣主要物理參數(shù)式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：mmHg。注意：Ｐ和Ｐsat

單位一致。空氣比容：682.2風(fēng)流能量與壓力由分子熱運(yùn)動產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，J(Nm)／m3;表現(xiàn)在單位面積上力的效應(yīng)就是靜壓力，簡稱靜壓，用P表示，單位N/m2在礦井通風(fēng)中，壓力的概念與物理學(xué)中的壓強(qiáng)相同，即單位面積上受到的垂直作用力。692.2

風(fēng)流能量與壓力a、無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力。如果在內(nèi)部有液體流動的管壁上開孔，并與一根垂直的玻璃管相接，液體便會在玻璃管內(nèi)上升，上升的液體高度便是運(yùn)動著流體在該截面處的靜壓強(qiáng)的表現(xiàn)。

流動流體通過某截面時，由于該處流體具有一定的壓力，這就需要對流體作相應(yīng)的功，以克服此壓力，才能把流體推進(jìn)系統(tǒng)里去。故要通過某截面的流體只有帶著與所需功相當(dāng)?shù)哪芰繒r才能進(jìn)入系統(tǒng)。流體所具有的這種能量稱為靜壓能。702.2風(fēng)流能量與壓力712.2

風(fēng)流能量與壓力abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0P722.2風(fēng)流能量與壓力dzi１２２１abz12物體在地球重力場中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡稱位能，用EPO

表示。732.2風(fēng)流能量與壓力當(dāng)空氣靜止時（v=0），由空氣靜力學(xué)可知：各斷面的機(jī)械能相等。

1-1斷面的總機(jī)械能E1=EPO1+P12-2斷面的總機(jī)械能E2=EPO2+P2

由E1=E2得：EPO1+P1=EPO2+P2

∵EPO2=0（2-2斷面為基準(zhǔn)面）又EPO1=

12.g.Z12，∴P2=EPO1+P1=

12.g.Z12+P1

dzi１２２１abz12說明：742.2風(fēng)流能量與壓力752.2

風(fēng)流能量與壓力762.2風(fēng)流能量與壓力單位體積空氣所具有的動能為：式中：

i——i點的空氣密度，Kg/m3；

v——i點的空氣流速，m/s。Evi對外所呈現(xiàn)的動壓hvi，其值相同。772.2

風(fēng)流能量與壓力782.2風(fēng)流能量與壓力

Ａ、絕對全壓（Pti）

Pti＝Pi＋hviB、相對全壓（hti）hti＝hi＋hvi＝(Pi－Poi)+(Pti-Pi)=Pti－Poi說明：A、相對全壓有正負(fù)之分；B、無論正壓通風(fēng)還是負(fù)壓通風(fēng)，Pti>Pihti＞hi。792.2風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流的點壓力是指測點的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風(fēng)管道中流動的風(fēng)流的點壓力可分為：靜壓、動壓和全壓。風(fēng)流中任一點i的動壓、絕對靜壓和絕對全壓的關(guān)系為：hvi、hi和hti三者之間的關(guān)系為：802.2

風(fēng)流能量與壓力壓入式通風(fēng)（正壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點的相對全壓恒為正。壓入式通風(fēng)的實質(zhì)是使風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的能量增加，出口風(fēng)流的絕對壓力大于風(fēng)機(jī)進(jìn)口的壓力。aP0Pa真空P0ha(+)Pathvhat(+)∵PtiandPi>PoI∴hi＞0，hti＞0且hti＞hi

，hti=hi+hvi

812.2

風(fēng)流能量與壓力抽出式通風(fēng)（負(fù)壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點的相對全壓恒為負(fù)，對于抽出式通風(fēng)由于hti和hi

為負(fù)，實際計算時取其絕對值進(jìn)行計算?！?/p>

PtiandPi＜Poihti＜0且hti＞hi

但|hti|<|hi|即：|hti|=|hi|－h(huán)vi抽出式通風(fēng)的實質(zhì)是使風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的能量降低，即入口風(fēng)流的絕對壓力小于風(fēng)機(jī)進(jìn)口的壓力。bP0真空P0Pbhb(-)hvhbt(-)Pbt822.2風(fēng)流能量與壓力abP0PatPa真空P0Pbha(+)hb(-)hvhat(+)hvhbt(-)Pbt832.2

風(fēng)流能量與壓力例題2-2-1

如圖壓入式通風(fēng)風(fēng)筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風(fēng)筒外與i點同標(biāo)高的P0i=101332Pa，求：(1)i點的絕對靜壓Pi；(2)i點的相對全壓hti；(3)i點的絕對全壓Pti。解：(1)Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa(2)hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa(3)Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa842.2

風(fēng)流能量與壓力例題2-2-2如圖抽出式通風(fēng)風(fēng)筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風(fēng)筒外與i點同標(biāo)高的P0i=101332Pa，求：(1)i點的絕對靜壓Pi；(2)i點的相對全壓hti；(3)i點的絕對全壓Pti。解：(1)Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa(2)|hti|=|hi|－h(huán)vi＝1000-150=850Pahti＝－850Pa(3)Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa852.2

風(fēng)流能量與壓力（１）絕對壓力測量：空盒氣壓計、精密氣壓計、水銀氣壓計等。（２）壓差及相對壓力測量：恒溫氣壓計、Ｕ型水柱計、補(bǔ)償式微壓計、傾斜單管壓差計。（３）感壓儀器：皮托管，承受和傳遞壓力，+-測壓。862.2

風(fēng)流能量與壓力（１）絕對壓力－－直接測量讀數(shù)。（２）相對靜壓(以如圖正壓通風(fēng)為例)

（注意連接方法）：＋－００hP0izP0i872.2

風(fēng)流能量與壓力以水柱計的等壓面0－0為基準(zhǔn)面設(shè):

i點至基準(zhǔn)面的高度為Z，膠皮管內(nèi)的空氣平均密度為ρm，膠皮管外的空氣平均密度為ρm’；與i點同標(biāo)高的大氣壓P0i。則水柱計等壓面兩側(cè)的受力分別為：水柱計右邊等壓面上受到的力：

水柱計左邊等壓面上受到的力：＋－００hP0iizPi882.2

風(fēng)流能量與壓力由等壓面的定義有：P左＝P右，即：P0i+ρm’g(z-h)+h＝Pi+ρmgz若

ρm＝ρm’

，ρm’gh微小量忽略不計則：h=Pi-P0i，Pa892.2

風(fēng)流能量與壓力＋－h(huán)00對于負(fù)壓通風(fēng)的情況請自行推導(dǎo)（注意連接方法）：說明：902.2

風(fēng)流能量與壓力測定連接如圖（說明連接方法及水柱高度變化）zP0iht＋－h(huán)ihv91作業(yè)2-12-32-4另外作業(yè)：測得風(fēng)筒內(nèi)某點i相對壓力如圖所示，求動壓，并判斷通風(fēng)方式＋－150hv92本節(jié)重點932.3礦井通風(fēng)中的能量方程942.3礦井通風(fēng)中的能量方程根據(jù)質(zhì)量守恒定律：對于穩(wěn)定流，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其空間的流體質(zhì)量。如圖井巷中風(fēng)流從1斷面流向2斷面，作定常流動時，有：

Mi=constρ1V1S1＝ρ２V２S２ρ1、ρ2

—1、2斷面上空氣的平均密度，kg/m3；

V1,V2—1、2斷面上空氣的平均流速，m/s；

S1、S2—1、２斷面面積，m2。１２952.3礦井通風(fēng)中的能量方程3種特例：⑴若

S1＝S2，則ρ１V1＝ρ２V２⑵若ρ１＝ρ２，則V1S1＝V２S２⑶若S1＝S2且ρ１＝ρ２，則V1＝V２

對于不可壓縮流體，通過任一斷面的體積流量相等，即：Q=viSi=const１１２2962.3礦井通風(fēng)中的能量方程在井巷通風(fēng)中，風(fēng)流的能量由機(jī)械能（靜壓能、動壓能、位能）和內(nèi)能組成，常用1kg空氣或1m3空氣所具有的能量表示。機(jī)械能：靜壓能、動壓能和位能之和。內(nèi)能：風(fēng)流內(nèi)部所具有的分子內(nèi)動能與分子位能之和?？諝獾膬?nèi)能是空氣狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，即：u=f（T，v）。能量方程是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用，表達(dá)了空氣在流動過程中的壓能、動能和位能的變化規(guī)律。1.能量的組成（1kg空氣所具有的能量）972.3礦井通風(fēng)中的能量方程任一斷面風(fēng)流總機(jī)械能：壓能＋動能＋位能任一斷面風(fēng)流總能量：壓能＋動能＋位能＋內(nèi)能，所以，對單位質(zhì)量流體所具有的能量（J/kg)：１２z1z200p1、v1、u1p2、v2、u22.風(fēng)流流動過程中能量分析982.3礦井通風(fēng)中的能量方程另外：

1kg空氣由1斷面流至2斷面的過程中，克服流動阻力消耗的能量LR（J/kg）[這部分被消耗的能量將轉(zhuǎn)化成熱能qR（J/kg）仍存在于空氣中]；q（J/kg）：外界傳遞給風(fēng)流的熱量（巖石、機(jī)電設(shè)備）。１２z1z200p1、v1、u1p2、v2、u2qLRqR992.3礦井通風(fēng)中的能量方程根據(jù)能量守恒定律:１２z1z200p1、v1、u1p2、v2、u2qLRqR3.可壓縮空氣單位質(zhì)量（1kg）流量的能量方程1002.3礦井通風(fēng)中的能量方程根據(jù)熱力學(xué)第一定律，傳給空氣的熱量（qR+q），一部分用于增加空氣的內(nèi)能，一部分使空氣膨脹對外作功，即：式中：v為空氣的比容，m3/kg。又因為：對上述三式整理：即為：單位質(zhì)量可壓縮空氣在無壓源的井巷中流動時能量方程的一般形式。1012.3礦井通風(fēng)中的能量方程式中

稱為伯努力積分項，它反映了風(fēng)流從1斷面流至2斷面的過程中的靜壓能變化，它與空氣流動過程的狀態(tài)密切相關(guān)。對于不同的狀態(tài)過程，其積分結(jié)果是不同的。+Lt4.關(guān)于單位質(zhì)量可壓縮空氣能量方程的討論1022.3礦井通風(fēng)中的能量方程對于多變過程：1032.3礦井通風(fēng)中的能量方程對于多變過程，過程指數(shù)為n

，對伯努利積分進(jìn)行積分計算，可得到：單位質(zhì)量可壓縮空氣在無壓源的井巷中流動時能量方程可寫成如下一般形式。其中：過程指數(shù)n按下式計算：有壓源Lt

在時，上述能量方程可寫成：1042.3礦井通風(fēng)中的能量方程令式中

m表示1，2斷面間按狀態(tài)過程考慮的空氣平均密度，得：則單位質(zhì)量流量的能量方程式又可寫為：1052.3礦井通風(fēng)中的能量方程1062.3礦井通風(fēng)中的能量方程討論：1、1m3

空氣在流動過程中的能量損失（通風(fēng)阻力）等于兩斷面間的機(jī)械能差。2、g

m（Z1-Z2）是1、2斷面的位能差。當(dāng)1、2斷面的標(biāo)高差較大的情況下，該項數(shù)值在方程中往往占有很大的比重，必須準(zhǔn)確測算。其中，關(guān)鍵是

m的計算，及基準(zhǔn)面的選取。

m的測算原則：將1－2測段分為若干段，計算各測定斷面的空氣密度(測定P、t、φ)，求其幾何平均值?；鶞?zhǔn)面選?。喝y段之間的最低標(biāo)高作為基準(zhǔn)面。1072.3礦井通風(fēng)中的能量方程例如：如圖所示的通風(fēng)系統(tǒng)，如要求1、2斷面的位能差，基準(zhǔn)面可選在2的位置。其位能差為：而要求1、3兩斷面的位能差，其基準(zhǔn)面應(yīng)選在0-0位置。其位能差為：123001082.3礦井通風(fēng)中的能量方程３、是1、2兩斷面上的動能差A(yù)、在礦井通風(fēng)中，因其動能差較小，故在實際應(yīng)用時，式中可分別用各自斷面上的密度代替計算其動能差。即上式寫成：其中：ρ１、ρ2分別為1、２斷面風(fēng)流的平均氣密度。1092.3礦井通風(fēng)中的能量方程B、動能系數(shù)：是斷面實際總動能與用斷面平均風(fēng)速計算出的總動能的比。即：因為能量方程式中的v1、v2分別為1、2斷面上的平均風(fēng)速。由于井巷斷面上風(fēng)速分布的不均勻性，用斷面平均風(fēng)速計算出來的斷面總動能與斷面實際總動能不等。需用動能系數(shù)Kv加以修正。在礦井條件下，Kv一般為1.02～1.05。由于動能差項很小，在應(yīng)用能量方程時，可取Kv為1。因此，在進(jìn)行了上述兩項簡化處理后，單位體積流體的能量方程可近似的寫成：1102.3礦井通風(fēng)中的能量方程1112.3礦井通風(fēng)中的能量方程3121122.3礦井通風(fēng)中的能量方程例1、在某一通風(fēng)井巷中，測得1、2兩斷面的絕對靜壓分別為101324.7Pa和101858Pa，若S1=S2，兩斷面間的高差Z1-Z2=100米，巷道中

m12=1.2kg/m3，求：1、2兩斷面間的通風(fēng)阻力，并判斷風(fēng)流方向。Z1-Z2121132.3礦井通風(fēng)中的能量方程解：假設(shè)風(fēng)流方向1

2，列能量方程：=（101324.7－101858）＋0＋100×9.81×1.2=643.9J/m3。由于阻力值為正，所以原假設(shè)風(fēng)流方向正確，1

2。Z1-Z2121142.3礦井通風(fēng)中的能量方程例2、在進(jìn)風(fēng)上山中測得1、2兩斷面的有關(guān)參數(shù)，絕對靜壓P1=106657.6Pa，P2=101324.72Pa；標(biāo)高差Z1-Z2=－400m；氣溫t1=15℃，t2=20℃；空氣的相對濕度

1=70%，

2=80%；斷面平均風(fēng)速v1=5.5m/s，v2=5m/s；求通風(fēng)阻力LR、hR。解：查飽和蒸汽表得；t1=15℃時，PS1=1704Pa；t2=20℃時，PS2=2337Pa；1152.3礦井通風(fēng)中的能量方程1162.3礦井通風(fēng)中的能量方程1172.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用擴(kuò)散器意義：掌握壓力沿程變化情況；有利于通風(fēng)管理。如圖所示的通風(fēng)機(jī)－水平風(fēng)道系統(tǒng)，繪制能量（壓力）坡度線。1182.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用１、風(fēng)流的邊界條件入口斷面處：風(fēng)流入口斷面處的絕對全壓等于大氣壓，即：所以，htin=0，hin=-hvin；出口斷面處：風(fēng)流出口斷面處的絕對靜壓等于大氣壓,即：

所以，hex=0，htex=hvex；擴(kuò)散器1192.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器1202.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器由于風(fēng)道是水平的，故各斷面間無位能差，且大氣壓相等。由能量方程知，任意兩斷面間的通風(fēng)阻力就等于兩斷面的全壓差：1212.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用a、抽出段求入口斷面至i斷面的通風(fēng)阻力，由上式得：hR0～i=ht0－h(huán)ti=－h(huán)ti（ht0=0）即：入口至任意斷面i的通風(fēng)阻力（hR0～i）就等于該斷面的相對全壓（hti）的絕對值。012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器hR121222.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用b、壓入段求任意斷面i至出口的通風(fēng)阻力，由上式得：

hRi～10=hti－h(huán)t10=hti－h(huán)v10(h10=0）即：壓入段任意斷面i至出口的通風(fēng)阻力（hRi～10）等于該斷面的相對全壓（hti）減去出口斷面的動壓（hv10）。012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器hR12hR781232.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用絕對全壓（相對全壓）沿程是逐漸減小的；絕對靜壓（相對靜壓）沿程分布是隨動壓的大小變化而變化。012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器1242.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用擴(kuò)散器安設(shè)的是否合理，可用回收的動能值(

hv)與擴(kuò)散器自身的通風(fēng)阻力(hRd）相比較來確定，即：

hv=hvex－h(huán)vex’

hRd

合理

hv=hvex－h(huán)vex’<hRd

不合理在壓入段出現(xiàn)相對靜壓為負(fù)值的現(xiàn)象分析如上圖，對9～10段列能量方程：hR9～10=(P9＋hv9)－(P10+hv10)=P9＋hv9－P0－h(huán)v10

=h9＋hv9－h(huán)v10∴h9=hR9～10－（hv9－h(huán)v10）如果：hv9－h(huán)v10>hR9～10，則

h9<0

（為負(fù)值）因此，測定擴(kuò)散器中的相對靜壓值就可判斷擴(kuò)散器的安裝是否合理，相對靜壓的負(fù)值越大，其擴(kuò)散器回收動能的效果越好。1252.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用通風(fēng)機(jī)的作用：就是將電能轉(zhuǎn)換為風(fēng)流的機(jī)械能，促使風(fēng)流流動。通風(fēng)機(jī)的全壓Ht等于通風(fēng)機(jī)出口全壓與入口全壓之差：

Ht=Pt6－Pt5012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器Ht1262.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用由能量方程和能量（壓力）坡度線可以看出：

Ht=Pt6－Pt5

=hR6～10＋Pt10－（Pt0－h(huán)R0～5）=hR6～10＋P0＋hv10－（P0－h(huán)R0～5）=hR6～10＋hv10＋hR0～5

Ht=hR0～10＋hv10

∴通風(fēng)機(jī)全壓是用以克服風(fēng)道通風(fēng)阻力和出口動能損失。通風(fēng)機(jī)用于克服風(fēng)道阻力的那部分能量叫通風(fēng)機(jī)的靜壓Hs。

Hs=hR0～10,Ht=Hs＋hv10

1272.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用抽出式通風(fēng)方式506壓入式通風(fēng)方式6510a）、無正壓通風(fēng)段（6斷面直接通大氣）通風(fēng)機(jī)全壓仍為：Ht=Pt6－Pt5

∵Pt5=Pt０－h(huán)R０～5

；Pt6=P0＋hv6∴Ht=hR０～5＋hv6b）、無負(fù)壓通風(fēng)段（５斷面直接通大氣）∵Pt6=hR6～10＋Pt10，Pt10=P0＋hv10；Pt5=P0∴Ht=hR6～10＋hv10無論通風(fēng)機(jī)作何種工作方式，通風(fēng)機(jī)的全壓都是用于克服風(fēng)道的通風(fēng)阻力和出口動能損失；其中通風(fēng)機(jī)靜壓用于克服風(fēng)道的通風(fēng)阻力。1282.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用１２３４繪制礦井通風(fēng)系統(tǒng)的能量（壓力）坡度線(一般用絕對壓力)的方法：是沿風(fēng)流流程布設(shè)若干測點，測出各點的絕對靜壓、風(fēng)速、溫度、濕度、標(biāo)高等參數(shù)，計算出各點的動壓、位能和總能量；然后在壓力—風(fēng)流流程坐標(biāo)圖上描出各測點，將同名參數(shù)點用折線連接起來，即是所要繪制的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線。以下圖所示簡化通風(fēng)系統(tǒng)為例:1292.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用作圖步驟：1302.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用１２３４01234b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b

(b1)c(c1)dd1d2P0Pa壓能eEP01EP04HNHt流程1312.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用１２３４01234b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b

(b1)c(c1)dd1d2P0Pa壓能EP01EP04流程靜壓速壓位壓靜壓速壓位壓1.能量（壓力）坡度線（

a-b-c-d

）清楚地反映了風(fēng)流在流動過程中，沿程各斷面上全能量與通風(fēng)阻力hR之間的關(guān)系。全能量沿程逐漸下降，從入風(fēng)口至某斷面的通風(fēng)阻力就等于該斷面上全能量的下降值（如b0b），任意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于這兩個斷面全能量下降值的差。阻力1322.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用01234b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b

(b1)c(c1)dd1d2P0Pa壓能eEP01EP04HNHt流程１２３４2.絕對全壓和絕對靜壓坡度線的坡度線變化有起伏（如1-2段風(fēng)流由上向下流動，位能逐漸減小，靜壓逐漸增大；在3-4段其壓力坡度線變化正好相反，靜壓逐漸減小，位能逐漸增大）。說明，靜壓和位能之間可以相互轉(zhuǎn)化。1332.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用１２３４01234b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b

(b1)c(c1)dd1d2P0Pa壓能eEP01EP04HNHt流程3.1、４斷面的位能差(EP01-EP04)叫做自然風(fēng)壓(HN)。HN和通風(fēng)機(jī)全壓（Ht)共同克服礦井通風(fēng)阻力和出口動能損失。HN+Ht(d2～e)=(d0～d)+(d1～d2)1342.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用１２３４01234b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b

(b1)c(c1)dd1d2P0Pa壓能eEP01EP04HNHt流程4.能量（壓力）坡度線可以清楚的看到風(fēng)流沿程各種能量的變化情況。特別是在復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，利用能量（壓力）坡度線可以直觀地比較任意兩點間的能量大小，判斷風(fēng)流方向。這對分析研究局部系統(tǒng)的均壓防滅火和控制瓦斯涌出是有力的工具。1352.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用例2如圖2-4-4所示的同采工作面簡化系統(tǒng)，風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)上山經(jīng)繞道1分為二路；兩路風(fēng)流在回風(fēng)巷匯合后進(jìn)入回風(fēng)上山。如果某一工作面或其采空區(qū)出現(xiàn)有害氣體是否會影響另一工作面？解：沿風(fēng)流流經(jīng)的兩條路線分別布置測點，測算出各點的總壓能，繪出壓力坡度線。1-2-3-4線路上各點風(fēng)流的全能量大于1-5-6-4線路。所以工作面Ⅰ通過其采空區(qū)向工作面Ⅱ漏風(fēng)，如果工作面Ⅰ或其采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)其有害氣體將會流向工作面Ⅱ，影響工作面Ⅱ的全生產(chǎn)。123456ⅠⅡ0123456ⅠⅡ壓力流程1362.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用1372.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用123467581234675815009001200600300Pa圖2-4-6某礦井簡化通風(fēng)系統(tǒng)示意圖圖2-4-7通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對壓能圖1382.4能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用只要實測出通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流i點的絕對靜壓Pi，它與對應(yīng)高度的等熵靜壓之差就是相對等熵靜壓：以相對等熵靜壓為縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)無標(biāo)量，按通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置，即可畫出相對等熵靜壓圖。139本章小結(jié)140第三章井巷通風(fēng)阻力141溫故而知新3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施1.空氣在井巷中流動的阻力是如何產(chǎn)生的？2.如何評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀況？3.如何改善礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀況？上一章我們已經(jīng)解決的問題：1.描述空氣流動用到哪些參數(shù)？2.空氣流動的內(nèi)在原因是什么？3.如何描述空氣流動的基本規(guī)律？4.這些基本規(guī)律如何指導(dǎo)礦井通風(fēng)？本章需要解決的問題：142本章主要內(nèi)容1、井巷斷面上風(fēng)速分布--風(fēng)流流態(tài)--井巷斷面風(fēng)速分布2、摩擦風(fēng)阻與阻力--摩擦阻力--摩擦阻力系數(shù)--摩擦風(fēng)阻--阻力計算--阻力測定3、局部風(fēng)阻與阻力--局部阻力及計算--阻力系數(shù)--局部風(fēng)阻4、礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔--阻力特性--礦井總風(fēng)阻--礦井等積孔5、降低礦井通風(fēng)阻力措施3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施1433.1井巷斷面上風(fēng)速分布當(dāng)流速較低時，流體質(zhì)點互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運(yùn)動，稱為層流(或滯流)。當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點的運(yùn)動速度在大小和方向上都隨時發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為紊流(或湍流)。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施井巷通風(fēng)阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。一、風(fēng)流流態(tài)1、管道流1443.1井巷斷面上風(fēng)速分布

式中：平均流速v、管道直徑d和流體的運(yùn)動粘性系數(shù)。在實際工程計算中，為簡便起見，通常以Re=2300作為管道流動流態(tài)的判定準(zhǔn)數(shù)。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施（１）雷諾數(shù)－Re

Re≤2300層流，Re＞2300紊流145

實驗裝置通過調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)管內(nèi)流速，觀察和測定不同流速下管內(nèi)流體流動形態(tài)及速度流量和阻力損失換用不同管徑的管道重復(fù)上述實驗換用不同流體介質(zhì)重復(fù)上述實驗水箱紅墨水測壓管閥門測試觀察管段針型管實驗方法1463.1井巷斷面上風(fēng)速分布對于非圓形斷面的井巷，Re數(shù)中的管道直徑d應(yīng)以井巷斷面的當(dāng)量直徑de來表示：因此，非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)可用下式表示：

對于不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的關(guān)系，可用下式表示：式中：C—斷面形狀系數(shù)：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施（２）當(dāng)量直徑1473.1井巷斷面上風(fēng)速分布在采空區(qū)和煤層等多孔介質(zhì)中風(fēng)流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)為：式中：K—冒落帶滲流系數(shù)，m2；

l—濾流帶粗糙度系數(shù)，m。

3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施層流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；過渡流0.25<Re<2.52、孔隙介質(zhì)流1483.1井巷斷面上風(fēng)速分布瞬時速度vx

隨時間τ的變化。其值雖然不斷變化，但在一足夠長的時間段T內(nèi)，流速vx

總是圍繞著某一平均值上下波動。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施Tvxvxt二、井巷斷面上風(fēng)速分布（１）紊流脈動風(fēng)流中各點的流速、壓力等物理參數(shù)隨時間作不規(guī)則脈動（２）時均速度1493.1井巷斷面上風(fēng)速分布層流邊層：在貼近壁面處仍存在層流運(yùn)動薄層，即層流邊層。其厚度δ隨Re增加而變薄，它的存在對流動阻力、傳熱和傳質(zhì)過程有較大影響。在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風(fēng)速逐漸增大，呈拋物線分布。平均風(fēng)速：式中：巷道通過風(fēng)量Q。則：Q＝V×S3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施δvvmax(３）巷道風(fēng)速分布1503.1井巷斷面上風(fēng)速分布風(fēng)速分布系數(shù)：斷面上平均風(fēng)速v與最大風(fēng)速vmax的比值稱為風(fēng)速分布系數(shù)(速度場系數(shù))，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即斷面上風(fēng)速分布愈均勻3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護(hù)巷道，Kv=0.68～0.82；無支護(hù)巷道，Kv=0.74～0.81。1513.2摩擦風(fēng)阻與阻力風(fēng)流在井巷中作沿程流動時，由于流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學(xué)可知，無論層流還是紊流，以風(fēng)流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計算：

λ-無因次系數(shù)，即沿程阻力系數(shù)，通過實驗求得。d—圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施一、摩擦阻力1523.2摩擦風(fēng)阻與阻力1932～1933年間，尼古拉茲把經(jīng)過篩分、粒徑為ε的砂粒均勻粘貼于管壁。砂粒的直徑ε就是管壁凸起的高度，稱為絕對糙度；絕對糙度ε與管道半徑r的比值ε/r稱為相對糙度。以水作為流動介質(zhì)、對相對糙度分別為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進(jìn)行試驗研究。對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，在對數(shù)坐標(biāo)紙上畫出λ與Re的關(guān)系曲線，如圖3-2-1所示。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施1、尼古拉茲實驗實際流體在流動過程中，沿程能量損失一方面（內(nèi)因）取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數(shù)Re來衡量；另一方面（外因）是固體壁面對流體流動的阻礙作用，故沿程能量損失又與管道長度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關(guān)。其中壁面粗糙度的影響通過λ值來反映。1533.2摩擦風(fēng)阻與阻力尼古拉茲實驗結(jié)果Lg（100λ）lgReⅠ層流時,Ⅲ水力光滑壁面,稱為紊流光滑區(qū)Ⅴ水力粗糙壁面,稱為紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)Ⅳ過渡粗糙壁面,稱為紊流過渡粗糙區(qū)紊流結(jié)構(gòu)圖示

Ⅱ過渡區(qū)1543.2摩擦風(fēng)阻與阻力Ⅰ區(qū)——層流區(qū)。當(dāng)Re＜2320(即lgRe＜3.36)時，不論管道粗糙度如何，其實驗結(jié)果都集中分布于直線Ⅰ上。這表明λ與相對糙度ε/r無關(guān)，只與Re有關(guān)，且λ=64/Re。與相對粗糙度無關(guān)Ⅱ區(qū)——過渡流區(qū)。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，在此區(qū)間內(nèi)，不同相對糙度的管內(nèi)流體的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。所有的實驗點幾乎都集中在線段Ⅱ上。λ隨Re增大而增大，與相對糙度無明顯關(guān)系。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施結(jié)論分析：1553.2摩擦風(fēng)阻與阻力Ⅲ區(qū)——水力光滑管區(qū)。在此區(qū)段內(nèi)，管內(nèi)流動雖然都已處于紊流狀態(tài)(Re＞4000)，但在一定的雷諾數(shù)下，當(dāng)層流邊層的厚度δ大于管道的絕對糙度ε（稱為水力光滑管）時，其實驗點均集中在直線Ⅲ上，表明λ與ε仍然無關(guān)，而只與Re有關(guān)。隨著Re的增大，相對糙度大的管道，實驗點在較低Re時就偏離直線Ⅲ，而相對糙度小的管道要在Re較大時才偏離直線Ⅲ。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施δε1563.2摩擦風(fēng)阻與阻力Ⅳ區(qū)——紊流過渡區(qū)。即圖中Ⅳ所示區(qū)段。在這個區(qū)段內(nèi)，各種不同相對糙度的實驗點各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關(guān)，也與ε/r有關(guān)。Ⅴ區(qū)——水力粗糙管區(qū)。在該區(qū)段，Re值較大，管內(nèi)液流的層流邊層已變得極薄，有ε>>δ，砂粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核心中，故Re對λ值的影響極小，略去不計，相對糙度成為λ的唯一影響因素。故在該區(qū)段，λ與Re無關(guān)，而只與相對糙度有關(guān)。摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力平方區(qū)。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施1573.2摩擦風(fēng)阻與阻力當(dāng)流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導(dǎo)出摩擦阻力計算式：

∵μ=ρ·υ∴

可得圓管層流時的沿程阻力系數(shù)：古拉茲實驗所得到的層流時λ與Re的關(guān)系，與理論分析得到的關(guān)系完全相同，理論與實驗的正確性得到相互的驗證。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施2、層流摩擦阻力1583.2摩擦風(fēng)阻與阻力對于紊流運(yùn)動，λ=f(Re，ε/r)，關(guān)系比較復(fù)雜。用當(dāng)量直徑de=4S/U代替d，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式：3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施3、紊流摩擦阻力1593.2摩擦風(fēng)阻與阻力礦井中大多數(shù)通風(fēng)井巷風(fēng)流的Re值已進(jìn)入阻力平方區(qū)，λ值只與相對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護(hù)已定型的井巷，相對糙度一定，則λ可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度ρ=1.2kg/m3。對上式，令：α稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為kg/m3或N.s2/m4。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：

3井巷通風(fēng)阻力3.1井巷斷面上風(fēng)速分布3.2摩擦風(fēng)阻與阻力3.3局部風(fēng)阻與阻力3.4礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔3.5降低礦井通風(fēng)阻力措施二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻1．摩擦阻力系數(shù)α1603.2摩擦風(fēng)阻與阻力標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)：通過大量實驗和實測所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值α0值，當(dāng)井巷中空氣密度ρ