《矿井通风与安全》课程教学大纲说明.pdf

矿井通风与安全课程教学大纲说明 一、本课程为采煤专业的必修课 二、本课程的先修课程，采煤学、井巷工程地质学。 三、本课程学时数为 72 学时，其中有 4 次实验课。 四、考试方式，采取闭卷考试与平时作业相结合，考勤为重要方面。 五、课内外学时比 11。 六、本课程主要学习内容 矿井通风 矿井瓦斯 矿井火灾 矿井粉尘 七、本课程的目的和任务 通过本课程学习，使大家掌握矿井通风的基本规律基本方法，基本概念，能够应用所学知识对 矿井做出合乎要求的通风设计。 了解矿井井下的主要灾害矿井瓦斯、矿尘、矿井火灾的存在和发展规律，基本掌握预防、治 理矿井瓦斯爆炸煤与瓦期突出，煤尘与瓦斯爆炸，矿井外因火灾与自然火灾以及治理矿井粉尘的一 系列技术和方法。 第一章 井下空气的成分、性质和变化规律 第一节 井下空气的成份 地面空气的主要成份（干空气） 按体积组分有 按质量组分有 氮气 78.13 75.5 氧气 20.9 23.10 二氧化碳 0.03 0.05 氩气 0.93 1.27 其它气体 0.01 0.01 井下空气的成份 新风新鲜空气 风污染空气（经物理变化和化学变化） 成份 222 CONQ COCHOH 42 3222 NHNOSOSH 2 H，矿尘 1．氧气无色、无臭、无味、无毒、气体能助燃产生COCO2，是人呼吸必须的物质。 大气氧浓度 21 17 引起喘息 呼吸困难 15 脉膊加快 灯焰熄灭 10～12 人失去理智 6～5 失去知觉，死亡 煤矿安全规程规定采掘工作面进风流中，氧浓度不低于 20 人在静态状态下耗氧量 0.25mml / 人在工作时耗氧量 1～3mml /≈0.001～0.003mmm / 3 人耗氧程度可以反映劳动强度 劳动强度越大，需氧量越多；劳动强度越小，需氧量越少，用呼吸系数表示。 呼吸系数单位时间内，人体耗氧量与产生的 2 CO体积之比。 2 2 VO VCO h 一般人的呼吸系数 0.8～1 矿井呼吸系数 0.3～0.8 井下工人的呼吸系数为 1（人体耗氧与吐出的 2 CO一样多）则，每人每分钟供风量为 mmmmmm mmm mmm nn Vo V/4/333 . 0 /2 . 0209 . 0 /003 . 0 33 3 3 21 2 ≈ − − 2 Vo每人耗氧量 1 n新鲜空气氧浓度 2 n井下氧气浓度下限值 20 因井下各种物质发生氧化反应却要耗氧，考虑安全系数所以规程规定，每人每分种供风量不得 小于 4mmm / 3 ，如果工作面 50 人工作，则 504200mmm / 3 。 2．二氧化碳 2 CO 性质无色，比空气重（比重 1.52）不助燃，易溶于水，常积原于巷道底部。 来源有机物的氧化 人的呼吸 煤和岩石的氧化 煤破 煤炭自燃 瓦斯、煤尘爆炸 危害 2 CO浓度对人体的影响。 1～2 呼吸急促 2 轻度头痛，呼吸困难 3 头剧痛，出汗 5 耳鸣、感觉到血液流动 6 视力下降，动作颤抖 10 昏迷，失去知觉 规程规定采掘工作面进风流 2 CO，不超过 0.5 采掘工作面回风流 2 CO不超过 0.75 工作风流 2 CO浓度超过 1，停止生产，查明采取措施。 3．一氧化炭 CO 性质无色、无味、无臭、比空气轻（比重 0.967）极毒，微容于水。 来源煤破作业的产生 煤炭自燃 火灾 煤尘、瓦斯爆炸 危害CO对人体的危害 CO与血色素的结合力比氧气大 250～300 倍 抑制血球携氧能力，使血液中毒，缺氧致死。 CO浓度对人体，反应 50 ppm 轻度头痛 1ppm0.0001 100 ppm 中度头晕 100ppm1 250 ppm 严重头痛 1000ppm0.1 1000ppm 恶心、呕吐、虚脱 1000ppm 昏迷 0.1 CO浓度 13～75 有爆炸性 致命中毒浓度 0.4 规程规定最高容许浓度为 0.0024 4．硫化氢 SH2 性质无色、带有臭鸡蛋味的有毒气体，易溶于水比重 1.19 。 来源有机物腐烂 抗木腐烂 硫化矿物水化 煤体、释放 危害有强烈毒性 能使人的血液中毒 对眼睛粘膜及呼吸系统有强烈刺激作用 0.01～0.015 呼吸困难，流清水鼻涕 0.02 眼、鼻、喉粘膜受强烈刺激，头痛，呕吐，四肢无力 0.05 半小时内，人失去知觉，死亡。 规程规定矿内空气中最大容许浓度为 0.00066 5．二氧化氮 （ 2 NO） 性质红棕色，有刺激臭，比空气重（1. 57） 来源爆破作业 危害有强烈毒性，溶解在水里成硝酸，有腐蚀作用 对人的眼睛、呼吸道有强烈刺激作用 0.006 咳嗽，胸部发痛 0.01 神经麻木 0.025 死亡 规程规定矿内空气中 2 NO最大容许浓度为 0.00025 6．二氧化硫 （ 2 SO） 性质无色，具有强烈的硫磺气味和酸味，比重 1.434 ，易积聚在巷道底部易溶于水 来源含硫煤中煤破，煤尘爆炸，含硫煤氧化自燃 危害有强烈毒性与呼吸道湿表面形成硫酸，对眼、呼吸道道有腐蚀作用，引起肺水肿。 0.002 红眼，流眼泪，咳嗽，头痛 0.005 肺水肿，死亡 规程规定 2 SO最高容许浓度为 0.0005 7．氨气（ 3 NH） 性质氨气，无色，剧毒，比空气轻（比重 0.9）易溶于水 来源矿内火灾时产生，矿内爆炸时产生 危害对人体有毒害作用 0.01时就可嗅到特殊臭味 规程规定， 3 NH最大容许浓度为 0.004 8．氢气（ 2 H） 性质无色，无味，具有爆炸性 来源矿井火灾，爆炸事故中，井下充电洞室均会产生 规程规定，最高容许浓度为 0.5 9．沼气 （ 4 CH） 性质无色，无味，无臭，比空气轻（0.55）难溶于水，易扩散无毒，不助燃，具有爆炸性。 （5～ 16） 。 来源煤层，它是煤矿井下涌出的主要气体，占（80～96） 危害高浓度瓦斯，会引起窒息 （5～16）会爆炸 10．矿尘 矿尘分为落尘和源尘，源尘对人体有严重危害 矿尘能引起尘肺痛（其中Sio2 矿尘能引起爆炸（30～2000 是元凶） 3 /mmg） 规程规定 Sio2 3 /mmg10时，容许浓度 2以下 Sio2 3 /mmg 高沼气矿井 ≥1.5dtmmm/// 3 第二节 井下空气的物理参量 1．空气的比容v单位质量空气所占有的容积，即 M V v （kgm / 3 ） 2．空气的密度ρ单位容积空气的质量，即（比容的例数） vV M1 ρ （ 3 /mkg） 3．空气的重率单位窖空气的重力称重率 gpg V m V gm V G ⋅⋅ ⋅ ρ （ 3 /mN） / 11 2 smkgN NmgG ⋅  4．空气的压力 微观上讲（1）压力（压强） ，上物理学中分子运动理论，空气的压力是单位容积中空气分子热 运动的总动能的 2/3 所产生的即 2 1 3 22 mvnρ n为分子数 空气的绝对压强在各个方向上强度是相等的。 （2）大气压力宏观上讲地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力称大气压力 大气压力随高度的变化而变化，可用波芘曼公式表示 标高 Zm处的大气压力ρ T z TR ugz ee 28.29 00 0 − − ρρρ 0 ρ论平面 Z0 处的大气压力 u空气的摩尔质量（空气的分子量）28.97kmdkg / T空气的温度 K 0 R普适气体常数 8314kkmdT./ g重力加速度 9.81 2 /sm ugz称为位压（位能势能） （ 3 ） 标 准 大 气压 是 指 气 温 为 0℃ 时 ，纬 度 为  45的 海 平 面 上 的空 气 的 压 力 pammHg101325760ρ，大气压力绝对扩压的侧量①用水银气压计；②空盒气压计。 见图 12，13 （5）压力单位，pa（帕） 1pa1 2 /mN 1paOmmH8 . 9 2 1Kpa1000pa 1pammHg32.133 1pambar100 1OmmHmmHg 2 6 . 13 1pabar 5 10 1mmHgatm260 5．空气的温度 绝对温度KtT273（t为摄氏温度） 温度可以衡量分子热运动的强弱程度，分子运动的动能与温度成正比，温度越高，分子动能越 大，温度越低，分子动能越小，当温度为零，分子停止运动，这是不可能的绝对温度零在理论值。 我们前人发现，绝对扩压不变时，在摄氏 0℃以上，每升 1℃，气体的容积便增加 1/273.15 倍， 每降低 1℃，气体的容积便减少 1/273.15 倍。当t降到  15.273−时，气体的容积为零。 （1） 规程规定，采掘工作面气温26≤t℃ 机电洞室气温30≤t℃ 冬季总进风气温2≥t℃ 当2t℃ 必须降温 （2）井下空气温度变化规律 进风路线上，冬季沿线气温逐渐升高 夏季沿线气温逐渐下降 采掘布 冬夏常年变化不大，恒温加热 回风路线上 冬夏常变化不大，气温逐渐降低 （3）影响煤内温度的主要因素 ①地面温度对浅井影响较大，随着开采深度增加，影响越来越小。 ②空所在压缩与膨胀（向下流动，受压缩温度提高） ③岩层温度是影响煤内气温的重要因素，越深越明显。 ④氧化生热（工作后墙壁氧化生热） ⑤电器机械运转放热 ⑥地下水 6．空气的湿度 （1）绝对湿度fa单位体积空气中所含水量位的质量 3 /mng，g/ 3 m，g/kg 称为绝对湿度 a.这种含有最大限度水蒸汽量的湿空气叫饱和空气 b.其水蒸汽量叫饱和湿度 s f c.此时的水蒸汽分压力叫做饱和水蒸汽压力 s ρ d.绝对湿度只能说明空气中实际含有的水蒸汽量，但并不说明其饱和程度。 （2）相对湿度在同温同压下，空气的绝对湿度 a f值和饱和湿度 s f值的面分比 饱和湿度 绝对湿度 100 s a f f ϕ ϕ↓空气变干燥 ϕ↑空气变潮湿 相对湿度反映饱和程度，也叫饱和度 ϕ 0 为干空气， ϕ1 饱和空气（此时的温度称露点温度） 100 sa a ρ ρ ϕ 空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽分压力 （3）露点 100ϕ时的温度称为露点温度 不饱和空气冷却时，随着温度下降，相对湿度会渐渐增大，冷却达到100ϕ时，此时达到 露点，如再冷却就开始凝结成水。 即t↓ ϕ↑ t↑ ϕ↓ （4）空气湿度的测算 ①先用仪表测出干温度和湿温度，求得差值 湿干 tt− ②然后查表 16，求得相对湿度ϕ ③又据干温度 干 t在表 15 查得饱和湿度 s f ④算得 sa ff⋅ϕ 例 某矿总进风量为 400mmm / 3 ，其干温度 22 干 t℃，湿温度21 湿 t℃， 求ϕ， s f ， a f。 解查表 16 得91ϕ 又据22 干 t℃ 查表 15 得饱各湿度 3 / 3 . 19mgfs 故其绝对湿度 3 /56.17 3 . 1991mgfa 湿 若该矿总回风量是 4400mmm / 3 ，14 干 t℃，14 湿 t℃，求ϕ， s f ， a f。 解查表 16 0∆t 100ϕ， 又据14 干 t℃，查表 15 得，饱和温度 3 /12mgfs 故绝对温度为 3 /1212100mgfa 干湿aa ff 故知一天沉积在该矿井下的水量为 （17.564000－124400）6024≈25dt / （5）矿内空气湿度的变化规律 冬天冷空气进入井下，空气温度逐渐井高，其饱和能力逐渐变大，沿途吸收井巷中的水份， 巷道干燥。 夏天热空气进入井下，空气温度冷却，其饱和能力逐渐降低空气中的水蒸汽沿途析出巷道潮 湿。故矿井风路线上有冬干夏湿的现象，回风路线上气温常年不变，湿度也几乎不变100ϕ。 7．空气的内能 气体的内能是指气体内部分子热运动的动能和分子间相互吸引力所产生的位能的总和 质量为 Mkg 的气体的内能用 U 表示，单位（KJ） 质量为 1kg 的气体内能用 U 表示，单位 KJ/kg 即 MU⋅ （kgKJ /） 气体内能 U 的国际单位是kcal（平卡） 1KJkal1868 . 4 井下空气可视为理想气体，即没有内位能的气体，即它和比容无关，只是绝对湿度的单值函数， 即Tfu 8．空气的焓 焓一定状态下的空气的内能与流动功之和称为焓 viρ KJ/kg 气体的内能 KJ/kg ρ气体的绝对静压kpa v气体的比容 kgm / 3 理想气体的焓也是 T 的单值函数 9．空气的比热 比热单位质量气体升高成降低 1K尔文时所吸收或放出的热量，叫做气体的比热。 CdTdq dT dq C⇒ 热量的计算公式为 12 TTCMQ−⋅ M物体的能量 C比热 12 TT −升高温度 写成微分 MCdtdg dT di M c 1 等容过程中气体不能膨胀作功，所吸收的热量全部用来增加气体的内动能，使内能增加， 温度升高。 等压过程中，气体可以膨胀，所吸收的热量除用来增加气体分子的内动能外，还克服外力 作功。 因此，对同样质量的气体升高，同样的温度，在等压过程中所需的热量要比等容过程为多，故 等压比热 CP 总是大于等容比热 CV。 理想气体的比热也是温度的单值函数，比热限温度升高而增大（见表 17） Cv Cp k 称 K 为绝热指数，对于空气41 . 1 k 粘性流体显现内摩擦力的性质叫粘性 内摩擦力流体在层与层之间产生的接能阻力称为内摩力 10．空气的粘性 设内摩擦力的f也称为粘性力 dx du 称为速度梯度 s∆ 接能面积 实验证明，内摩擦力与速度梯度以及按能面积成正比，即 dx du ↑ s∆↓ f↑ 粘性力S dx du f∆ 比例系数，称为绝对粘性系数或动力粘性系数 spap⋅ν / 2 sm ρ υ（运动粘性系数 ρ 动力粘性系数 ） 见表 18，不同温度条件下，和ν不同。 第三节 井下空气的基本定律 1．气体状态方程 描述比容ν，绝对静压ρ，绝对温度下三者的关系 R T v ρ （气体常数） R TTT  3 3 2 22 1 11 νρνρνρ 各种气体，R 值不同 干空气的气体常数287kkgRv⋅ 水蒸汽的气体常数461kkgRw⋅ 2．波义耳定律 当 21 TT 1 2 2 1 2 1 ρ ρ ν ν V V （气体容积和压力成反比关系） 例，某采空区容积 3 1 56000mV ，早班测得沼气浓度 2，空气压力kpa105 1 ρ，中班测得 kpa102 2 ρ两次测得温度相同，则 3 2 11 2 57647 102 10556000 m v V ρ ρ 其中沼气浓度为 沼气量不变，即 256000x 57647 94 . 1 57647 560002 x 如果该采空区密闭不严实，则该采空区有可能向外涌出会沼气浓度 1.94的空气量为 57647－560001647 3 m 3．查尔定律 当 21 ρρ 则 2 1 2 1 2 1 T T V V ν ν （等压过程，气体容积和绝对温度成正比） 当 21 VV ， 则 21 νν 2 1 2 1 T T ρ ρ （等容过程，气体的绝对静压和绝对温度成正比） 4．道尔顿定律 混合气体的总压力ρ等于各种成分的分压力 i ρ之和 Kpa n i in∑ 1 21 ρρρρρ 例如，湿空气的绝对静压等于干空气和水蒸汽的分压力之和 水干湿 ρρρ 5．格莱享姆定律 井下各种气体和空气互相混合的性能叫做气体的扩散性，格莱享姆发现，某种气体向空气扩散 的速度，与这种气体和空气的比重之比的平方根成反比。 某种气体向空气扩散的速度 某种气体的比重 空气的比重 某种气体的比重 标准气体的分子量 某种气体的分子量 例如，沼气向空气扩散的速率 344 . 1 98 . 7 41.14 或 344 . 1 554 . 0 1 故知，沼气比空气的扩散率更大 1.344 倍。 CO2811 . 0 519 . 1 1 向空气扩散的速率是 6．热力学第一定律 各种能量可以互相转换，但它们的总量保持不变，这就是能量守恒与转换规律 PVUPSLUFLUWUWUUQh∆∆∆− 12 单位质量气体的状态变化过程 /kgKJpvuq M PV M U M Qh ∆⇒⋅ ∆ 第四节 湿空气密度、重率、含湿量和焓的测算 一、湿空气密度的测算 湿空气干空气水蒸汽 水干湿 MMM 水蒸汽干 水干湿 湿 ρρρ V M V M V M 3 /mkg 干空气的密度 水蒸汽的密度 T a a 287 ρ ρ T461 水 水 ρ ρ R T v ρ  9 1 ν RT ρ ρ  干空气的气体常数287 a R 水蒸汽的气体常数461 w R a ρ、 w ρ分别为干空气和水蒸汽的绝对分压（ a ρ）据道尔顿定律可知 awa ρρρρ sawa ϕρρρρρ−− （ sa w ρ ρ ϕ） 湿空气的密度为 TT wa 461287 ρρ ρρρ 水蒸汽干湿 TT sasa 461287 ϕρϕρρ − 461 287 287 1 sasa T κρϕρρ− 622 . 0 00348 . 0 sasa ϕρϕρρ− tT sa −15.273/ 3779 . 0 48 . 3 ϕρρ ρ的单位kpa（ 3 /mkg） 二、湿空气的重率的测算式 3779 . 0 273 484 . 3 8 . 9 sa t gϕρρργ− ⋅ （N/ 3 m） 例如，测得18t℃ 325.101kpaρ 据t值，查表 15 得064947 . 2 kpa sa ρ 则用（140）算得湿空气的密度为 3 /2 . 1 1815.273 064947 . 2 3779 . 0 325.101848 . 3 mkg≈ − ρ 三、湿空气的含湿量的测算 （1）含湿量在 1kg干空气的空气中所挟带的水蒸汽质量称为空气的含湿量d（也称为比 湿） 1000 Ma Mw d （kgg /干空气） Mw水蒸汽质量（kg） Md干空气质量（kg） （2）含湿量与相对湿度的关系 由⇒      TRMVp TRMVp WWw aaa TR Vp M TR Vp M W W W a a a 1000/1000 TR Vp TR Vp M M d a a w w a w 1000 a a w w R p R p 1000⋅ a w w a p p R R 1000 461 287 a w p p /622622干空气 测算式 kgg pp p p p d sa sa a w ϕ ϕ − ⋅ 大气压力p、ϕ（ 干 t、 湿 t） 由 干 t，查得 sa p 例如，17t℃，80ϕ，kpammHgp325.101760，根据17t℃，查表 15 得， kpammHgpsa933 . 1 5 . 14 代入上式 kggd/64 . 9 933 . 1 80325.101 933 . 1 80622 − 干空气 四、湿空气焓的测算 湿空气的焓就是湿空气所含有的热量，又名含热量。 是指 1（kg）干空气的焓 a i和 dg水蒸汽的焓 in 之和，即 /001 . 0 kgJlwdii a ⋅ d湿空气的含湿量（g/kg 干空气） 测算式84 . 1 2500001 . 0 01 . 1 tdti dtdi250084 . 1 01. 1 其中， a i干空气的焓 w i水蒸汽的焓 1.01干空气的定压质量比热 kkgkJ./ 2500是水蒸汽的汽化潜热 kgkJ / 1.84是常温下水蒸汽的定压质量比热 kkgkJ./ 近似计算中常简化为 kgkJdti/5 . 201 . 1 五、湿空气的气体常数 / 1 1 kkgJ d dRvR R⋅ ⋅ 干 干 R287 kkgJ⋅/ Rv461 kkgJ⋅/ d空气的含湿量， kgkg /干空气 六、湿空气焓湿图的应用 试求井下空气在地在绝对静压mmHgp760 气温20t℃ 相对湿度 60ϕ 含湿量/8 . 8干空气kggd 焓 kgkJi/5 . 2∆ / 干空气kgkcali/ 1 . 10 15 湿 t℃ 12 露水 t℃ mmHgppap ww 33.10/1380 mmHgpapsa 2 . 17/2300 第二周 矿井标准状态 20293T pammHgp101325760 60ϕ 3 /2 . 1mkgρ 大气温度随高度的变化可表示为 mkmk n n k g dz dT /0065 . 0 / 1 − − − R 气体常数，287.14 skm / 2 n 常数，在海拔为 0 的标准大气压条件下235 . 1 n 条件下的 d，i， w t 露 t 压能与状态过程有关 位能与状态过程无关 第五节 井下空气的热力变化过程 地表空气进入井下，沿途要经过各种热力变化过程，而发生热交换和能量变化。 一、等容过程 （v常数，ρ也是常数） v R T ρ 常数 00pdvdv 热量的变化dudutodq 压能变化 v d / 1212 2 1 ρρρρρ ρ ρ −− ∫ 二、等压过程 （p常数 p R T v 常数） ∫ ∆ 2 1 divpdupdvdudq 0dp 压能变化 0 ∫ 2 1 dp ρ 三、等温过程 （T常数 RTvρ常数） 内能u不变， 0du ∫∫ 2 1 2 1 1 2 2 1 lnln p p RT v v RT v dv RTdv v RT dq 热量变化 2 1 ln0 p p RTdq 压能变化 2 1 1 1 2 1 11 2 1 11 2 1 lnln p p p p p p vp p dp vp p dp ∫ ∫ 四、绝热过程 （0dq， k vp 11 常数） 压能变化 1 1 1122 1 2 2 2 1 vpvp k k pp k k dp − − − − ∫ ρρρ 五、多变过程 （ n pv常数） 压能变化 ∫ − − − − 2 1 1122 1 1 2 2 1 1 vpvp n n pp n n dp ρρρ 稳定流 非稳定流 第二章 矿井风流的能量及其变化规律 第一节 矿井风流运动的特征 1．井下风流可视为一维运动，压力速度密度都是连续分布的理想气体。 2． 称 定流流体所有运动要素不随时间改变， 只是位置的函数， 这种流动称稳定流 （定常流） 3．非稳定流如果运动要素随时间变化，就称非稳定流一般把矿井风流近似地视为称定流， 灾害时矿井风流就变为非称定流。 4．一般将矿井风流视为不可压缩的，空气密度变化不大。 第二节 能量方程 一、稳定流的连续性方程 流进的质量流量 流出的质量流量 根据质量守恒定律 skgMM/ 21 ↓ 质量流量不变 即 222111 SVSVρρ skg / 由于不可压缩假设 21 ρρ 则 2211 SVSV 体积流量不变 / 3 21 smQQ 1 2 2 1 S S V V 风速与断面成反比 二、能量方程（伯努利方程） 在流体，力学中假设条件 ①假定空气是无粘性的（流体中不消耗能量） ②假定空气是不可压缩的（密度为常数） ③理想流体 （风流是连续介质） ④称定汉 （一维定常流） 断面 1 的总能量 断面 2 的总能量 能量方程为 2 111 2 1 vgzρρρ 2 222 2 1 vgzρρρ 压力 ,,zyxpp 速度 ,,zyxvv 密度 ,,zyxρρ 压力 ,,,tzyxpp 速度 ,,,tzyxvv 密度 ,,,tzyxρρ （静压能）（位能）（动能） 静压能位能动能 断面 1 机械能 断面 2 机械能 三、矿井通风的伯努利方程 修正假设，以便更附合实际 ①实际空气是有粘性的，空气流动时有内摩擦力产生，巷道壁是阻止空气流动，克服阻力要消 耗能量。 即 h阻12 2 1 2 1 2 22222 2 11111 VgzpVgzpρρρρ− 称h阻12 ②认为矿井空气不可压缩，但实际上矿内向下流动有压缩，各上流动有膨胀，密度是有变化的， 为了弥补空气密度的变化影响，在位能项中取 为风压损失，风压降，风压，通风压力通风阻力 2 21 01 ρρ ρ 2 43 02 ρρ ρ 即 h阻12 2 1 2 1 2 222022 2 111011 VgzpVgzpρρρρ− （断面 1 的总能量）－（断面 2 的总能量） 通风阻力 h阻12 2 1 2 1 21 22 2 1120210121 VVgzgzppρρρρ−−− 通风压力 （静压差）＋（位压差）＋（动压差） 伯努利方程的物理意义 ①该方程表示了实际流体在流动过程中，能量损失和能量变化的基本规律，它对于有粘性，不 可压缩的和连续流动的一切实际流体，都具有普遍适用的意义。 ②通风压力和通风阻力同时产生，相互依存，大小相等，方向相反，为克服通风阻力，必须满 足相应的通风压力，而且风流总是从总能量大的断面流向总能量小的断面。 可压缩能量方程 （深度超过干m的矿井或高温矿井） h 阻12 21 212 2 2 1 21 21 2121 2 −− −−− ρ ρρ ρ ρρ VVgzzpp 第三周 第三节 风流任一断面上机械能量 风流任一断面上的机械能可分别用静压，位压和动压来体现 一、静压（压能） 绝对静压空气压力的值以真空为其准计算的，称为绝对静压，用p表示（绝对全压用 π p表 示 ）。 相对静压空气压力的值以测点图标高的大气压力，为基准计算的称为相对静压，它等于绝 对压力与大气压力之差。 相对全压力用ht 相对静压有hs 绝对压力永远为正 papphpapph atsisiatsisi −−− 可能为正，也可能为负 抽出式通风叫做负压通风风流在抽风侧任一侧点的相对静压为负值。 压入式通风叫做正压通风风流在压风侧任一测点的相对静压为正值。 静静 hpp at − 静静 hpp at 二、位压 （位能） 位压一风流受地球引力作用，对某一基准面产生的重力位能称位压。 断面 1 处单位体积风流对 00 基准面的位压是 11111 parzgzheρ 同理，断面 2 222 pagzheρ 断面 3 333 pagzheρ 断面 4 444 pagzheρ 12 段的位压差为，gpzgpzhh ee221121 −− 当 21 pp 时， pgzgpzzhe 212121 −− − 当 21 pp ≠时，可用 m p（平均密度） gpzzh me 2121 − − 23 段的位压差为 gzgzhh ee332232 ρρ−− 32 zz  0 32 −pagzz m ρ 34 段的位压差，gzgzhh ee443343 ρρ−− 43 zz  4343 pagz −− −ρ 23 //smmkgm⋅⋅ 2 2 2 //m s kgm mskg / 2 pamN 上式表明 ①在水平巷道中，风流没有位压差。 ②在非水平巷道中，向下流的位压差为正，向上流的位压差为负。 ③对于矿井整段风流路线而言，其位压差不是起来两断面的位压差，而是井下最低标高以上 的进风段，位压差和同风段位压差之差。 ④不论空气流动与否，以下两断面空气和位压差都存在。 三、速压（动压） 速压单位体积风流的动能称速压，其作用方向与风流流动的方向一致。 2 2 232 /// 2 1 m s kgm smmkgpVh ii / 2 压能pamN i V平均风速（m/s） max VkVi⋅ 速度分布系数 v k（由于粘性，巷道壁粗糙） （内能） 平均风速与最大风速之比称k，也称速度均系数 巷道愈光滑， i k越大，速度分布愈均匀。 石经碹巷道 86 . 0 8 . 0 v k 平均 0.83 木棚支架巷道 82 . 0 68 . 0 v k 平均 0.73 无支架巷道 81 . 0 74 . 0 v k 平均 0.75 速压的测量（二种方法） 1．用皮托管测速压（风速可以反算） 2．用风表测出风速，再计算表达 风速的测量 杯式风表适用于 5～25m/s 测量高速 普通翼式风表适用于 0.5～10m/s 测量中速 高灵敏翼式风表适用于 0.1～0.5m/s 测量任风速 测风路线 /smbVaV ai 真风速 表风速 每个表却有自己的极正线，可以直接查表V 测风时巷道断面校正公式 t b V s ss V − 实际风速 真实风速（风表校正后的风速） S巷道断面 2 m b S测风员占据巷道的近似面积，通常取 0.3～0.4m 热线式 2 热体式 热敏电阻式 超声波叶式风速传感器（0.4～15m/s）数字显示。 四、全压 绝对全压 pahpp 速静全 相对全压 ||paph− 全全 相对全压是指从管道外和侧点目标高的大气压力之差算起的测点全压的相对值。 全压与静压的关系 相对静压测量 压入式 静静 hpp a a pph− 静静 抽出式 静静 hpp a − 静静 pph a − 相对全压测量 压入式 抽出式 全全 hpp a 全全 hpp a − 全压、静压、速压三者之间的关系 压入式 速静全 hpp 静静 hpp a 速静全 hhh 抽出式 速静全 hpp 静静 hpp a − 速静全 hhh− 第三周 第五节 能量方程的应用 一、始于断面间的无动力源 12 段为下行风流 gpzzhhpph vvss2121212121 −− −−− 23 段为平巷 323232vvss hhpph−− − 34 段为斜巷上行风流 gpzzhhpph vvss4343434343 −− −−− 45 段为上行风流 gpzzhhpph vvss5454545454 −− −−− 1～5 段总阻力等于各段阻力之和则 5443322151ssssssss pppppppph−−−− − 54433221vvvvvvvv hhhhhhhh−−−− gpzzgpzzgplzz 545443432121 −−− −−− gpzgpzgpzhhpp vvss5454434321215151 −−−−−− −−−− 二、始末断面间有动力源 22 2 2 21 2 1 2121 pvpv pph ss −− −阻 22 4 2 43 2 3 4343 pvpv pph ss −− −阻 14 断面的通风阻力为 2 4 2 43 2 32 2 21 2 1 432141 pvpvpvpv pppph ssss −− −− −阻 例 1在不通风的余井中，用空盒气压计测得 1 断面的压力 1 p为mmHg770，2 断面低于 1 断面， 垂高差mz50 12 ，1～2 两断面间空气柱的平均密度 3 12 /25 . 1 mkgρ，求 12 断面的位能差， 12∆ Ep和 2 断面的压力 2 p。 解pagzhe 5 . 612508 . 925 . 1 121221 − ρ mmHgpagzpp 6 . 774 5 . 103253 5 . 6