井巷通风阻力
时间:2023-06-06 19:14:30 134人看过 来源:法律编辑整理

空气沿井巷流动时,由于风流的粘滞性和惯性,以及井巷壁面对风流的阻滞、扰动作用而使风流的总能量降低,单位体积空气流动过程中所产生的能量损失称为通风阻力。井巷通风阻力可分为摩擦阻力(亦称为沿程阻力)和局部阻力。

1.摩擦阻力

风流在井巷中做沿程流动时,由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力。

2.局部阻力

风流在运动过程中,由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因,使均匀流动在局部地区受到影响,从而引起风流速度场分布变化,导致风流的能量损失,这种阻力称为局部阻力。局部阻力ht一般用动压的倍数来表示:

式中,-局部阻力系数,为无因次。其值与风流的流动状态、局部阻力物的形状及计算时风速v的选定有关。

同摩擦阻力计算相似,局部阻力计算也可以通过局部风阻来进行,即

其中Rt称为局部风阻。

在实测井巷通风阻力时,一般都将局部阻力包含在摩擦阻力当中,不另行计算,但局部阻力比较明显时,只考虑局部阻力。

3.矿井总风阻与矿井等积孔

井巷通风系统中,风流一般都处于完全紊流状态,摩擦阻力与局部阻力均与风量的平方成正比,对于特定井巷,当空气密度不变时,其风阻R值基本上为定值。在矿井通风系统中,地面大气从进风口进入井下,沿井巷流动,直到风硐在由主要通风机排出,沿途要克服各段井巷的通风阻力。从进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HR。若矿井在该主要通风机负责的这一系统中总风量为Q,则本系统的总风阻R为

显然,R是反映矿井通风难易程度的一个指标,R值越大,矿井通风越困难,反之则较容易。对于矿井某一个通风系统,其总风阻受风网结构、井巷风阻、风量分配等多种因素影响。

习惯上,常用矿井等积孔来形象地描述矿井通风难易程度。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Q,而孔口两侧的

风压差等于该矿井通风系统的总阻力HR时,则称该矿井通风系统的等积孔为A(m2)。A与HR、R、Q存在下列关系:

显然,A值越大,则表明R值越小,矿井通风越容易,反之越难。

应当指出,前述矿井通风系统等积孔的概念,是针对某一风机负责的通风系统而言的,计算时,HR是从进风井经井下系统至该风机入口的总通风阻力,风量Q应是该风机所负责通风的井下总回风量(不应该包含风机房附近的地面漏风量),对子单一风机通风的矿井,A表示该矿井的通风系统等积孔的面积。只要井下风网结构和井巷风阻不发生变化,等积孔A是定值。对于多风机通风系统的矿井,各个系统的等积孔是不一样的,又由于多风机通风系统的矿井,系统之间存在公共通风井巷,当某一系统的风机运转参数发生变化使自身系统风量发生变化后,公共通风的井巷中风量、阻力也发生变化,其它系统的风量、总阻力也发生变化,由上述方法计算出的等积孔面积A值也是变化的,故在多风机通风系统的矿井中,各系统的等积孔面积A不仅受井下风网结构、井巷风阻的影响,还受各风机的运转参数的影响。

有的文献按风机总功率相加,求出矿井各风机有用输出功率之和

式中n表示运转风机台数,HRi和Qi分别表示第i台风机所负责的通风系统总阻力和总风量,进而求出矿井等效通风阻力、等效风阻和等效等积孔。

由此按等效等积孔衡量多风机通风系统的矿井的通风难易程度的指标,实际上是不妥当的。因为,等效等积孔面积A值大,并不说明所有系统的等积孔Ai都大,实际上,只有各系统的等积孔相近且数值都比较大,公共风路的阻力又特别小时,系统间的相互影响才比较小,全矿井通风系统才比较稳定,通风较容易。只要有一个系统等积孔小,都应视为通风困难。

4.降低矿井通风阻力的措施

降低矿井通风阻力,对保证矿井安全生产和提高经济效益都具有重要意义。摩擦阻力是矿井通风阻力的主要组成部分,但许多矿井的回风系统(特别是风硐)的局部阻力也占有相当大的比例。从总体上讲,降低矿井通风阻力的主要措施有:

(1)减少井巷摩擦阻力系数

在矿井设计时,尽量选用值较小的支护方式,施工时确保质量,并加强维护,使各井巷保持光滑、平整、畅通。

(2)保证各井巷有足够大的有效通风断面S。风量较大的井巷必须保证有足够大的有效通风断面,必要时,可以开掘并联井巷。

(3)选用周长较小的井巷

在井巷断面积相同的条件下,圆形断面的周长最小,拱形次之,矩形、梯形断面周长较大,因此,立井井筒都采用圆形,斜井、石门、主要进回风大巷、上下山一般均采用拱形,只有在次要巷道及采区内服务时间不长的巷道才采用梯形断面。

(4)减少井巷长度L

在满足开采需要的前提下,尽量缩短通风流程。

(5)避免井巷内风量过于集中

对全矿井而言,应合理规划井下通风网络,使总进风早分开,总回风晚汇合。

(6)设法降低井巷的局部阻力

应尽量避免井巷断面的突然扩大和突然缩小,转弯应平缓,及时清理不必要的堵塞物,加强井巷的维护工作,及时处理冒顶、片帮和积水。

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