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礦井風(fēng)流的基本性質(zhì)

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第二章 礦井風(fēng)流的基本性質(zhì)
郝文閣
實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)效果的物質(zhì)載體是輸送到井下巷道和采場(chǎng)的流動(dòng)氣體。為了客觀評(píng)價(jià)氣流品質(zhì)和準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)風(fēng)流特征及作用，有必要首先熟悉礦井風(fēng)流的基本性質(zhì)、風(fēng)流的流動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)型式。
概述
礦井空氣的物理參量及其測(cè)定 
礦井風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)型式

2.1 礦井空氣的物理參量及其測(cè)定
2.1.1礦井空氣密度及計(jì)算

2.1.2礦井空氣壓力及其計(jì)算 
1.空氣壓力
            流動(dòng)空氣的壓力可通過(guò)靜壓、動(dòng)壓和全壓三種方式加以描述。
（1)空氣靜壓空氣質(zhì)團(tuán)具有向周圍空間擴(kuò)張的特性，當(dāng)這種擴(kuò)張受到限制時(shí)，氣體就顯現(xiàn)出沿各個(gè)方向擠壓的屬性，將單位面積受到的這種推力稱為空氣具有的靜壓。
            大氣的壓力是地面的靜止空氣的靜壓力，其值為單位面積空氣柱的重力，因此，不同海拔高度處的空氣的靜壓力時(shí)不相等的。
     表2-1不同海拔高度處的大氣壓力
            當(dāng)然，隨著礦井深度的延伸，空氣靜壓力也會(huì)相應(yīng)的增加，大致每增加深100m，壓力增加1.2-1.3kpa。
            氣體的絕對(duì)壓力是以真空狀態(tài)的絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)度量的靜壓，絕對(duì)壓力恒為正值，標(biāo)記為Ps；相對(duì)壓力則是以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫0為基準(zhǔn)度量的壓力，用Hs標(biāo)記，數(shù)值上的等于絕對(duì)靜壓與大氣壓力的差值，相對(duì)靜壓可能是正值、負(fù)值或零。
            井下空氣的靜壓還受測(cè)壓點(diǎn)氣流速度及礦井通風(fēng)方式的影響，其值可能等于或低于當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?
2．空氣壓力的測(cè)定
（1）空氣絕對(duì)壓力的測(cè)定
    a.水銀氣壓計(jì)，主要放置于室內(nèi)用于氣壓計(jì)的標(biāo)定，水銀槽及上部的玻璃管裝有純凈水銀，玻璃管上端為真空，水銀槽受到的壓力不同，水銀玻璃管中的水銀柱高度就不同。具體使用方法參照儀表的說(shuō)明書。
    b.空盒氣壓計(jì)，因其攜帶方便，常用于井下絕對(duì)壓力的測(cè)量，利用大氣壓力對(duì)盒面的壓力作用，帶動(dòng)盒內(nèi)的傳動(dòng)杠桿驅(qū)使指示轉(zhuǎn)動(dòng)，視其轉(zhuǎn)動(dòng)幅度讀取大氣壓力值。
圖2-1 水銀氣壓計(jì)
圖2-2 空盒氣壓計(jì)
（2）相對(duì)壓力的測(cè)定
             U型壓差計(jì)，透明的U型管中裝有蒸鎦水，U型管兩個(gè)管口接有空心塑料管，U型管中兩個(gè)液面的高度差即為兩個(gè)塑料管口處的空氣壓力差值。
（3）動(dòng)壓的測(cè)定
             動(dòng)壓測(cè)定時(shí)，可將皮托管的兩個(gè)接口與U型壓差計(jì)相連。皮托管測(cè)量頭正對(duì)風(fēng)流流向，內(nèi)管孔眼接受風(fēng)流的全壓，測(cè)量管上側(cè)壁孔眼與外管相通，由于孔眼與風(fēng)流流向相垂直，因此只能接受靜壓力，這樣與內(nèi)管和外管相連的U型管上的液面之差就是全壓與靜壓的差值，即為風(fēng)流的動(dòng)壓。 
圖2-3 U型壓差計(jì)               圖2-4 皮托管
2.1.3空氣溫度
1.絕對(duì)溫度

2.礦井內(nèi)空氣溫度變化特征
             由于地下巖石的儲(chǔ)熱能力較空氣大很多，井下巖石的溫度隨季節(jié)的變化就不如地表空氣那樣顯著。因此，從地表送入井下的空氣將會(huì)與沿途中接觸的巖石壁進(jìn)行溫度差造成的對(duì)流換熱，加之水氣交換的潛熱傳遞和空氣壓力的變化都會(huì)引起井下風(fēng)流的溫度與地表空氣存在明顯的不同。
            一般冬季井下空氣要高于地表空氣溫度，夏季則相反，井下空氣低于地表空氣溫度。
2.1.4空氣濕度及其測(cè)定
1.空氣濕度
（1）絕對(duì)濕度  單位體積或單位質(zhì)量濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量數(shù)，fa,g.m-3或g/kg。
（2）飽和濕度  單位體積或質(zhì)量在某一溫度和壓力下所能含有的最大水蒸汽量，fs。
（3）相對(duì)濕度  實(shí)際空氣含有的水蒸氣質(zhì)量與同一溫度和壓力條件下的飽和空氣的含濕度之比。 
（4）井下空氣濕度的變化特征
           冬季井上空氣溫度低，空氣較為干燥，進(jìn)入井巷后，吸收井巷中的水分；夏季空氣進(jìn)入井巷后，隨著溫度巷的下降，空氣中的水分容易向井巷壁面上冷凝。因此，進(jìn)風(fēng)巷道往往出現(xiàn)冬干、夏濕的現(xiàn)象。
2.空氣濕度的測(cè)定
            用干濕溫度計(jì)構(gòu)成溫度計(jì)測(cè)量相對(duì)濕度的原理是利用干濕溫度計(jì)相對(duì)于溫度水蒸發(fā)帶走的熱量較小，其溫度值較濕溫度計(jì)要高的現(xiàn)象，通過(guò)讀取二者的溫度差，再查表確定該溫度下空氣的相對(duì)濕度。
2.1.5礦井風(fēng)流速度及其測(cè)定

圖2-5 巷道中風(fēng)流速度分布
圖2-6 翼式風(fēng)表
2.風(fēng)速測(cè)定
（1）風(fēng)表測(cè)風(fēng)速，井下常用杯式或翼式風(fēng)表直接測(cè)定風(fēng)速，杯式適用測(cè)>10m/s的風(fēng)速；翼式適宜測(cè)0.5-10m/s的風(fēng)速。二者測(cè)速原理相似，利用風(fēng)流吹動(dòng)葉輪帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)，由指針讀數(shù)和測(cè)速時(shí)間，算出表速，再由校正曲線確定實(shí)際風(fēng)速。測(cè)定時(shí)，先調(diào)零，待葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后，打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，記錄1-2min時(shí)間，關(guān)閉開(kāi)關(guān)，讀取指針數(shù)，由指針數(shù)和指針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，算表速N，再換算成實(shí)際風(fēng)速v。風(fēng)表可以測(cè)定一點(diǎn)的風(fēng)速，也可以手持風(fēng)表在巷道斷面上按一定路線均勻移動(dòng)風(fēng)表，使移動(dòng)路線盡量涵蓋整個(gè)斷面。依人與表的空間相對(duì)位置關(guān)系，分為迎面法和側(cè)面法。 
圖2-9 風(fēng)表移動(dòng)線路
2.2礦井風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)型式 
2.2.1 流動(dòng)狀態(tài)

2.2.2運(yùn)動(dòng)型式
            礦內(nèi)風(fēng)流的運(yùn)動(dòng)型式指的是風(fēng)流在不同類型井巷空間的運(yùn)動(dòng)方式。其中一種為在井巷及管道邊界限制下氣流運(yùn)動(dòng)—巷道型風(fēng)流；另一種為氣流在相對(duì)空間較大、邊界對(duì)氣流的限制不明顯的大空間諸如采場(chǎng)中的氣流運(yùn)動(dòng)型式—硐室風(fēng)流。 
            巷道型風(fēng)流的排煙原理如圖2.10，隨著氣流的向前推移，炮煙被向前運(yùn)移的同時(shí)，炮煙區(qū)的形狀也逐漸發(fā)生變形，通過(guò)紊流的運(yùn)移和變形將炮煙吹出與稀釋，使斷面的平均濃度逐步降低。
本章要求熟練掌握井下風(fēng)流的主要物理參數(shù)和變化特征，熟練掌握相關(guān)壓力的測(cè)定方法，理解兩種風(fēng)流運(yùn)動(dòng)型式的排煙原理。

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