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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的流動氣體。為了客觀評價氣流品質(zhì)和準確認識風(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)流的流動特性和運動型式。
概述
礦井空氣的物理參量及其測定 
礦井風(fēng)流的流動狀態(tài)與運動型式

2.1 礦井空氣的物理參量及其測定
2.1.1礦井空氣密度及計算

2.1.2礦井空氣壓力及其計算 
1.空氣壓力
            流動空氣的壓力可通過靜壓、動壓和全壓三種方式加以描述。
（1)空氣靜壓空氣質(zhì)團具有向周圍空間擴張的特性，當(dāng)這種擴張受到限制時，氣體就顯現(xiàn)出沿各個方向擠壓的屬性，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。
            氣體的絕對壓力是以真空狀態(tài)的絕對零壓為基準度量的靜壓，絕對壓力恒為正值，標記為Ps；相對壓力則是以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫0為基準度量的壓力，用Hs標記，數(shù)值上的等于絕對靜壓與大氣壓力的差值，相對靜壓可能是正值、負值或零。
            井下空氣的靜壓還受測壓點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．空氣壓力的測定
（1）空氣絕對壓力的測定
    a.水銀氣壓計，主要放置于室內(nèi)用于氣壓計的標定，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明書。
    b.空盒氣壓計，因其攜帶方便，常用于井下絕對壓力的測量，利用大氣壓力對盒面的壓力作用，帶動盒內(nèi)的傳動杠桿驅(qū)使指示轉(zhuǎn)動，視其轉(zhuǎn)動幅度讀取大氣壓力值。
圖2-1 水銀氣壓計
圖2-2 空盒氣壓計
（2）相對壓力的測定
             U型壓差計，透明的U型管中裝有蒸鎦水，U型管兩個管口接有空心塑料管，U型管中兩個液面的高度差即為兩個塑料管口處的空氣壓力差值。
（3）動壓的測定
             動壓測定時，可將皮托管的兩個接口與U型壓差計相連。皮托管測量頭正對風(fēng)流流向，內(nèi)管孔眼接受風(fēng)流的全壓，測量管上側(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)流的動壓。 
圖2-3 U型壓差計               圖2-4 皮托管
2.1.3空氣溫度
1.絕對溫度

2.礦井內(nèi)空氣溫度變化特征
             由于地下巖石的儲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與沿途中接觸的巖石壁進行溫度差造成的對流換熱，加之水氣交換的潛熱傳遞和空氣壓力的變化都會引起井下風(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空氣濕度及其測定
1.空氣濕度
（1）絕對濕度  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）相對濕度  實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，進入井巷后，吸收井巷中的水分；夏季空氣進入井巷后，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，進風(fēng)巷道往往出現(xiàn)冬干、夏濕的現(xiàn)象。
2.空氣濕度的測定
            用干濕溫度計構(gòu)成溫度計測量相對濕度的原理是利用干濕溫度計相對于溫度水蒸發(fā)帶走的熱量較小，其溫度值較濕溫度計要高的現(xiàn)象，通過讀取二者的溫度差，再查表確定該溫度下空氣的相對濕度。
2.1.5礦井風(fēng)流速度及其測定

圖2-5 巷道中風(fēng)流速度分布
圖2-6 翼式風(fēng)表
2.風(fēng)速測定
（1）風(fēng)表測風(fēng)速，井下常用杯式或翼式風(fēng)表直接測定風(fēng)速，杯式適用測>10m/s的風(fēng)速；翼式適宜測0.5-10m/s的風(fēng)速。二者測速原理相似，利用風(fēng)流吹動葉輪帶動指針旋轉(zhuǎn)，由指針讀數(shù)和測速時間，算出表速，再由校正曲線確定實際風(fēng)速。測定時，先調(diào)零，待葉輪轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后，打開啟動開關(guān)，記錄1-2min時間，關(guān)閉開關(guān)，讀取指針數(shù)，由指針數(shù)和指針轉(zhuǎn)動時間，算表速N，再換算成實際風(fēng)速v。風(fēng)表可以測定一點的風(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風(fēng)表，使移動路線盡量涵蓋整個斷面。依人與表的空間相對位置關(guān)系，分為迎面法和側(cè)面法。 
圖2-9 風(fēng)表移動線路
2.2礦井風(fēng)流的流動狀態(tài)與運動型式 
2.2.1 流動狀態(tài)

2.2.2運動型式
            礦內(nèi)風(fēng)流的運動型式指的是風(fēng)流在不同類型井巷空間的運動方式。其中一種為在井巷及管道邊界限制下氣流運動—巷道型風(fēng)流；另一種為氣流在相對空間較大、邊界對氣流的限制不明顯的大空間諸如采場中的氣流運動型式—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，炮煙被向前運移的同時，炮煙區(qū)的形狀也逐漸發(fā)生變形，通過紊流的運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)壓力的測定方法，理解兩種風(fēng)流運動型式的排煙原理。

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