2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering1MineVentilationandDustControl

《礦井通風與防塵》江西理工大學唐敏0797-8312200(O);tmkjxust@126.com2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering2參考文獻1礦井通風技術測定及其應用淮南煤炭學院通風安全教研室煤炭工業出版社2礦井通風阻力及其測定黃元平煤炭工業出版社3煤礦安全手冊第一篇礦井通風與空調趙金福煤炭工業出版社4礦井通風黃元平中國礦業學院出版社5礦井通風與安全吳中立中國礦業大學出版社6礦井通風工程（美）C.J.霍爾煤炭工業出版社7金屬礦井通風防塵設計參考資料冶金工業出版社8通風學（日）平松良雄冶金工業出版社9冶金地下礦山安全規程10金屬非金屬礦山安全湖北科學技術出版社11礦山安全培訓教材國家安全生產監督管理局安全科學技術研究中心12教材：礦井通風與防塵王英敏冶金工業出版社2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering3目錄Contents

1緒論

2礦內大氣

3礦內風流的基本性質

4礦內風流運動的能量方程式

5井巷通風阻力

6礦井自然通風

7機械通風QR,1,2,3,4,5,6,7,8,9Q10,11,12,13,148礦井通風網路中風流基本定律和風量自然分配

9礦井風量調節

10礦井通風系統

11局部通風

12礦井通風管理與監測

13礦井防塵2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering41

緒論Introduction

1.1課程性質、目的及任務

1.2課程的主要內容和基本要求

1.3課程的重點和難點

1.4課程的實驗安排

1.5課程的學時分配2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering51.1課程性質、目的及任務

theproperties,PurposesandTaskoftheCourse

《礦井通風與防塵》是采礦工程、安全工程專業的限選專業課。礦井通風是礦井各生產環節中最基本的一環，在礦井建設和生產期間始終占有非常重要的地位。礦井通風的根本目的就是向礦井輸入新鮮空氣和排出污濁空氣。即依靠通風動力將定量的新鮮空氣，沿著既定的通風線路不斷地輸入井下，以滿足回采工作面、掘進工作面、機電硐室、火藥庫以及其他用風地點的需要；同時，將用過的空氣不斷排出地面。基本任務是供給礦井新鮮風量，以沖淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性氣體和粉塵，保證井下風流的質量和數量符合國家安全衛生標準，創造良好的工作環境，防止各種傷害和爆炸事故，保障井下人員身體健康和生命安全，保護國家資源和財產。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering61.2課程的主要內容和基本要求

theMainContentsandBasicRequirementsoftheCourse主要內容

1

研究礦內有毒、有害（CO，NO2，H2S，SO2）及放射性氣體和粉塵生成及分布的規律。

2研究礦內氣候條件的變化規律。

3

正確確定礦井的總供風量和各作業地點所需的風量。

4

正確確定礦井的通風系統、通風網路結構和通風方法。

5

正確計算礦井通風阻力，合理確定所需的通風動力。

6

隨著生產的發展變化及時進行風量的調節。

7

對礦井通風狀況進行檢查、測定，及時發現問題，解決問題。基本要求掌握礦內大氣的性質和風流運動的基本規律，學會礦井通風和防塵的檢測方法、技術管理措施和設計計算方法。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering71.3課程的重點和難點

theKeynoteandDifficultPointoftheCourse

重點是學習礦內風流運動的基本規律、風量計算及分配、礦井通風阻力計算以及主扇選型。

難點是礦井通風系統的分析和設計。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering81.4課程的實驗安排

ExperimentArrangementoftheCourse

本課程設有14學時的實驗，主要有：

1

空氣物理參數測定及風速儀的校正；

2

風流壓力測定、管道斷面壓力分布的測定；

3

風流沿程流動壓力的測定、阻力系數的測定及通風機性能測定；

4

粉塵濃度及分散度的測定。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering91.5課程的學時分配

TeachingHoursoftheCourse

本課程總學時56，其中授課42學時，實驗14學時。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering102礦內大氣

AtmosphereAirinMine

2.1礦內空氣的主要成分

2.2礦內空氣中常見的有害氣體

2.3放射性氣體

2.4礦內氣候條件2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering112.1礦內空氣的主要成分

MainCompositionofMineAir

2.1.1地面空氣

2.1.2礦井空氣

2.1.3井下空氣的主要成分2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering122.1.1地面空氣AtmosphericAir

地面空氣一般是由以下幾種氣體混合組成：

O2

氧20.90％；（按體積百分比）

N2

氮78.13％；

CO2

二氧化碳0.03％；

Ar

氬0.93％；其它稀有氣體0.01％。地面空氣是干空氣和水蒸氣的混合氣體，在正常情況下，地面空氣（干空氣）中各種氣體的組成如上述，它們表示某種氣體的體積在干空氣的總體積中所占的百分數。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering132.1.2礦井空氣AirinMine

地面空氣進入礦井以后即稱為礦井空氣。地面空氣進入井下后會發生物理和化學兩種變化。一般來講，正常的地面空氣進入礦井后，當其成分與地面空氣成分相同或相差不多時，稱為礦內新鮮空氣（安全規程規定，就含塵量而言，入風風源的含塵量不大于0.5mg/m3）（新風）。當井下空氣中混入各種有毒有害氣體，含氧量降低，CO2增加，以及粉塵含量增加，這時稱為礦內污濁空氣（污風）。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering14物理變化PhysicalChange

1氣體混入。井下空氣中混入CO2

和H2S

等氣體。

2固體混入。井下各作業點所產生的礦塵（巖塵）和其它雜塵浮游在井下空氣中。

3氣象變化。主要是由于井下空氣的溫度、氣壓和濕度的變化引起井下空氣的體積和濃度變化。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering15化學變化ChemicalChange

井下一切物質（如巖石，坑木等）的緩慢氧化、自燃現象及人體呼吸產生CO2

。井下爆破、火區氧化、機械潤滑油高溫分解等都能產生CO。井下火區氧化和含硫礦的水解都能產生H2S。井下爆破能產生氧化氮（NO2

及N2O5）等。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering162.1.3井下空氣的主要成分

MainCompositionofMineAir

井下空氣的主要成分有O2，N2，

CO2

，但是N2是惰性氣體，變化不大，故主要還是O2

，CO2。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering17氧氣(O2)（1）Oxygen

氧氣是維持人體正常生理機能所需要的氣體,人體維持正常生命過程所需的氧氣量，取決于人的體質、精神狀態和勞動強度等。

人體輸氧量與勞動強度的關系

勞動強度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（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

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering18氧氣(O2)（2）Oxygen

氧氣既提供人呼吸，又是助燃物質。井下工人勞動，需要有足夠含氧量的空氣，但對一些采空區域卻要阻止含氧空氣進入，以防自燃，釀成火災。當空氣中的含氧量減小時，人們的呼吸就會感到困難，嚴重時會導致窒息（含氧量降到6％－9％）。所以，我國礦山安全規程規定，礦內空氣的含氧量不得低于20％。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering19二氧化碳(CO2)CarbonDioxide

CO2是一種比重為1.52的無色，略帶酸臭味的氣體，常沉積在巷道的底部。當空氣中CO2濃度過大時，造成氧濃度降低，可以引起缺氧窒息。當空氣中的CO2含量達10－20％，人就有生命危險。我國礦山安全規程規定：有人工作或可能有人到達的井巷，CO2不得大于0.5％，總回風流中CO2不大于1％。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering202.2礦內空氣中常見的有害氣體

MainNoxiousGasesinMine

金屬礦山井下常見的對安全生產威脅最大的有毒氣體有：CO，NO2，SO2

，H2S等。

2.2.1有毒氣體的來源

2.2.2各種有毒氣體的性質

2.2.3礦塵

2.2.4礦內空氣成分安全標準2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering212.2.1有毒氣體的來源

theSourceofNoxiousGases

1爆破時所產生的炮煙。炸藥在井下爆炸后，產生大量的有毒有害氣體，如CO,NO2等。

2柴油機工作時所產生的廢氣。柴油機工作時所排廢氣的主要成分時氧化氮，CO、醛類和油煙等。

3硫化礦物的氧化。在開采高硫礦床時，由于硫化礦物緩慢氧化，產生SO2

和H2S氣體。

4井下火災。井下火災引起坑木燃燒，產生大量的CO。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering22爆破Explosion

爆破是礦山生產的主要作業之一。爆破后，工人不能立即進入工作面，因為現代各種工業炸藥的爆破分解都是建立在可燃物質(如碳、氫、氧等)氣化的基礎上。當炸藥爆炸時除產生水蒸氣和氮外，還產生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等有毒有害氣體，統稱為炮煙。它會直接危害礦工的健康和安全。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering232.2.2各種有毒氣體的性質

thePropertiesofNoxiousGases

一氧化碳（CO）：礦山安全規程規定：礦內空氣中CO濃度不可超過0.0024％。爆破后，在通風機連續運轉條件下，CO濃度降至0.02％時，才可進入工作面。

氮氧化物（NOx→NO2）：礦山安全規程規定：氮氧化物不大于0.00025％。（NOx－5mg/m3）硫化氫（H2S）：礦山安全規程規定：井下空氣中H2S含量不能超過0.00066％。（H2S—10mg/m3）。

二氧化硫(SO2)：礦山安全規程規定：空氣中SO2含量不得超過0.0005％。（SO2

－5mg/m3）。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering24一氧化碳CarbonMonoxide

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，當空氣中一氧化碳濃度在13～75％范圍內時有爆炸的危險。

主要危害：血紅素是人體血液中攜帶氧氣和排出二氧化碳的細胞。一氧化碳與人體血液中血紅素的親合力比氧大250～300倍。一旦一氧化碳進入人體后，首先就與血液中的血紅素相結合，因而減少了血紅素與氧結合的機會，使血紅素失去輸氧的功能，從而造成人體血液“窒息”。當濃度為0.08%時，40分鐘引起頭痛眩暈和惡心；濃度為0.32%時，5~10分鐘引起頭痛、眩暈，30分鐘引起昏迷，死亡。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering25氮氧化物（NOx→NO2）NitrogenDioxide

炸藥爆炸時產生一系列的氮氧化物，如NO，NO2，NO遇空氣中的氧就立即氧化為NO2。

NO2是一種比重為1.57的褐紅色氣體，易溶于水而生成腐蝕性很強的硝酸，對眼睛、呼吸道粘膜和肺部有強烈的刺激及腐蝕作用。

主要危害：對于人體最大的危害是引起肺水腫。二氧化氮中毒有潛伏期，中毒者指頭出現黃色斑點。礦內空氣中當NO2的濃度為0.01%時，出現嚴重中毒，

0.025％時，很快使人中毒死亡。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering26硫化氫（H2S）HydrogenSulfide

硫化氫無色、微甜、有濃烈的臭雞蛋味，當空氣中濃度達到0.0001％即可嗅到，但當濃度較高時，因嗅覺神經中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氫相對密度為1.19，易溶于水，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6.0％時，有爆炸危險。

主要危害：硫化氫劇毒，有強烈的刺激作用；能阻礙生物氧化過程，使人體缺氧。當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。如當濃度達到0.1%時，在短時間內就會有生命危險。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering27二氧化硫(SO2)SulfurDioxide

二氧化硫(SO2)，無色、有強烈的硫磺氣味及酸味，空氣中濃度達到0.0005％即可嗅到。其相對密度為2.2，常存在于巷道底部，易溶于水。

主要危害：遇水后生成硫酸，對眼睛及呼吸系統粘膜有強烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水腫。當濃度達到0.002％時，眼睛及呼吸器官即感到有強烈的刺激；濃度達0.05％時，短時間內即有致命危險。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering282.2.3礦塵MineDust

在開采過程中，所產生的一切細散狀礦物和巖石的塵粒，稱為礦塵，它能較長久地懸浮于空氣中，也叫做粉塵。含游離二氧化矽（SiO2）的粉塵叫做矽塵。礦塵最大危害是，當人體長期吸入含有游離SiO2的礦塵時，會引起矽肺病。矽肺病是礦山的一種主要職業病，是因為長期大量吸入含游離SiO2的礦塵引起的。矽塵沉積于肺泡中，使肺組織部分地失去彈性而硬化，使人們呼吸功能減退，出現咳嗽、氣短、胸痛、無力等癥狀，不僅造成病痛，并影響勞動能力，嚴重時將喪失勞動能力。井下作業場所的粉塵濃度必須符合國家標準。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering29二氧化矽SiliconDioxide

二氧化矽是地殼上常見的氧化物，是許多巖石和礦物的重要組成部分，它有兩種存在狀態：一種是結合態的二氧化硅，即矽酸鹽礦物，如長石，滑石，石棉等，對人體的危害較輕。另一種是游離狀態的SiO2,主要是石英，以及燧石、磷石英、白石英等。礦塵中含游離SiO2含量越高，對人體危害越大。一般金屬礦山礦塵游離SiO2含量在30－70％左右，有時高達90％以上。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering30粉塵濃度國家標準

theNationalStandardofDustDensity

我國《關于防止廠礦企業中矽塵危害的決定》中規定，作業場所空氣中粉塵氣體濃度：含游離SiO2大于10％者，不能超過2mg/m3，小于10％者，不得超過10mg/m3。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering31礦內空氣成分安全標準

SafetyStandardofAirComposition

inMine成分安全標準（體積%）重量濃度(mg/m3)成分安全標準（體積%）重量濃度(mg/m3)O2≥20％NO20.00025％5CO2≤0.5％SO20.0005％15CO≤0.0024％30H2S0.00066％10浮塵含游離SiO2>10％時，≤2mg/m3含游離SiO2<10％時，≤10mg/m32023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering322.3放射性氣體RadiatedGases2.3.1氡及其子體的性質和危害

2.3.2礦內大氣中氡的來源

2.3.3氡及氡子體的最大允許度

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering332.3.1氡及其子體的性質和危害

thePropertiesandHarmofRadon

氡是一種惰性氣體，對人體無直接危害，但氡子體是呈固體微粒形式，大小為0.001-0.05μm，有一定的荷電性，具有很強的附著能力。因此，在空氣中很容易與粉塵結合形成“放射性氣溶膠”。被吸入人體后，氡及其子體繼續衰變放出α射線，長期作用能使支氣管和肺組織產生慢性損傷，引起病變，故認為它是產生礦工肺癌的原因之一。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering342.3.2礦內大氣中氡的來源

SourceofRadoninMineAir

巖石中普遍存在著鈾，鈾不斷地衰變，不斷產生氡氣，并從巖石的裸露表面進入空氣中。氡在水中的溶解度不大，但由于巖石裂隙中存在高濃度的氡，使地下水中溶解大量的氡，一經流入礦井，氡便從水中析出。采礦及掘進都在不斷地破碎礦巖。隨著礦巖裸露面的增加，也增加了礦井的氡析出量。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering352.3.3氡及氡子體的最大允許濃度

thePermissibleConcentrationofRadon

我國制訂的《放射性防護規定》中指出，礦山井下工作場所空氣中氡及其子體最大允許濃度如下：氡：1×10-10Ci/L=3.7kBq/m3，或叫1艾曼氡子體的α潛能值：

4×104MeV/L=6.4μJ/m3;

空氣中氡子體濃度的限值：8.3μJ/m3。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering362.4礦內氣候條件theClimateConditioninMine

2.4.1概述

2.4.2礦內空氣的濕度、含濕量

2.4.3礦內空氣溫度

2.4.4井下氣候條件的舒適性

2.4.5衡量礦井氣候條件的指標2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering372.4.1概述（1）GeneralIntroduction

礦井氣候條件主要指礦井空氣的溫度、濕度和流速等，也稱礦井氣候條件的三要素。人體在工作或休息時，都在不斷產生和散發熱量。在正常條件下，人體產熱速率和環境冷卻能力相適應而處于平衡狀態，體溫保持在36.5－37度。新陳代謝是人類生命活動的基本過程之一。人體散熱主要是通過人體皮膚表面與外界的對流、輻射和汗液蒸發這三種基本形式進行的。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境溫度；蒸發散熱取決于周圍空氣的相對濕度和流速。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering382.4.1概述（2）GeneralIntroduction

在悶熱的環境中從事繁重勞動時，環境冷卻速率低于人體產熱速率，體溫將升高，并導致心率加快，身體不舒適，勞動生產率下降，嚴重時可導致中暑和死亡。礦井氣候條件的三要素是影響人體熱平衡的主要因素。

空氣溫度：對人體對流散熱起著主要作用。

相對濕度：影響人體蒸發散熱的效果。

風速：影響人體的對流散熱和蒸發散熱的效果。對流換熱強度隨風速而增大。同時濕交換效果也隨風速增大而加強。如有風的天氣，涼衣服干得快。影響人體產生熱量主要決定于勞動強度。而影響人體散熱的條件是空氣的溫度、濕度和風速三者的綜合狀態。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering392.4.2礦內空氣的濕度、含濕量HumidityofMineAir1幾個概念

2影響濕度的原因

3礦井濕度變化規律2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering40幾個概念Concept

1絕對濕度（

）。單位體積或單位重量的濕空氣中所含水蒸氣重量的實際值（g/m3

或g/kg）。

2飽和能力（

）

。單位體積或單位重量的空氣能容納水蒸氣量的極限能力或最大能力（g/m3

或g/kg）。當溫度升高時，空氣的體積增大，空氣分子間的孔隙增大，容納水蒸氣的能力增大。這就是說，空氣溫度越高，空氣的飽和能力就越大。

3相對濕度(φ

)。在溫度相同和壓力相同的條件下，空氣的絕對濕度和飽和能力的百分比叫做空氣的相對濕度。

4露點。在氣壓不變，水蒸氣無增減的情況下，不飽和空氣因冷卻而達到飽和時的溫度。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering41相對濕度的計算CalculationofRelativeHumidity

為水蒸氣壓力，為飽和水蒸氣壓力。

φ=0，φ=100%

，分別意味著什么？在一定溫度和壓力下，的數值是常數，則由上式可知，φ和是成正比例變化的，即空氣的相對濕度越大，則空氣的絕對濕度也越大，即表示這時的空氣越潮濕。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering42影響濕度的原因Factors

AffectingHumidity1地面濕度隨季節變化。陰雨季節濕度較大，夏季相對濕度較低（氣溫高，高），冬季相對濕度較大（氣溫低，低）。

2地面濕度與地理位置有關。沿海地區較高，向內陸逐漸降低，西北地區達到最低值。因為空氣中水蒸氣來自水面，故大氣中濕度一般自沿海向內陸和自低層向高層（海拔）遞減。（如贛南平均海拔300－500m，甘肅2000m左右）。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering43礦井濕度變化規律ChangeLawofHumidityinMine

井下濕度由于礦井涌水或滴水或充填、濕式作業、噴霧灑水等原因，井下通常都很潮濕，金屬礦山井下相對濕度在80－90％左右。一般來說，在礦井進風路線上，冷天相對濕度大，含有一定量水蒸氣的冷空氣進入井下，氣溫逐漸升高，其飽和能力逐漸變大，相對濕度變小，沿途要吸收井巷中的水分，則進風段干燥；熱天相對濕度低，熱空氣進入井下，氣溫逐漸降低，其飽和能力逐漸變小，使其中一部分水蒸氣凝結成水珠，故進風段里很潮濕。這就是人們常見的進風段冬干夏濕現象。采掘工作面和回風路線上，因氣溫常年不變，故其濕度亦幾乎常不變，而且相對濕度都在95％以上。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering442.4.3礦內空氣溫度TemperatureofAirinMine

1溫度變化

2影響礦內溫度的因素3井下氣溫變化規律

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering45溫度變化theChangeofTemperature

礦內空氣溫度是礦內氣候條件的一個重要因素。礦內空氣最適宜人們勞動的溫度是15-20℃。空氣在礦井中流動，會由于各種原因而導致溫升。通常有對流溫升和換熱溫升。

對流溫升，是指空氣由于絕熱壓縮和水分蒸發時所引起的空氣溫度變化。

換熱溫升，是指巖石和空氣中的熱交換，所引起的空氣溫度的變化。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering46影響礦內溫度的因素

theFactorsAffectingTemperatureinMine

地面空氣溫度

空氣受壓縮和膨脹

巖石溫度的影響2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering47地面空氣溫度

theTemperatureofAtmosphericAir

地面氣溫一年四季有周期性變化，甚至一日之內也發生周期性變化。地面空氣溫度的變化對井下空氣的影響極大。我國北方冬季寒冷，進風段若不預熱，有可能出現冰凍現象；南方夏季炎熱，使井下溫度升高，惡化工作環境，尤其是淺井。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering48空氣受壓縮和膨脹CompressionandExpansionofAir

當空氣沿井筒向下流動時，由于井筒加深，空氣受壓縮，而放出熱量，使空氣溫度升高；當空氣向上流動時，則膨脹吸熱，使溫度降低。

空氣溫升計算式：

t2-t1=g(z1-z2)/Cp

t1、t2－1、2點的空氣溫度，℃；z1、z2

－1、2點的標高，m;Cp

－空氣的定壓比熱，J/kg·℃；

g－重力加速度，m/s2。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering49巖石溫度的影響（1）EffectofRockTemperature

地表以下巖石的溫度是變化的，可分為三帶：

變溫帶：溫度隨地表溫度而變化；

恒溫帶：不受地表溫度的變化影響，而穩定不變。其溫度近似等于當地年平均氣溫，深度大約距地表20－30米。

增溫帶：在恒溫帶以下，巖石溫度隨深度的增加而增加。一定深度的巖石溫度計算式：

tZ

=t0+Gt

(Z-Z0)

tZ

－距地面垂深Z米處的巖層溫度，℃；t0－恒溫帶處巖層的溫度，可近似取當地年平均氣溫，℃。Z－巖層的深度，m；

Z0

－恒溫帶的深度，m;Gt

－地溫梯度，即巖層溫度隨深度的變化率。℃/m。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering50巖石溫度的影響（2）EffectofRockTemperature

圍巖與井下空氣的熱交換是一個復雜的非穩態定過程，但其主要熱交換方式為傳導和對流。當圍巖溫度高于進入礦內空氣的溫度時，巖體內部的熱量就會傳遞到巷道壁，再由巖壁散發到空氣中，使空氣加熱而升溫。巖體中的熱量不斷地傳給空氣，在巷道周圍逐漸形成冷卻圈。冷卻圈的大小決定于巖石的性質、巖體與空氣的溫差，以及距井口的距離和通風時間的長短。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering51井下氣溫變化規律（1）

theChangeLawofTemperatureinMine

在進風路線上（指向礦井進風口到采掘工作面的一段路線）：

冬季：冷空氣進入井下，冷氣溫與地溫進行熱交換，風流吸熱，地溫散熱，因地溫隨深度增加且風流下行受壓縮，故沿線氣溫逐漸升高。

夏季：與冬季的情況相反，沿線氣溫逐漸下降。即在進風路線上，氣溫隨四季而變，和地表氣溫相比，有冬暖夏涼的現象，對地表氣溫起調節作用，進風路線好比調節器。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering52井下氣溫變化規律（2）

theChangeLawofTemperatureinMine

在采掘工作面內，由于物質的氧化程度大，機電設備多，人員多以及爆破工作等，致使產生較大的熱量，對風流起著加熱作用，氣溫逐漸升高，而且常年變化不大，故采掘工作面好比是恒溫加熱器。在回風路線上，因地溫逐漸變小，風流向上流動體積膨脹，風流匯合，風速增加，使氣溫逐漸降低，但常年變化不大。對于平硐進風，井下風流路線不長的礦井，由于熱交換不充分致使整個風流路線上（包括采掘工作面）的氣溫都可能隨四季地面氣溫而變。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering53井下進風線路上氣溫變化規律

theChangeLawofTemperatureinEntranceRouteunderground夏冬氣溫進風段工作面回風段2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering54井下氣候條件的舒適性

theComfortableConditionofClimateunderground

人體散熱方式分為對流、輻射和蒸發。氣溫較低時，人體以對流及輻射形式放散的熱量較大。隨著氣溫的升高，對流及輻射的散熱量漸漸減小，以汗水蒸發形式放散的熱量增加。當氣溫近似于體溫時，對流及輻射散熱趨近于零，完全靠汗水蒸發散熱。當井下的相對濕度大于80％時，人體出汗不易蒸發，相對濕度低于30％，則感到干燥。最舒適的相對濕度為50－60％。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering55衡量礦井氣候條件的指標（1）

IndexesJudgingClimateConditioninMine

1干球溫度干球溫度是我國現行的評價礦井氣候條件的指標之一。

特點：在一定程度上直接反映出礦井氣候條件的好壞。指標比較簡單，使用方便。但這個指標只反映了氣溫對礦井氣候條件的影響，而沒有反映出氣候條件對人體熱平衡的綜合作用。

2濕球溫度

濕球溫度是可以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。但這個指標仍沒有反映風速對人體熱平衡的影響。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering56衡量礦井氣候條件的指標（2）

IndexesJudgingClimateConditioninMine

3卡他度：井下氣候條件是溫度、濕度和風速三者的綜合作用，單獨用某一因素來評價氣候條件是不夠的。一般評價勞動條件舒適程度的綜合指數，多采用卡他度。

卡他度表示具有與人的體溫接近的卡他溫度計向外界散熱的速度。是1916年由英國L.希爾等人提出的。卡他度分為：干卡他度、濕卡他度。

干卡他度：反映了氣溫和風速對氣候條件的影響，但沒有反映空氣濕度的影響。

濕卡他度：表示對流、輻射和蒸發三者的綜合散熱效果。它是在卡他計貯液球上包裹上一層濕紗布時測得的卡他度，其實測和計算方法完全與干卡他度相同。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering57衡量礦井氣候條件的指標（3）

IndexesJudgingClimateConditioninMine

卡他度是指溫度由38℃度降到35℃時的卡他溫度計的液球，在單位時間內，單位表面上所散發的熱量，它的單位是毫卡/厘米2秒

H=F/t。

H

－卡他度；F－卡他度常數；t－由38℃度降到35℃所經過的時間，秒。卡他度的測定由實驗完成。一般來說，卡他度的值越大，散熱條件越好。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering58

礦內風流的基本性質

theBasicPropertiesofAirflowinMine3.1前言

3.2礦內空氣的密度及計算

3.3礦內空氣壓力及測定

3.4礦內風流的流動（運動）狀態

3.5礦內風流的流速及測定

3.6礦內風流的流動（運動）形式

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering593.1前言Preface

在一條風道中的兩點空氣能量不同，空氣必然從能量高的地點流向能量低的地點，從而形成風流。這說明空氣流動必須具備兩個條件:一是有通路，一是能量不同。空氣本身能量的變化是造成風流流動的根本原因。欲了解礦內空氣流動規律，必須先了解礦內風流的基本性質。本章將著重討論風流的物理性質和狀態變化，流態和運動型式，風流壓力和流速等。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering603.2礦內空氣的密度及計算

AirDensityandItsCalculationinMine

密度：單位體積的空氣所具有的質量。

ρ=M/V(㎏/m3),M－質量，V－體積；干空氣密度：ρ=1.293T0p/p0T(㎏/m3)，或代入具體條件后：ρ=3.48p/T(㎏/m3)；不同濕度條件下空氣的密度：

ρ=3.48(p/T)(1-0.378φpb/p)(㎏/m3)p－空氣壓力（KPa），T－空氣絕對溫度（K），

φ

－空氣相對濕度（％），pb－飽和水蒸氣壓力(KPa)。經驗公式:ρ=3.45p/T(㎏/m3),(濕度對密度影響小)2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering613.3礦內空氣壓力及測定

AirPressureandItsMeasure3.3.1空氣壓力

1空氣靜壓（靜壓強）

2動壓

3全壓

4空氣壓力的單位

3.3.2礦內空氣壓力的測定2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering623.3.1空氣壓力AirPressure

單位體積空氣包圍著地球的大氣，受地心吸引力的作用，對其底部單位面積上所具有的重力稱為大氣壓力，也稱為氣壓。所以大氣壓力是一個壓強的概念。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering63空氣靜壓（靜壓強）AirStaticPressure

空氣的靜壓是氣體分子間的壓力或氣體分子對容器壁所施加的壓力。井下空間某一點空氣靜壓的大小與該點在大氣中所處的位置和受扇風機所造成的人工壓力有關。在礦井里，隨著深度的增加，上部空氣輕，重量（空氣靜壓）亦增加。對于海拔高度不大的礦井來說，通常垂直深度每增加100m就要增加1.2－1.3KPa的壓力。空氣靜壓根據量度時所選擇的基準不同，可分為絕對靜壓和相對靜壓。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering64絕對靜壓和相對靜壓

AbsoluteandRelativePressure

絕對壓力：以真空為測算零點（比較基準）而測得的壓力稱為絕對壓力，用Ps

表示。

相對壓力：以當時當地同標高的大氣壓力(Pa)為測算基準(零點)測得的壓力稱之為相對壓力，即通常所說的表壓力，用HS

表示。當某點的相對靜壓大于大氣壓，則稱為正壓，反之為負壓。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering65絕對壓力、相對壓力和大氣壓力的關系

theRelationshipamongAbsolute,RelativePressureandatmosphereabPs(a)

真空PaPs(b)Hs(a)(+)Hs(b)(-)Pa2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering66動壓VelocityPressure

流動空氣具有一定的動能，因此，風流中任一點除有靜壓Hs外，還有動壓Hv。動壓因空氣運動而產生，恒為正值且具有方向。

Hv=ρv2/2(Pa),

ρ－單位體積空氣的質量，kg/m3;v－風流速度，m/s。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering67全壓TotalPressure

某點風流的全壓,即該點的靜壓和動壓的疊加。當靜壓用絕對靜壓Ps表示時，則Ps與動壓Hv疊加后的壓力稱為絕對全壓,Pt，即Pt=Ps+Hv。若靜壓用相對壓力Hs表示時，則Hs與動壓Hv疊加所得的壓力稱為相對全壓,Ht。由于前面提到Hs可正可負，故Ht也可正可負，則我們說相對全壓為相對靜壓和動壓的代數和。

壓入式與抽出式通風的全壓表達式是不同的。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering68壓入式及抽出式通風

ExhaustandBlowingVentilation

壓入式，扇風機安裝在入風井，壓入新風，井下巷道內的風流都處于正壓狀態（即高于大氣壓）。在壓入通風風流中,相對全壓Ht為：

Ht=Hs+Hv

，Ht>Hs,Ht均為正值，Hs可正可負；

抽出式，扇風機安裝在回風井，抽出污風，井下巷道內的風流均處于負壓狀態（低于大氣壓）。在抽出式通風中，Ht

、

Hs為負值，相對全壓Ht為：

Ht(負值)=Hs(負值)+Hv

在實際應用中習慣取絕對值，則

|

Ht|=|Hs|-

Hv2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering69風流點壓力測定示意圖

DiagramofSurveysforAirflowPressureHt

Hv+HsHtHv

Hs+－

壓入式通風抽出式通風Hs=ps-pa,Ht=pt-pa,Hv=pt-psHs=pa-ps,Ht=pa-pt,Hv=pt-ps

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering70皮托管PitotTube

1

內管；2

外管；3

側孔；4

前孔2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering71不同通風方式的壓力關系示意圖

DiagramofPressureRelationshipwithDifferentVentilationMethod

壓入式通風抽出式通風

Hs=ps-pa,Ht=pt-pa,Hv=pt-psHs=pa-ps,Ht=pa-pt,Hv=pt-ps

PtPsHsHvHtPa真空PaHsHtHvPsPt真空2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering72空氣壓力的單位Unitof

AirPressure

（1）Kg/m2；（2）mmH2O；（3）mmHg；（4）帕斯卡(Pascal)，Pa（N/m2）。因為1Kg重的水鋪在1m2的面積上將形成1mm高的水柱，所以1Kg/m2=1mm水柱=9.8Pa(ρ水=1000kg/m3)

通風工程中常用mm水柱表示壓力，當壓力很大時，也用mm水銀柱表示。水銀比重為13.6，故1mm水銀柱=13.6mm水柱。在我國法定計量單位(亦即國際單位制)中以帕斯卡作為壓強單位，簡稱帕，以Pa表示。它的物理意義是每平方米面積所承受多少牛頓(N)的壓力。工程上還常用標準大氣壓。1個標準大氣壓=760mm水銀柱=10336mm水柱=101.3kPa.2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering733.3.2礦內空氣壓力的測定

SurveysofAirPressureinMine1絕對靜壓的測定通常使用水銀氣壓計和空盒氣壓計測定礦內外空氣絕對靜壓。（見實驗）

2相對壓力的測定通常用U形壓差計、單管傾斜壓差計或補償微壓計與皮托管配合測量風流的靜壓、動壓和全壓。（見實驗）2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering743.4礦內風流的流動（運動）狀態

AirflowStateinMine3.4.1流體流態的種類

3.4.2流體流態的判斷2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering753.4.1流體流態的種類

VarietyofAirflowState

嚴格地講，風流的流態有三種：層流、紊流和過渡流。

風速極小時，風流中出現分層現象，層與層間互不干擾。如在風流中施放煙霧，可以看到煙霧在斷面上各點沿著一定的軌跡前進，這種流態叫做層流。

風速較大時，風流在前進途中發生強烈的橫向脈動，如施放煙霧，將很快彌漫全斷面，看不清煙霧的運動軌跡，這種流態稱為紊流。在層流和紊流之間的流態稱為過渡流態或中間流態，人們通常都將過渡流也劃歸為紊流范圍，是還沒有達到完全穩定的紊流狀態。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering763.4.2流體流態的判斷（1）JudgingAirflowState

實驗證明，流體的運動狀態，受著流體的速度、粘滯性和管道的尺寸等因素的影響。這三個影響因素，可用一種沒有量綱的數值Re（雷諾數）來表示。

Re=Vd/υ

V—流體在管道中的平均速度（m/s）；d—管道直徑(米）;

υ—流體粘性運動系數（m2/s）。

當Re<2300層流

Re>2300紊流。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering773.4.2流體流態的判斷（2）JudgingAirflowState

水力半徑r：反映流體流過管道的難易程度。數學意義是流體的斷面面積S（m2）和流體的周邊長（濕周）P（m）之比，即：

r=S/Pr=d/4(圓形風管)

非圓形的風管流體流態判斷式

Re=4VS/υP

礦井中的空氣流態絕大多數是屬于紊流狀態。對于不同形狀的井巷斷面，周界長P與斷面S的關系為

P≈CS1/2

m

C－斷面形狀系數：梯形，C=4.16；三心拱，C=3.85；半圓拱，C=3.90；圓斷面，C=3.54。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering783.5礦內風流的流速及測定

VelocityofMineAirflowandItsSurveys3.5.1礦內風流的速度分布與平均風速

3.5.2風速測定（見實驗）

3.5.3風表校正（見實驗）

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering793.5.1礦內風流的速度分布與平均風速

VelocityDistributionofMineAirflowandAverageAirspeed

由于空氣的粘性和井巷壁面（粗糙度）的影響，井巷斷面上的風速分布是不均勻的。在邊壁附近的層流邊層的流速稱為邊界風速，在層流邊層以外，從巷道壁向巷道軸心方向，風速逐漸增大。設斷面上任一點的風速為Vi，則按斷面S平均風速可用下式表示：V=∫s

Vids/S∫s

Vids

即為通過斷面S的風量Q，故Q=VS。斷面上的風速分布與巷道粗糙程度有關。通常巷道軸心附近風速最大。平均風速V與最大風速Vmax

的比值稱為風速分布系數,Kv，又稱速度場系數。巷壁愈光滑，Kv值愈大，即在斷面上風速分布愈均勻。砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護巷道，Kv=0.68～0.82；無支護巷道，Kv=0.74～0.81。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering80層流邊層BoundaryofLaminarFlow

在貼近壁面處仍存在層流運動薄層，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，風速逐漸增大，呈拋物線分布。δvvmax2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering813.5.2風速測定（見實驗）

AirspeedSurveys1用風表測定風速風表可以測定某一點的風速，也可測定巷道斷面的平均風速。

2用熱電式風速儀和皮托管壓差計測風速熱電式風速儀可分為熱線和熱球風速儀，只能測定點風速（見實驗）。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering823.5.3風表校正（見實驗）

AdjustingAnemometer

由于風表制造上的誤差和使用中的磨損以及溫度、濕度、風速、粉塵的影響，表速（指示風速）并不等于實際風速，此時需要對風表在專門的設備上進行校正。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering833.6礦內風流的流動（運動）形式

theFlowingPatternoftheMineAirflow

3.6.1

礦內風流的流動型式

3.6.2

排煙（塵）過程分析

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering843.6.1礦內風流的流動型式

theFlowingPatternoftheMineAirflow1固定邊界流（巷道型風流）:這是一種有固定邊界的風流，如風流在井筒巷道中流動。

特點：風流受固定邊界的限制而沿風道方向流動。

2自由風流或射流（硐室型風流）:這是一種沒有固定邊界的風流，如風流由風管流入巷道，或風流從巷道流入大斷面的硐室。

特點：風流的邊界不是風道壁，而是空氣。自由風流的橫斷面隨流動方向逐漸擴散，形成圓錐形。根據圓錐形風速在前進過程中是否能充分發展，又可分為不完全自由風流和完全自由風流。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering85不完全自由風流和完全自由風流

LimitedFreeAirflowandFreeAirflow

不完全自由風流完全自由風流2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering863.6.2排煙（塵）過程分析

AnalysisofDust-emission1巷道型風流與紊流變形根據巷道型風流的運動規律，風流（污風）沿巷道按巷道內風速分布曲線運動。

2硐室型風流與紊流擴散管內空氣注入無限空間時，將出現自由風流。具有貫穿風流的硐室中排煙排塵如圖示。在紊流擴散作用下，新鮮空氣與炮煙在邊界層相互摻雜。若出口處d-d的煙塵平均濃度為C’，峒室里的炮煙平均濃度為C，則定義

K＝C’/C

為紊流擴散系數。由此可知，紊流擴散系數K越大，排煙越快；反之，越慢。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering87紊流變形

TurbulentDeformationaL

be

e'

e''

cd2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering88具有貫穿風流硐室中的排煙排塵

Dust-emissionintheRoomwithathroughVentilation

a

aQCC’ddbbL2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering89

礦內風流運動的能量方程式

FlowingEnergyEquationofMineAirflow4.1不可壓縮性實際流體能量方程式

4.2能量方程在通風阻力的測定中的應用

4.3能量方程式在分析通風動力與阻力關系時的應用

4.4有分支風路的能量方程式

4.5可壓縮性實際流體能量方程式2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering904.1不可壓縮性實際流體能量方程式（1）

EnergyEquationforincompressibleRealFluid

氣體是可壓縮的，氣體的壓縮性表現在其密度的變化，在礦井通風中，通常視風流為不可壓縮。理想流體和實際流體在不可壓縮情況下的單位體積流體運動微分方程分別為：若考慮阻力，則有下式，其中dh/dl為阻力坡度。

2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering914.1不可壓縮性實際流體能量方程式（2）

EnergyEquationforincompressibleRealFluidh12—單位體積實際流體在斷面1，2之間，因克服阻力所損失的能量，在礦井通風中稱為通風阻力。能校正系數K，其物理意義為該斷面上實際流速計算的動能之總和與按斷面平均流速計算的動能之總和的比值，其大小取決于管道的粗糙度。k值的變化在1.05—1.10間，礦井通風中通常取k＝1

。2023/2/2SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering924.1不可壓縮性實際流體能量方程式（3）

EnergyEquationforincompressibleRealFluid

前面曾討論了礦內空氣密度受靜壓、風速及高度變化的影響不大，可視為不可壓縮氣體來處理。但是，為了真實地反映各點的能量