5第五章 矿井通风网络中风量分配与调节.doc

第五章 矿井通风网络中风量分配与调节 （2个学时）5-1.风量分配基本规率。5-2简单网络特性。5-3通风网络动态特性分析。1.上次所讲课内容的回顾（510min）1.1上次课所讲内容 通风机的实际特性曲线，风机房水柱计读数与矿井通风阻力和风机压力之间的关系。通风机工况的求法，通风机的联合运转及通风机选型和噪声控制。1.2能解决的实际问题 （1）绘制风机特性曲线，求工况点；（2）通风机联合运转的工况分析；（3）进行通风机选型。2.本节课内容的引入（5min）2.1与上次内容的关联。2.2讨论的主要内容 风量分配的规律，简单网络特性，通风网络的动态特性分析。2.3思考题3.内容讨论与课堂讲述（6070min）第一节 风量分配基本规律矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的复杂系统。用图论的方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。一、 矿井通风网络与网络图：（一） 矿井通风网络1.分支（边、弧）表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷中的风流方向，每条分支可有一个编号，称为分支号。伪分支，数值（如分支的风阻风量、阻力等）2.节点是两条成两条以上分支的交点。3.路（通路、道路）由若干条方向相同首尾相连而成的线路。图中1-2-5、1-2-4-6、1-3-6均是通路。图4.回路由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。若回路中除始、末点重合外，无其他重复节点，则为基本回路，简称回路，当回路中的非相邻节点间不存在分之时，该回路又称为网孔。5.树不含有回路的连通图称为树，树中的分支为树枝。包含网络中全部节点的树，称为生成树。除去生成树后，剩下的称为余树，余树中的分支称为余枝。图6.割集割集是使连通图失去连通性的分支集合。（二） 矿井通风网络图通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，节点位置与分支形状可以任意改变，因此网络图的形状可以千变万化。二、 风量平衡定律。风量平衡定律是指在稳定通风条件下，单位时间流入节点的空气质量等于流出该节点的空气质量。或者流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零。图三、 能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中通风机风压与自然风压的代数和。第二节 简单网络特性一、 串连风路由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流分汇点的线路称为串联风路。其特性：1、 总风量等于各分支的风量，即：,时，。2、 总阻力等于各分支阻力之和，即：3、 总风阻等于各风阻之和，即：，4、 串联风路等积孔与各分支等积孔的关系，二、 并联风路由两条或两条以上具有相同始末节点的分支组成的通风网络。称为并联风路。1、 总风量等于各分支风量之和，即：，当时，2、 总风压等于各分支风压，即：，当各分支的位能差不相等时，并联分支的阻力并不相等。如图所示：图水平巷道a-1-b中，上下山巷道a-2-b中，使得，这是一种特殊情况。3、 并联风网总风阻与各分支风阻的关系 ，.。4、 并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即： ，. 5、 并联风网的风量分配 ，。三、 串联风路与并联风路的比较，1、 串联风路总风阻与总阻力大，并联的小；2、 串联风路的风量是后一入风是前一出风的排出风量，并联风路中各分支与风量均为新鲜风流。四、 角联风网图如图所示：并联巷道ACB和ADB之间有CD巷道相连，巷道CD叫角联巷道。（网络图中叫角联分支） 仅有一条角联分支的网络叫做简单角联风网，当有两条或两条以上的角联分支时称为复杂角联风网。 角联风网的特点是：风流方向不稳定。 对于CD分支中的风流方向有三种情况：1、5=0时，CD两点压力相等。（风流的从压力高的地方流向压力低的地方）。 h5=0, 1=0, 2=0由风量平衡定律得：由阻力定律得：当时，CD中Q=0，即3、 当风流由时：C点压力大于D点。因为的阻力一定大于的阻力，即,。（） 同理：即，所以：又因为：所以：所以：，即。4、 当风流有时，即D点的压力高于C点的压力。同理可以推出，。总结：简单角联风网中角联分支的风向完全取决于与之相连的风路的风值比，而与角联风路本身的风阻无关，改变角联风路的风阻，可以改变通过的风量大小，但不能改变其风流方向。角联风路的优劣：图1、 当CD、AD、CB均为工作面时，CD中的风流只能以，才能保证三个工作面依次串联，与安全生产不利，且规程也不允许。因此在用风地点的角联风路不利于安全生产，为有害角联，尽量减少。2、 分别处于回风段，与进风段中的角联风路，其风流反向不影响安全，称为无害角联，而且还有利于降低矿井总风阻。第三节 网络动态特性分析在生产过程中，随着工作地点的变化，通风网络中分支风阻和风网结构也相应发生变化，风网内风流也随之发生变化。一、 井巷风阻变化引起风流变化的规律1、 变阻分支本身的风量与风压变化规律2、 变阻分支对其他分支风量与风压的影响图当某分支风阻增大时，包含该分支的路上的其他分支的风量减小，风压减小。与该分支并联的通路上分支的风量增大，风压增大，反之，亦然。对于一进一出的子网络，若外部分支风阻变其内部各部分的风量变化趋势相同图风网内，某分支风阻变化时，各分支风量，风压变化幅度，以本分支为最大，邻近的分支，离该分支越远的分支变化越小。风网内，不同类型的分支风阻变化风量变化幅度和影响范围的不同的，主干巷道变阻引起的影响范围大。末支巷道变阻引起的变化影响幅度和范围小。风网内，某分支增阻时，增阻分支风量减小值，并联分支风量增大值大；减阻时，该分支增加的风量比其并联分支风量减小值大。是由于总风阻发生变化，导致风网总风量发生变化而引起的。3、 巷道密闭对风流的影响巷道密闭相当于该分支的风阻增到无穷大。巷道贯通相当于该分支风阻由无穷大减小大一定数值。二、 风流稳定性分析（一） 稳定性的概念是“控制论”中系统的稳定性是指当系统受到外界瞬间干扰时，系统偏离平衡状态后，系统状态自动回复到该平衡状态的能力。通风管理中说的稳定性：是指井巷中风流发生变化或风量大小变化超过允许范围的现象，且多指风流方向的变化。风流不稳定，容易引起矿井灾害事故，而且能使事故影响范围扩大。（二） 影响风流稳定性的因素在实际生产中，通风动力，通风构筑物是非正常工作状态，自然风压，巷道的贯通与密闭，工作面推移与转移、采区接替、生产水平过渡、巷中行人、行车和堆积物，都会影响风流的稳定性。上述各因素可归纳三类：1、 风网结构对风流稳定性的影响。仅有串联、并联组成的风网，其稳定性强。角联风网稳定性差。2、 风阻变化对风流稳定性的影响。3、 通风动力的变化对风流稳定性影响。单风机工作时，风网多分支风量变化时与主风机风量的变化趋势而变化。多主要通风机工作时，其整个风网内各分支风量不按比例变化。一个风机能力增大与其串联的子网络亦增大，与之并联的风机和子网风量减小。多风机工作的风网，当其中一个风机性能变化时，会导致风网总风量和主要通风机配置发生变化，也会使各主要通风机的工作风阻与风网总风阻发生变化。风网内，安设辅助通风机后，不仅巷道本身的风流发生变化，其他巷道的风流也发生了变化。自然风压也影响风流的变化。自然风压增大时，与自然风压作用方向相同的分支，其风量增大，与自然风压作用方向不同的分支，其风量减小。4.课堂小结4.1本节课的主要内容 矿井通风网络中常用的图论术语（分支、节点、路、回路、树）矿井通风网络图的画法，风量平衡定律，能量平衡定律，串、并联风路的特性，角联风路风流方向判别，及井巷风阻变化引起风流变化的规律及影响风流稳定的因素。4.2重点串、并联风路的特性，角联风路风流方向判别，风量平衡定律，能量平衡定律。4.3难点串、并联风路的特性及角联风路风流方向判别。4.4下次课时要讲的内容矿井风量调节及应用计算机解算复杂通风网络。5.作业5-1、5-5、5-6、5-7第五章 矿井通风网络中风量分配与调节 （3学时）5-4、矿井风量调节、5-5、应用计算机解算复杂通风网络1.上次课内容回顾（510min）1.1上次课主要内容矿井通风网络中常用的图论术语（分支、节点、路、回路、树）矿井通风网络图的画法，风量平衡定律，能量平衡定律，串、并联风路的特性，角联风路风流方向判别，及井巷风阻变化引起风流变化的规律及影响风流稳定的因素。1.2能解决的实际问题画出矿井通风网络。计算矿井风路的风量、风压，进行角联风路方向判别。通过了解影响风流的稳定性的各种因素，能应用于实际，保证井下风流稳定。2.本节课内容的引入（5min）2.1本节课的内容与上次课内容的关联2.2本节课的主要内容 矿井风量调节，应用计算机解算复杂通风网络。2.3思考题3.内容讨论与课堂讲述（100110min）第四节 矿井风量调节在矿井通风网络中，风量的自然分配往往不能满足作业地点的风量需求。因而需要对风量进行调节。因为采掘工作面是在不断变化的，用风地点的需风量也是在不断变化的，因此风量调节是通风技术管理中的一项经常性工作。风量调节措施很多，其主要分类有：从调节设施分：a、通风机 b、射流器 c、风窗 d、风幕 e、刷大巷道断面f、开并联巷道从调节范围：a、局部风量调节 b、矿井总风量调节从通风能量的角度：a、增能调节 b、耗能调节 c、节能调节一、 局部风量调节是指在采区内部多工作面之间，采区之间或生产水平之间的风量调节，其方法有：a、增阻调节法 b、减阻调节法 c、辅助通风机调节法(一) 增阻调节法（风窗）属于耗能调节法，是在巷道中安设调节风窗，增大巷道通风阻力，从而降低与该巷道处于同一通道中的风量，或增大与其关联的通路上的风量。其具体措施有：（1）调节风窗应用最多 （2）临时风窗 （3）空气幕调节装置调节风窗的开口面积计算当时，或当时或增阻方法调节：简单，方便，易行，但它会增加风阻，减小进风量。有三种可行结果：a、既能满足增风需要又能保证增阻分支的风量需要。 b、满足增风要求，但增阻分支的风量不能满足要求。 c、二者都不满足。调节风窗应设置在合适的地点，要考虑由于风门两侧压差引起煤体裂隙漏风而自燃的危险性。（三） 减阻调节法是通过在巷道中采取降阻措施，降低巷道摩擦风阻和通风阻力，从而增大与该巷道处于同一通路中的风量，或减小与其并联通路上的风量。措施：1、扩大巷道断面2、降低摩擦阻力系数3、消除局部阻力物4、采用并联风路5、缩短风流路线的总长度减阻调节法：可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量；但降阻措施的工程量和投资一般都较大，施工工期长，对矿井通风系统进行较大的改造时采用较多。生产实际中,对于关键高阻力段采用扩巷降阻的措施效率较明显。（四） 增能调解法主要采用辅助通风机等增加风量的方法，增加局部通风能量的方法。1、 辅助通风机调解法：a、有风墙的辅助通风机 b、无风墙的辅助通风机图2、 利用自然风压调节法，改变进回风路线，降低进风流温度，增加回风流温度等方法，增大矿井或局部的自然风压达到增加风量的目的。二、 矿井总风量调节当矿井（或一翼）总风量不足或过剩时，需要调节总风量，也就是调节主要通风机的工况点，其措施有：（一） 改变主要通风机的工作特性1、 转速 2、叶片安装角改变特性曲线 3、前导器角度（二） 改变矿井总风阻值图1、 风硐门调节法2、 降低矿井总风阻 合理生产部署避免风量过于集中均衡生产。 降低关键高风阻力段通风阻力。第五节 应用计算机解算复杂通风网络利用焦作工学院安全教研室与通风网络解算程序进行演示。例：如图示：图，进风回路分支12的通风阻力：回风风路34分支：号采区23：号采区23：则通风机工况点为：通风机风压：号采区实际需风量：号采区实际需风量：则号采区：号采区：可两个采区按需分风时，号采区的通风机阻力比号采区的通风阻力高出306.25Pa，必须进行调节。增阻调节法在分支增加的风阻值为：风机风压：就是以阻力较大风路的阻力值为依据，在阻力较小的风路中增加一项局部阻力，