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通风网络中风量的分配 矿井通风 本章目的 矿井空气在井巷中流动时 风流分岔 汇合线路的结构形式 称为通风网络 用直观的几何图形来表示通风网络就得到通风网络图 通风网络中各风路的风量是按各自风阻的大小自然分配的 本章重点 矿井通风网络图的绘制 通风网络的基本形式与特性 风量分配的基本定律 复杂通风网络解算的方法及计算机解算通风网络软件与应用 通风网络中风量的分配 1 通风网络及矿井通风网络图 一 通风网络的基本术语和概念 1 分支 分支是指表示一段通风井巷的有向线段 线段的方向代表井巷风流的方向 每条分支可有一个编号 称为分支号 如图5 1中的每一条线段就代表一条分支 不表示实际井巷的分支 如图5 1中的连接进 回风井口的地面大气分支8 可用虚线表示 图5 1简单通风网络图 通风网络中风量的分配 1 通风网络及矿井通风网络图 一 通风网络的基本术语和概念 2 节点 节点是指两条或两条以上分支的交点 每个节点有唯一的编号 称为节点号 在网络图中用圆圈加节点号表示节点 如图5 1中的 均为节点 图5 1简单通风网络图 通风网络中风量的分配 1 通风网络及矿井通风网络图 一 通风网络的基本术语和概念 3 回路 网孔 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 单一一个回路 其中没有分支 该回路又称网孔 如图5 1中 1 2 5 7 8 2 5 6 3和4 5 6等都是回路 其中4 5 6是网孔 而2 5 6 3不是网孔 因为其回路中有分支4 通风网络中风量的分配 图5 1简单通风网络图 1 通风网络及矿井通风网络图 4 树 余树 树枝 余树枝 由包含通风网络图的全部节点且任意两节点间至少有一条通路和不形成回路的部分分支构成的一类特殊图 称为树 由网络图余下的分支构成的图 称为余树 如图5 2所示各图中的实线图和虚线图就分别表示图5 1的树和余树 可见 由同一个网络图生成的树各不相同 组成树的分支称为树枝 组成余树的分支称为余树枝 一个节点数为m 分支数为n的通风网络的余树枝数为n m 1 通风网络中风量的分配 1 通风网络及矿井通风网络图 通风网络中风量的分配 图5 1简单通风网络图 图5 2树和余树 1 通风网络及矿井通风网络图 5 独立回路 由通风网络图的一棵树及其余树中的一条余树枝形成的回路 称为独立回路 如图5 2 a 中的树与余树枝5 2 3可组成的三个独立回路分别是 5 6 4 2 4 6 7 8 1和3 6 7 8 1 由n m 1条余树枝可形成n m 1个独立回路 通风网络中风量的分配 图5 2树和余树 不按比例 不反映空间关系的矿井通风网络图 能清楚地反映风流的方向和分合关系 便于进行通风网络解算和通风系统分析 是矿井通风管理的重要图件之一 通风网络图的形状是可以变化的 为了更清晰地表达通风系统中各井巷间的联接关系及其通风特点 通风网络图的节点可以移位 分支可以曲直伸缩 通常 习惯上把通风网络图总的形状画成 椭圆 形 1 通风网络及矿井通风网络图 通风网络中风量的分配 二 通风网络图的绘制 绘制步骤 1 节点编号 在矿井通风系统图上 沿风流方向将井巷风流的分合点加以编号 编号顺序通常是沿风流方向从小到大 亦可按系统 按翼分开编号 节点编号不能重复且要保持连续性 2 分支连线 将有风流连通的节点用单线条 直线或弧线 连接 3 图形整理 通风网络图的形状不是唯一的 在正确反映风流分合关系的前提下 把图形画得简明 清晰 美观 4 标注 除标出各分支的风向 风量外 还应将进回风井 用风地点 主要漏风地点及主要通风设施等加以标注 并以图例说明 1 通风网络及矿井通风网络图 通风网络中风量的分配 注意事项 1 某些距离相近的节点 其间风阻很小时 可简化为一个节点 2 风压较小的局部网路 可并为一个节点 如井底车场等 3 同标高的各进风井口与回风井口可视为一个节点 4 用风地点并排布置在网路图的中部 进风系统和回风系统分别布置在图的下部和上部 进 回风井口节点分别位于图的最下端和最上端 5 分支方向 除地面大气分支 基本应由下而上 6 分支间的交叉尽可能少 7 节点间应有一定的间距 1 通风网络及矿井通风网络图 通风网络中风量的分配 解 图中所示矿井两翼各布置一个采区 共有6个采煤工作面和4个掘进头 独立通风硐室共有7个 矿井漏风主要考虑4处风门漏风 根据上述绘制网路图的一般步骤与一般原则 绘制的矿井通风网路图如图5 4所示 绘制过程简述如下 1 在通风系统示意图上标注节点 距离较近且无通风设施等处可并为一个节点 如图5 3中的5 13 14等处 1和3之间也可不取节点2 进 回风井口可视为一个节点 2 确定主要用风地点 在网路图中可用长方形方框表示用风点 框内填写相应的名称 如图5 4中所示的采 掘工作面 独立通风各硐室等 将它们在网路图中部 一 字形排开 1 通风网络及矿井通风网络图 通风网络中风量的分配 3 确定进风节点 根据用风地点的远近 布置在用风点的下部并一一标明清楚 4 确定回风节点 根据用风地点的远近 布置在用风点的上部并一一标明清楚 5 节点连线 连接风流相通的节点 可先连进风节点至用风点 再连回风节点至用风点 然后连各进 回风节点间的线路 各步连线方向基本一致 总体方向从下向上 6 按 2 5 绘出网路图草图 检查分合关系无误后 开始整理图形 调整好各节点与用风地点的位置 使整体布局趋于合理 此步较费力 需耐心反复修改直至满意为止 7 最后标注主要通风设施 主通风机和局部通风机型号及其它通风参数等本图不作标示 1 通风网络及矿井通风网络图 通风网络中风量的分配 A B C F E D 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 通风网路可分为简单通风网路和复杂通风网路两种 仅由串联和并联组成的网路 称为简单通风网路 含有角联分支 通常是包含多条角联分支的网路 称为复杂通风网路 通风网路中各分支的基本联接形式有串联 并联和角联三种 不同的联接形式具有不同的的通风特性和安全效果 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 一 串联通风及其特性 两条或两条以上风路彼此首尾相连在一起 中间没有风流分合点时的通风 称为串联通风 如图5 5所示 串联通风也称为 一条龙 通风 其特性如下 图5 5串联网络 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 1 串联风路的总风量等于各段风路的分风量 即 2 串联风路的总风压等于各段风路的分风压之和 即 3 串联风路的总风阻等于各段风路的分风阻之和 通风阻力定律h RQ2 因为 所以 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 4 串联风路的总等积孔平方的倒数等于各段风路等积孔平方的倒数之和 即 简化为 因为 即 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 二 并联通风及其特性 两条或两条以上的分支在某一节点分开后 又在另一节点汇合 其间无交叉分支时的通风 称为并联通风 如图5 6所示 并联网路的特性如下 图5 6并联网络 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 1 并联网路的总风量等于并联各分支风量之和 即 2 并联网路的总风压等于任一并联分支的风压 即 3 并联网路的总风阻平方根的倒数等于并联各分支风阻平方根的倒数之和 即 由h RQ2得 因为 所以 即 简化 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 4 并联网路的总等积孔等于并联各分支等积孔之和 由 得 得 即 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 5 并联网络的风量自然分配 因为 所以 上式说明并联网络的总风量一定时 并联网络中某分支所分配得到的风量取决于并联网络总风阻与该分支风阻比 风阻小的分支自然流入的风量大 风阻大的分支自然流入的风量小 这种按并联各分支风阻大小自然分配风量的性质 称为风量的自然分配 若要调节各分支风量 可通过改变各分支风阻值或风压值实现 这是并联网络的一种特性 所以 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 因为 所以 所以 即 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 三 串联与并联的比较 串联风路与并联网络的比较 在任何一个矿井通风网络中 都同时存在串联风路与并联风网 矿井的进 回风风路多为串联风路 而工作面与工作面之间多为并联风网 从提高工作面地点的空气质量及安全性出发 采用并联风网具有明显的优点 此外 在同样的分支风阻和总风量条件下 若干分支并联时的总阻力也远小于它们串联时的总阻力 因此在有条件的情况下 应尽量采用并联风路 以降低矿井通风阻力 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 1 总风阻小 总等积孔大 通风容易 通风动力费用少 现举例分析 假设有两条风路1和2 其风阻R1 R2 通过的风量Q1 Q2 故有风压h1 h2 现将它们分别组成串联风路和并联网路 如图5 7所示 各参数比较如下 图5 8简单角联网络 1 总风量比较串联时 Q串 Q1 Q2并联时 Q并 Q1 Q2 2Q1故 Q并 2Q串 2 总风阻比较串联时 R串 R1 R2 2R1并联时 R并 R1 n2 R1 4故 R并 R串 8 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 3 总风压比较串联时 h串 h1 h2 2h1并联时 h并 h1 h2故 h并 h串 2 通过上述比较可明显看出 在两条风路通风条件完全相同的情况下 并联网路的总风阻仅为串联风路总风阻的1 8 并联网路的总风压为串联风路总风压的1 2 也就是说并联通风比串联通风的通风动力要节省一半 而总风量却大了一倍 这充分说明 并联通风比串联通风经济得多 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 2 并联各分支独立通风 风流新鲜 互不干扰 有利于安全生产 而串联时 后面风路的入风是前面风路排出的污风 风流不新鲜 空气质量差 不利于安全生产 3 并联各分支的风量 可根据生产需要进行调节 而串联各风路的风量则不能进行调节 不能有效地利用风量 4 并联的某一分支风路中发生事故 易于控制与隔离 不致影响其它分支巷道 事故波及范围小 安全性好 而串联的某一风路发生事故 容易波及整个风路 安全性差 所以 规程 规定 井下各个生产水平和各个采区必须实行分区通风 并联通风 各个采 掘工作面应实行独立通风 限制采用串联通风 四 角联网络 在并联的两条分支之间 还有一条或几条分支相通的连接形式称为角联网路 通风 如图5 8所示 连接于并联两条分支之间的分支称为角联分支 如图5 8中的分支5为角联分支 仅有一条角联分支的网路称为简单角联网路 含有两条或两条以上角联分支的网路称为复杂角联网路 如图5 9所示 图5 8简单角联网络 图5 9复杂角联网络 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 1 对角分支中风流方向的变化规律 角联网络中对角风流的风流方向是不稳定 其方向取决与其始末节点的压力值 风流由压力高的节点流向压力低的节点 当两点压力相等时 风流停滞 以图5 7所示的简单角联风路为例 1 对角分支5中无风流 当 节点的压力相等时 因分支5无风 则Q1 Q2 Q3 Q4 所以 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 1 对角分支中风流方向的变化规律 2 对角分支5中风向由 当5分支的风向由 时 节点的总风压力大于 节点的总压力 即p总3 p总2 又因p总1 p总2 h1 p总1 p总3 h3 则h1 h3 同理可得h4 h2 即 将上述两不等式相乘 并整理得 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 2 对角分支5中风向由 又知Q1Q4 所以 则 上式即为角联分支5中风向由 的判别式 它表明在简单角联分支风路中 对角分支一侧分支风阻之比与另一侧分支风阻之比符合上式时 角联分支5风流流向由 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 3 对角分支5中风向由 同理可推导出对角分支5中风向 的判别式为 上式即为角联分支5中风向由 的判别式 它表明在简单角联分支风路中 对角分支一侧分支风阻之比与另一侧分支风阻之比符合上式时 角联分支5风流流向由 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 1 对角分支中风流方向的变化规律 简单角联风路对角分支有无风流通过判别式 分支5无风 分支5风向由 分支5风向由 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 2 对角分支中风流方向变化的控制 由上述判别式可以看出 简单角联网络中角联分支的风向完全取决与两侧各相邻风路的风阻比 而与角联分支本身风阻无关 角联分支的风向与风量大小均可以通过改变角联分支两侧邻近风路的风阻控制 改变角联分支本身的风阻也会影响其风量的大小 但不会改变其风向 因此 角联分支既有易调节风向的优点 又有出现风流不稳定的可能性 这不仅容易引发矿井灾害事故 还可能使事故影响范围扩大 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 2 对角分支中风流方向变化的控制 对于其它复杂角联风路 其角联分支风向判别式的推导形式均很复杂 一般可通过通风网络结算求出角联分支实际风量 从而判别其方向 即先假定对角分支的风流方向 若解算后其风量为正 说明假设风流方向正确 若风量为负 说明方向与假定相反 若风量的数值很小 说明风流处于静滞状态 在生产矿井中 也可以通过实测确定 2 简单通风网络及其性质 通风网络中风量的分配 3 风量分配及复杂通风网络结算 通风网络中风量的分配 一 风量分配的基本定律 风流在通风网络内流动时 可认为是连续 稳定的流动 因此 任何通风网络都遵守阻力定律 风量平衡定律和风压平衡定律三个基本定律 它们反映了通风网路中三个最主要通风参数 风量 风压和风阻间的相互关系 是复杂通风网路解算的理论基础 1 通风阻力定律 式中hi 风路中任一网络的阻力 Pa Ri 网络中该风路的风阻 N s2 m8 Qi 网络中该风路的风量 m3 s 3 风量分配及复杂通风网络结算 通风网络中风量的分配 2 风量平衡定律 根据风流的连续性 在通风网络中 流入节点或回路的风量与流出节点或回路的风量相等 并规定流入为正 流出为负 即通风网络中任一节点或闭合回路的风量代数和为零 即 如 a 所示 节点 处的风量平衡方程为 如 b 所示 回路 的风量平衡方程为 3 风量分配及复杂通风网络结算 通风网络中风量的分配 3 风压平衡定律 在通风网络中任何一回路都遵守风压平衡定律 即闭合回路中