安全11-3班矿井通风系统风量稳定性的影响因素李坚

矿井通风系统风量稳定性的影响因素院 系： 安全工程学院 专 业： 通风与安全 班 级： 11 - 3班 姓 名： 李坚 日 期： 2013年11月 矿井通风系统风量稳定性的影响因素摘要：引入极限的概念研究矿井通风系统风量的稳定性，确定了影响因素，并得出了判别风量稳定性的定量条件针对井下实际情况，提出有效提高矿井通风系统风量稳定性的途径关键词：矿井通风系统；风量稳定性；极限分析；判定条件矿井通风系统风量的稳定性，是指当矿井通风系统网络分支的风阻发生变化时，矿井及各分支风量保持相对稳定的能力，是各分支风流方向不发生改变的基础条件如果矿井通风系统风量的稳定性较差，不仅会导致井下各用风地点风量出现不足，而且容易引起瓦斯积聚，继而可能造成瓦斯窒息和爆炸事故因此，保证矿井通风系统风量的稳定性对于矿井的安全生产具有十分重要的意义目前对矿井通风网路稳定性的研究侧重于正常生产条件下网路风流方向和角联分支风流稳定性及井下发生灾变时风流稳定性的研究，对矿井通风系统风量稳定性的研究很少，没有定量判断矿井通风系统风量稳定性大小的条件，使得在进行通风系统布置和调整时缺乏科学依据，影响到矿井通风系统的稳定性，不利于对其稳定性进行评价本文对矿井通风系统风量的稳定性进行深入研究，找出定量判断其大小的条件，从而确定其影响因素，制定防范措施，提高矿井通风系统的稳定性，为煤矿井下的安全生产创造良好的条件1分支风阻变化对分支风量、风压的影响我国煤矿大多采用两翼或多翼开采，在每一翼分别布置多个采区同时进行生产；而且，根据矿井通风系统的布置原则，矿井每一翼、采区都必须有独立的回风道，实行分区通风因此，井下各用风地点就构成了复杂的并联网络在矿井通风系统管理过程中，受采区生产接续变化的影响，采区阻力分布会因之而改变在通过自然分风不能满足要求的情况下，往往采用在某一风量较大分支增加风阻的措施，以增大另一需风量较大分支的风量受该分支风阻变化的影响，矿井通风网络所有分支的风量分配将会发生变化为便于分析，矿井通风网络可简化为图1风网主要包括3部分：矿井总进风分支3，等效风阻为；矿井总回风分支4，等效风阻为；矿井用风段分支1，2，等效风阻为，其中为需增加风量分支，为包括需增阻分支在内的其它支的等效分支其中，分别与矿井主要通风机构成两独立回路对于分支1，根据阻力定律，当风阻，发生变化时，当求导，可得 （1）式中，分别为分支1的风压、风量和风阻由式（1）可知，当风阻发生变化时，分支1的风量、风压均发生变化同时，在分支1，3，4及主要通风机所构成的独立回路中，根据风压平衡定律，可知 （2）式中，为矿井分支3，4的风压；为矿井主要通风机工作风压将式（2）两端对求导，可得 （3）由式（3）可知，当改变时，1分支的风量、风压发生变化，矿井总进、回风分支3，4及主要通风机风量、风压也发生变化，则矿井总风阻为 （4）（4）可知，当增大时，也会增大，使得主要通风机工况点相应发生变化如图2所示，工况点由点变化到点，导致矿井总风量下降，由减小为，通风阻力由增大为；但由于矿井总进、回风风阻（即和的等效风阻）未发生变化，故减小所以，当增大以后，矿井阻力分布变化有如下规律：风阻发生变化的分支，其风压变化趋势与由该分支构成的独立回路中其它风流分支的风压变化趋势相反，与矿井主要通风机工作风压的变化趋势相同即分支1风压增大，矿井总进、回风阻力减小，矿井主要通风机工作风压增大，但主要通风机供风量降低2矿井通风系统风量稳定性影响因素分析2.1通风系统风量稳定性的定义当通风网路中某条风路的风阻发生变化时，假设风阻增量为，则它对其他所有分支及矿井总风量产生影响，可表示为（，1，2，3，），即为网络分支的关联灵敏度，其大小反映了矿井风网风量的稳定程度设 （）式中，为网络中第条分支的风阻变化值；为网络中有风阻变化时，第条分支的风量变化值当越小时，表明网络分支风量稳定性越好如图1所示，假设：矿井总进、回风风阻不发生改变，；分支1风阻增量为，则分支2风量增加要使矿井通风网络风量稳定性（0，1，2）尽可能高，应同时满足两个条件：其中，分别为因分支1风阻有增量，使得分支2和3（或4）产生的风量变化在矿井通风网络阻力分布中，应保证用风网络有较高的灵敏度，而使矿井总进、回风网络分支的灵敏度尽可能降低，但使矿井通风系统风量保持较高的稳定性；若矿井通风网络结构和各分支风阻不变，则所有分支的灵敏度不变，而且矿井通风系统风量的稳定性保持不变2.2矿井通风系统风量稳定性分析矿井通风系统包括通风网络、通风动力及通风构筑物当网络中有通风机时，其风压平衡定律为 (6)式中，为网络回路总风压；1为风网中独立回路的个数，其中为分支数，为节点数；为某一回路中风路的个数；为风路中各风路风压的代数和；为回路中各通风机的代数和根据式（）全微分形式，可得主要通风机风量、风压与各风路风压发生改变的条件式为（i=1,2,.n-m+1） (7)如图2所示，设与连线夹角为，则在中，所以，微分，代入式（），得（1，2，1）（8）由图2可知，矿井主要通风机受分支风阻变化的影响，假使其特性曲线未发生变化，仅工矿点发生改变为此，对图1所示通风网络因分支1风阻变化所引起的风网风量稳定性进行分析设分支1风阻变化为，由式（）可知，及矿井主要进、回风巷分支所构成的独立回路满足 (9)其中，对式（）推导可得 (10) （11） (12)式中，由上述分析可知，当两个条件同时满足时，从系统稳定性的角度可知，通风系统阻力分布最为合理，即满足最大由式（11），（12）可得即 （13）由式（13）可知，在既定矿井通风系统各分支阻力分布条件下，越大，也越大，矿井通风系统风量稳定性也就越高由矿井风阻计算公式可知：当时，矿井风阻的变化值0，矿井风阻特性曲线不发生变化，因此，与等价2.3矿井通风系统风量稳定性的影响因素（1）矿井通风系统风量稳定性与主要通风机性能特性曲线的斜率有关在既定矿井通风系统各分支阻力分布、主要通风机性能特性曲线条件下，对应着主要通风机性能特性曲线上某一点，即主要通风机的工况点，对应主要通风机风量设为，则当（）越大，则此状态下矿井通风系统风量稳定性越大如图2所示，为主要通风机的两条性能特性曲线，曲线为矿井通风系统某一特定状态下的阻力特性曲线，其对应着两工况点和，所对应的风量分别为和，显然，故矿井通风系统风量在点的稳定性要大于点（2）矿井通风容易时期与困难时期相比，系统风量稳定性较高如图2所示，在主要通风机性能特性曲线合理的应用区间内，假定，两曲线分别为矿井通风容易时期和困难时期矿井的通风阻力特性曲线，对应主要通风机性能特性曲线为，对应主要通风机的工况点分别为，显然（3）矿井通风系统风量的稳定性不断发生变化矿井井下采掘布置、巷道长度等不断发生变化，因而矿井通风阻力特性曲线不断改变，导致主要通风机的工况点相应发生改变，会使（）的值不断改变，即矿井通风系统的稳定性呈现出动态变化的特性（4）不同的网路分支对矿井通风系统风量的稳定性产生不同的影响在矿井通风系统网络结构中，不同的分支在网络中的地位不同在网路中起主导作用的主干风路，例如矿井主要进、回风巷，由于其在矿井通风系统阻力分布中所占的比重较大，当采用相同的增阻或降阻调节手段时，由于其对矿井风阻变化的影响比采区内部各用风分支大得多，所以矿井主干风路分支会对矿井通风系统风量稳定性产生更大的影响3结论（1）对矿井通风系统进行风量调节尤其是增阻调节时，应避免在矿井主要进回风道安设调节设施矿井主要进、回风巷大多为矿井主要运输路线，通风调节设施容易受到破坏，会对矿井通风系统风量稳定性带来较大影响，容易产生局部用风地点风量不足的现象（2）优化矿井通风系统设计，尽量做到预先设计的矿井通风系统的网络结构、阻力分布和风量配备与投产后的实际情况相符，减少日常的矿井通风系统的调节次数，保持主要通风机工况点的相对稳定，降低对矿井通风系统风量稳定性的影响（3）保持矿井通风系统中进风区、用风区、回风区的阻力分布处在合理的区间内，一般设置比例为254530在保证矿井通风系统风量稳定性不影响安全生产、矿井供风量充足的前提下，适当降低矿井进、回风段，增大用风段的阻力在矿井通风总阻力中所占的百分比，对于需风地点的风量调节有利（4）加强对通风困难时期矿井通风系统稳定性的管理在矿井通风困难时期，由于矿井通风系统阻力大，网络结构复杂，用风地区供风困难，会经常调整矿井通风系统以满足复杂的通风系统对矿井风量的需求，从而使矿井通风阻力发生较大变化，致使通风机工