矿井通风网络技术

矿井通风网络技术参照课本第五章内容第一节通风网络及矿井通风网络图一、矿井通风网络与网络图（一）矿井通风网络矿井开采中的图纸：采掘工程平面图、矿井通风系统图、矿井通风网络图。矿井通风系统：是由通风机和通风网络两部分组成。风流由入风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后进入回风井，由回风井排出矿井，风流所经过的整个路线称为矿井通风系统。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。分支（边、弧）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。如图中的每一条线段就代表一条分支。用井巷的通风参数如风阻、风量和风压等，可对分支赋权。不表示实际井巷的分支，如图中的连接进、回风井口的地面大气分支8,可用虚线表示（亦称为假分支）。3.路（通路、道路）是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。如图中，1—2—5、1—2—4—6和1—3—6等均是通路。6.独立回路由通风网络图的一棵树的若干条树枝及其余树中的一条余树枝形成的回路，称为独立回路。如图（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。（1） 树枝数为m-1，加上余树枝j等于风网中的分支数n,即n=m-1+j,j=n-m+1。一个节点数为m,分支数为n的通风网路的余树枝数为n—m+1。（2） 由n—m+1条余树枝可形成n—m+1个独立回路。（二）矿井通风网络图矿井通风网络图：用直观的几何图形来表示的通风网络。1.特点：1） 通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，节点位置与分支线的形状可以任意改变。2） 能清楚地反映风流的方向和分合关系，并且是进行各种通风计算的基础，因此是矿井通风管理的一种重要图件。网络图两种类型：一种是与通风系统图形状基本一致的网络图；另一种是曲线形状的网络图。但一般常用曲线网络图。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） 图形整理通风网路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。通风网络图的绘制原则：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络图的中部；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。例题：如图所示为某矿通风系统示意图，试绘出该矿的通风网路图。（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。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。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。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。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。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。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。二、风量平衡定律风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零，即、能量平衡定律假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时，其阻力取“+”，逆时针时，其阻力取“—„。(一)无动力源(HnHf)通风网络图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：如图，对回路2—3—4-6中有：(二)有动力源设风机风压Hf，自然风压Hn。如图，对回路1—2—3—4-5-1中有：一般表达式为：即：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自然风压与通风机风压的代数和。

第二节简单网络串联风路定义：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。（一）串联风路特性总风量等于各分支的风量：MS=Ml=M2=...=Mn当各分支的空气密度相等时QS=Ql=Q2=...=Qn（阻力）之和，即:总风压（阻力）等于各分支风压（阻力）之和，即:总风阻等于各分支风阻之和：4,串联风路等积孔及与各分支等积孔间的关系4,串联风路等积孔及与各分支等积孔间的关系（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制根据串联风路的特性，绘制串联风路等效阻力特性曲线。二、并联风路二条或二条以上的分支自风流能量相同的节点分开到能量相同的节点汇合，形成一个或几个网孔的总回路叫做并联风网。并联网路的总风量等于并联各分支风量之和，即。并-0+0+-e-f=L2、.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。4.并联网路的总等积孔等于并联各分支等积孔之和。11111J9 -. =-+-1—+■■■+―|—由、「:，得一《一1. 1并联网路的风量自然分配（1）风量自然分配的概念在并联网路中，其总风压等于各分支风压.'•'=、*==="'■■■■■■（2）自然分配风量的计算根据并联网路中各分支的风阻，计算各分支自然分配的风量。公式0'=樗寿£=辱井。广;淑井卒E E甘'' ， '■■■， "’当并联网路的总风量一定时，并联网路的某分支所分配得到的风量取决于并联网路总风阻与该分支风阻之比。风阻大的分支自然流入的风量小，风阻小的分支自然流入的风量大。这种风量按并联各分支风阻值的大小自然分配的性质，称之为风量的自然分配，也是并联网路的一种特性。计算并联网路各分支自然分配的风量，也可根据并联网路中各分支的等积孔进行计算。并联风路等效阻力特性曲线的绘制根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。方法：1） 首先在h—Q坐标图上分别作出并联风路1、2的阻力特性曲线hl、h2；2） 根据并联风路“风压（阻力）相等，风量叠加”的原则，作平行于Q轴的若干条等风压线，在等风压线上将1、2分支风量Ql、Q2叠加，得到并联风路的等效阻力特性曲线上的点.；3）将所有等风压线上的点联成曲线h3,即为并联风路的等效阻力特性曲线。三、串联与并联的比较（1）总风量比较串联时：『’『’并联时：''-1 乩:=冬=&（2）总风阻比较串联时：•'、•=•"" 并联时：''q」,,"并—话"串/ 、xnl口心、 .—h.+ —2h.故 （3）总风压比较串联时： - •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。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。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》强调: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、角联通风及其特性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），如下图所示。连接于两条并联分支之间的分支称为角联分支，如下图中的分支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。角联网路的特性是:角联分支的风流方向是不稳定的。现以图中所示的简单角联网路为例，分析其角联分支5中的风流方向变化可能出现的三种情况：角联分支5中风向由③一②同理可推导出角联分支5中风向由③一②的判别式' '从以上可以看出，角联分支一方面具有容易调节风向的优点，另一方面又有出现风流不稳定的可能性。角联分支风流的不稳定不仅容易引发矿井灾害事故，而且可能使事故影响范围扩大。如图所示，当风门未关上使R2减小，或分支巷道4中某处发生冒顶或堆积材料过多使R4增大，这时因改变了巷道的风阻比，可能会使角联分支5中无风或风流③一②，从而导致两工作面完全串联通风或上工作面风量不足而使其瓦斯浓度增加造成瓦斯事故。此外，在发生火灾事故时，由于角联分支的风流反向可能使火灾烟流蔓延而扩大了灾害范围。因此，保持角联分支风流的稳定性是安全生产所必须的。角联网路中，对角分支风流存在着不稳定现象，对简单角联网路来说，角联分支的风向可由上述判别式确定；而对于复杂角联网路，其角联分支的风向的判断，一般通过通风网路解算确定。在生产矿井，也可以通过测定风量确定。第三节通风网络动态特性分析一、井巷风阻变化引起风流变化的规律变阻分支本身的风量与风压变化规律当某分支风阻增大时，该分支的风量减小、风压增大；当风阻减小时，该分支的风量增大、风压降低。变阻分支对其它分支风量与风压的影响规律1）当某分支风阻增大时，包含该分支的所有通路上的其它分支的风量减小，风压亦减小;与该分支并联的通路上的分支的风量增大，风压亦增大；当风阻减小时与此相反。2） 对于一进一出的子网络，若外部分支调阻引起其流入（流出）风量变化，其内部各分支的风量变化趋势相同。3） 风网内，某分支风阻变化时，各分支风量、风压的变化幅度，以本分支为最大，邻近分支次之，离该分支越远的分支变化越小。4） 风网内，不同类型的分支风阻变化引起的风量变化幅度和影响范围是不同的。一般地说，主干巷道变阻引起的风量变化幅度和影响范围大，末支巷道变阻引起的风量变化幅度和影响范围小。巷道密闭与贯通对风流的影响巷道密闭相当于该分支的风阻增大至8,故本分支风量减少到趋近于0；对其它分支的影响规律与分支增阻相同。巷道贯通时要修改网络图，即在网络图中增加贯通后的分支。风流方向取决于巷道两端点间压能差；对其它分支的影响规律与分支减阻相同。二、风流稳定性分析（一）稳定性的基本概念稳定性是指当系统受到外界瞬时干扰，系统状态偏离了平衡状态后，自动恢复到平衡状态的能力。按照这种稳定性的概念，除非在主要通风机不稳定运行（工作在轴流式风机风压特性曲线的驼峰区）等特殊情况下，矿井通风系统一般都是稳定的。通风管理中所说的风流稳定性，一般是指井巷中风流方向发生变化或风量变化值超出允许范围的现象；且多指风流方向发生变化的现象。风阻变化对风流稳定性的影响在角联风网中，边缘分支的风阻变化可能引起角联分支风流改变。在实际生产矿井，大多数采掘工作面都是在角联分支中。应采取安装调节风门的措施，保证风流的稳定性。通风动力变化对风流稳定性的影响矿井风网内主要通风机、辅助通风机数量和性能的变化，不仅会引起风机所在巷道的风量变化，而且会使风网内其他分支风量也发生变化，并影响风网内其他风机的工况点。具体如下：1） 单主要通风机风网，当主要通风机性能发生变化时，风网内各分支风量按主要通风机风量变化的趋势和比率而变化。2） 多主要通风机风网内，当某主要通风机性能发生变化时，整个风网内各分支风量不按比例变化。3） 多主要通风机风网内，即使风网结构和分支风阻不变，当某主要通风机性能发生变化时，由于风网总风量和各主要通风机风量配置发生了变化，因此，各主要通风机的工作风阻与风网总风阻也有所变化。4） 风网内，某巷道安设辅助通风机后，不仅该巷道本身风流发生变化，其他巷道风流也变化。当某辅助通风机风量增大时，辅助通风机所在巷道风量增加，包含辅助通风机在内的闭合回路中，与辅助通风机风向一致的各巷风量增加，与其风向相反的各巷风量减小。当辅助通风机风压过高或风量过大时，可引起其并联分支风量不足、停风、甚至反向。引起并联分支风流反向的条件是辅助通风机风量大于回路的总风量或辅助通风机风压大于回路内其同向分支的风压损失。5）自然风压引起的风流变化，与辅助通风机相似。第四节矿井风量调节随着生产的发展和变化，工作面的推进和更替，巷道风阻、网络结构及所需的风量均在不断变化，要求及时进行风量调节。从调节设施来看，有通风机、射流器、风窗、风幕和增加并联井巷或扩大通风断面等。按其调节的范围，可分为局部风量调节与矿井总风量调节。从通风能量的角度看，可分为增能调节、耗能调节和节能调节。一、局部风量调节局部风量调节是指在采区内部各工作面间、采区之间或生产水平之间的风量调节。调节方法：增阻法、减阻法及辅助通风机调节法。（一）增阻调节法增阻调节法是通过在巷道中安设调节风窗等设施，增大巷道中的局部阻力，从而降低与该巷道处于同一通路中的风量，或增大与其并联的通路上的风量。增阻调节是一种耗能调节法主要措施：（1）调节风窗；（2）临时风帘；（3）空气幕调节装置等。使用最多的是调节风窗。适用条件：增阻分支风量有富余。特点：增阻调节法具有简单、方便、易行、见效快等优点；但增阻调节法会增加矿井总风阻，减少总风量。风窗调节法原理分析为R1和R2，风量分别为Q1,Q2。则两分支的阻力为：h1=R1Q12h2=R2Q22，且h1=h2若分支2风量不足。可在1分支中设置调节风窗。设调节风窗产生的局部风阻为AR。•「（R1+△R）Q1’2=R2Q2’2但增阻后，并联系统总风阻增大。使Q'VQ，由于Q’未知，实际计算过程中，假设Q’=Q。已知，△R后，可计算调节风窗面积。调节风窗开口面积计算：

当Sc/S>=当Sc/S>=0.5时，OSS*Q+0.759$山7H一1-QW59$农、Sc一调节风窗的断面积，m2；S一巷道的断面积，m2；Q一通达风量，m3/s；hc一调节风窗阻力，Pa；Rc一调节风窗的风阻，N•s2/m8；Rc=hc/Q2。（二）减阻调节法减阻调节法是通过在巷道中采取降阻措施，降低巷道的通风阻力，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。主要措施：（1）扩大巷道断面；（2）降低摩擦阻力系数；（3）清除巷道中的局部阻力物；（4）采用并联风路；（5）缩短风流路线的总长度等。特点：可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量