9矿井通风网络解算-(1)资料

矿井通风网络解算1—测绘矿井通风网络图2—解算矿井通风网络一、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。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。如图5-1中的①～⑥均为节点。3．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。如图9-1中，1-2-5-7-8、2-5-6-3和4-5-6等都是回路。单一一个回路（其中没有分支），该回路又称网孔。如4-5-6是网孔。12344578665321图9-1112344578311285447311285447(a)(b)(c)222355533666666４．树由包含通风网路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；由网路图余下的分支构成的图，称为余树。如图9-2所示各图中的实线图和虚线图就分别表示图9-1的树和余树。图9-2树和余树５．独立回路由通风网路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9-2（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。（二）通风网路图的绘制不按比例、不反映空间关系的矿井通风网路图，能清楚地反映风流的方向和分合关系，便于进行通风网路解算和通风系统分析，是矿井通风管理的重要图件之一。通风网路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，通风网路图的节点可以移位，分支可以曲直伸缩。通常，习惯上把通风网路图总的形状画成“椭圆”形。绘制矿井通风网路图，一般可按如下步骤进行：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。绘制通风网路图的一般原则如下：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。例9-1如图9-3所示为某矿通风系统示意图，试绘出该矿的通风网路图。1234567891017111213141516182119202223252426272829303132333534IVIIIIIIVIV图9-332145791112161533171086炸药库变掘变工321312工3工绞18314作面工工面作5工面作6绞房车3027262422201928293525232134电所变掘进头变电所作面作面作面车房电所电所进头(2)(2)14图9-4（三）简单通风网络及性质1、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9-5所示。串联通风也称为“一条龙”通风，其特性如下：123Q1h1A1R1ARh222Q23Q3h33RA1234图9-51）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。nQQQQ21串niinhhhhh121串niinRRRRR121串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。2222121111nAAAA串222211111nAAAA串Q11h11R1A2Qh2R2A2221图9-62、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9-6所示。并联网路的特性如下：1）并联网路的总风量等于并联各分支风量之和，即niinQQQQQ121并2）并联网路的总风压等于任一并联分支的风压，即nhhhh21并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。nRRRR111121并nAAAA21并5）并联网路的风量自然分配（1）风量自然分配的概念nhhhh21并22222112nnQRQRQRQR并并并并QRRQ11并并QRRQ224）并联网路的总等积孔等于并联各分支等积孔之和。（2）自然分配风量的计算nRRRRRRQQ1312111并nRRRRRRQQ2321221并1121nnnnnRRRRRRQQ并nRRR21nQQQQn并213、串联与并联的比较在矿井通风网路中，既有串联通风，又有并联通风。矿井的进、回风风路多为串联通风，而工作面与工作面之间多为并联通风。从安全、可靠和经济角度看，并联通风与串联通风相比，具有明显优点：1、总风阻小，总等积孔大，通风容易，通风动力费用少。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。4、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），如图9-7所示。连接于并联两条分支之间的分支称为角联分支，如图9-7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9-8所示。角联网路的特性是：角联分支的风流方向是不稳定的。12543344K2131235412图9-7235647189531074162图9-8复杂角联网路4321RRRR2、角联分支5中风向由②→③4321RRRR3、角联分支5中风向由③→②4321RRRR12543344K21312354121、角联分支5中无风流：图9-9二风量分配及复杂通风网络解算（一）风量分配的基本定律风流在通风网路中流动时，都遵守风量平衡定律、风压平衡定律和阻力定律。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．通风阻力定律井巷中的正常风流一般均为紊流。因此，通风网路中各分支都遵守紊流通风阻力定律，即2RQh2．风量平衡定律风量平衡定律是指在通风网路中，流入与流出某节点或闭合回路的各分支的风量的代数和等于零，即0iQ若对流入的风量取正值，则流出的风量取负值。3．风压平衡定律风压平衡定律是指在通风网路的任一闭合回路中，各分支的风压（或阻力）的代数和等于零，即0ih若回路中顺时针流向的分支风压取正值，则逆时针流向的分支风压取负值。当闭合回路中有通风机风压和自然风压作用时，各分支的风压代数和等于该回路中通风机风压与自然风压的代数和，即ihHH自通式中，H通H自和分别为通风机风压和自然风压，其正负号取法与分支风压的正负号取法相同。587(b)624136(a)1254305646636261QQQQQ087654321QQQQ072755442hhhhihHH自通图9-10（二）解算复杂通风网路的方法复杂通风网路是由众多分支组成的包含串、并、角联在内结构复杂的网路。其各分支风量分配难以直接求解。通过运用风量分配的基本定律建立数学方程式，然后用不同的数学手段，可求解出网路内各分支自然分配的风量。这种以网路结构和分支风阻为条件，求解网路内风量自然分配的过程，称为通风网路解算，也称为自然分风计算。目前解算通风网路使用较广泛的是回路法，即首先根据风量平衡定律假定初始风量，由回路风压平衡定律推导出风量修正计算式，逐步对风量进行校正，直至风压逐渐平衡，风量接近真值。下面主要介绍回路法中使用最多的斯考德–恒斯雷法。1、解算通风网路的数学模型斯考德–恒斯雷法是由英国学者斯考德和恒斯雷对美国学者哈蒂∙克劳斯提出的用于水管网的迭代计算方法进行改进并用于通风网路解算的。对节点为m、分支为n的通风网路，可选定N＝n－m＋1个余树枝和独立回路。以余树枝风量为变量，树枝风量可用余树枝风量来表示。根据风压平衡定律，每一个独立回路对应一个方程，这样建立起一个由N个变量和N个方程组成的方程组，求解该方程组的根即可求出个余树枝的风量，然后求出树枝的风量。斯考德–恒斯雷法的基本思路是：利用拟定的各分支初始风量，将方程组按泰勒级数展开，舍去二阶以上的高阶量，简化后得出回路风量修正值的一般数学表达式为：iiiiQRHHQRQ22自通式中——独立回路中各分支风压（或阻力）的代数和。分支风向与余树枝同向时其风压取正值，反之为负值。——独立回路中各分支风量与风阻乘积的绝对值之和。——独立回路中的通风机风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值。——独立回路中的自然风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值。2iiQRiiQR通H自H（9-2）按公式（9-2）分别求出各回路的风量修正值，由此对各回路中的分支风量进行修正，求得风量的近似真实值，即iijijQQQ式中：分别为修正前后分支风量。的正负按所修正分支的风向与余树枝同向时取正值，反之取负值。如此经过多次反复修正，各分支风量接近真值。当达到预定的精度时计算结束。此时所得到的近似风量，即可认为是要求的自然分配的风量。上述公式（9-2）和（9-3）即为斯考德–恒斯雷法的迭代计算公式，也称其为哈蒂·克劳斯法。ijijQQ和iQ（9-3）当独立回路中既无通风机又无自然风压作用时，公式（9--2）可简化为iiiiQRQRQ22２．解算步骤使用斯考德–恒斯雷法，一般经过以下步骤：（1）绘制通风网路图，标定风流方向。（2）输入网路结构及数据。（3）确定独立回路数，选择并确定独立回路的分支构成。（4）拟定初始风量。通常，先给余树枝赋一组初值，再计算各树枝初始风量。（5）计算回路风量修正值，及时修正回路中各分支的风量。（6）检查精度是否满足要求每修正完一次网路中所有分支的风量，称为迭代一次。每次迭代后应判断是否满足给定的精度要求，当某次迭代中各独立回路风量修正值均小于预定精度ε，迭代计算结束，即iQmax＜ε，1≤i≤N精度ε一般取0.01～0.001m3/s。（7）计算通风网路总阻力、总风阻。三、计算机解算通风网络软件与应用简介计算机解算复杂通风网路，速度快、精度高。随着计算机的发展与普及，计算机解算通风网路得到了迅速发展，并已有了一些较成熟的通风网路解算软件。下面介绍一个由安徽理工大学研制开发的通风网路解算软件MVENT。1．MVENT软件的使用方法在中文Windows环境下，启动MVENT软件，出现软件运行的主窗口如图9-11。图9-11（1）通风网路原始数据的输入从“数据”菜单选择“表格式数据”命令后，出现数据输入窗口。选择“新建”命令，在对话框中选择“基本通风网络数据文件”，即出现图9-12表格，输入数据并存盘。图9-12（2）通风网络各分支位能差的输入如果需要考虑通风网路中的自然风压时，应准备本文件。通过给定各分支的位能差，软件将根据