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第二章矿井通风网络矿井通风网络，是由表示通风系统内各风流路线及其分合关系的网状线路图与其賦权通风参数组成的。将通风系统抽象为通风网络、进行通风系统分析，是研究通风系统的重要手段和方法。正确地绘制通风网络图是进行矿井通风网络分析的前提，掌握通风网络内风流变化的规律和通风网络解算的数学模型是进行通风网络分析的基础。第一节矿井通风网络图一、概述矿井通风系统往往是复杂的立体结构，其井巷繁多,且纵横交错、上下重迭。随着生产的发展，采掘地点随之移动和握迁，矿井通风系统也需经常变化和调整。为加强通风管理和便于分析通风系统的状况，人们通常使用通风图对通风系统进行描述。常用的矿井通风图有三种：(1)通风系统图。即在矿井井巷实际布置图上标明用风地点、风流方向、风量、通风设施和火区位置等，以反映矿井实际通风状况的开拓开采工程平面图。它是矿井必备图纸之一，要求按比例绘制、遵守投影关系、随釆握变化定期填图和修改。它能如实反映各风流的平面位置与分合关系，亦称通风系统平面图。开釆多煤展的矿井，必须备有全矿和分层通风系统图。(2)通风系统立体示意图.即反映通风系统内各风流空间相对位置和分合关系的一种示意图，不要求严格按比例绘制。图形不唯一，但要立体感强，风流空间关系直观。(3)通风网络图。即反映各风流分合关系的网络状示意图，它不同于通风系统图与立体示意图，属于图论中图的范畴，而不是工程图，不要求按比例，不遵守投影关系，它不反映各风流的平面和空间位置，也不反映风路的实际形状，不同于几何图。通风网络图的形状不是唯一的。为了能更淸晰地反映各风流间的联接关系(拓扑关系），把通风系统的结构表达得更简竿明了，通风网络图的节点可以移位，边可以伸缩、曲直、翻转，图可以变形。在我国，习惯地将通风网络图画成椭圆形(或称蛋形)。但将通风网络图绘成矩形用计算机绘制更方便，这种画法在不少国家使用更普遍。通风网络图是通风系统的一种表达图。它是一种有向图、连通图、非完全图、非平而图。二、通风网络图的绘制与简化1.绘制矿并通风网络图是根据矿井通风系统图或通风立体图抽象而成的。通风网络图的绘制未规范化。其绘制步骤如下：(1)节点编号。即将风流分合点加以编号。编号顺序通常是沿风流方向从小到大，也可按系统按翼分开编号。节点编号不能重复。所有与地面大气的连通点应统编为一个节点(即大气节点）。有的风网电算程序对节点编号有一定要求,应用这些程序时应予满足。(2)分支连线。即将有风流连通的节点用单线条连接D先连主干风路，后连支流。为便于区分，正常风路角实线表示，漘风风路用虚线表示，大气节点间用点画线表示对已封闭的采空区、旧巷不必再画出，但未熄灭的的火区、高温点仍应划出，风门等漏风通路亦应画出。(3)图形整理。通风网络图形状不唯一,可根据习憤与方便画成椭圆形、圆形形或框形。绘制复杂通凤系统的两络图，需先画草图和框架，再经过整理变形，才能完成。整形的目的,一是把图形画得好看，更主要的是设法把通风系统的各独立单元和结构特点突出来，便于应用。为此，沿风网纵向把进风、用风、回风部分分开。通常,把进风系统布置在图的下部，将回风系统布置在图的上部，把用风区作为图的中心。沿风网图框向，把各风机系统、各翼、各采区尽可能画在对称位置上，将各用凤点布置成一横排。要将风流的联接关系（并联、角联、串联）淸楚地表达出来。利用点可位移，边可变形、翻转的特点，尽量避免或减少交叉分支的出现，使其成为一个含交叉分支最少的非平面图（或平面图）。利用拓扑变换，即保持连接关系不变的图形变换，把网络图画成最简明淸晰的形状。(4)标注。除标出各分支的风向、风量外，还应将进出风并、用风地点、通风防火设流以及火区位置等加以杼注，并以图例说明。2.简化按通风系统全郁风流分合绘出的通凤网络图，往往过于复杂，框据问題的淸要，一般应进行适当地简化。1)简化原则淸化后通风网路图的结构，必须正确地反映出原通风系统的基本结构特点；因简化淸导致的误差，应在通风工程允许误差范围内；用淸化网路图求解得到的数框，对需解决的实际问題，应有实用价值、简化多在进风区、回风区和非重点研究的部位。2)简化的内容(1)得并联成串联的分支，用一条等值风阻分支代替。其等值风阻按并联或串联公式求算。(2)将局郁风网以一条等效分支代替，其风阻以R=h/Q2求算。在有些淸况下，某个采区或某个子系统也可用等效分支代替。如研究全矿通风时，每个采区通风系统，可视为一条分支；当研究多风机系统中某系统内通风问題时，其他的子系统也可用一等效分支代替。所谓等效是对外部而言，故应用等效分支的简化方法，只能用于计算等效分支以外各部分的通风参数，细究等效分支内部的通风参数是无意义的。因此，有些情况下，不宜采用。如包含需调风分支、直接用风分支、有能源存在的分支等。(3)相近的风流分合点，其间风阻很小时，可節化为一点。其风阻加在邻近的大风阻分支上。(4)风压较小的局部风，可并为一点。如井底车场等a(5)同标髙的各进风井口与出风并口可视为一个节点。(6)当进回风井口间自然风压不能忽略时，可把自然风压作为一个通风动力计入，仍把进风、回风并口视为一个节点;也可采用虚拟风道的方法，即在进风、回风井口增设一条风阻为零的分支，把自然风压置于该风道中。(7)局部通风机对独头用风筒进行通风时，其风流可视为一个圈，不予画出。3.计算机辅助自动绘制通风网络络围用计算机绘制图形的方法，一般有三种，一是用计箅机髙级语言的图形功能绘图；二是用绘图仪的绘图命令绘图；三是采用CAD技术。近年来，计箅机辅助设计(CAD)技术已广泛用于各行业，在采矿界也逐浙获得了应用。目前国内外已开发出绘制通风图的软件，例如，淮南矿业学皖开发的计算机辅助矿井通风设计与通风管理软件(MVCAD)，集绘通风系统图、通风网络图和进行通风网络解算等三个子系统于一体，它不仅可用于绘制、修改通风系统图（平面图、立体图）和通风网络图、将单线条图自动转变为双线条图，还能将通风系统图自动转化为通风网络图，井可对通风网络进行若干自动简化，能自动生成通风网络结构数据，使通风网络解算与通风系统图、网络图的绘制结合起来汁算机绘图的应用，为通风网络解算、正常和灾变时期通风提供了图件支持，对实现矿井通风科学化、现代化管理具有较大的推动作用。第二节矿井通风网络内风流变化的规律通风网路内风流的变化，不仅与风道本身的特性(几何尺寸、风阻等)有关，而且与风网的结构、风网内分支风阻的分布、风网的源与汇的_少和K置状况有关。本节将介绍风网分类、风网内风流流动和变化的基本规律以及影响风网内风流变化的主要因素等问题。一、风网分类为研究风网，常将风网加以分类，以便揭示各种风阿的特殊规律。风网尚元统一的分类标准，从不同的角度有不同的分类方法。按风网内组成分支的联接形式，通常将风网分为串联风网、并联风网和角联风网；按风网内主通风机的多少，分为单风机风网和多风机风网。按矿并进风井的多少，分为单进风井风网和多进风井风网。按风网是否可用数学公式求其精确解，可将风网分为:简单风网，即仅由串并联组成的风网复杂风网，即含有对角分支，通常是包含多条对角分支的风网。按风网自然分风能满足风量需求的多少，可将风网分为：自然分风网，即所有分支，均系自然分风的风网;控制分风网；即全部分支均需进行调控才能满足风量要求的风网；一觖型风网，即风网内部分分支按需分风、部分分支自然分风的风网。就全矿通凤网路而言，多为一般型风网。按风网组成分支是否包含了矿井全部，分为矿井风网和局部风网或子风网。按组成分支风流的状况，又分为全部由新鲜风流分支组成的进风子风网；全部由回风风流分支组成的回风网；由用风分支与其直接相连的部分进、回风分支组成的用风风网。对风网进行分类,揭示了风网某方面的持征和区别，为进行通风网络分析提供了方便。二、风网内风流流动和变化的基本规律1.风量平衡定律假定空气密度不变、无漏风、忽略空气中水蒸汽的变化，则风网内任意节点(或回路)相关分支的风量代数和为零，即（2-1）式中Qij——与i节点相关联的分支j的风量。流人节点的分支风量为正，流出节点者为负；n——点相关联的分支数。推论：对任一节点（或回路)，各相关分支风量变化值的代数为零，即'(2-2)式中∆Qij——与i节点相关联的分支j的风量变化值，增加为正，减少为负。如图2-1当i点相关分支风量由原来的Q1、Q2、Q3分别变化为Q1+∆Q1、Q2+∆Q2、Q3+∆Q3时i点的风量平衡方程(Q1+∆Q1)+(Q2+∆Q2)—(Q3+∆Q3)=0展开整理为（Q1+Q2-Q3)+(∆Q1+∆Q2-∆Q3)=0因为Q1+Q2+Q3=0`所以∆Q1+∆Q2-∆Q3=0这是通风网路中风量变化的一个基本规律。2•见压平衡定律风网的任何闭合回路内，各分支风压的代数和为零,分支风压包含通风阻力与通风动力两部分。对不含通风动力（包括主通风机、辅助通风机和自然风压）的回路，若取顺时针方向分支阻力为正,逆时针方向分支阻力为负，则各分支阻力的代数和为零，即(2-3)式中hij——属于i回路的第j分支的阻力,顺时针为正，逆时针为负；n——回路内的分支数。推论1;对任一不含通风动力的回路，各分支阻力变化值的代数和为零，即(2-4)式中∆hij——i回路内各支阻力变化值,在风流方向上，以顺时针为正，逆时针为负；在阻力变化值上，以增为正，以降为负。对含风机、无自然凤压的回路，各分支阻力的代数和等于该回路内各通风机风压的代数和，即（2-5）式中∆hij——i回路内j分支中风机的风压值，符号与所在分支阻力相同。推论2:任一含风机、无自然风压的回路，各分支阻力变化值的代数和，等于该回路内通风机风压变化值的代数和，即内通风机风压变化值的代数和，即（2-6）式中∆hij——i回路内回路内j分支中风机的变化值。若回路内既有风机、又有自然风压，则（2-7）即回路内各分支阻力的代数和等于该回路内通风机风压与自然风压的代数和。或表示为（2-8）式中hij——i回路内j分支的未能差。即i回路内自然风压。推论3：任一回路内，各分支阻力变化值的代数和等于该回路内通风机与自然风压变化值的代数和，即：（2—9）3.阻力定律井下正常风流一般均为紊流各分支的风压与风童均符合紊流B力定律a对风网而言，将风网风阻以等值风阻及代替，风网通过的总风童为Q，风网亦遵守阻力定律h=RQ2。三、风网内风流变化的主要影晌因素及变化规律风网内风流的变化取决于风网及其动力状况。即风网内风流主要随风网的结构、分支风阻配比、主通风机特性、自然风压及漏风状况等的改变而变化。在生产矿井中，随着生产的发展，经常要根据霱要对风网内风流有计划地进行调控;矿井通风系统某些因素改变时，风网内风流也随之发生变化，因此，矿井风网内风流总是处于变化中，研究风网内风流变化的规律及因果关系，可对某因素引起的变化趋势和幅度迅速作出定性判断,或根据风流变化对起因进行反演，这对解决某些实际通风技术问题、通风管理和决策都是极其重要的,对分析风网电算结果也是必不可少的。1.风网结构对风流的影响在通风动力相同的条件下，风网内风量分配，不仅取决于各分支本身的风阻，而且还取决于风网的结构和风阻配比&特别是风网内风流的稳定性，则主要取决于风网的结构和风阻分布。（1）由相同风阻分支组成的结构不同的风网，在通风动力相同的条件下，其总风量和风量分配不同。例如，由同样的分支分别组成串、并、角联风网，在风压相等的条件下，串联网络的风量比任一单一分支时的风量小，并联网络的总风量比任一单分支时大，角联网络的风量介于二者之间.（2）风网结枸不同，风流的稳定性和相互影响程度也不同。①仅由串并联组成的风网，其稳定性强。只有在动力源数量和方向改变的情况下，才可能发生风流反向；角联风网，仅分支风阻的变化、就可能引起对角分支风向的变化。②并联风网内各分支间的相互影响较串联小。③导流结构可使角联风网的稳定性增加(图2-2AB）。④风网内有无割点存在，其分支风阻变化的影响范围明显不同.无割点的风网内，某分支风阻变化，可使整个风网内各分支风量分配发生变化。如图2-3a，当分支BA的风阻变化时，整个风网风量分配均发生变化。当风网内有割点