六、矿井通风网络中风量分配与调节

VentilationandSafetyofMines国家级精品课程矿井通风与安全VentilationandSafetyofMines1第五章矿井通风网络中风量分配与调节山东科技大学2013.4VentilationandSafetyofMines2温故而知新VentilationandSafetyofMines3本章主要内容VentilationandSafetyofMines45.1风量分配基本规律矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。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。VentilationandSafetyofMines55.1风量分配基本规律(一）矿井通风网络通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。1.分支（边、弧）：表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷中的风流方向。每条分支可有一个编号，称为分支号。2.节点（结点、顶点）：是两条或两条以上分支的交点。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。4.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。基本回路、网孔。如图中，2－4－3、2－5－6－3和1－3－6－7125123456734VentilationandSafetyofMines65.树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊连通网络图。或者包括图中所有节点，但不构成回路的部分图。由于这类图的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树枝。包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。剩下称为余树。方法：加边法、破圈法等。1251234567345.1风量分配基本规律VentilationandSafetyofMines7（二）矿井通风网络图特点：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。1251234567345.1风量分配基本规律VentilationandSafetyofMines8网络图两种类型：一般常用曲线网络图，如图所示。1251234567345.1风量分配基本规律VentilationandSafetyofMines95.1风量分配基本规律VentilationandSafetyofMines105.1风量分配基本规律VentilationandSafetyofMines11通风网络图的绘制原则：(1)用风地点并排布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回风节点在网络图的上部，风机出口节点在最上部；(2)分支方向基本都应由下至上；(3)分支间的交叉尽可能少；(4)网络图总的形状基本为“椭圆”形。(5)合并节点，某些距离较近、阻力很小的几个节点，可简化为一个节点。(6)并分支，并联分支可合并为一条分支。5.1风量分配基本规律VentilationandSafetyofMines125.1风量分配基本规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0iMVentilationandSafetyofMines135.1风量分配基本规律若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：0iQ165243图a４2178356图b如图a，节点4处的风量平衡方程为：06454434241QQQQQ将上述节点扩展为无源回路，则上述风量平衡定律依然成立。如图b所示，回路2-4-5-7-2的各邻接分支的风量满足如下关系：087654321QQQQVentilationandSafetyofMines145.1风量分配基本规律假设：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）通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：0Rih如图，对回路2-3-4-6中有：02436RRRRhhhh23456VentilationandSafetyofMines155.1风量分配基本规律（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：54321RRRRRNfhhhhhHH一般表达式为：RiNfhHH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。23456VentilationandSafetyofMines165.2简单网络特性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。如图5-2-1所示，由1，2，3，4，5五条分支组成串联风路。（一）串联风路特性1.总风量等于各分支的风量，即MS=M1=M2=…=Mn当各分支的空气密度相等时，QS=Q1=Q2=…=Qn2.总风压（阻力）等于各分支风压（阻力）之和，即:458123679123456789niinshhhhh121图5-2-1VentilationandSafetyofMines175.2简单网络特性3.总风阻等于各分支风阻之和，即：niinsnsssRRRRQhhhQhR1212212...4.串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系222211111nsAAAAVentilationandSafetyofMines185.2简单网络特性21312R1R2R1R2R1+R2QH（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制方法VentilationandSafetyofMines195.2简单网络特性由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的分支所组成的通风网络，称为并联风网。如图所示并联风网由5条分支并联。（一）并联风路特性：1.总风量等于各分支的风量之和，即当各分支的空气密度相等时,niinsMMMMM121niinsQQQQQ12123141234567VentilationandSafetyofMines205.2简单网络特性2.总风压等于各分支风压，即nshhhh213.并联风网总风阻与各分支风阻的关系4.并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即22121111nsssRRRQhRnsAAAA2123141234567VentilationandSafetyofMines215.2简单网络特性5.并联风网的风量分配若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变化时，可由下式计算出分支i的风量。isRiSRQQR1R2...RiRnQSVentilationandSafetyofMines225.2简单网络特性2112R1R2R1R2R3QH（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制VentilationandSafetyofMines235.2简单网络特性21312R1R22112R1R2并联风网的优点VentilationandSafetyofMines245.2简单网络特性例如：若R1=R2=0.04kg/m7，串联：Rs１=R1+R2=0.08kg/m7并联：704.0104.01112/01.0)(1)(121mkgRRRS∴Rs1：Rs2＝８：１即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的8倍。21312R1R22112R1R2VentilationandSafetyofMines255.2简单网络特性4123１2345简单角联风网213456复杂角联风网（一）几个概念VentilationandSafetyofMines265.2简单网络特性（二）角联分支风向判别原则：分支的风向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低于末节点时，风流反向。判别式（以简单角联为例）：1、分支5中无风∵Q5=0∴Q1=Q3,Q2=Q4由风压平衡定律：h1=h2,h3=h4412312345VentilationandSafetyofMines275.2简单网络特性由阻力定律：两式相比得：即或写为：222211QRQR244233QRQR221122223344RQRQRQRQ4231RRRR13241RRRRK412312345VentilationandSafetyofMines285.2简单网络特性2、当分支5中风向由2→3节点②的压能高于节点③，则hR2＞hR1即同理，hR3＞hR4即以上两式相乘，或写为：222211RQRQ212221RQRQ244233QRQR234234QRRQ222314222314QRRQ1QRRQ13241RRRRK412315345VentilationandSafetyofMines295.2简单网络特性3、分支5中的风向由3→2同理可得：13241RRRRK改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：。中风向由，分支中风流停滞；，分支；中风向由，分支32515123513241RRRRK412312345VentilationandSafetyofMines305.3通风网络动态特性分析1.变阻分支本身的风量与风压变化规律VentilationandSafetyofMines315.3通风网络动态特性分析2.变阻分支对其它分支风量与风压的影响规律VentilationandSafetyofMines325.3通风网络动态特性分析3．巷道密闭与贯通对风流的影响VentilationandSafetyofMines335.3通风网络动态特性分析(一)稳定性的基本概念VentilationandSafetyofMines345.3通风网络动态特性分析(二)影响风流稳定性的因素VentilationandSafetyofMines355.3通风网络动态特性分析唐山市开平区刘官屯煤矿“12.7”瓦斯煤尘爆炸事故（死亡108人）。VentilationandSafetyofMines365.3通风网络动态特性分析VentilationandSafetyofMines375.3通风网络动态特性分析增阻法：提高角联支路压差,即:在采区中的一条进风支路进行控风。在胶带斜井底H点施工两道调节风门增阻,将胶带巷进风量由22m3/s,控制到16m3/s,经测定,轨道石门进风量为35m3/s,经此调整后,角联段PQ胶带巷和轨道巷风量达到7m3/s,且比较稳定。降阻法：通过增加一条并联支路,降低角联支路相关风阻值,达到稳定风流的目的。将角联支路的汇风点调在回采进风巷口位置,利用回采工作面进风顺槽掘进期间的回风绕道JK作为并联支路,将JK绕道密闭改为调节风门,为JK绕道配风5m3/s,达到并联降阻的目的。由于采区内增加了一个配风点,为了使其它地点风量不减少,在实施前,需将采区总进风量增加5m3/s以上。采取此法后,经测定,角联支路PQ的风量达到了8m3/min。降阻法适用于采区风量比较充足,或者通过调风能够使采区总风量增加的情况。HVentilationandSafetyofMines385.3通风网络动态特性分析3.通风动力变化对风流稳定性的影响VentilationandSafetyofMines395.3通风网络动态特性分析VentilationandSafetyofMines405.4矿井风量调节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