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1、1,第五章 矿井通风网络中风量 分配与调节,山东科技大学 2013.4,2,温故而知新,3,本章主要内容,4,5.1 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。,5,5.1 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
2、的分支首尾相连而成的 线路。如图中，125、1246和136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，243、2563和1367,6,5. 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。,1,2,5,1,2,3,4,5,6,7,3,4,5.1 风量分配基本规律,7,（二）矿井通风网络图 特点： 1) 通风网络图只反映风流方
3、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。,5.1 风量分配基本规律,8,网络图两种类型：一般常用曲线网络图，如图所示。,5.1 风量分配基本规律,9,5.1 风量分配基本规律,10,5.1 风量分配基本规律,11,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
4、，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,12,5.1 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,13,5.1 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：,如图a，节点4处的风量平衡方程为：,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：,14,5.1
5、 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（Hn Hf） 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：,如图，对回路 2-3-4-6中有：,15,5.1 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：,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。,16,5.2 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-
6、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 = Qn 2. 总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和，即:,图5-2-1,17,5.2 简单网络特性,3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：,4. 串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系,18,5.2 简单网络特性,R1,R2,R1+R2,Q,H,（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制方法,19,5.2 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
7、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,20,5.2 简单网络特性,2. 总风压等于各分支风压，即,3. 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,21,5.2 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。,22,5.2 简单网络特性,R1,R2,R3,Q,H,（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制,23,5.2 简单网络特性,并联风网的优点,24,5.2 简单网络特性,例如：若R1=R2=0.0
8、4 kg/m7， 串联：Rs= R1+ R2= 0.08 kg/m7 并联：, Rs1 ：Rs2： 即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的 8 倍。,25,5.2 简单网络特性,（一）几个概念,26,5.2 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 = h4,27,5.2 简单网络特性,由阻力定律： 两式相比
9、得： 即 或写为：,28,5.2 简单网络特性,2、当分支5中风向由23 节点的压能高于节点，则 hR2 hR1 即 同理， hR3 hR4 即 以上两式相乘， 或写为：,29,5.2 简单网络特性,3、分支5中的风向由32同理可得：,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：,30,5.3 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,31,5.3 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,32,5.3 通风网络动态特性分析,3巷道密闭与贯通对风流的影响,33,5.3 通风网络动
10、态特性分析,(一)稳定性的基本概念,34,5.3 通风网络动态特性分析,(二)影响风流稳定性的因素,35,5.3 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）。,36,5.3 通风网络动态特性分析,37,5.3 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22 m3/ s, 控制到16 m3/ s, 经测定, 轨道石门进风量为35 m3/ s, 经此调整后, 角联段PQ胶带巷和轨道巷风量达到7 m3/ s, 且比较稳定。,降阻法：通过增加一条并联支路
11、, 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5 m3/ s 以上。采取此法后, 经测定, 角联支路PQ 的风量达到了8 m3/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。,H,38,5.3 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,39,5.3 通风网络动态特性分
12、析,40,5.4 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) 增阻调节法 主要措施： 使用最多的是调节风窗。,41,5.4 矿井风量调节,风窗调节法原理分析 如下图分支风阻分别为 R1和R2，风量分别Q1、Q2。则两分支 的阻力为： h1=R1Q12 h2=R2Q22，且 h1= h2 若分支2风量不足。可在1分支中设置调节窗。设调节风窗产 生的局部风阻为R。,42,5.4 矿井风量调节, (R1+R)Q12= R2Q22 由于Q未知，假设QQ。已知R后，可计算调节风窗面积。,43,5.4 矿井风量调节,调节风
13、窗开口面积计算： 当 Sc/S0.5 时，根据流体力学孔口出流的计算式及能量平 衡方程可得如下计算开口面积 的计算式：,当 Sc/S0.5 时，,Sc调节风窗的断面积，m2；S巷道的断面积，m2；Q贯通风量，m3/s；hc调节风窗阻力，Pa；Rc调节风窗的风阻，Ns2/m8； Rchc /Q 2。,44,5.4 矿井风量调节,例题：如图所示通风网路，已知各风路的风阻值为：R1=0.16，R2=0.24，R3=0.26，R4=0.22，R5=0.36，R6=0.48kg/m7，网路的总风量为Q=40m3/s，求： （1）自然分风时各风路的风量，以及网路的总阻力、总阻值；,（2）若风路5的需风量为
14、12 m3/s，风路4的需风量为28 m3/s，采用增阻调节法，试确定风窗的位置及风窗的风阻值。,（1）,R总R1R2345R6=0.72kg/m7 h总R总Q21152Pa,Q4=4018.9=21.1m3/s；,R234R23R40.28,解：,45,5.4 矿井风量调节,Q3=Q4Q2=10.5m3/s Q1=Q6=40m3/s,（2）hR5=R5,=0.36122=51.8Pa,hR234=0.28182=90.7Pa,在R5中，h=90.751.8=38.9，R=,46,5.4 矿井风量调节,(二)减阻调节法 主要措施： (1)扩大巷道断面：分支2的减阻值 和需要扩大到的断面积分别为
15、: (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；但降阻措施的工 程量和投资一般都较大，施工工期较长，所以一般在对矿井通风系 统进行较大的改造时采用。,47,5.4 矿井风量调节,特点： 增能调节法的施工相对比较方便，不须降低矿井总风阻，但采用辅助通风机调节时设备投资较大，辅助通风机的能耗较大，且辅助通风机的安全管理工作比较复杂，安全性较差。,(三)增能调节法,主要措施：,有风墙风机增能调节法,绕道式风机增能调节法,48,5.4 矿井风量调节,R,M1,M2,M3,Q,H,49,5.4
16、 矿井风量调节,1. 风硐闸门调节法 通过改变在风机风硐内安设调节 闸门的开口大小可以改变风机的总工 作风阻，从而可调节风机的工作风量。 2. 降低矿井总风阻 当矿井总风量不足时，如果能降 低矿井总风阻，则不仅可增大矿井总 风量，而且可以降低矿井总阻力。,R1,M1,Q,H,R2,M2,R3,M3,50,5.5 应用计算机解算复杂通风网络,目的：已知风网各分支风阻和主通风机的特性，求算主要通风机的工况点，各分支的风量和风向，以便验算各用风地点的风量和风速是否符合规程要求。 原理：依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律 方法：,51,5.5 应用计算机解算复杂通风网络,改进的斯考德恒斯雷试算法回路法 回路风量：把风流在风网中的流动看成是在一些互不重复的独立的闭合回路中各有一定的风量在循环，这种风量称为回路风量。,如图：回路ABDEF(风量q1)BCDB(q2)、 DCED(q3) 独立分支：只属于一个回路的分支。 反之，为非独
