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1、第6章 通风网络风量分配与调节 P54,中国矿业大学多媒体教学课件,2,上一章内容,第5章 局部通风 5.1 局部通风方法 5.2 局部通风装备 5.3 局部通风系统设计 5.4 局部通风技术管理及安全措施,6.1 矿井通风系统图的绘制 6.2风量分配基本规律 6.3风网的基本形式及通风参数的计算 6.4计算机解算矿井通风网络 6.5矿井风量调节 6.6多台通风机联合运转的相互调节,第6章 通风网络风量分配与调节,4,5,6.1 矿井通风系统图的绘制 矿井通风系统图是煤矿安全生产必备的图件。它是根据矿井开拓、采区巷道布置及矿井的通风系统绘制而成的。 矿井通风系统图包括矿井通风系统的风流路线与方
2、向，通风设施和安装位置。 总体来说，矿井通风系统图包括通风系统平面图、通风系统网络图和通风系统立体图，下面分别对这三类图形的绘制方法进行说明。,一、矿井通风系统平面图 矿井通风系统平面图是表示矿井通风系统的风流路线与方向、流速、风量及阻力、通风装备和通风设施等情况的总图，由各巷道在水平面上投影绘制而成。根据线型的不同，矿井通风系统平面图可以分为单线图和双线图。,二、矿井通风系统网络图 矿井通风系统往往是十分复杂的立体结构，巷道数目多、纵横交错、上下重叠，相互关系不易一目了然，直接用实际的通风系统图分析通风问题有很多不便。 为克服这些缺点，需要对通风系统网络化，即用反映巷道空间关联的单线条来表示
3、通风系统中各风流(道)的分合关系，将通风系统图抽象成点与线集合的网状线路示意图。 此图即是通风系统网络图，简称通风网络图或风网。,平面图 网络图,在该图中点可以位移、边可以伸缩、曲直、翻转，必要时，还可以对点或边进行简化，但必须反映风流的分合关系。图的几何形状也不是唯一的，可画成长方形（图中分支用直线表示），也可画成椭圆形（图中分支多用弧线），也有画成圆形的。,11,采用计算机自动生成通风网络图总的要求是：需要人工输入的数据尽可能少，生成以后的人工编辑也要尽可能少，生成的网络图美观，符合一般的使用习惯，通风网络图的具体绘制原则一般为： 用一个进风节点代替所有进风节点，布置在网络图的最下边； 用
4、一个出风节点代替所有出风节点，布置在网络图的最上边； 分支方向基本都应由下向上； 分支间的交叉尽可能少； 节点与节点之间应有一定的间距； 分支与其他分支之间应有一定的间距；,12,分支曲率优化-样条曲线-第一次尝试,13,复杂通风系统网络图自动生成尝试-样条曲线,14,使用圆弧、添加相关规则-圆弧,15,进一步修改完善网络图自动生成规则-圆弧,16,分支曲率和交叉点优化-圆弧,17,2）通风网络图的绘制步骤 通风网络图是点和线的组合图，仅表示风网中分支中各分支的风流方向联接形式，不按比例，不表示空间关系的单线绘制，绘制通风网络图的步骤和要点归纳如下几点： (1) 节点编号。在矿井通风系统图上确
5、定风流分合点的位置，并从进风井口开始，沿风流流动方向直到出风井口为止，对各节点进行编号。编号顺序通常是沿风流方向从小到大，也可以按进回风段系统、按翼分采区进行编号，节点编号不能重复。,18,(2)绘制草图。沿风流方向从进风井口出发至出风井口逐个节点、逐个分支地进行绘制，将有风流连通的节点用单线条联接。在绘制的过程中先连主干风路，后连支流，遇到风流流入或流出时，在节点处应留有分叉，并在分叉上标明流入或流向节点的号码。为了便于区分，正常风路用实线表示，漏风风路和准备开掘的分支用虚线表示，大气节点之间用点划线表示。,19,(3)图形整理。绘制复杂通风系统的网络图，需先画草图和框架，再经过整理变形，才
6、能完成整形的目的，一是把图形画美观，更主要的是设法将通风系统各独立单元和结构特点突出出来，便于运用。,三、通风系统立体图 矿井通风系统立体图是根据投影原理把矿井巷道的立体图投影到平面上而形成的图形。它能较好地表达巷道之间的立体关系，是进行通风系统设计和现场施工管理必不可少的资料。 一般采用轴侧投影法绘制矿井通风系统立体图。轴侧投影的实质就是把空间物体连同空间坐标轴投影于投影面上，利用三个坐标轴确定物体的三个尺度。其特点是：平行于某一坐标轴的所有线段，其变形系数相等。,6.2 风量分配基本规律,6.2.1 风网的基本术语 l. 节点 : 是指两条或两条以上风道的交点；断面或支护方式不同的两条风道
7、，其分界点有时也可称为节点。 2. 分支: 是两节点间的连线，也叫风道，在风网图上，用单线表示分支。其方向即为风流的方向，箭头由始节点指向末节点。 3路: 是由若干方向相同的分支首尾相接而成的线路，即某一分支的末节点是下一分支的始节点。,4回路和网孔: 是由若干方向并不都相同的分支所构成的闭合线路，其中有分支者叫回路，无分支者叫网孔。 5假分支: 是风阻为零的虚拟分支。一般是指通风机出口到进风井口虚拟的一段分支。 6生成树: 它包括风网中全部节点而不构成回路或网孔的一部分分支构成的图形。每一种风网都可选出若干生成树。 7. 弦: 在任一风网的每棵树中，每增加一个分支就构成一个独立回路或网孔，这
8、种分支叫做弦(又名余树弦)。,风量分配基本规律,风流在通风网络内流动时，除服从能量守恒方程（伯努利方程）外，还遵守以下规律：,风量平衡定律 风压平衡定律 阻力定律,6.2.2风量平衡定律,根据质量守恒定律，在单位时间内流入一个节点的空气质量，等于单位时间内流出该节点的空气质量，由于矿井空气不压缩，故可用空气的体积流量(即风量)来代替空气的质量流量。 在通风网络中，流进节点或闭合回路的风量等于流出节点或闭合回路的风量。即任一节点或闭合回路的风量代数和为零。,对于流进节点的情况：,对于流进闭合回路的情况：,或,把上面的式子写成一般的数学式：,上式表明；流入节点、回路或网孔的风量与流出节点、回路或网
9、孔的风量的代数和等于零。一般取流入的风量为正，流出的风量为负。,对上图有：,或,写成一般数学式：,该式表明：回路或网孔中，不同方向的风流风压或阻力的代数和等于零。一般取顺时针方向的风压为正，逆时针方向的风压为负。,6.2.3风压平衡定律,在任一闭合回路中，无通风机工作时，各巷道风压降的代数和为零。即顺时针的风压降等于反时针的风压降。有通风机工作时，各巷道风压降的代数和等于通风机风压与自然风压之和。,写成一般数学式是：,上式就是风压平衡定律，其意义为对于任一个网孔或者回路而言，其风压的代数和与作用在其上的机械风压和自然风压之差值为零。 上式的适用条件是：取顺时针方向的风流的风压为正；网孔或回路中
10、的机械风压和自然风压(即当图A中的时)的作用方向都是顺时针方向。,6.2.4阻力定律,风流在通风网络中流动，绝大多数属于完全紊流状态，遵守阻力定律，即： hi=RiQi2 式中：hi巷道的风压降； Ri巷道的风阻； Qi通风巷道的风量。,6.3 风网的基本形式及通风参数的计算,6.3.1 通风网络的基本形式 通风网络联结形式很复杂，多种多样，但基本联结形式可分为：,串联通风网络 并联通风网络 角联通风网络 复杂联结通风网络,串联通风网络,由两条或两条以上的分支彼此首尾相联，中间没有分叉的线路叫做串联风路。,并联通风网络,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
11、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。如右图所示。,角联通风网络,在简单并联风网的始节点和末节点之间有一条或几条风路贯通的风网叫做角联风网。贯通的分支习惯叫做对角分支。单角联风网只有一条对角分支，多角联风网则有两条或两条以上的对角分支。,复杂联结通风网络,由串联、并联、角联和更复杂的联结方式所组成的通风网路，统称为复杂通风网路。,复杂 风网,6.3.2 风网参数计算,包括以下形式：,串联通风网路 并联通风网路 简单角联通风网路 复杂风网,串联网路,1 风量关系式 Q0=Q1=Q2=Q3=Qn 上式表明：串联风路的总风量等于各条分支的风量。,2 风压关系式 h0=h1
12、+h2+h3+hn 上式表明：串联风路的总风压等于其中各条分支的风压之和。,3 风阻关系式 R0=R1+R2+R3+Rn 上式表明：串联风路的总风阻等于其中各条分支的风阻之和。,并联网路,1 风量关系式 Q0=Q1+Q2+Q3+Qn 上式表明：并联风路的总风量等于各分支的风量之和。 2 风压关系式 h0=h1=h2=h3=hn 上式表明：并联风路的总风压等于各分支的风压。,3 风阻关系式,把上式代入并联风路的风量关系式，再根据风压关系式得：,因,式中 m为1到n条风路中的某一条风路。,上式表明，并联风路的总风阻和各条分支的风阻成复杂的繁分数关系。对于简单并联风网(n2)，有：,*,Q0=Q1+
13、Q2+Q3+Qn,4 自然分配风量的计算,因hhm，即RQ2=RmQm2将*式代入上式，可得：,如已知并联风网的总风量Q和各条分支的风阻Ri，即可用上式算出某一分支的自然分配风量Qm。 在简单并联风网中，第一和第二条分支的自然分配风量的计算式分别为：,*,串联与并联风网的比较 在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联风路与并联风网。矿井的进、回风风路多为串联风路，而工作面与工作面之间多为并联风网。 从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并联风网（即分区通风）具有明显的优点。 此外，在同样的分支风阻和总风量条件下，若干分支并联时的总阻力也远小于它们串联时的总阻力。因此在有条件的情况下，应尽量
14、采用并联风路，以降低矿井通风阻力。,简单角联网路,如上图所示：在单角联风网中，对角分支5的风流方向，随着其它四条分支的风阻值R1、R2、R3、R4的变化，而有以下三种变化：,当风量Q5向上流时，由风压平衡定律hlh2，h3Q4。 则：R1Q12R2Q22 R1Q12R2Q42 R3Q32 R4Q42 R3Q12 R4Q42 将上面两式相除，得：,这就是Q5向上流的判别式。,或,同理可推出Q5向下流的判别式为：,Q5等于零的判别式为：,判别式中不包括对角风路本身的风阻R5，说明无论R5怎样变化，该风路的风流方向不会变化，只可能使这一风路的风量大小发生变化。这是因为该风路的风流方向只取决于该风路起
15、末两点风流的能量之差，而这项能量差与R5无关。,判别式的作用之一是用来预先判别不稳定风流的方向。例如在分支5尚未掘通之前，便可判定该风路掘通后的风流方向，即把四条非对角分支的风阻值代入判别式，如算得判据K1，便可判定Q5向上流，如得K1，而且K值越大，Q5向上流就越稳定。故可根据 实际情况，采取加大R1或R4，减少R2或R3的技术措施，并不断进行调整，使K始终保持最大的合理值，以保证Q5的方向和数量始终稳定。,复杂风网,矿井通风的基本任务就是根据井下各个用风地点(采掘工作面、充电峒室、炸药库、.等)的需要，供给它们一定的新鲜风量(即为按需分配的风量)，这个风量是巳知数。 新风在被送到各用风地点
16、之前，以及各用风地点用过的回风，都要经过许多风路，这些风路有时形成复杂的风网。 在风速不超限的条件下，这些复杂风网中各条分支通过的风量任其自然分配(即为自然分配的风量)，是未知数，需通过计算确定。,计算复杂风网中自然分配风量的目的 主要是为了掌握复杂风网的通风总阻力和总风阻，若不先求出风网中各分支的自然分配风量，就无法计算复杂风网的通风总阻力和总风阻； 其次是为了验算各风道的风速是否符合规程的规定。,复杂风网中自然分配风量的计算方法很多。但无论哪种方法都必须使用前述的那些规律建立数学方程，然后用不同的数学手段计算。这里介绍的计算方法是斯考德一恒斯雷法。 此种方法的实质是：预先在风网中选择几个网孔或回路，拟定其中各分支的初始风量，然后求解其校正值以校正拟定的初始风量，经过几次迭代计算，使风量接近真值。 这种思路也是计算机解算风网中自然分配
