《六、矿井通风网络中风量分配与调节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《六、矿井通风网络中风量分配与调节（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Ventilationand Safety of Mines国家级精品课程国家级精品课程矿井通风与安全矿井通风与安全Ventilation and Safety of Mines1第五章第五章 矿井通风网络中风量矿井通风网络中风量 分配与调节分配与调节山东科技大学山东科技大学2013.4Ventilationand Safety of Mines2温故而知新温故而知新Ventilationand Safety of Mines3本章主要内容本章主要内容Ventilationand Safety of Mines45.1 风量分配基本规律风量分配基本规律 矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个
2、复杂系统。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、点及其个由线、点及其属性属性组成的系统，称为组成的系统，称为通风网络通风网络。Ventilationand Safety of Mines55.1 风量分配基本规律风量分配基本规律(一）矿井通风网络一）矿井通风网络通风网络图：通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。用直观的几何图形来表示通风网络。 1. 分支（边、弧）：分支（边、弧）：表示一段通风井巷的有向线段，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
3、。每条分支可有一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。个编号，称为分支号。 2. 节点（结点、顶点）：节点（结点、顶点）：是两条或两条以上分支的交点。是两条或两条以上分支的交点。 3. 路（通路、道路）：路（通路、道路）：是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。如图中，线路。如图中，125、1246和和136等均是通路。等均是通路。 4. 回路：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。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，基本回路、网孔。如图中，243、2563和和13
4、67125123456734Ventilationand Safety of Mines65. 树：树：是指任意两节点间至少存在一条通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，但不构成回路的部者包括图中所有节点，但不构成回路的部分图。分图。 由由于于这这类类图图的的几几何何形形状状与与树树相相似似，故故得得名名。树树中中的的分分支支称称为为树树枝枝。包包含含通通风风网网络络的的全全部部节节点点的的树树称称为为其其生生成成树树，简简称称树树。剩下称为余树。剩下称为余树。 方法：加边法、破圈法等。方法：加边法、破圈法等
5、。1251234567345.1 风量分配基本规律风量分配基本规律Ventilationand Safety of Mines7（二）矿井通风网络图二）矿井通风网络图 特点：特点： 1) 通通风风网网络络图图只只反反映映风风流流方方向向及及节节点点与与分分支支间间的的相相互互关关系系，节节点点位位置置与与分分支支线线的的形形状可以任意改变。状可以任意改变。 2) 能能清清楚楚地地反反映映风风流流的的方方向向和和分分合合关关系系，并并且且是是进进行行各各种种通通风风计计算算的的基基础础，因因此此是是矿井通风管理的一种重要图件矿井通风管理的一种重要图件。1251234567345.1 风量分配基本
6、规律风量分配基本规律Ventilationand Safety of Mines8网络图两种类型：网络图两种类型：一般常用曲线网络图，如图所示。一般常用曲线网络图，如图所示。1251234567345.1 风量分配基本规律风量分配基本规律Ventilationand Safety of Mines95.1 风量分配基本规律风量分配基本规律Ventilationand Safety of Mines105.1 风量分配基本规律风量分配基本规律Ventilationand Safety of Mines11 通风网络图的绘制原则通风网络图的绘制原则： (1) 用风地点并排布置在网络图中用风地点并排
7、布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回风部，进风节点位于其下边；回风节点在网络图的上部，风机出口节点在网络图的上部，风机出口节点在最上部；节点在最上部； (2) 分支方向基本都应由下至上；分支方向基本都应由下至上； (3) 分支间的交叉尽可能少；分支间的交叉尽可能少； (4) 网络图总的形状基本为网络图总的形状基本为“椭圆椭圆”形。形。 (5) 合并节点，某些距离较近、阻合并节点，某些距离较近、阻力很小的几个节点，可简化为一力很小的几个节点，可简化为一个节点。个节点。 (6) 并分支，并联分支可合并为一并分支，并联分支可合并为一条分支。条分支。5.1 风量分配基本规律风量分配基本规律Vent
8、ilationand Safety of Mines125.1 风量分配基本规律风量分配基本规律风风量量平平衡衡定定律律是是指指在在稳稳态态通通风风条条件件下下，单单位位时时间间流流入入某某节节点点的的空空气气质质量量等等于于流流出出该该节节点点的的空空气气质质量量；或或者者说说，流流入入与与流流出出某某节节点点的的各各分分支支的的质质量量流流量量的的代代数数和和等等于于零零，即即Ventilationand Safety of Mines135.1 风量分配基本规律风量分配基本规律 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（
9、风量）的代数和等于零，即：支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：165243图图a2178356图图b 如如图图a，节节点点4处处的的风风量平衡方程量平衡方程为为： 将上述将上述节节点点扩扩展展为为无源回路，无源回路，则则上述上述风风量平衡定律依然成量平衡定律依然成立。如立。如图图b所示，回路所示，回路2-4-5-7-2的各的各邻邻接分支的接分支的风风量量满满足如下关足如下关系：系：Ventilationand Safety of Mines145.1 风量分配基本规律风量分配基本规律 假设：假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时，一般地，回路中分支风流方向为顺时针时， 其阻其阻力取力取
10、“”，逆时针时，其阻力取，逆时针时，其阻力取“”。 （一）无动力源（一）无动力源（Hn Hf）通风网路图的任一回路中，无动力源时，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：各分支阻力的代数和为零，即： 如如图图，对对回路回路 2-3-4-6中有：中有： 23456Ventilationand Safety of Mines155.1 风量分配基本规律风量分配基本规律（二）有动力源（二）有动力源 设风机风压设风机风压Hf ，自然风压，自然风压HN 。 如图，对回路如图，对回路 1-2-3-4-5-1中有：中有： 一般表达式为：一般表达式为：即：能量平衡定律是指在任一闭合回路
11、中，各分支即：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。的代数和。 23456Ventilationand Safety of Mines165.2 简单网络特性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线路称为串联风路串联风路。如图。如图5-2-1所示，由所示，由1，2，3，4，5五条分支组五条分支组成串联风路。成串联风路。（一）（一） 串联风路特性串联风路特性 1. 总风量等于各分支的风量，总风量等于各
12、分支的风量， 即即 MS = M1 = M2 = Mn 当各分支的空气密度相等时，当各分支的空气密度相等时， QS = Q1 = Q2 = Qn 2. 总风压（阻力）等于各分支总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和，即风压（阻力）之和，即:458123679123456789图图5-2-1Ventilationand Safety of Mines175.2 简单网络特性简单网络特性 3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：总风阻等于各分支风阻之和，即：4. 串串联风联风路等路等积积孔与各分支等孔与各分支等积积孔孔间间的关系的关系Ventilationand Safety of Mines18
13、5.2 简单网络特性简单网络特性21312R1R2R1R2R1+R2QH（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制方法（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制方法Ventilationand Safety of Mines195.2 简单网络特性简单网络特性由由两两条条或或两两条条以以上上具具有有相相同同始始节节点点和和末末节节点点的的分分支支所所组组成成的的通通风风网网络络，称称为为并并联联风风网网。如如图图所所示示并并联联风风网网由由5条条分分支支并并联。联。（一）并联风路特性：（一）并联风路特性：1.总风量等于各分支的风量之和，即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当各分支的空
14、气密度相等时,231412345 67Ventilationand Safety of Mines205.2 简单网络特性简单网络特性2. 总风压等于各分支风压，即总风压等于各分支风压，即3. 并并联风联风网网总风总风阻与各分支阻与各分支风风阻的关系阻的关系4. 并并联风联风网等网等积积孔等于各分支等孔等于各分支等积积孔之和，即孔之和，即231412345 67Ventilationand Safety of Mines215.2 简单网络特性简单网络特性5. 并联风网的风量分配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
15、化时，可由下式计算出分支力及风流密度变化时，可由下式计算出分支i的风的风量。量。R1R2.RiRnQSVentilationand Safety of Mines225.2 简单网络特性简单网络特性2112R1R2R1R2R3QH（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制Ventilationand Safety of Mines235.2 简单网络特性简单网络特性21312R1R22112R1R2并联风网的优点并联风网的优点Ventilationand Safety of Mines245.2 简单网络特性简单网络特性 例如：若例如：若R1=R2=0.04 kg
16、/m7， 串联：串联：Rs= R1+ R2= 0.08 kg/m7 并联：并联： Rs1 ：Rs2： 即在相同即在相同风风量情况下，串量情况下，串联联的能耗的能耗为为并并联联的的 8 倍。倍。21312R1R22112R1R2Ventilationand Safety of Mines255.2 简单网络特性简单网络特性41232345简单角联风网简单角联风网213456复杂角联风网复杂角联风网（一）几个概念（一）几个概念Ventilationand Safety of Mines265.2 简单网络特性简单网络特性（二）角联分支风向判别（二）角联分支风向判别 原则：原则：分支的风向取决于其始
17、、末节点间的压能值。风流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，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。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）：判别式（以简单角联为例）： 1、 分支分支5中无风中无风 Q5 = 0 Q1 = Q3 , Q2 = Q4 由风压平衡定律：由风压平衡定律： h1 = h2 , h3 = h4412312345Ventilationand Safety of Mines275.2 简单网络特性简单网络特性由阻力定律：由阻力
18、定律：两式相比得：两式相比得： 即即或写为：或写为：412312345Ventilationand Safety of Mines285.2 简单网络特性简单网络特性2、当分支、当分支5中风向由中风向由23节点节点的压能高于节点的压能高于节点，则，则 hR2 hR1即即同理同理， hR3 hR4即即以上两式相乘，以上两式相乘， 或写为：或写为：412315345Ventilationand Safety of Mines295.2 简单网络特性简单网络特性3、分支、分支5中的风向由中的风向由32同理可得：同理可得：改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改
19、变角联分支的风向。对图示简单角联风网，可变角联分支的风向。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：推导出如下角联分支风流方向判别式：412312345Ventilationand Safety of Mines305.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析1. 变变阻分支本身的阻分支本身的风风量与量与风压变风压变化化规规律律Ventilationand Safety of Mines315.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析2. 变变阻分支阻分支对对其它分支其它分支风风量与量与风压风压的影响的影响规规律律Ventilationand Safety of Mine
20、s325.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析3巷道密闭与贯通对风流的影响巷道密闭与贯通对风流的影响Ventilationand Safety of Mines335.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析( (一一) )稳定性的基本概念稳定性的基本概念Ventilationand Safety of Mines345.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析( (二二) )影响风流稳定性的因素影响风流稳定性的因素Ventilationand Safety of Mines355.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析 唐山市开平区刘官屯煤矿唐山市开平区刘官屯煤矿“12
21、.7”瓦斯煤尘爆瓦斯煤尘爆炸事故（死亡炸事故（死亡108人）。人）。Ventilationand Safety of Mines365.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析Ventilationand Safety of Mines375.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析增阻法：增阻法：提高角联支路压差提高角联支路压差, 即即: 在采区中的在采区中的一条进风支路进行控风。在胶带斜井底一条进风支路进行控风。在胶带斜井底H 点点施工两道调节风门增阻施工两道调节风门增阻, 将胶带巷进风量由将胶带巷进风量由22 m3/ s, 控制到控制到16 m3/ s, 经测定经测定, 轨道轨道
22、石门进风量为石门进风量为35 m3/ s, 经此调整后经此调整后, 角联角联段段PQ胶带巷和轨道巷风量达到胶带巷和轨道巷风量达到7 m3/ s, 且且比较稳定。比较稳定。降降阻阻法法：通通过过增增加加一一条条并并联联支支路路, 降降低低角角联联支支路路相相关关风风阻阻值值, 达达到到稳稳定定风风流流的的目目的的。将将角角联联支支路路的的汇汇风风点点调调在在回回采采进进风风巷巷口口位位置置, 利利用用回回采采工工作作面面进进风风顺顺槽槽掘掘进进期期间间的的回回风风绕绕道道JK 作作为为并并联联支支路路,将将JK 绕绕道道密密闭闭改改为为调调节节风风门门, 为为JK 绕绕道道配配风风5m3/ s,
23、 达达到到并并联联降降阻阻的的目目的的。由由于于采采区区内内增增加加了了一一个个配配风风点点, 为为了了使使其其它它地地点点风风量量不不减减少少, 在在实实施施前前, 需需将将采采区区总总进进风风量量增增加加5 m3/ s 以以上上。采采取取此此法法后后, 经经测测定定, 角角联联支支路路PQ 的的风风量量达达到到了了8 m3/min。降降阻阻法法适适用用于于采采区区风风量量比比较较充充足足, 或或者者通通过过调调风风能能够够使使采采区区总总风风量量增增加加的的情情况。况。HVentilationand Safety of Mines385.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析3. 通
24、风动力变化对风流稳定性的影响通风动力变化对风流稳定性的影响Ventilationand Safety of Mines395.3 通风网络动态特性分析通风网络动态特性分析Ventilationand Safety of Mines405.4 矿井风量调节矿井风量调节指指在在采采区区内内部部各各工工作作面面间间，采采区区之之间间或或生生产产水水平平之之间间的的风风量调节。量调节。调节方法：调节方法：增阻法、减阻法及辅助通风机调节法增阻法、减阻法及辅助通风机调节法。(一一) 增阻调节法增阻调节法主要措施：主要措施：使用最多的是调节风窗。使用最多的是调节风窗。R1Q1R2Q2Q2Ventilatio
25、nand Safety of Mines415.4 矿井风量调节矿井风量调节风窗调节法原理分析风窗调节法原理分析如下图分支风阻分别为如下图分支风阻分别为 R1和和R2，风量分别，风量分别Q1、Q2。则两分。则两分支支的阻力为：的阻力为： h1=R1Q12 h2=R2Q22，且，且 h1= h2若分支若分支2风量不足。可在风量不足。可在1分支中设置调节窗。设调节风窗产分支中设置调节窗。设调节风窗产生的局部风阻为生的局部风阻为R。R1Q1R2Q2Q2R1+ RQ1R2Q2Q2Ventilationand Safety of Mines425.4 矿井风量调节矿井风量调节 (R1+R)Q12= R2
26、Q22 由于由于Q未知，假未知，假设设QQ。已知。已知R后，可后，可计计算算调节风调节风窗窗面面积积。R1Q1R2Q2Q2R1+ RQ1R2Q2Q2Ventilationand Safety of Mines435.4 矿井风量调节矿井风量调节调节风窗开口面积计算：调节风窗开口面积计算：当当 Sc/S0.5 时，根据流体力学孔口出流的计算式及能量平时，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衡方程可得如下计算开口面积 的计算式：的计算式：当当 Sc/S0.5 时时，Sc调调节节风风窗窗的的断断面面积积，m2；S巷巷道道的的断断面面积积，m2；Q贯贯通通风风量量，m3/s；
27、hc调调节节风风窗窗阻阻力力，Pa；Rc调调节风节风窗的窗的风风阻，阻，Ns2/m8； Rchc /Q 2。Ventilationand Safety of Mines445.4 矿井风量调节矿井风量调节例例题题：如如图图所所示示通通风风网网路路，已已知知各各风风路路的的风风阻阻值值为为：R1=0.16，R2=0.24，R3=0.26，R4=0.22，R5=0.36，R6=0.48kg/m7，网网路路的的总总风风量量为为Q=40m3/s，求：，求：（1）自然分）自然分风时风时各各风风路的路的风风量，以及网路的量，以及网路的总总阻力、阻力、总总阻阻值值；21345640m3/s（2）若）若风风路
28、路5的需的需风风量量为为12 m3/s，风风路路4的需的需风风量量为为28 m3/s，采用增，采用增阻阻调节调节法，法，试试确定确定风风窗的位置及窗的位置及风风窗的窗的风风阻阻值值。（1） R总总R1R2345R6=0.72kg/m7 h总总R总总Q21152Pa Q4=4018.9=21.1m3/s；R234R23R40.28 解：解：Ventilationand Safety of Mines455.4 矿井风量调节矿井风量调节 Q3=Q4Q2=10.5m3/s Q1=Q6=40m3/s （2）hR5=R5 =0.36122=51.8Pa hR234=0.28182=90.7Pa 在在R5
29、中，中，h=90.751.8=38.9，R= Ventilationand Safety of Mines465.4 矿井风量调节矿井风量调节( (二二) )减阻调节法减阻调节法主要措施主要措施：(1)扩大巷道断面：扩大巷道断面：分支分支2 2的减阻值的减阻值 和需要扩大到的断面积分别为和需要扩大到的断面积分别为: :(2)降低摩擦阻力系数；降低摩擦阻力系数；(3)清除巷道中的局部阻力物清除巷道中的局部阻力物；(4)采用并联风路采用并联风路；(5)缩短风流路线的总长度等缩短风流路线的总长度等。特点特点：可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量；但降阻措施的工可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量；但
30、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。统进行较大的改造时采用。R1Q1R2Q2Q2Ventilationand Safety of Mines475.4 矿井风量调节矿井风量调节特点：特点：增增能能调调节节法法的的施施工工相相对对比比较较方方便便，不不须须降降低低矿矿井井总总风风阻阻，但但采采用用辅辅助助通通风风机机调调节节时时设设备备投投资资较较大大，辅辅助助通通风风机机的的能能耗耗较较大，且辅助通风机的安全管理工作比较复杂，安全性较差。大，且辅助通风机的安全管理工作比较复杂，安
31、全性较差。( (三三) )增能调节法增能调节法主要措施：主要措施：有风墙风机增能调节法有风墙风机增能调节法绕道式风机增能调节法绕道式风机增能调节法Ventilationand Safety of Mines485.4 矿井风量调节矿井风量调节RM1M2M3QHVentilationand Safety of Mines495.4 矿井风量调节矿井风量调节1. 风硐闸门调节法风硐闸门调节法 通过改变在风机风硐内安设调节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。作风阻，从而可调节风机的工作风量。2. 降低矿井总风阻
32、降低矿井总风阻 当矿井总风量不足时，如果能降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风量，而且可以降低矿井总阻力。R1M1QHR2M2R3M3Ventilationand Safety of Mines505.5 应用计算机解算复杂通风网络应用计算机解算复杂通风网络目的：目的：已知风网各分支风阻和主通风机的特性，求算主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。地点的风量和风速是否
33、符合规程要求。原理：原理：依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律方法：方法：Ventilationand Safety of Mines515.5 应用计算机解算复杂通风网络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改进的斯考德恒斯雷试算法回路法回路风量：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。路风量。如图：回路如图：回路ABDEF(风量风量q1)BCDB(q2)、 DCED
34、(q3)独立分支：独立分支：只只属于一个回路的分支。属于一个回路的分支。反之，为非独立分支。且满足：反之，为非独立分支。且满足：独立分支独立分支(M)分支总数分支总数(B)-节点数节点数(J)1如如：BC、CE、EFAB独立分支，独立分支， BD、DE、CD非独立分支非独立分支. .ABCDEFq2q1q3HfVentilationand Safety of Mines525.5 应用计算机解算复杂通风网络应用计算机解算复杂通风网络ABCDEFq2q1q3Hf回路风量修正值回路风量修正值（Q）：）：Ventilationand Safety of Mines535.5 应用计算机解算复杂通风网络应用计算机解算复杂通风网络回路中各分支阻力代数回路中各分支阻力代数和，当分支流向与回路流向和，当分支流向与回路流向一致时，取一致时，取“”，反之，反之，取取“”。当回路中有当回路中有 H Hf f 和和 H Hn n 时时： 故分支风量为：故分支风量为：ABCDEFq2q1q3HfVentilationand Safety of Mines545.5 应用计算机解算复杂通风网络应用计算机解算复杂通风网络解算过程：解算过程：Ventilationand Safety of Mines55本章小结本章小结
