矿井通风-powerpointpresentation

矿井通风MineVentilation采矿工程系一、教学内容：1、矿井通风网路图的相关术语；2、矿井通风网路图的绘制；3、矿井通风网路的基本形式与特性；4、风量分配基本定律；5、复杂通风网路解算方法及计算机解算通风网路软件介绍。二、重点难点：1、矿井通风网路图的绘制原则与方法；2、矿井通风网路的基本形式与特性；3、风量分配基本定律。三、教学要求：1、了解矿井通风网路图的相关术语；2、了解复杂通风网路解算方法及计算机解算通风网路软件应用；3、掌握矿井通风网路图的绘制方法；4、掌握矿井通风网路的基本形式与特性（串联、并联、角联）；5、掌握风量分配基本定律。第一节通风网路及矿井通风网路图一、通风网路的基本术语和概念１．分支分支是指表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷风流的方向。每条分支可有一个编号，称为分支号。用井巷的通风参数如风阻、风量和风压等，可对分支赋权。不表示实际井巷的分支，如图5-1中的连接进、回风井口的地面大气分支8，可用虚线表示。12344578665321图5-1简单通风网路图一、通风网路的基本术语和概念２．节点节点是指两条或两条以上分支的交点。每个节点有唯一的编号，称为节点号。在网路图中用圆圈加节点号表示节点，如图5-1中的①～⑥均为节点。３．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。单一一个回路（其中没有分支），该回路又称网孔。如图5-1中，1-2-5-7-8、2-5-6-3和4-5-6等都是回路，其中4-5-6是网孔，而2-5-6-3不是网孔，因为其回路中有分支4。12344578665321图5-1简单通风网路图一、通风网路的基本术语和概念４．树由包含通风网路图的全部节点且任意两节点间至少有一条通路和不形成回路的部分分支构成的一类特殊图，称为树；由网路图余下的分支构成的图，称为余树。如图5-2所示各图中的实线图和虚线图就分别表示图5-1的树和余树。组成树的分支称为树枝，组成余树的分支称为余树枝。一个节点数为m，分支数为n的通风网路的余树枝数为n－m＋1。112344578311285447311285447(a)(b)(c)222355533666666图5-2树和余树一、通风网路的基本术语和概念５．独立回路由通风网路图的一棵树及其余树中的一条余树枝形成的回路，称为独立回路。如图5-2（a）中的树与余树枝5、2、3可组成的三个独立回路分别是：5-6-4、2-4-6-7-8-1和3-6-7-8-1。由n－m＋1条余树枝可形成n－m＋1个独立回路。112344578311285447311285447(a)(b)(c)222355533666666图5-2树和余树二、通风网路图的绘制不按比例、不反映空间关系的矿井通风网路图，是矿井通风管理的重要图件之一。通风网路图的形状是可以变化的。习惯上把通风网路图总的形状画成“椭圆”形。绘制矿井通风网路图，一般可按如下步骤进行：１．节点编号在矿井通风系统图上，沿风流方向将井巷风流的分合点加以编号。编号顺序通常是沿风流方向从小到大，亦可按系统、按翼分开编号。节点编号不能重复且要保持连续性。２．分支连线将有风流连通的节点用单线条（直线或弧线）连接。３．图形整理通风网路图的形状不是唯一的。在正确反映风流分合关系的前提下，把图形画得简明、清晰、美观。４．标注除标出各分支的风向、风量外，还应将进回风井、用风地点、主要漏风地点及主要通风设施等加以标注，并以图例说明。绘制通风网路图的一般原则如下：１．某些距离相近的节点，其间风阻很小时，可简化为一个节点。２．风压较小的局部网路，可并为一个节点。如井底车场等。３．同标高的各进风井口与回风井口可视为一个节点。４．用风地点并排布置在网路图的中部；进风系统和回风系统分别布置在图的下部和上部；进、回风井口节点分别位于图的最下端和最上端。５．分支方向（除地面大气分支）基本应由下而上。６．分支间的交叉尽可能少。７．节点间应有一定的间距。1234567891017111213141516182119202223252426272829303132333534IVIIIIIIVIV图5-3矿井通风系统示意图32145791112161533171086炸药库变掘变工321312工3工绞18314作面工工面作5工面作6绞房车3027262422201928293525232134电所变掘进头变电所作面作面作面车房电所电所进头(2)(2)14图5-4矿井通风网路图第二节简单通风网路及其性质通风网路可分为简单通风网路和复杂通风网路两种。仅由串联和并联组成的网路，称为简单通风网路。含有角联分支，通常是包含多条角联分支的网路，称为复杂通风网路。通风网路中各分支的基本联接形式有串联、并联和角联三种，不同的联接形式具有不同的的通风特性和安全效果。一、串联通风及其特性两条或两条以上风路彼此首尾相连在一起，中间没有风流分合点时的通风，称为串联通风，如图5-5所示。串联通风也称为“一条龙”通风，其特性如下：123Q1h1A1R1ARh222Q23Q3h33RA1234图5-5串联风路nQQQQ21串niinhhhhh121串niinRRRRR121串2222121111nAAAA串222211111nAAAA串二、并联通风及其特性两条或两条以上的分支在某一节点分开后，又在另一节点汇合，其间无交叉分支时的通风，称为并联通风，如图5-6所示。并联网路的特性如下：Q11h11R1A2Qh2R2A2221图5-6并联网路niinQQQQQ121并nhhhh21并nRRRR111121并或2211111nRRRR并二、并联通风及其特性Q11h11R1A2Qh2R2A2221图5-6并联网路当nRRR21时，则22221nRnRnRRn并nAAAA21并5、并联网路的风量自然分配并并QRRQnn1121nnnnnRRRRRRQQ并当时，则nRRR21nQQQQn并21并并并QAAAAQAAQnnnn21当用各分支等积孔来计算时，则：当并联网路的总风量一定时，并联网路的某分支所分配得到的风量取决于并联网路总风阻与该分支风阻之比。风阻大的分支自然流入的风量小，风阻小的分支自然流入的风量大。这种风量按并联各分支风阻值的大小自然分配的性质，称之为风量的自然分配，也是并联网路的一种特性。三、串联与并联的比较•并联通风比串联通风经济得多。•并联通风有利于安全生产，串联通风风流不新鲜，不利于安全生产。•并联各分支的风量，可根据需要调节，串联各风路的风量则不能进行调节。•并联风路中发生事故，易于控制与隔离，安全性好；而串联风路安全性差。121212123图5-7串联与并联通风比较《规程》强调：井下各个生产水平和各个采区必须实行分区通风（并联通风）；各个采、掘工作面应实行独立通风，限制采用串联通风。四、角联通风及其特性简单角联网路复杂角联网路角联网路的特性：角联分支风流方向不稳定12543344K2131235412235647189531074162图5-8简单角联网路图5-9复杂角联网路现以图5-8所示的简单角联网路为例，分析其角联分支5中的风流方向变化可能出现的三种情况：12543344K2131235412图5-8简单角联网路角联分支5中无风流通过的判别式4321RRRR角联分支5中风向由②→③的判别式4321RRRR角联分支5中风向由③→②的判别式4321RRRR简单角联网路中角联分支的风向完全取决于两侧各邻近风路的风阻比，而与其本身的风阻无关。通过改变角联分支两侧各邻近风路的风阻，就可以改变角联分支的风向。可见，角联分支一方面具有容易调节风向的优点，另一方面又有出现风流不稳定的可能性。角联分支风流的不稳定不仅容易引发矿井灾害事故，而且可能使事故影响范围扩大。此外，在发生火灾事故时，由于角联分支的风流反向可能使火灾烟流蔓延而扩大了灾害范围。因此，保持角联分支风流的稳定性是安全生产所必须的。对角联分支风流存在着不稳定现象，简单角联网路角联分支的风向可由上述判别式确定；复杂角联网路角联分支的风向一般通过通风网路解算确定。在生产矿井，也可以通过测定风量确定。第三节风量分配及复杂通风网路解算风量分配基本定律通风阻力定律风量平衡定律风压平衡定律2RQh0iQ0ih587(b)624136(a)12543图5-10节点和闭合回路二、解算复杂通风网路的方法运用风量分配的基本定律建立数学方程式，可求解出网路内各分支自然分配的风量。这种以网路结构和分支风阻为条件，求解网路内风量自然分配的过程，称为通风网路解算，也称为自然分风计算。目前解算通风网路使用较广泛的是回路法，即首先根据风量平衡定律假定初始风量，由回路风压平衡定律推导出风量修正计算式，逐步对风量进行校正，直至风压逐渐平衡，风量接近真值。下面主要介绍回路法中使用最多的斯考德–恒斯雷法。英国学者斯考德和恒斯雷对美国学者哈蒂∙克劳斯提出的用于水管网的迭代计算方法进行改进,用于通风网路解算。对节点为m、分支为n的通风网路，可选定N＝n－m＋1个余树枝和独立回路。根据风压平衡定律，每一个独立回路对应一个方程，这样建立起一个由N个变量和N个方程组成的方程组，求解该方程组的根即可求出树枝的风量。斯考德–恒斯雷法的基本思路是：利用拟定的各分支初始风量，将方程组按泰勒级数展开，舍去二阶以上的高阶量，简化后得出回路风量修正值，其一般数学表达式为：iiiiQRHHQRQ22自通iijijQQQ的正负按所修正分支的风向与余树枝同向时取正值，反之取负值。如此经过多次反复修正，各分支风量接近真值。当达到预定的精度时计算结束。此时所得到的近似风量，即可认为是要求的自然分配的风量。。当独立回路中既无通风机又无自然风压作用时，上式可简化为iQiiiiQRQRQ22举例说明如下：如图5-11所示为由两个分支1和2组成的并联网路，设两个分支自然分配的真实风量分别为和，拟定的初始风量分别为和，则初拟风量与真实风量的差值即为回路风量修正值。R1Q11h2RQ2h221Q真真12图5-11并联网路1真Q2真Q1Q2Q11真QQ22真QQQQQ11真QQQ22真根据0iQQQQQQ2121真真根据2RQh0ih211121121121112QRQQRQRQQRQRh真真222222222222222QRQQRQRQQRQRh真真21真真hh忽略二次微量，整理得近似式：故将上式写成一般形式或修正风量的计算公式222211221122QRQRQQRQR22112222112QRQRQRQRQiiiiQRHHQRQ22自通iiiiQRQRQ22iijijQQQ２．解算步骤1、绘制通风网路图，标定风流方向。2、输入网路结构及数据。3、确定独立回路数，选择并确定独立回路的分支构成。4、拟定初始风量。5、计算回路风量修正值，及时修正回路中各分支的风量。6、检查精度是否满足要求。每修正完一次网路中所有分支的风量，称为迭代一次。每次迭代后应判断是否满足给定的精度要求，当某次迭代中各独立回路风量修正值均小于预定精度ε，迭代计算结束，即＜ε，1≤i≤N精度ε一般取0.01～0.001m3/s。7、计算通风网路总阻力、总风阻。iQmax在斯考德–恒斯雷法中，其核心是每次迭代中各回路风量修正值的计算。此外，因该算法的回路修正值可逐个回路独立计算，简化了计算，因而也可以手算。手算时要注意：1、拟定的初始风量应尽量接近真实风量；2、独立回路中分支的风压和回路风量修正值的符号也可按顺时针流向取正值，逆时针流向取负值确定，通风机风压和自然风压的符号按顺负逆正确定；3、某分支风量，如在其它回路和后面的计算中