【采矿课件】第五章通风网路中风量的分配

1第五章通风网路中风量的分配矿井空气在井巷中流动时，风流分岔、汇合线路的结构形式，称为通风网路。用直观的几何图形来表示通风网路就得到通风网路图。通风网路中各风路的风量是按各自风阻的大小自然分配的。本章将介绍矿井通风网路图的绘制、通风网路的基本形式与特性、风量分配的基本定律、复杂通风网路解算的方法及计算机解算通风网路软件与应用。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在通风网路中，常用到以下一些术语：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。如图5-1中的每一条线段就代表一条分支。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。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。可见，由同一个网路图生成的树各不相同。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。2112344578311285447311285447(a)(b)(c)222355533666666图5-2树和余树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。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，能清楚地反映风流的方向和分合关系，便于进行通风网路解算和通风系统分析，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。为了更清晰地表达通风系统中各井巷间的联接关系及其通风特点，通风网路图的节点可以移位，分支可以曲直伸缩。通常，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。3４．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。例5-1如图5-3所示为某矿通风系统示意图，试绘出该矿的通风网路图。1234567891017111213141516182119202223252426272829303132333534IVIIIIIIVIV图5-3矿井通风系统示意图解：图中所示矿井两翼各布置一个采区，共有6个采煤工作面和4个掘进头；独立通风硐室共有7个。矿井漏风主要考虑4处风门漏风。根据上述绘制网路图的一般步骤与一般原则，绘制的矿井通风网路图如图5-4所示。绘制过程简述如下：（１）在通风系统示意图上标注节点。距离较近且无通风设施等处可并为一个节点，如图5-3中的5、13、14等处；1和3之间也可不取节点2；进、回风井口可视为一个节点。（２）确定主要用风地点。在网路图中可用长方形方框表示用风点，框内填写相应的名称，如图5-4中所示的采、掘工作面、独立通风各硐室等。将它们在网路图中部“一”字形排开。（３）确定进风节点。根据用风地点的远近，布置在用风点的下部并一一标明清楚。（４）确定回风节点。根据用风地点的远近，布置在用风点的上部并一一标明清楚。（５）节点连线。连接风流相通的节点，可先连进风节点至用风点；再连回风节点至用风点；然后连各进、回风节点间的线路。各步连线方向基本一致，总体方向从下向上。（６）按（2）～（5）绘出网路图草图，检查分合关系无误后，开始整理图形。调整好各节点与用风地点的位置，使整体布局趋于合理。此步较费力，需耐心反复修改直至满4意为止。（７）最后标注主要通风设施。主通风机和局部通风机型号及其它通风参数等本图不作标示。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：5123Q1h1A1R1ARh222Q23Q3h33RA1234图5-5串联风路1．串联风路的总风量等于各段风路的分风量，即nQQQQ21串，m3/s（5-1）2．串联风路的总风压等于各段风路的分风压之和，即niinhhhhh121串，Pa（5-2）3．串联风路的总风阻等于各段风路的分风阻之和。根据通风阻力定律2RQh，公式（5-2）可写成：22222112nnQRQRQRQR串串因为nQQQQ21串所以niinRRRRR121串，Ns2/m8（5-3）4．串联风路的总等积孔平方的倒数等于各段风路等积孔平方的倒数之和。由RA19.1，得2219.1AR，将其代入公式（5-3）并整理得：2222121111nAAAA串（5-4）或222211111nAAAA串，m2（5-5）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：6Q11h11R1A2Qh2R2A2221图5-6并联网路1．并联网路的总风量等于并联各分支风量之和，即niinQQQQQ121并，m3/s（5-6）2．并联网路的总风压等于任一并联分支的风压，即nhhhh21并，Pa（5-7）3．并联网路的总风阻平方根的倒数等于并联各分支风阻平方根的倒数之和。由2RQh，得Q＝Rh，将其代入公式（5-6）得：nnRhRhRhRh2211并并因为nhhhh21并所以nRRRR111121并（5-8）或2211111nRRRR并，Ns2/m8（5-9）当nRRR21时，则722221nRnRnRRn并，Ns2/m8（5-10）4．并联网路的总等积孔等于并联各分支等积孔之和。由RA19.1，得19.11AR，将其代入公式（5-8），得：nAAAA21并，m2（5-11）5．并联网路的风量自然分配（1）风量自然分配的概念在并联网路中，其总风压等于各分支风压，即nhhhh21并亦即22222112nnQRQRQRQR并并由上式可以得出如下各关系式：并并QRRQ11，m3/s（5-12）并并QRRQ22，m3/s（5-13）……并并QRRQnn，m3/s（5-14）上述关系式表明：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。（2）自然分配风量的计算根据并联网路中各分支的风阻，计算各分支自然分配的风量。可将公式（5-9）依次代入前述关系式（5-12）、（5-13）和（5-14）中，整理后得各分支分配的风量计算公式如下：nRRRRRRQQ1312111并，m3/s（5-15）8nRRRRRRQQ2321221并，m3/s（5-16）……1121nnnnnRRRRRRQQ并，m3/s（5-17）当nRRR21时，则nQQQQn并21，m3/s（5-18）计算并联网路各分支自然分配的风量，也可根据并联网路中各分支的等积孔进行计算。将AR19.1依次代入前述关系式（5-12）、（5-13）和（5-14）中，整理后可得各分支分配的风量计算公式如下：并并并QAAAAQAAQn21111，m3/s（5-19）并并并QAAAAQAAQn21222，m3/s（5-20）……并并并QAAAAQAAQnnnn21，m3/s（5-21）综合上述，在计算并联网路中各分支自然分配的风量时，可根据给定的条件，选择公式，以方便计算。三、串联与并联的比较在矿井通风网路中，既有串联通风，又有并联通风。矿井的进、回风风路多为串联通风，而工作面与工作面之间多为并联通风。从安全、可靠和经济角度看，并联通风与串联通风相比，具有明显优点：1．总风阻小，总等积孔大，通风容易，通风动力费用少。现举例分析：假设有两条风路1和2，其风阻21RR，通过的风量21QQ，故有风压21hh。现将它们分别组成串联风路和并联网路，如图5-7所示。各参数比较如下：9121212123图5-7串联与并联通风比较（1）总风量比较串联时：21QQQ串并联时：1212QQQQ并故串并QQ2（2）总风阻比较串联时：1212RRRR串并联时：4121RnRR并故串并RR81（3）总风压比较串联时：1212hhhh串并联时：21hhh并故串并hh21通过上述比较可明显看出，在两条风路通风条件完全相同的情况下，并联网路的总风阻仅为串联风路总风阻的81；并联网路的总风压为串联风路总风压的21，也就是说并联10通风比串联通风的通风动力要节省一半，而总风量却大了一倍。这充分说明：并联通风比串联通风经济得多。2．并联各分支独立通风，风流新鲜，互不干扰，有利于安全生产；而串联时，后面风路的入风是前面风路排出的污风，风流不新鲜，空气质量差，不利于安全生产。3．并联各分支的风量，可根据生产需要进行调节；而串联各风路的风量则不能进行调节，不能有效地利用风量。4．并联的某一分支风路中发生事故，易于控制与隔离，不致影响其它分支巷道，事故波及范围小，安全性好；而串联的某一风路发生事故，容易波及整个风路，安全性差。所以，《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、角联通风及其特性在并联的两条分支之间，还有一条或几条