2022年通风安全课件第五章.docx

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1、2022年通风安全课件第五章 第五章 矿井通风网络中风量安排与调整 本章主要内容及重点和难点 1、风量安排基本定律-三大定律 2、网络图及网络特性 1)简洁网络 2)角联及困难网络 3、网络的动态分析 4、矿井风量调整 5、计算机解算困难 网络 矿井通风系统是由犬牙交错的井巷构成的一个困难系统。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。 第一节 风量安排基本规律 一、矿井通风网络与网络图 ( 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：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

2、分 支可有一个编号，称为 分支号。 2. 节点：是两条或两条以上分支的交点。 3. ： 路：是由若干条方向相同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。 如图中，243、2563 和 1367 5 、 树 树：是指随意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特别图。由于这类图的几何形态与树相像，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 树。 矿井通风网络图 特点：1）通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，节点位置与 分支线的形态可以随意变更。 2

3、）能清晰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。 网络图两种类型：一种是与通风系统图形态基本一样的网络图，如图 5-1-3 所示；另一种是曲线形态的网络图，如图 5-1-4 所示。但一般常用曲线网络图。 绘制步骤： (1) 节点编号 在通风系统图上给井巷的交汇点标上特定的节点号。 (2) 绘制草图 在图纸上画出节点符号，并用单线条连接有风流连通的节点。 (3) 图形整理 根据正确、美观的原则对网络图进行修改。 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

4、)分支方向基本都应由下至上； (3) 分支间的交叉尽可能少； (4) 网络图总的形态基本为椭圆形。 (5) 合并节点，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。 二、网络中风流流淌的基本定律 1 、风量平衡定律 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 若不考虑风流密度的改变，则流入与流出某节点的各分支的体积流量的=0iM16523图a 2178356图b 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

5、无源回路，则上述风量平衡定律依旧成立。如图 b 所示，回路2-4-5-7-2 的各邻接分支的风量满意如下关系： 2 、阻力定律 对于任一分支或整个网路系统，均遵守： 3 、能量平衡定律 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。 1 ）无动力源 ） 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 -6 中有： 2 ）有动力源 设风机风压 H f ，自然风压 H N 。 如图，对回路 1234-5-1 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。

6、=0iQ06 4 5 4 4 3 4 2 4 1= - - + +- - - - -Q Q Q Q Q0 = Rih02 4 3 6= - - -R R R Rh h h h5 4 3 2 1 R R R R R N fh h h h h H H + + + + = += Ri N fh H H12345608 7 6 5 4 3 2 1= - - - - - -Q Q Q Q2i i iQ R h =2s s sQ R h = 其次节 简洁网络特性 一、串联风路 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 5-2-1 所示，由 1，2，3，4，5 五条分支组

7、成串联风路。 串联风路特性 1. 总风量等于各分支的风量，即 M S = M 1 = M 2 = M n 当各分支的空气密度相等时， Q S = Q 1 = Q 2 = Q n 2. 总风压等于各分风压( 阻力) 之和 风压之和，即: 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 串联风路等效阻力特性曲线的绘制 依据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。方法： = + + + =nii n sh h h h h12 1458 1 23679123456789 = + + + =+ + += =nii nsns s sR R R RQh h h

8、Q h R12 122 1 2.2 22211 1 11nsA A AA+ + +=219 . 1iRiA =2219 . 1iAiR = = = =222 21 19 . 119 . 1 19 . 1 1 19 . 1iiisAARRsA 1、首先在 hQ 坐标图上分别作出串联风路 1、2 的阻力特性曲线 R 1 、R 2 ； 2、依据串联风路风量相等，阻力叠加的原则，作平行于 h 轴的若干条等风量线，在等风量线上将 1、2 分支阻力 h 1 、h 2 叠加，得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点； 3、将全部等风量线上的点联成曲线 R 3 ，即为串联风路的等效阻力特性曲线。 二、并联风网 由

9、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。如图所示并联风网由 5 条分支并联而成。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, 2. 总风压等于各分支风压，即 留意：当各分支的位能差不相等，或分支中存在风机等通风动力时，并联分支的阻力并不相等。 3. 并联风网总风阻与各分支风阻的关系 1R 1R 2R1R2R1+R2QH = + + + =nii n sM M M M M12 1= + + + =nii n sQ Q Q Q Q12 1n sh h h h = = = =2 12S s sQ R h =sssRhQ =n S

10、Q Q Q Q + + + = .2 1nnssRhRhRhRh+ + + = .2211n sR R R R1 1 1 1.2 1+ + + =22 121 1 11+ + += =ns s sR R RQ h R 4. 并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即 5. 并联风网的风量安排 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改变时，可由下式计算出分支 i 的风量。 并联风路等效阻力特性曲线的绘制 依据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。 方法： 1、首先在 hQ 坐标图上分别作出并联风路 1、2 的阻力特性曲线 R 1 、R 2 ； 2、依据并联风路风压相等

11、，风量叠加的原则，作平行于 Q 轴的若干条等风压线，在等风压线上将 1、2 分支阻力 h 1 、h 2 叠加，得到并联风路的等效阻力特性曲线上的点； 3、将全部等风压线上的点联成曲线 R 3 ，即为并联风路的等效阻力特性曲线。 三、串联风路与并联风网的比较 在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联与并联风网。在矿井的进、回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。 并联风网的优点： 1、从提高工作地点的空气质量及平安性动身，采纳并联风网具有明显的优点。 ) . ( 19 . 11 1 1 19 . 12 1 n sR R R RsA + + + = =n sA A A A + + + =2

12、1s ih h =2 2s s i iQ R Q R =S RRiQ Qs=) . (12111nR R RiSsisRQRRQiQ+ + += = 2、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。 例如：若 R 1 =R 2 =0.04 kg/m 7 ， 串联：R s = R 1 + R 2 = 0.08 kg/m 7 并联： R s ：R s ： 即在相同风量状况下，串联的能耗为并联的 8 倍。 四、角联风网 几个概念 角联风网： ：是指内部存在角联分支的网络。 角联分支：是指位于风网的随意两条有向通路之间、且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。 简洁角联风网 ：仅有一

13、条角联分支的风网。 。 ： 困难角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。 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： 1 、 分支 5 中无风 Q 5 = 0 ∴ Q 1 = Q 3 , Q 2 = Q 4 由风压平衡定律： h 1 = h 2 , h 3 = h 4 由阻力定律： 两式相比得： 734 . 0104 . 011 1 2/ 01 . 0) (1) (12 1m kgRR RS=+=+= 22 221 1Q R Q R =24 42

14、3 3Q R Q R =24 422 223 321 1Q RQ RQ RQ R=4231RRRR= 、当分支 5 中风向由 2 →3 节点的压能高于节点，则 h R2 h R1 即： 同理， h R3 h R4 即 、分支 5 中的风向由 3 →2 同理可得： ∴ 变更角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以变更角联分支的风向。对图示简洁角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式： 第三节 通风网络动态特性分析 一、井巷风阻改变引起风流改变的规律 1. 变阻分支本身的风量与风压改变规律 当某分支风阻增大时，该分支的风量减小、风压增大；当风阻减小时，该分支的风量增

15、大、风压降低。 2. 变阻分支对其它分支风量与风压的影响规律 1）当某分支风阻增大时，包含该分支的全部通路上的其它分支的风量减小，风压亦减小；与该分支并13 24 1= =R RR RK21 122 2Q R Q R 2225 3222112) (QQ QQQRR += 24 423 3Q R Q R 22 523242334) ( Q QQQQRR+= 25 35 23) ( QQ QQ QQ +122225 322 52334) () (RRQQ QQ QQRR +4231RRRR13 24 113 24 1 =R RR RK1 =。 中风向由 ，分支中风流停滞； ，分支； 中风向由 ，分

16、支3 2 5 15 12 3 5 13 24 1R RR RK 联的通路上的分支的风量增大，风压亦增大；当风阻 减小时与此相反。 2）对于一进一出的子网络，若外部分支调阻引起其流入风量改变，其内部各分支的风量改变趋势相同。 3）风网内，某分支风阻改变时，各分支风量、风压的改变幅度，以本分支为最大，邻近分支次之，离该分支越远的分支改变越小。 4）风网内，不同类型的分支风阻改变引起的风量改变幅度和影响范围是不同的。一般地说，主干巷道变阻引起的风量改变幅度和影响范围大，末支巷道变阻引起的风量改变幅度和影响范围小。 5）风网内某分支增阻时，增阻分支风量减小值比其并联分支风量增加值大；某分支减阻时，减阻

17、分支风量增加值比其并联分支风量减小值大。 3 巷道密闭与贯穿对风流的影响 巷道密闭相当于该分支的风阻增大至∞，故本分支风量削减到趋近于 0；对其它分支的影响规律与分支增阻相同。 巷道贯穿时要修改网络图，即在网络图中增加贯穿后的分支。风流方向取决于巷道两端点间压能差；对其它分支的影响规律与分支减阻相同。 二、风流稳定性分析 ( 一) 稳定性的基本概念 稳定性是指当系统受到外界瞬时干扰，系统状态偏离了平衡状态后，系统状态自动回复到该平衡状态的实力。 根据这种稳定性的概念，除非在主要通风机不稳定运行等特别状况下，矿井通风系统一般都是稳定的。 通风管理中所说的风流稳定性，一般是指井巷中风流

18、方向发生改变或风量大小改变超过允许范围的现象；且多指风流方向发生改变的现象。 ( 二) 影响风流稳定性的因素 1. 风网结构对风流稳定性的影响 仅由串、并联组成的风网，其稳定性强；角联风网，其对角分支的风流易出现不稳定。 2. 风阻改变对风流稳定性的影响 在角联风网中，边缘分支的风阻改变可能引起角联分支风流变更。 在实际生产矿井，大多数采掘工作面都是在角联分支中。应实行安装调整风门的措施，保证风流的稳定性。 3. 通风风动力改变对风流稳定性的影响 矿井风网内主要通风机、协助通风机数量和性能的改变，不仅会引起风机所在巷道的风量改变，而且会使风网内其他分支风量也发生改变，并影响风网内其他风机的工况

19、点。 详细如下： 1) 单主要通风机风网，当主要通风机性能发生改变时，风网内各分支风量按主要通风机风量改变的趋势和比率而改变。 2) 多主要通风机风网内，当某主要通风机性能发生改变时，整个风网内各分支风量不按比例改变。 3) 多主要通风机风网内，即使风网结构和分支风阻不变，当某主要通风机性能发生改变时，由于风网总风量和各主要通风机风量配置发生了改变，因此，各主要通风机的工作风阻与风网总风阻也有所改变。 4) 风网内，某巷道安设协助通风机后，不仅该巷道本身风流发生改变，其他巷道风流也改变。当某协助通风机风量增大时，协助通风机所在巷道风量增加，包含协助通风机在内的闭合回路中，与协助通风机风向一样的

20、各巷风量增加，与其风向相反的各巷风量减小。 当协助通风机风压过高或风量过大时，可引起其并联分支风量不足、停风、甚至反向。引起并联分支风流反向的条件是协助通风机风量大于回路的总风量或协助通风机风压大于回路内其同向分支的风压损失。 5) 自然风压引起的风流改变，与协助通风机相像。 第四节 矿井风量调整 随着生产的发展和改变，工作面的推动和更替，巷道风阻、网络结构及所需的风量均在不断改变，要求刚好进行风量调整。 从调整设施来看，有通风机、射流器、风窗、风幕和增加并联井巷或扩大通风断面等。 按其调整的范围，可分为局部风量调整与矿井总风量调整。 从通风能量的角度看 看，可分为增能调整、耗能调整和节能调整

21、。 一、局部风量调整 局部风量调整是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整。 调整方法：增阻法、减阻法及协助通风机调整法。 ( 一) 增阻调整法 增阻调整法是在通过在巷道中安设调整风窗等设施，增大巷道中的局部阻力，从而降低与该巷道处于同一通路中的风量，或增大与其关联的通路上的风量。 增阻调整是一种耗能调整法。 主要措施：(1) 调整风窗；(2) 临时风帘；(3) 空气幕调整装置等。运用最多的是调整风窗。 风窗调整法原理分析 如图 ，分支风阻分别 为 R 1 和 R 2 ，风量分别为 Q 1 ,Q 2 。 则两分支的阻力为：h 1 =R 1 Q 1 2 h 2 =R 2 Q 2

22、 2 ，且 h 1 = h 2 若分支风量不足。可在 分支中设置调整窗。设调整风 窗产生的局部风阻为R。 (R 1 + R)Q 1 ’2 = R 2 Q 2 ’2 但增阻后，并联系统总风阻增大。使 Q’Q，由于 Q’未知，实际计算过程中，假设 Q’Q。 已知, R 后，可计算调整风窗面积。 运用条件：增阻分支风量有富余。 特点：增阻调整法具有简洁、便利、易行、见效快等优点；但增阻调整法会增加矿井总风阻，削减总风量。 调整风窗开口面积计算： 当 Sc/S0.5 时， 1 22 12 2R R RQQ- = D cch S QQSS84

23、. 0 65 . 0 += 当 Sc/S 0.5 时， S c 调整风窗的断面积，m 2 ；S巷道的断面积，m 2 ；Q通达风量，m 3 /s；h c 调整风窗阻力，Pa；R c 调整风窗的风阻，Ns 2 /m 8 ；R c h c /Q 2 。 ( 二) 减阻调整法 减阻调整法是在通过在巷道中实行降阻措施，降低巷道的通风阻力，从而增大与该巷道处于同一通路中的风量，或减小与其关联的通路上的风量。 主要措施：(1)； 扩大巷道断面；(2) 降低摩擦阻力； 系数；(3) 清除巷道中的局部阻力物；(4) 采纳并联风路；(5) 缩短风流路途的总长度等。 特点：可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量；但降

24、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纳。 ( 三) 增能调整法 增能调整法主要是采纳协助通风机等增加通风能量的方法，增加局部地点的风量。 主要措施：(1) 协助通风机调整法。(2) 利用自然风压调整法。 ： 特点：增能调整法的施工相对比较便利，不须降低矿井总风阻，增加矿井总风量，同时可以削减矿井主通风机能耗。但采纳协助通风机调整时设备投资较大，协助通风机的能耗较大，且协助通风机的平安管理工作比较困难，平安性较差。 二、矿井总风量的调整 当矿井总风量不足或过剩时，需调整总风量，也就是调整主通风机的工况点。实行的措施是：变更主通风机的工作特性，或

25、变更矿井风网的总风阻。 ( 一) 变更主通风机工作特性 变更主通风机的叶轮转速、轴流式风机叶片安装ccR SSS84 . 0 65 . 0 +=cch S QQSS759 . 0 +=ccR SSS759 . 0 1+=RM1M2M3QH 角度和离心式风机前导器叶片角度等，可以变更通风机的风压特性，从而达到调整风机所在系统总风量的目的。 ( 二) 变更矿井总风阻值 1. 风硐 闸门调整法 假如在风机风硐内安设调整闸门，通过变更闸门的开口大小可以变更风机的总工作风阻，从而可调整风机的工作风量。 2. 降低矿井总风阻 当矿井总风量不足时，假如能降低矿井总风阻，则不仅可增大矿井总风量，而且可以降低矿

26、井总阻力。 第五节 应用计算机解算困难通风网络 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整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：回路法 假设风网中每一回路内各分支的风向和风量起先，渐渐修正风量，使之满意风压平衡定律。 节点法 假设风网中每一回路内各分支节点压力值起先，渐渐修正压力分布，使之满意风量平衡定律。 一、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淌看成是在一些互不重复的独立的闭合回路中各有肯定的风量在循环，这种风量称为回路风量。 如图：回路：ABDEF( 风

27、量 q 1 ) 、BCDB(q 2 ) 、DCED(q 3 ) 独立分支：只属于一个回路的分支。反之，为非独立分支。且满意：独立分支(M)分支总数(B)节点数(J) 如：BC、CE、 EFAB独立分支 BD、DE、CD非独立分支 基本思路：初拟风网中各回路风量 (如 q 1 q 2 q 3 )，使其满意风网中节点风量风量平衡定律，然后利用风压平衡定律对其逐一进行修正，从而得各分支假设风量，经把迭代计M1R1R2M2R3M3QHABCDEFq 2q 1q 3H f 算修正，各回路风压渐渐趋于平衡，这样各分支风量渐渐接真实值。 回路风量修正值： 回路中各分支阻力代数和，当分支流向与回路流向一样时，取，反之，取。 当回路中有 H f 和 H n 时，故分支风量为： = D=-nii inii iQ RQ RQ11221122fnii inin f i iH Q RH H Q RQ- -= D=mQ Q Qi iD = 第20页 共20页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页