1、矿井通风与安全精品课课件,第三章 通风网络图及风量分配,目 录,第一章 矿井空气及调节 第二章 通风阻力及动力 第三章 通风网络图及风量分配 第四章 矿井通风系统及设计 第五章 采区通风系统 第六章 掘进通风系统 第七章 煤矿灾害及防治,第三章 通风网络图及风量分配,3.1 矿井通风网络中风流基本规律与风量分配 矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。由若干风道和交汇点构成的通风系统，是由线、点及其属性组成的，称为通风网络。通风系统中各井巷分配的风量大小及其方向遵循一定规律。在全矿井的风网中风量分配有两种，一是按需分配，二是自然分配。,前一种是根据井下各个用风地点的实际需要进行分配的
2、方法，为了保证这种分配，必须采取一系列的控制措施，井下大部分网络中的风量是用这种方法进行分配的。后一种是取决于通风网络中各网络的风阻比例关系，不加控制任风量自然地进行分配的方法，这种分配方法多半用于矿井的进风和回风通风网络中，但必须在保证井下各个用风地点实现按需分配风量的前提下进行。,第三章 通风网络图及风量分配,3.1.1 风网的基本术语和形式 3.1.1.1 通风网络的基本术语矿井通风网络：用直观的几何图形来表示通风网络就得到通风网络图。对通风网络进行分析时，常用到以下一些术语：1节点 是指两条或两条以上分支的交点。每个节点有惟一的编号，断面或支护方式不同的两条风道，其分界点有时也可称为节
3、点。2分支(边、弧) 是两节点间的连线，在通风网络图上，每条分支可有一个编号，称为分支号，用单线表示分支。其方向即为风流的方向，用箭头表示，箭头自始节点指向末节点。若分支并不表示实际井巷，如连接进、回风井口的地面大气分支，则称为伪分支，常用虚线表示，由扇风机出口到进风井口的一段aa。,3路(通路) 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，其中有分支者叫基本回路，简称回路，无分支者叫网孔。5生成树 它包括通风网络中全部节点和不构成回路或网孔的一部分分支。每一种通风网络都可选出若干生成树。由于这类图
4、的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树枝。,第三章 通风网络图及风量分配,3.1.1.2 矿井通风网络图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状可以任意改变，因此网络图的形状可以千变万化。目前常用的网络图是曲线形状的网络图，如图611（）所示。规程第120条规定矿井必须绘制全矿井的通风网图。由于通风网络图能清楚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，因此这种图是分析通风问题和搞好通风工作不可缺少基础技术资料。,绘制通风网络图一般按以下步骤进行：首先在通风系统图上，沿着风流方向依次对井巷的交汇点上特定的节点编号，作为确定通风网络图上每个节点
5、顺序号的根据。有时可把空气能量相近的、距离较近及阻力很小几个节点合成一个节点，以简化风网图。风网图中的分支是无尺寸的单线条，有时要在每条分支上分别注明风阻、风量和风压值，用不同的箭头区分开按需分配和自然分配的风流，必要时还可把某个局部地区的若干分支并为一条合成分支，而在合成分支上注明该地区的的总风阻、总风量和总风压。,第三章 通风网络图及风量分配,3.1.2 通风网络中风流的普遍规律风流在通风网络中流动时，遵守质量守恒和能量守恒定律，即克希荷夫(Kirchhoff)律。这些规律对于任何形式的通风网络，无论其中的风量是按需分配还是自然分配，都能适用故名普遍规律。 3.1.2.1 风量平衡定律据据
6、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，由于在一个节点范围内的空气单位质量不变，故可用空气的体积流量(即风量)来代替空气的质量流量。 3.1.1.2 能量平衡定律如图523中，在闭合回路1234561中，设风机风压Hf，自然风压HN，分支1、2、3、4、5的阻力分别为h1、h2、h3、h4、h5，Hf与HN同向，则有：Hf+HNhRl+hR2+hR3+hR4+hR5 (522) 写成一般表达式即：Hf+HNhRi (523) 3.1.1.3 通风阻力定律如第三章所述，通风网络中的风流，绝大多数属于完全紊流状态，故其阻力定律遵守平方关系，即 (524
7、),第三章 通风网络图及风量分配,3.1.3 简单网络中风流的特殊规律简单通风网络是指串联风路和并联风网，它们都遵循上述普遍规律，但又各有特点，各有其专用的特殊规律。 3.1.3.1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。在图531中，由1，2，3，4，5，五条分支组成串联风路。串联风路具有以下特性： 风量关系式 1.总风量等于各分支的风量，即 QQ1Q2Qn (531) 2. 风压关系式 总风压(阻力)等于各分支风压(阻力)之和，hh1h2hn (532)3. 风阻关系式 总风阻等于其中各条分支的风阻之和，即(533) 12n,第三章 通风网络图及风量
8、分配,3.1.3.2 并联风网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。在图532中，由5条分支并联而成，并联风路具有以下特性： 1.风量关系式 总风量等于各分支的风量，即12n (534) 2. 风压关系式 总风压(阻力)等于各分支风压(阻力)，即hh1h2hn (535) 3. 风阻关系式 总风阻和各条分支的风阻成复杂的繁分数关系，即（536）,第三章 通风网络图及风量分配,3.1.3.3 角联风网角联风网是指内部存在角联分支的网络。角联分支(对角分支)是指位于风网的任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分支cd为角联分支。仅有一条角联分支
9、的风网称为简单角联风网。含有两条或两条以上角联分支的风网称为复杂角联风网。角联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。由于开采和运输等生产环节的需要，井下复杂风网往往难于避免，其对角分支中风流的方向和风量有时出现不稳定的现象，这是井下某些局部出现不稳定，甚至造成事故的原因之一，必须注意预防，风网越复杂，对角分支越多，风流不稳定的可能性越大。,第三章 通风网络图及风量分配,3.1.4 矿井风量调节在通风网络中，风流按巷道原有的风阻自然分配到各作业地点的风量，往往不能满足要求，为了保证井下用风地点的
10、风量始终保质保量，就必需采取控制与调节风量的措施，即风量调节。此外，随着工作面的推进和更替，采区接替、水平接替，网路结构、巷道风阻、瓦斯涌出量及所需风量均在不断变化，要求及时进行风量调节，以满足各用风地点的需风量。所以风量调节是矿井通风技术管理的重要一环，是一项经常性的工作，它对矿井安全和经济效益有重大的影响。,能常在采区内部各工作面之间，采区之间或生产水平之间的风量调节称为局部风量调节；对全矿总风量进行调节称为矿井总风量调节。风量调节按其范围：可分局部风量调节和矿井总风量调节。,3.1.4.1局部风量调节调节方法有增加风阻的调节法、降低风阻的调节法及辅助通风机调节法。 (一)增阻调节法。 并
11、联风路的分支增阻后，系统的总风阻增大，总风量一定小于调节前的总风量。即另一分支的风量增加量小于增阻分支的风量减少量。该并联系统与其他风路无论是并联、串联还是角联，都使矿井的总风阻增大，矿井总风量减少。其减少值取决于主要通风机性能曲线和并联系统在矿井通风系统中的地位。,在主风流中增阻，影响较大，总风量减少较多；在次要分支风流中增阻影响较小。因此，在主干风路中增阻调节时必须考虑矿井总风量的变化，否则可能会出现风量不能满足需要的情况。,增阻调节是一种耗能调节法。具体措施主要有：(1)调节风窗；(2)临时风帘；(3)空气幕调节装置等。其中使用最多的是调节风窗，其制造和安装都较简单。,第三章 通风网络图
12、及风量分配,3.1.4.1局部风量调节调节方法有增加风阻的调节法、降低风阻的调节法及辅助通风机调节法。 (一)增阻调节法。并联风路的分支增阻后，系统的总风阻增大，总风量一定小于调节前的总风量。即另一分支的风量增加量小于增阻分支的风量减少量。该并联系统与其他风路无论是并联、串联还是角联，都使矿井的总风阻增大，矿井总风量减少。其减少值取决于主要通风机性能曲线和并联系统在矿井通风系统中的地位。在主风流中增阻，影响较大，总风量减少较多；在次要分支风流中增阻影响较小。因此，在主干风路中增阻调节时必须考虑矿井总风量的变化，否则可能会出现风量不能满足需要的情况。,增阻调节是一种耗能调节法。具体措施主要有：
13、(1)调节风窗； (2)临时风帘； (3)空气幕调节装置等。 其中使用最多的是调节风窗，其制造和安装都较简单。,第三章 通风网络图及风量分配,(二)增压调节法。在风阻大、风量不足的风路上安设辅助通风机，克服该巷道的部分阻力，以提高其风量的方法，称为增压调节法。调节的措施主要有：1辅助通风机调节法降阻与增压调节效果基本相似，风量增加量大于与其并联风路的风量减少量。这二种调节方法，都使总风量有所增加。增压调节法比降阻调节法施工快、工期短，但管理工作较复杂，安全性较差。当服务时间较长时，增压调节法的电力费用太大，经济性不好。,采用辅助通风机调节应注意以下几个问题：(1)辅助通风机及风门安设地点，要求
14、围岩完好。尽量避免设在煤巷中，以防止漏风引起煤炭自然发火。 (2)辅助通风机停止运转时，应将自动风门打开，以利用主要通风机产生的风压通风，辅助通风机所负担的区域必须停止工作，撤出人员，切断电源。,(3)辅助通风机安设地点要防止产生循环风流。当主要通风机停止运转或反风时，辅助通风机应立即停止运转，同时打开自动风门，以免相邻采区的风流逆转和辅助通风机产生循环风流。(4)加强辅助通风机的管理。辅助通风机吸入风流中的瓦斯浓度不得超过0.5，有专人经常检查。,第三章 通风网络图及风量分配,(5)辅助通风机必须供给新鲜风流，所以应安设在进风流中。2利用自然风压调节法。少数矿井通过改变进、回风路线，降低进风
15、流温度，增加回风流的温度等方法，增大矿井或局部的自然风压，达到增加风量的目的。总之，生产矿井中，一般不应在井下安设辅助通风机；在矿井开采末期，确牢由于某一分支风路过长,主要通风机不能供给足够风量,可采增压调节法；煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井，严禁安设辅助通风机。在我国煤矿很少使用辅助通风机调节，但在金属矿使用较多。,3.1.4.2 矿井(或一翼)总风量的调节当矿井(或一翼)总风量不足或过剩时，需调节总风量，也就是调整主要通风机的工况点。采取的措施是改变主要通风机的工作特性或改变矿井网路总风阻值。 1.改变主要通风机工作特性通常采用改变主要通风机转速或改变主要通风机叶片安装角的办法；对于有
16、前导器的通风机，,第三章 通风网络图及风量分配,可以通过改变前导器叶片角度的方法。必要时可换用性能更合适的主要通风机。2.改变矿井总风阻值矿井投产初期，所需风量较少。对于离心式主要通风机，用风硐中的闸门增加风阻以降低风量，可降低主要通风机的功率，减少电耗。但相比之下，用减低风机转数的办法减少风量，更有利于节省电能。对于轴流式风机，在正常工作段，通常随着风阻增加，风量减少，其轴功率增大。因而采用减小叶片安装角或降低风机转数的办法减少风量，而不采取增加风阻的办法。3.当需要增大风量时，如果能使矿井总风阻降低，主要通风机工况点右移，就可增加风量降低某些风速较高的巷道(如矿井总回风道)的风阻，对于降低全矿总风阻，提高矿井总风量，降低能耗，有重要作用。,
