9矿井通风网络解算 (1)资料

1、解算通风网路的数学模型 斯考德–恒斯雷法是由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 行改进并用于通风网路解算的。 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。以余树枝风量为变量，树枝风量可 用余树枝风量来表示。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个余树枝的风量， 然后求出树枝的风量。 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的一般数学表达式为：
2 Q1 h1 1 R1 A1 1 A2 Q2 2 h2 R2
图9-6
1）并联网路的总风量等于并联各分支风量之和，即
Q并 Q1 Q2 Qn Qi
i 1 n
2）并联网路的总风压等于任一并联分支的风压，即
h并 h1 h2 hn
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。
i 1
n
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。
1 1 1 1 2 2 2 2 A串 A1 A2 An
A串 1 1 1 Leabharlann Baidu 2 2 2 A1 A2 An
2、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9-6所示。并联网路的特性如下：
Q1 Q2 Qn
Q并 n
3、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。 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。
Q1
R并 R1
Q并
Q2
R并 R2
Q并
（2）自然分配风量的计算
Q1 1 Q并 R1 R1 R1 R2 R3 Rn
Q2
Q并 R2 R2 R2 1 R1 R3 Rn
Qn
Q并 Rn Rn Rn 1 R1 R2 Rn 1
R1 R2 Rn
4、角联通风及其特性 在并联的两条分支之间，还有一条或几条分支相通的连接形式 称为角联网路（通风），如图9-7所示。连接于并联两条分支之间的 分支称为角联分支，如图9-7中的分支5为角联分支。仅有一条角联 分支的网路称为简单角联网路；含有两条或两条以上角联分支的网 路称为复杂角联网路，如图9-8所示。 角联网路的特性是：角联分支的风流方向是不稳定的。
8
14
绞 工 工 车 作 作 房 面 面 3 2 工 作 面 1 变 电 所 掘 变 进 电 头 所 (2)
6
炸 药 库 工 作 面 4 工 作 面 5 工 作 面 6 绞 车 房 变 掘 变 电 进 电 所 头 所 (2)
21
13 12 32 11
27 26 24
34
9 7 5 4 3 2 1
22 20 19
Q
Ri Qi2 H 通 H自 2 Ri Qi
（9-2）
式中 Ri Qi2 —— 独立回路中各分支风压（或阻力）的 代数和。分支风向与余树枝同向时其风压取正值，反之 为负值。 Ri Qi —— 独立回路中各分支风量与风阻乘积的 绝对值之和。 H 通 —— 独立回路中的通风机风压，其作用的 风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值。 H自 —— 独立回路中的自然风压，其作用的风 流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值。
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。
图9-1
6 7 5 6 4 3 3 2 1 1 5 4 2
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9-2所示各图中 的实线图和虚线图就 分别表示图9-1的树和 余树。
6 7 5 6 8 3 3 2 1 1 (a) 4 5 4 2 8 3 3 6
4 1 3 5 6 7 4 3 2 5 6
Q12 Q34 Q56 Q78 0
h24 h45 h57 h27 0
H 通 H自 hi
1 (a)
2 8 (b)
图9-10
（二）解算复杂通风网路的方法 复杂通风网路是由众多分支组成的包含串、并、角联在 内结构复杂的网路。其各分支风量分配难以直接求解。通 过运用风量分配的基本定律建立数学方程式，然后用不同 的数学手段，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。
矿井通风网络解算
1— 测绘矿井通风网络图
2 —解算矿井通风网络
一、通风网络及矿井通风网络图
（一）通风网络的基本术语和概念 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。 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。如图5-1 中的①～ 8 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。如图9-1 中，1-2-5-7-8、2-5-6-3 和4-5-6等都是回路 。 单一一个回路（其中没有分支），该回路又称网孔。 如4-5-6是网孔。
按公式（9-2）分别求出各回路的风量修正值，由此 对各回路中的分支风量进行修正，求得风量的近似真实值， 即
Qij Qi Qij
（9-3）
式中： Qij 和Q分别为修正前后分支风量。 Qi 的正负按 ij 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。上述公式（9-2）和（9-3）即为 斯考德–恒斯雷法的迭代计算公式，也称其为哈蒂· 克劳斯法。
1 R并

1 R1

1 R2

1 Rn
4）并联网路的总等积孔等于并联各分支等积孔之和。
A并 A1 A2 An
5）并联网路的风量自然分配 （1）风量自然分配的概念
h并 h1 h2 hn
2 2 2 R并Q并 R1Q12 R2Q2 RnQn
1）串联风路的总风量等于各段风路的分风量，即，
Q串 Q1 Q2 Qn
2）串联风路的总风压等于各段风路的分风压之和，即
n
h串 h1 h2 hn hi
i 1
3）串联风路的总风阻等于各段风路的分风阻之和。
R串 R1 R2 Rn Ri
若回路中顺时针流向的分支风压取正值，则逆时针流 向的分支风压取负值。
当闭合回路中有通风机风压和自然风压作用时，各分 支的风压代数和等于该回路中通风机风压与自然风压的代 数和，即
H 通 H自 hi
式中，H通H自和分别为通风机风压和自然风压，其正负号 取法与分支风压的正负号取法相同。
Q16 Q26 Q36 Q64 Q65 0
图9-4
（三）简单通风网络及性质 1、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9-5所示。 串联通风也称为“一条龙”通风，其特性如下：
1 1 Q 1 h 1 R1 A1
2
2 Q2 h2 R2 A2
图9-5
3
3 Q3 h3 R3 A3
4
4 2 K 2 1 1
4
4 2 5 3 3 5 2 1 1
4 3 3
图9-7
7 8 9 5 10 5 3 3 4 7 6 6 4 2 2 1 1
图9-8 复杂角联网路
1、角联分支5中无风流 ：
4
R1 R3 R2 R4
4 2 5 2 1 1 4 3 3
4 R1 R3 K 2 2、角联分支5中风向由②→③ R2 R4 2 5 3 1 1 3
h RQ2
2．风量平衡定律 风量平衡定律是指在通风网路中，流入与流出某节 点或闭合回路的各分支的风量的代数和等于零，即
Qi 0
若对流入的风量取正值，则流出的风量取负值。 3．风压平衡定律 风压平衡定律是指在通风网路的任一闭合回路中，各 分支的风压（或阻力）的代数和等于零，即
hi 0
3、角联分支5中风向由③→②
R1 R3 R2 R4
图9-9
二 风量分配及复杂通风网络解算
（一）风量分配的基本定律 风流在通风网路中流动时，都遵守风量平衡定律、风 压平衡定律和阻力定律。它们反映了通风网路中三个最主 要通风参数——风量、风压和风阻间的相互关系，是复杂 通风网路解算的理论基础。 1．通风阻力定律 井巷中的正常风流一般均为紊流。因此，通风网路中各分 支都遵守紊流通风阻力定律，即
例9-1 如图9-3所示为某矿通风系统示意图，试绘出该 矿的通风网路图。
31 14 15 33 12 13 17 10 32 11 16 18 30 28 29
I
I I
I I I
IV V
27
26 24 34 25 23
35
VI
9 8 7 1 6 5 4 3 19 20
22 21
2
图9-3
31 18 16 15 33 17 10 25 23 30 28 29 35
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。
6 7 5 4
5 4 2 8
6 7 5 6 4 3 3 2 5 4 2
2 1 1 (b)
1 1 (c)
图9-2 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9-2（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。