矿山通风网络讲解

通风网路中风量的分配串联与并联的比较从安全、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21R R =，通过的风量21Q Q =，故有风压21h h =。

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：（1）总风量比较串联时： 21Q Q Q ==串 并联时： 1212Q Q Q Q =+=并 故 串并Q Q 2=（2）总风阻比较串联时： 1212R R R R =+=串 并联时： 4121R n R R ==并 故 串并R R 81= （3）总风压比较串联时： 1212h h h h =+=串 并联时： 21h h h ==并 故 串并h h 21=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1；并联网路的总风压为串联风路总风压的21，也就是说并联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，还有一条或几条分支相通的连接形式称为角联网路（通风），如图5-8所示。

连接于并联两条分支之间的分支称为角联分支，如图5-8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5-9所示。

角联网路的特性是：角联分支的风流方向是不稳定的。

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：图5-9 复杂角联网路1．角联分支5中无风流当分支5中无风时，②、③两节点的总压力相等，即32总总P P =又①、②两节点的总压力差等于分支1的风压，即121h P P =-总总①、③两节点的总压力差等于分支3的风压，即331h P P =-总总故 31h h = 同理可得 42h h = 则4321h h h h =亦即 244233222211Q R Q R Q R Q R = 又 05=Q ，得 4321,Q Q Q Q == 所以4321R R R R =（5-22） 式（5-22）即为角联分支5中无风流通过的判别式。

2．角联分支5中风向由②→③当分支5中风向由②→③时，②节点的总压力大于③节点的总压力，即32总总P P >又知 121h P P =-总总331h P P =-总总则 13h h > 即 211233Q R Q R > 同理可得 42h h > 即 244222Q R Q R > 将上述两不等式相乘，并整理得241323241⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<Q Q Q Q R R RR 又知 21Q Q > ，43Q Q < 所以13241<R R R R 即4321R R R R <（5-23）式（5-23）即为角联分支5中风向由②→③的判别式。

3．角联分支5中风向由③→②同理可推导出角联分支5中风向由③→②的判别式4321R R R R（5-24） 由上述三个判别式可以看出，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。

如图5-8所示，当风门K 未关上使2R 减小，或分支巷道4中某处发生冒顶或堆积材料过多使4R 增大，这时因改变了巷道的风阻比，可能会使角联分支5中无风或风流③→②，从而导致两工作面完全串联通风或上工作面风量不足而使其瓦斯浓度增加造成瓦斯事故。

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。

角联网路中，对角分支风流存在着不稳定现象，对简单角联网路来说，角联分支的风向可由上述判别式确定；而对于复杂角联网路，其角联分支的风向的判断，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2RQ h = （5-25）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0=∑i Q（5-26） 若对流入的风量取正值，则流出的风量取负值。

如图5-10（a ）所示，节点⑥处的风量平衡方程为0564*******=--++-----Q Q Q Q Q如图5-10（b ）所示，回路②-④-⑤-⑦-②的风量平衡方程为087654321=--+----Q Q Q Q图5-10 节点和闭合回路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0=∑i h （5-27）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。

如图5-10（b ）中的回路②-④-⑤-⑦-②，有：072755442=-++----h h h h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i h H H ∑=±自通 （5-28） 式中，通H 和自H 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。

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。

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N 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：ii i i Q R H H Q R Q ∑∑-=∆22自通 （5-29）式中 2i i Q R ∑—— 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。

i i Q R ∑—— 独立回路中各分支风量与风阻乘积的绝对值之和。

通H —— 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。

自H —— 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。

按公式（5-29）分别求出各回路的风量修正值i Q ∆，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i ij ij Q Q Q ∆±=' （5-30）式中：ijij Q Q '和分别为修正前后分支风量。

i Q ∆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。

上述公式（5-29）和（5-30）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。

当独立回路中既无通风机又无自然风压作用时，公式（5-29）可简化为ii i i Q R Q R Q ∑∑-=∆22 （5-31）为便于理解，下面以并联网路来解释回路风量修正值Q ∆的计算公式。

如图5-11所示为由两个分支1和2组成的并联网路，其总风量Q ，风阻分别为1R 和2R 。

设两个分支自然分配的真实风量分别为1真Q 和2真Q ，拟定的初始风量分别为1Q 和2Q ，则初拟风量与真实风量的差值即为回路风量修正值Q ∆。

若 11真Q Q <，必有22真Q Q > 则 Q Q Q ∆+=11真， Q Q Q ∆-=22真 根据0=∑i Q ，得 Q Q Q Q Q =+=+2121真真 根据2RQ h =和0=∑i h ，得()211121121121112Q R Q Q R Q R Q Q R Q R h ∆+∆+=∆+==真真()222222222222222Q R Q Q R Q R Q Q R Q R h ∆+∆-=∆-==真真21真真h h =图5-11 并联网路忽略二次微量2Q ∆，整理得近似式：()()222211221122Q R Q R Q Q R Q R --=∆+故()22112222112Q R Q R Q R Q R Q +--=∆ 将上式写成一般形式，即可得公式（5-29）与（5-31）：i i i i Q R H H Q R Q ∑∑-=∆22自通或 ii i i Q R Q R Q ∑∑-=∆22修正风量的计算公式，即公式（5-30）：i ij ijQ Q Q ∆±=' ２．解算步骤使用斯考德–恒斯雷法，一般经过以下步骤： （１） 绘制通风网路图，标定风流方向。