资源描述
1第1页/共115页2第2页/共115页36.1 风网的基本术语 是指三条或三条以上风道的交点；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点。 是两节点间的连线，也叫风道，在风网图上，用单线表示分支。其方向即为风流的方向，箭头由始节点指向末节点。 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。第3页/共115页4 是由若干方向并不都相同的分支所构成的闭合线路，其中有分支者叫回路，无分支者叫网孔。 是风阻为零的虚拟分支。一般是指通风机出口到进风井口虚拟的一段分支。 它包括风网中全部节点而不构成回路或网孔的一部分分支构成的图形。每一种风网都可选出若干生成树。 在任一风网的每棵树中，每增加一个分支就构成一个独立回路或网孔，这种分支叫做弦(又名余树弦)。第4页/共115页56.2 风网的形式与绘制 通风网络联结形式很复杂，多种多样，但基本联结形式可分为：串联通风网络并联通风网络角联通风网络复杂联结通风网络第5页/共115页6串联通风网络 由两条或两条以上的分支彼此首尾相联，中间没有分叉的线路叫做串联风路。第6页/共115页7并联通风网络 二条或二条以上的分支自风流能量相同的节点分开到能量相同的节点汇合，形成一个或几个网孔的总回路叫做并联风网。第7页/共115页8角联通风网络 在简单并联风网的始节点和末节点之间有一条或几条风路贯通的风网叫做角联风网。贯通的分支习惯叫做对角分支。单角联风网只有一条对角分支，多角联风网则有两条或两条以上的对角分支。第8页/共115页9复杂联结通风网络 由串联、并联、角联和更复杂的联结方式所组成的通风网路，统称为复杂通风网路。第9页/共115页106.3 风量分配基本规律 风流在通风网络内流动时，除服从能量守恒方程（伯努利方程）外，还遵守以下规律：风量平衡定律风压平衡定律阻力定律第10页/共115页11风量平衡定律 根据质量守恒定律，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，由于矿井空气不压缩，故可用空气的体积流量(即风量)来代替空气的质量流量。在通风网络中，流进节点或闭合回路的风量等于流出节点或闭合回路的风量。即任一节点或闭合回路的风量代数和为零。第11页/共115页1214243445460QQQQQ对于流进节点的情况：第12页/共115页13对于流进闭合回路的情况：1 23 45 67 8QQQQ1 23 45 67 80QQQQ或第13页/共115页14把上面的式子写成一般的数学式：10niiQ 上式表明；流入节点、回路或网孔的风量与流出节点、回路或网孔的风量的代数和等于零。一般取流入的风量为正，流出的风量为负。第14页/共115页15风压平衡定律 在任一闭合回路中，无扇风机工作时，各巷道风压降的代数和为零。即顺时针的风压降等于反时针的风压降。有扇风机工作时，各巷道风压降的代数和等于扇风机风压与自然风压之和。第15页/共115页16对上图有：244 55 72 7hhhh244 55 72 70hhhh或写成一般数学式：10niih 该式表明：回路或网孔中，不同方向的风流风压或阻力的代数和等于零。一般取顺时针方向的风压为正，逆时针方向的风压为负。第16页/共115页17 在如上图所示的矿井中，平峒口l和进风井口2的标高差Z米；风道23和13构成敞开并联风网。在23风道上安装一台辅助通风机，其风压hf作用方向和顺时针方向一致；l和2两点的地表大气压力分别为P0和P0 ，1和2两点高差间的地表空气密度平均值为，进风井内的空气密度平均值为，则：第17页/共115页180PPZg1 3033033()()vvhPPhPZgPh据风流的能量方程 得平峒1-3段的风压为：式中 P3、hv3分别是3点的绝对静压和速压。风路2-3段的风压是风道22和33段的风压之和，即：2 30332 2332233() ()()vvvhhhPPhZgPhPh第18页/共115页19式中： P2和P3 分别是辅助通风机进风口2和出风口3的绝对静压； hv2和hv3分别是辅助通风机进风口和出风口的速压。 因则或3322()fvvhPhPh2 3033033()()()fvvfhPhPhZgPZgPhhZg2 31 3()fhhhZg第19页/共115页20因敞开并联风网内的自然风压是：因或()nhZ2 31 3fnhhhh2 31 30fnhhhh写成一般数学式是：10nifnihhh 上式就是风压平衡定律，其意义为对于任一个网孔或者回路而言，其风压的代数和与作用在其上的机械风压和自然风压之差值为零。上式的适用条件是：取顺时针方向的风流的风压为正；网孔或回路中的机械风压和自然风压(即当图A中的时)的作用方向都是顺时针方向。第20页/共115页21阻力定律风流在通风网络中流动，绝大多数属于完全紊流状态，遵守阻力定律，即：hi=RiQi2式中：hi巷道的风压降； Ri巷道的风阻； Qi通风巷道的风量。第21页/共115页226.4 风网参数计算包括以下形式：串联通风网路并联通风网路简单角联通风网路复杂风网第22页/共115页23串联网路1 风量关系式Q0=Q1=Q2=Q3=Qn 上式表明：串联风路的总风量等于各条分支的风量。2 风压关系式h0=h1+h2+h3+hn 上式表明：串联风路的总风压等于其中各条分支的风压之和。3 风阻关系式R0=R1+R2+R3+Rn 上式表明：串联风路的总风阻等于其中各条分支的风阻之和。第23页/共115页24并联网路1 风量关系式Q0=Q1+Q2+Q3+Qn 上式表明：并联风路的总风量等于各分支的风量之和。2 风压关系式h0=h1=h2=h3=hn 上式表明：并联风路的总风压等于各分支的风压。第24页/共115页253 风阻关系式iiihQR221111()()mnnmiiiiRRRRR 把上式代入并联风路的风量关系式，再根据风压关系式得：因式中 m为1到n条风路中的某一条风路。 上式表明，并联风路的总风阻和各条分支的风阻成复杂的繁分数关系。对于简单并联风网(n2)，有：12221221(1)(1)RRRRRRR*第25页/共115页264 自然分配风量的计算 因hhm，即RQ2=RmQm2将*式代入上式，可得：1mnmiiQQRR1121QQRR 如已知并联风网的总风量Q和各条分支的风阻Ri，即可用上式算出某一分支的自然分配风量Qm。 在简单并联风网中，第一和第二条分支的自然分配风量的计算式分别为：2211QQRR第26页/共115页27简单角联网路 如上图所示：在单角联风网中，对角分支5的风流方向，随着其它四条分支的风阻值R1、R2、R3、R4的变化，而有以下三种变化：第27页/共115页28 当风量Q5向上流时，由风压平衡定律hlh2，h3h4；由风量平衡定律Q1Q4。则：R1Q12R2Q22 R1Q12R2Q42 R3Q32 R4Q42 R3Q12 1，便可判定Q5向上流，如得K1，而且K值越大，Q5向上流就越稳定。故可根据 实际情况，采取加大R1或R4，减少R2或R3的技术措施，并不断进行调整，使K始终保持最大的合理值，以保证Q5的方向和数量始终稳定。第30页/共115页31复杂风网 矿井通风的基本任务就是根据井下各个用风地点(采掘工作面、充电峒室、炸药库、.等)的需要，供给它们一定的新鲜风量(即为按需分配的风量)，这个风量是巳知数。新风在被送到各用风地点之前，以及各用风地点用过的回风，都要经过许多风路，这些风路有时形成复杂的风网。在风速不超限的条件下，这些复杂风网中各条分支通过的风量任其自然分配(即为自然分配的风量)，是未知数，需通过计算确定。 计算复杂风网中自然分配风量的目的，主要是为了掌握复杂风网的通风总阻力和总风阻，若不先求出风网中各分支的自然分配风量，就无法计算复杂风网的通风总阻力和总风阻；其次是为了验算各风道的风速是否符合规程的规定。 第31页/共115页32 复杂风网中自然分配风量的计算方法很多。但无论哪种方法都必须使用前述的那些规律建立数学方程，然后用不同的数学手段计算。这里介绍的计算方法是。此种方法的实质是：预先在风网中选择几个网孔或回路，拟定其中各分支的初始风量，然后求解其校正值以校正拟定的初始风量，经过几次迭代计算，使风量接近真值。 这种思路也是计算机解算风网中自然分配的风量的思路。第32页/共115页331.基本方程 任何风网都有N条分支，须列出线性无关的N个独立方程，以求解N条分支中的N个风量。前巳说明，当风路中有J个节点时，该风网中独立的网孔或回路数为MNJ1，用风压平衡定律可列出M个线性无关的独立方程。又因为风网有J个节点，用风量平衡定律可列出(J1)个线性无关的独立方程(有一个是和其它方程线性相关的)。故对于任何风网，可列出线性无关的独立方程数为NM(J1)个。正好等于网路中的分支数N。 网路中的网孔或回路的确定有很多种不是随意确定的，而是要根据最小树的概念来选择网孔或回路。先在风网中选择风阻值较小的(但不一定是最小的)(J1)条分支为树枝，构成一棵最小树。再选择风阻值较大的M条分支为弦，这样由这颗最小树的树枝和弦所构成的网孔或回路就是所选定的独立网孔或回路。第33页/共115页342.计算各分支的自然分配风量 现以并联网路为例计算各分支自然分配的风量。如右图所示。设并联风路的总风量为Q，风路ACB、ADB的，风阻分别为R1、R2，先需求这两条分支的自然分配风量Qc、Qd。 图中有两个节点，用风量平衡方程可以列出J1=21个方程： Q= QcQd 用风压平衡方程可以列出N(J1)2(21)1个方程： hchd 即 R1Qc2=R2Qd2第34页/共115页35 由于Qc、Qd是未知的，需要求出。斯考德恒斯雷法首先假定风路ACB、ADB的风量是Q1和Q2则有： Q1Q2 QcQdQ Q1与Qc的差值就是Qd与Q2的差值Q： Q Q1Qc QdQ2 这一差值也是我们要求的ACBD网孔中的风量校正值。将它代入风压平衡方程： Qc Q1Q ， Qd Q2Q R1(Q1Q)2=R2(Q2Q)2展开后略去二阶微量得：22112212112211222222R QR QhhQR QR QR QR Q 第35页/共115页36 有了风量校正值，就可以对这一网路中各分支的风量进行校正。其校正式为： Q1=Q1Q ，Q2=Q2Q 上式中Q1的方向为顺时针方向，Q取正值，Q2的方向为逆时针方向，Q取负值。 如果第一次校正后还未达到需要的精度，还同样可以进行第二次，第三次校正。一般来说，经过三次渐进计算， Q1”与Qc、 Q2”与Qd就非常接近了。网孔中的风压差值不超过最小风压的5%。第36页/共115页37 这是在网路中只有一个网孔的情况。如果网路中有M个这样独立的网孔，就需要求出M个这样的风量校正值，并对网孔中各分支的风量进行校正。 如果一个网孔中有n条分支，而不是并联网孔中的两条分支，则对照前面的风量校正公式，这时的风量校正公式为：2111122nniiiiiinniiiiiiR QhQR QR Q 该式分子为各分支的风压的代数和，单位为Pa。风流顺时针为正值，逆时针为负值。第37页/共115页38 若网孔或回路中另有机械风压hf和自然风压hn存在时，则： 式中取顺时针方向的风流的风压为正；网孔或回路中的机械风压hf和自然风压hn都是顺时针方向。 同样，有了各网孔或回路的风量修正值Qi,可用下式对该网孔或回路中各分支的风量进行修正：QiQiQi 式中取风流顺时针方向流动时的Qi 为正值，反之为负值。2112niifniiniiiR QhhQR Q第38页/共115页39为了加快计算中的收敛速度，须做到：1. 在有多个网孔的网路中，选择网孔时须使得网孔的公共分支风阻最小，而非公共分支风阻较大。要做到这一点，可先将风网中风阻值较小的(J1)条分支为树枝，构成一棵最小树。再选择风阻值较大的M条分支为弦，这样在由这颗最小树的树枝和弦所构成的M个独立网孔或回路中，风阻最小的分支处于公共分支，而风阻较大的分支处于非公共分支上。2. 任一闭合网孔或风路的风量校正值求得后，应对本闭合风路的各支风量及时进行校正。3. 在相邻闭合风路的风量校正值计算中，凡是进行过风量校正的风路均应采用校正后的风量，而不再采用拟定风量。 第39页/共115页40 现举例说明手算方法和步骤。在图所示的风网中，各分支的风阻分别为：R10.38，R20.5；R3=0.2，R40.085；R50.65Ns2/m8。风网总风量Q30m3/s，无附加的机械风压和自然风压。求各分支的自然分配风量和该风网的总阻力、总风阻。解：1. 判别对角分支的风向 故该对角分支中的风流是自b流向c。对于其它风网，如事先无法判别其中不稳定风流的方向，可先假定，若计算出该假定风向的风量是负值时，则假定的风向不正确，改正过来即可。14230.380.0850.32310.50.2R RR R第40页/共115页412.确定独立网孔或回路的数目 因该风网的分支数N5，节点数J4，则独立网孔或回路数MNJ15412。3. 选择独立网孔或回路 因该风网的树枝数为J1413，故选风阻较小的三条分支cd、bd和ab为树枝，构成图中实线所示的最小树cdba。又因弦数M2，故选风阻较大的两条分支ac和bc为弦。由此确定出1个独立回路abdca和1个独立网孔bdcb来进行迭代计算。 第41页/共115页424. 拟定各分支的初始风量 首先把各个网孔看作是并联，用并联网路中自然分配风量计算公式给出各分支的风量： Q2QQ13016.0313.97 m3/s Q4QQ33011.8418.16 m3/s Q5Q1Q316.0311.844.19 m3/s1123016.030.38110.5QQRR3343011.840.2110.085QQRR第42页/共115页435进行迭代计算 对所选定的1个回路和1个网孔计算其风量校正值Qi，然后对网孔或回路中的各分支的风量进行校正。这种校正要循环进行多次，直到达到规定的精度。为了便捷，宜把有关的已知数和计算值列入表中进行计算。例如，对回路abdca，第一次的Qi值用下式计算：2222113322441133224422223()2()(0.3816.030.211.840.513.970.08518.16 )2(0.3816.030.211.840.513.970.08518.16)0.070.002,/33.98iR QR QR QR QQR QR QR QR Qms 第43页/共115页44 然后，校正计算该回路中各分支的风量。例如，1分支第一次校正后的风量为： Q1Q1 Qi16.030.00216.028 m3/s2分支第一次校正后的风量为： Q2Q2Qi13.97+0.00213.972 m3/s回路abdca校正完后，就按同样的方法校正计算网孔bdcb中各分支的风量。其它各项的计算结果见后表。表中带括号的风量值是上一次校正过的风量值，这样可以加快收敛。第44页/共115页45第45页/共115页466. 检验计算结果 将各分支最后一次校正的风量值和算出的相应风压值均填入表中。经过下表的验算，知一个回路和两个网孔中不同方向的累计风压很接近，误差均小于5%。故表中即为风网各分支的自然分配风量和风压。见下两表。第46页/共115页477计算风网的总阻力和总风阻 总阻力为：95.2 100.42332.0625.554126.62,22a dhhhhhPa总风阻为：2822126.620.141/30adadhRN smQ第47页/共115页48第48页/共115页49第49页/共115页50课课 后后 作作 业业1. 如图1所示，已知：R11.274，R21.078；R31.078， R4= 1.568，（单位：Ns2/m8），总风量Q36 m3/s。求（1）总风阻RAB；（2）各分支的风量Q1，Q2，Q3，Q4。2. 如图2所示的角联网络，各巷道风阻： R13.92，R20.0752；R30.98， R4= 0.4998， R5= 0.49 ，（单位：Ns2/m8）。试判定巷道BC的风流方向。1 2 3412D453A第50页/共115页516.5 局部风量调节方法主要包括以下形式：增阻调节法降阻调节法增压调节法第51页/共115页52增阻调节法 增阻调节法就是以并联网路中阻力大的风路的阻力值为基础，在各阻力较小的风路中增加局部阻力（安装调节风门、窗），使各条风路的阻力达到平衡，以保证各风路的风量按需供给。第52页/共115页531增阻调节的计算 有一并联风网，其中R10.8Ns2/m8 ，R21.2Ns2/m8。若总风量Q30m3/s，则该并联风网中自然分配的风量分别为：31123016.5,/0.8111.2QQmsRR则 Q2QQ1=3016.5=13.5m3/s第53页/共115页54 如按生产要求，1分支的风量应为Q15m3/s，2分支的风量应为Q225m3/s，显然自然分配的风量不符合要求，按上述风量要求，两分支的阻力分别为：22111222220.85201.225750hR QPahR QPa 为保证按需供风，必须使两分支的风压平衡。为此，需在1分支的回风段设置一调节风门，使它产生一局部阻力her=h2h175020730Pa。调节风门的形式如右图所示，在风门或风墙的上部开一个面积可调的矩形窗口，通过改变调节风门的开口面积来改变调节风门对风流所产生的阻力hw，使hwhev730Pa。第54页/共115页55用下式计算调节风门的面积：式中 Rw调节风门的风阻，Rwhw/Q2，Ns2/m8 。 上式的由来是：hw主要是由于风流通过调节风门时，风流收缩到最小断面S2(m2)以后，又突然扩大到巷道断面S(m2)所造成的冲击损失。0.759wwQSSQS h或28,/1 0.759wwSSN smSR第55页/共115页56 根据水力学理论，这项损失可用下式表示：式中 v2风流通过调节风门后在最小收缩断面处的平均风速，m/s；v巷道内的平均风速，m/s；空气的密度，kg/m3。 根据实验，风流通过调节风门时的速度变化具有以下比例关系：式中 v1一风流在调节风门处的平均风速，m/s。22(),2wvvhPa211.6 1.81.7vvvv*第56页/共115页57 设通过调节风门和巷道的风量为Q(m3/s)，巷道断面积为S (m2) ，则上式变为：211.7()1.7()wQQvvvvSS 将上式代入*式(取1.2kg/m3)，得：21.7()1.22wwQQSSh第57页/共115页58化简上式得： 在上例中，若1分支设置调节风门处的巷道断面S14m2，则算出调节风门的面积为：即在1分支设置一个面积为0.23m2的调节风门就能保证1和2分支都得到所需要的风量5和25m3/s。28,/0.759wwQSSN smQS h2540.2350.7594730wSm第58页/共115页592增阻调节的分析1) 增阻调节使风网总风阻增加，如果主要通风机特性曲线不变，总风量会减少。因此，在一定条件下可能达不到风量调节的预期效果。 如右图所示，已知主要通风机风压曲线I和两分支的风阻曲线R1、R2，并联风网的总风阻曲线R(按风压相等、风量相加的原则绘制)。R与I交点a即为主要通风机的工作点，自a作垂线和横坐标相交，得出矿井总风量Q。从a作水平线和R1、R2交于b、c两点，由这两点作垂线分别得两风路的风量Q1和Q2。第59页/共115页60 如在1风路中安设一风阻为Rw的调节风门，则该风路的总风阻为R1R1Rw。在图上绘出R1曲线，并绘出R1和R2并联的风阻曲线R。由R与I的交点a得出调节后的矿井总风量Q。由a作水平线交R1和R2于b和c，自这两点得出风量分别为Q1和Q2。当风机性能不变时，由于矿井总风阻增加，使总风量减少，其减少值为QQQ，安装调节风门的分支中风量也减少，其减少值为Q1Q1Q1；另一分支风量增加，其增加值为Q2Q2Q2。显然减少的多，增加的少，其差值就等于总风量的减少值，即Q=Q1Q2。第60页/共115页61 如右图所示，I为轴流式通风机的风压曲线，为离心式通风机的风压曲线。R、R为调节前后的风阻曲线，与通风机曲线分别交于a、b和a、b；从这些点的横坐标可得出总风量的减少值Q和Q。从图中看出，QQ，表明扇风机的风压曲线愈陡(轴流式通风机)，总风量的减少值愈小，反之则愈大。2) 总风量的减少值与主要通风机性能曲线的陡缓有关。第61页/共115页623) 增阻调节有一定的范围，超出这范围可能达不到调节的目的。 在上页图中，若主要通风机性能曲线不变，且取R10.59Ns2/m8，R2=1.64Ns2/m8 。当不断改变调节风门风阻Rw时，可以得到并联风路中各分支对应的风量及其变化，如右图，随着Rw增加，所在1分支的风阻R1增加，风量Q1不断减少， Q2增大，但当Q2增加到一定限度时，变化很小。因为风路中总风量是下降的。第62页/共115页633.使用增阻调节法的注意事项 1) 调节风门应尽量安设在回风巷道中，以免妨碍运输。当非安设在运输巷道不可时，则可采取多段调节，即用若干个面积较大的调节风门来代替一个面积较小的调节风门(这些大面积调节风门的阻力之和，应等于小面积调节风门的阻力)，此时大面积的调节风门可让运输设备通过。第63页/共115页642) 在复杂的风网中，要注意调节风门位置的选择，防止重复设置，避免增大风压和电耗。如下图所示的复杂风网，若每条风路所需风压值是括号内的数值，网孔B和C的风压不平衡，可在36风路上设置一个调节风门，使它消耗l00Pa的风压，安设这个调节风门后，每个网孔的风压都平衡，从1到8并联回路的总风压为380Pa。如果不加分析，把调节风门设在67风路中，便会破坏网孔C、D和并联回路的风压平衡，因而使1到8并联回路的总风压增加l00Pa，而且调节风门的数目增加三个。第64页/共115页654.增阻调节法的优缺点与适用条件 这种调节法具有简便、易行的优点，它是采区内巷道间的主要调节措施。但这种调节法使矿井的总风阻增加(特别是在矿井主要风流中安设调节风门时，矿井总风阻增加较大，如在采区以内的次要风流中安设调节风门时，则对矿井总风阻影响较小)，如果风机风压曲线不变，势必造成矿井总风量下降，要想保持总风量不减少，就得改变风机风压曲线(详见下节)，提高风压，增加通风电力费用。因此，在安排产量和布置巷道时，尽量使网孔中各风路的阻力不要相差太悬殊，以避免在通过风量较大的主要风路中安设调节风门。 第65页/共115页66降阻调节法 降阻调节法与增阻调节法相反，它是以并联网路中阻力较小风路的阻力值为基础，使阻力较大的风路降低风阻，以达到并联网路各风路的阻力平衡。 巷道中的风阻包括摩擦风阻和局部风阻。当局部风阻较大时，应首先降低局部风阻；当局部风阻较小摩擦风阻较大时，则应降低摩擦风阻。降低摩擦风阻的主要方法是扩大巷道断面或改变支架类型（即改变摩擦阻力系数）。第66页/共115页671.降阻调节的计算 如下图的并联风网，两巷道的风阻分别为R1和R2，所需风量为Q1和Q2，则两巷道的阻力分别为： h1R1Q12， Pa h2R2Q22，Pa如果h1h2，则以h2为依据，把h1减到h1，为此，须把R1降到R1，即： h1R1Q12 h2 ， Pa2121hRQ第67页/共115页68 降阻调节与增阻调节相反。为保证风量按需分配，当两并联巷道的阻力不等时，以小阻力为依据，设法降低大阻力巷道的风阻，使网孔达到阻力平衡。根据式： 降阻的主要办法是扩大巷道的断面。如把巷道全长L(m)的断面扩大到S1，则式中 1巷道1扩大后的摩擦阻力系数，Ns2/m4; U1一巷道1扩大后的周界，随断面大小和形状而变化。3LURS111131L URS第68页/共115页6911,UC SmC决定于巷道断面形状的系数， 对梯形巷道：C4.034.28； 对三心拱巷道：C3.84.06； 对半圆拱巷道，C3.784.11。由上式得到巷道1扩大后的断面积为：2211511() ,L CSmR第69页/共115页70 如果所需降阻的数值不大，而且客观上又无法采用扩大巷道断面的措施时，可改变巷道壁面的平滑程度或支架型式，以减少摩擦阻力系数来调节风量。改变后的摩擦阻力系数可用下式计算：2.5241111,/RSNsmLC第70页/共115页712. 降阻调节的分析 降阻调节的优点是使矿井总风阻减少。若风机风压曲线不变，采用降阻调节后，矿井总风量增加。因而，在增加风量的风路中风量的增加值将大于另一风路的风量减少值，其差值就是矿井总风量的增加值。但这种调节法工程量最大，投资较多，施工时间也较长。所以降阻调节多在矿井产量增大或原设计不合理，或者某些主要巷道年久失修的情况下，用来降低主要风流中某一段巷道的阻力。 一般，当所需降低的阻力值不大时，应首先考虑减少局部阻力。另外，也可在阻力大的巷道旁侧开掘并联巷道。在一些老矿中，应注意利用废旧巷道供通风用。第71页/共115页72增压调节法1. 增压调节的计算 如图所示，一采区和二采区所需要的风量分别为27.07和34.7m3/s，风阻分别为0.69和1.27Ns2/m8。要使一、二采区得到所需的风量，一采区将产生505.6Pa的阻力，二采区将产生1529.2Pa的阻力。总进风段1-2的风阻为0.23Ns2/m8，通过61.77m3/s的总风量时，将产生877.6Pa的阻力，总回风段3-4的风阻为0.02Ns2/m8，则产生76.3Pa的阻力。主要通风机附近的漏风量为6.83m3/s，通过主要通风机的风量为68.6m3/s。第72页/共115页73第73页/共115页74 如果采用增加风压的调节方法，就必须以阻力小的一采区的阻力值为依据，在阻力较大的二采区内安设一台辅助通风机，让辅助通风机产生的风压和主要通风机能够供给这两个并联采区的风压共同来克服二采区的阻力。布置方法有二： (1)选择合适的辅助通风机，但不调整主要通风机的风压曲线。如上图所示，若现用主要通风机是70B221型、24号、600r/min的轴流式通风机，其动轮叶片安装角度是27.5，它的静风压特性曲线是曲线。可以看出，当这台主要通风机需通过68.6m3/s的风量时，能够产生的静风压hfs1519Pa，即这时风机的工作点是a点。第74页/共115页75第75页/共115页76 在两个并联采区以外，总进风段和总回风段的总阻力为：h1-2h3-4877.6+76.3953.9Pa 当矿井的自然风压很小或可忽略不计时，主要通风机能够供给两个并联采区使用的剩余风压为：hfa(h1-2h3-4)1519953.9565.1 Pa 二采区按需通过34.7m3/s的风量时，其阻力是1529.2Pa。这个数值超出主要通风机能够供给这个采区使用的剩余风压，故需在这个采区内安置一台合适的辅助通风机。第76页/共115页77 这台辅助通风机要按以下两个数值来选择： 通过辅助通风机的风量为二采区的风量：Qaf34.7m3/s 辅助通风机的全风压：haft1529.2565.1964Pa 它的全风压特性曲线应通过或大于这两个数值所构成的工作点b。 一采区按需通过27.07m3/s的风量时，其阻力是505.6Pa，这个数值小于主要通风机能够供给这个采区使用的剩余风压。即565.1505.659.5Pa。 在此情况下，还要在一采区的回风流中安设调节风门，使它能够产生59.5Pa的阻力。第77页/共115页78(2) 选择合适的辅助通风机，同时调整主要通风机的风压曲线。在二采区安设一台辅助通风机，这台辅助通风机需用以下两个数值来选择： 通过辅助通风机的风量 Qaf34.7m3/s 辅助通风机的全风压 haft1529.2505.61023.6Pa 同时要调整主要通风机的静风压特性曲线，使它通过以下两个数值所构成的工作点： 主要通风机的风量 Qaf68.6m3/s 主要通风机的静风压 hfs953.9505.61459.5Pa 这两种选择辅助通风机的方法中，后一方法虽然辅助通风机所需功率较大，但主要通风机所需功率较小，比前种方法要经济。需要注意的是辅助通风机和主要通风机有着串联运转的关系，因此选择辅助通风机不能孤立进行，必须和主要通风机紧密配合。第78页/共115页792选择、安装和使用辅助通风机的注意事项 在选择辅助通风机时，必须根据辅助通风机服务期限以内通风最困难时的风量、风阻和风压等数值进行计算。在通风不困难时，如果辅助通风机性能不能调整，可在辅助通风机出风的风路上安设调节风门，以控制辅助通风机的风压和风量，如果辅助通风机性能可以调整，则应予以调整。 为了保证新鲜风流通过辅助通风机而又不致妨碍运输，一般把辅助通风机安设在进风流的绕道中，但在巷道中至少安设两道自动风门，其风门的间距必须大于一列车的长度，风门须向压力大的方向开启。如果安设在回风流中，安设方法基本相同，但要设法(如利用大钻孔)引入一股新鲜风流供给辅助通风机的电动机使用，使电动机在新鲜风流中运转，为此，安设电动机的房间必须和回风流严密隔开。第79页/共115页80 如辅助通风机停止运转时，必须立即打开巷道中的自动风门，以便利用主要通风机单独通风。当主要通风机停止运转时，辅助通风机也应立即停止运转，同时打开自动风门，以免发生相邻采区风流逆转、循环风再流入辅扇；此时还需根据具体情况，采取相应的安全措施。重新开动辅助通风机以前，应检查附近20m以内的瓦斯浓度，只有在不超过规定时，才允许开动辅助通风机。 在采空区附近的巷道中安置辅助通风机时，要选择合适的位置，否则，有可能产生通过采空区的循环风或漏风，加速采空区的煤炭自燃。第80页/共115页81 随着生产的发展，通风状况不断发展变化。因此，每隔一定时间，必须及时调节主要通风机和辅助通风机的工作点，使之相互配合。因为辅助通风机运转时，能够使它的进风路上的风流能量降低，使它的出风路上的风流能量提高。如果辅助通风机的能力过大，就有可能使3点空气的能量同2点空气的能量接近、相等，甚至超过。此时一采区将出现风量不足，没有风流，甚至发生逆转。以上三种现象都是安全生产所不允许的。若一旦出现上述情况时，其应急措施就是迅速增加二采区的风阻。第81页/共115页823增压调节法的优缺点及适用条件 增压调节法和降阻调节法比较，由于前者在阻力较大的风路中安装辅助通风机，故可不必提高主要通风机用于这条风路上的风压，而风量增大了，相当于主要通风机对这条风路的工作风阻下降，这点和降阻调节法很类似。但比降阻调节法施工快，施工也较方便，但管理工作较复杂，安全性比较差。 和增阻调节法比较：虽然增压调节法要增加辅助通风机的购置费，安装费，电力费和绕道的开掘费等，但它若能使主要通风机的电力费降低很多，服务时间又长时，还是比较经济的。缺点是管理工作比较复杂，安全性比较差，施工比较困难。 并联风网中各条风路的阻力相差比较悬殊，主要通风机风压满足不了阻力较大的风路，不能采用增阻调节法，而采用降阻调节法又来不及时，可采用增压调节法。第82页/共115页832321(五)采煤面24212运顺掘主要运输石门4615中部上山2023三川283230三川31411810中巷提料上山4421(五)工作面二川1083912BD-8-No221340南四运上14一川回撤通路111766集中巷1727边界上山南四轨上施工通路1640南中巷掘进181676集中巷5辅辅481744162回风二川运煤上山回风一川42回风二川43回风三川384453536南二运上3南二轨上371756中巷2K56-No24471802中巷1白芨沟矿通风系统方案4南二边界上山2421一号工艺巷2421（一）工作面2421二号工艺巷2421（一）顶板瓦斯巷1600进风通路1700回风通路1660中巷1926火二川1640南中巷24运顺25南四底大巷三川爆四川34五川27回顺6291700中巷1727集中巷辅33辅97三号联络上山21边界回风上山22三川第83页/共115页846.6 总风量调节 在矿井开采过程中，由于矿井产量和开采条件不断变化，常常要求调节矿井总风量。矿井总风量调节的主要措施是改变主要通风机的工况点，其方法有： 改变主要通风机的特性曲线 改变主要通风机的工作风阻曲线第84页/共115页851. 改变轴流式通风机动轮叶片的安装角度 轴流式通风机的特性曲线随着动轮叶片安装角的变化而变化。如某抽出式通风的矿井主要通风机是轴流式，当其动轮叶片安装角为27.5时，静风压特性曲线是I曲线。为了满足前期生产需要，该主要通风机的风量Qf为68m3/s，静风压是1519Pa，即该主要通风机的工作点为a点。现因生产情况的变化，井巷通风的总阻力变为：hfr1862Pa；反对机械风压的自然风压为： hn98Pa； 通过主要通风机的风量仍需68m3/s。改变主要通风机特性曲线的调节法第85页/共115页86 为了满足现阶段生产要求，该风机应根据以下两个数值进行调节：风机的风量 Qf68m3/s 考虑到自然风压的作用，风机的静风压：hfs=hfrhn1862921960Pa根据上述Qf和hfs两个数值，找出风机的新工作点b，根据b点的位置，须把风机的动轮叶片安装角调整到30，其静压特性曲线由I调到I，自b点得到这台风机的输入功率约220kW，用此数值来衡量现用电动机的能力是否够用，再由b点得出其风机的静压效率是0.64，b点落在这台风机特性曲线的合理工作范围内。第86页/共115页872. 改变通风机的转数 转数愈大，通风机的风量和风压愈大。某压入式通风的矿井，其离心式通风机的全风压特性曲线为，转数为n (r/min)。它和工作风阻曲线相交于M点，产生Qf (m3/s)的风量和hft (Pa)的全风压。如果生产要求通风机应产生的风压为hft(Pa)，通过的风量为Qf(m3/s)。用比例定律可以求出新转数n，即：,/ minffn QnrQ第87页/共115页88 再画出新转数n的全风压特性曲线，它和风阻曲线1的交点M即为新工作点。同时根据新转数的效率曲线和功率曲线(图中未画)，看新工作点是否落在合理工作范围内，并验算电动机的能力。 改变扇风机转数的方法，主要用于离心式通风机(因为轴流式通风机可以改变动轮叶片安装角度)。它的具体做法是；如果通风机和电动机之间是间接传动的，可改变皮带轮直径的大小来增加转数，如果通风机和电动机之间是直接传动的，则改变电动机的转数或更换电动机。第88页/共115页89改变主要通风机工作风阻的调节法 某矿抽出式风机是轴流风机，叶片安装角为37.5，静风压特性曲线为曲线，工作点是a点，工作风阻Rf1107.4(44.5)20.56Ns2/m8，工作风阻曲线为l曲线。该风机叶片最大安装角为40，其静压曲线为曲线。第89页/共115页90 如果生产要求主要通风机通过50m3/s的风量。如果用降低主要通风机工作风阻的调节方法，就必须设法将其工作风阻降低到Rf1048.65020.42Ns2/m8。用这个数值画出风阻曲线2，使它通过工作点b，这时主要通风机的静压效率接近0.6，输入功率约96kW。 如果不降低主要通风机的工作风阻，则工作点是c点，此时主要通风机只能通过47m3/s的风量，不能满足要求。所以，当该矿所要求的通风能力超过主要通风机最大潜力又无法采用其它调节法时，就得根据Rf的数值用扩大井巷的断面，或开凿并联双巷，或增加进风井口等方法把主要通风机的工作风阻降低。第90页/共115页91 如果主要通风机的风量大于实际所需要的风量时，可以增加主要通风机的工作风阻，使总风量下降。如后图所示，由于离心式通风机的功率是随着风量的减少而减少，主要通风机的工作风阻由R增到R时，其风量由Q降到Q，主要通风机的输入功率则由N降到N。所以，对于离心式通风机可以利用设在风峒中的闸门进行调节。当所需风量变小时，可以放下闸门以增加风阻来减少风量。对于轴流式通风机，当所需风量变小时，可以把动轮叶片安装角调小，它比增加工作风阻的方法，在电力消耗上要经济得多。第91页/共115页92第92页/共115页936.7 多台通风机联合运转的相互调节 采用多台风机联合运转的矿井，各台风机之间，彼此联系，相互影响。如果不注意在必要时进行各台风机相互调节，就有可能使矿井通风的正常状况受到破坏，甚至严重影响安全生产。第93页/共115页94多台通风机联合运转的相互影响 下图是某矿简化后的通风系统，各项实测的通风数据是：两翼风机的公风共路1-2的风阻R1-20.05Ns2/m8第94页/共115页95 西翼主要通风机的专用风路2-3的风阻R2-30.36Ns2/m8；西翼风机叶片角度是35，其静风压特性曲线是右图中的曲线 ， 这 台 风 机 的 风 量 Q I 40m3/s，静风压hl1058Pa，风机的工作风阻RI1058(40)20.66Ns2/m8，工况点为a点。第95页/共115页96 东翼主要通风机的专用风路2-4的风阻R2-40.33Ns2/m8；东翼风机的叶片角度是25，其静风压特性曲线是右图中的曲线，这台风机的风量Q60m3/s，静风压h1666Pa，工作风阻R1666/(60)20.46Ns2/m8，工作风阻曲线是R曲线，工作点为b点。第96页/共115页97 在上述巳知条件下，按新的生产计划要求，东翼的生产任务加大以后，由于瓦斯涌出量增加，东翼主要通风机的风量需增加到Q90m3/s。这时，为了保证东翼的风量需增加到90m3/s(为了简便，不计漏风)，矿井的总进风量也要增加，公共风路1-2的阻力和东翼主要通风机专用风路2-4的阻力都要变大，即风路1-2的阻力变为： h1-2R1-2(QQ)20.05(40+90)2845Pa风路2-4的阻力变为： h2-4R2-4(Q)20.33(90)22673Pa 因而东翼主要通风机的静风压(为了简便，不计自然风压)变为： hh1-2h2-484526733518Pa第97页/共115页98 为此需要对东翼风机进行调整。当东翼主要通风机的叶片角度调整到45时，静风压特性曲线为 ，当主要通风机通过90m3/s的风量时，产生3518Pa的静风压。能够满足需要。这时东翼主要通风机的工作风阻则变为: R3518/9020.43 Ns2/m8它的工作风阻曲线是R曲线，新工况点是c点。 在上述东翼主要通风机特性曲线因加大风量而调整的情况下，西翼主要通风机特性曲线是否可以因风量不改变而不需要调整?如果西翼主要通风机特性曲线不调整，就成为东翼主要通风机用特性曲线和西翼主要通风机特性曲线联合运转对该矿进行通风，下面我们将讨论这种联合运转产生的影响。第98页/共115页99 先在后图上画出两主要通风机的特性曲线和，并根据各风路的风阻值画出R1-2、R2-3和R2-4三条风阻曲线。 专用风路2-3的风量，就是西翼主要通风机的风量，而这条风路的阻力要由西翼主要通风机总风压中的一部分来克服，这就是说，风路2-3的风阻曲线R2-3和西翼主要通风机特性曲线之间是串联关系。因此，可用和R2-3两曲线按照“在相同的风量下，风压相减”的转化原则，绘出西翼主要通风机特性曲线为风路2-3服务以后的剩余特性曲线(又名转化曲线)。第99页/共115页100第100页/共115页101 同理，用东翼风机特性曲线和专用风路2-4的风阻曲线R2-4，按照上述串联转化原则，画出东翼主要通风机为风路2-4服务以后的剩余特性曲线，经过以上转化，在概念上好比把两翼风机都搬到两翼分风点上，和两条曲线就是这两台风机为公共风路1-2服务的特性曲线。第101页/共115页102 因为风路1-2上的风量是两风机共同供给的，即两风机风量之和就是风路1-2上的风量。而风路l-2的阻力，两风机都要承担，即在每台风机的总风压中都要拿出相等的一部分风压来克服公共风路1-2的阻力。这在概念上好比两风机搬到分风点后，用它们的剩余特性曲线和并联特性曲线为风路1-2服务。因此，用曲线和按照在相同的风压下，风量相加的并联原则，画出它们的并联特性曲线，它和风路l2的风阻曲线R1-2相交于d点，自d点画垂直线和横坐标相交得出矿井总风量Q127m3/s，自d点画水平线分别交和两曲线于e和f两点，自这两点画垂直线和横坐标相交得出东翼的风量Q90.7m3/s，西翼的风量Q36.3m3/s。第102页/共115页103 以上说明，在上述图例的具体条件下，当东翼风机特性曲线调整到 而西翼风机特性曲线不作相应调整时，则矿井的总风量下降(Q比Q小3m3/s)，通过西翼的风量供不应求(Q比Q小3.7m3/s)，而通过东翼的风量却供大于求(Q比Q大0.7m3/s)。 此外，从图中可以看出，公共风路12的风阻曲线R1-2越陡，调整后的矿井总风量Q 越小。这时，不仅西翼所需风量不能保证，而且东翼所需风量也不能满足。为安全运转起见，在每条风机特性曲线上，实际使用的风压不得大于这条特性曲线上最大风压的的90%。从图中还可以看出，只要风阻曲线R1-2再陡一些，西翼风机的工作点就会进入这台风机特性曲线的不安全工作区段，使运转不稳定。第103页/共115页104 此外，两台风机特性曲线相差越大或者西翼风机的能力越小，矿井所需要的风量就越难保证，西翼风机也有可能出现不稳定运转的情况。如当公共风路的风阻较大时，有可能造成公共风路的阻力达到西翼风机零风量下的风压(即风量等于零时的风压)。这时，整个西翼将没有风流。如果公共风路的阻力继续增大，甚至大于西翼风机零风量下的风压，这时西翼的风流就会反向或逆转，整个西翼变为东翼进风路线之一。 因此，对于两台或两台以上风机进行分区并联运转的矿井，如果公共风路的风阻越大，各风机的特性曲线相差越大，就越有可能出现上述通风恶化的现象，必须注意预防。 第104页/共115页105多台通风机不稳定运转的预防措施 通过以上分析可知，多台通风机并联运转时，公共风路的风阻越小，各台风机的能力越接近，则安全稳定运转越有保证。因此在进行通风设计时，要尽可能降低公共风路的风阻，一般地说，要求公共风路的阻力约为小风机风压的30%。所以，在可能条件下，公共风路的断面要尽可能大些，长度要尽可能短些，或者使矿井的进风道数量尽可能多些。同时，还要尽量做到所选用的各台风机特性曲线基本相同，这就要求各采区或各翼所需要的风压和风量尽可能做到搭配均匀。第105页/共115页106 在生产管理工作中，要尽量使公共风路保持比较小的风阻值，不要在公共风路上堆积物品；如出现冒顶、塌陷或断面变形，必须及时整修。在万一出现小风机不稳定的运转状况，可采用在大风机专用风路上加大风阻的临时措施，使大风机的风量和矿井总风量都适当减少，就能避免这种状况。更主要的是，为了预防大风机调整后的影响，须对其它风机作出相应的调整。例如，当生产情况要求东翼风机的特性曲线调整到时，西翼风机的特性曲线也必须及时调整，这是因为东翼风机风量增加，使通过公共风路的总风量增大，公共风路的阻力也增大。所以西翼风机的风量虽然不改变，但它的风压却要相应地增加，这样才能承担公共风路上所需要的风压。第106页/共115页107 根据这个道理，可用下式算出西翼风机专用风路所需要的风压： h2-3R2-3Q20.36402576Pa。 前面已算出公共风路l-2所需要的风压h1-2845Pa，所以西翼风机的总风压应为 hh1-2h2-38455761421Pa。 根据h和Q两个数据所构成的新工作点j，把西翼风机叶片角度调整到40，使它的特性曲线接近j点(略有富裕)，西翼风机作了这样相应的调整，就能够保证井下各处所需的风量，以预防不稳定的通风状况。西翼风机调整后，它的工作风阻变为： Rh/ Q2 1421/4020.89Ns2/m8第107页/共115页108 用R的数据，可在图中画出这台风机调整后的工作风阻曲线R，这曲线必然通过j点。同理，前面已算出东翼风机调整后的工作风阻R0.43Ns2/m8，并已在图中画出工作风阻曲线R，这曲线必然通过新工作点c。以上计算表明各风机的工作风阻不一定是常数(RR)，当各风机的风量和矿井总风量的比值发生变化时，各风机的工作风阻也就跟着发生变化。第108页/共115页109第109页/共115页110 在上例中，调整以后的两台风机都使用了叶片角度最大的特性曲线，考虑到有时会出现反向自然风压和风路的风阻变大等因素，可能会使两台风机的工作点都超出合理工作范围，造成运转不安全，而且噪音大，在此情况下，宜适当降低风路上的风阻，尽可能做到既保证矿井所需风量，又少用或不用风机叶片最大角度的特性曲线。第110页/共115页111白芨沟矿2421-1工作面启封方案中 国 矿 业 大 学2 0 0 4 年 8 月 1 2 日第111页/共115页11225212022232435三川47482南四运上南四轨上1727边界上山2K56-No24BD-8-No22二号施工通路一号施工通路5回风一川2421二号工艺巷2421（一）工作面2421一号工艺巷二川1640南中巷运顺边界回风上山三号联络上山三川三川中部上山施工通路1640南中巷掘进24212运顺掘回顺一川二川南二边界上山提料上山主要运输石门2321(五)采煤面爆火回撤通路13437383645516171546184443421934144113403912111089313073233282962726南二运上南二轨上1802中巷1756中巷1810中巷1766集中巷4421(六)工作面1727集中巷1700中巷1700回风通路1660进风通路南四底大巷1676集中巷回风二川运煤上山回风二川回风三川三川四川五川1660中巷2421（一）顶板瓦斯巷南四46o单级第112页/共115页113回风一川南二运上南二轨上1802中巷1756中巷1810中巷1766集中巷4421(六)工作面1727集中巷1700中巷1700回风通路1660进风通路南四底大巷1676集中巷回风二川运煤上山回风二川回风三川三川四川五川1660中巷2421（一）顶板瓦斯巷2421二号工艺巷2421（一）工作面2421一号工艺巷二川1640南中巷运顺边界回风上山三号联络上山三川三川中部上山施工通路1640南中巷掘进24212运顺掘回顺一川二川南二边界上山提料上山主要运输石门2321(五)采煤面爆火回撤通路1343738364551617154618444342193414411340391211108931307323328296272625212022232435三川47482南四运上南四轨上1727边界上山2K56-No24BDII-8-No22二号施工通路一号施工通路5安装通路南二25o +南四46o单级218821638063678223342mmH2O40mmH2O934第113页/共115页114南二25o +南四37o/29o双级回风一川南二运上南二轨上1802中巷1756中巷1810中巷1766集中巷4421(六)工作面1727集中巷1700中巷1700回风通路1660进风通路南四底大巷1676集中巷回风二川运煤上山回风二川回风三川三川四川五川1660中巷2421（一）顶板瓦斯巷2421二号工艺巷2421（一）工作面2421一号工艺巷二川1640南中巷运顺边界回风上山三号联络上山三川三川中部上山施工通路1640南中巷掘进24212运顺掘回顺一川二川南二边界上山提料上山主要运输石门2321(五)采煤面爆火回撤通路1343738364551617154618444342193414411340391211108931307323328296272625212022232435三川47482南四运上南四轨上1727边界上山2K56-No24BDII-8-No22二号施工通路一号施工通路5安装通路199032485383108412374mmH2O120mmH2O1506第114页/共115页115感谢您的观看！第115页/共115页
展开阅读全文