第五章 风网与风量的自然分配

第五章矿井通风网络与风量分配矿井各工作地点需要有足够的风量，以满足人们安全与生理的需要。

但风量的分配形式有自然分配和按需分配两种。

当自然分配不能满足需要时，往往通过各种风量调节设施加以调节。

因此，我们必须了解风网的形式与性质，以便于应用。

§5—1矿井通风网络一、有关概念1、风网：指风流在流动过程中的分岔、汇合的结构形式，分简单风网和复杂风网。

2、简单风网：仅有串、并联风路组成的风网叫简单风网。

3、复杂风网：有对角风路的风网叫复杂风网，也叫角联风网。

4、节点：三条以上风路的汇合点。

二、风网中风流流动的基本规律1、风量平衡定律在风路中，流进某一节点（或回路）的风量，等于流出该节点（或回路）的风量，称风量平衡定律。

即ΣQ i＝0图示，Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5或：Q1＋Q2＋Q3－Q4－Q5＝02、风压平衡定律对于任何闭合风路，在无自然风压或风机工作时，各支路的风压（或阻力）代数和为零。

一般地，顺时针取正，逆时针取负。

或描述为：任何闭合风路，顺时针压降Σh i＝0当有自然风压或风机存在时，Σh通±Σh自－Σh i＝0上例中，h1—2＋h2—3＋h3—4＝h1—4或h1—2＋h2—3＋h3—4－h1—4＝03、阻力定律对于任何风路，其阻力等于风阻与通过风量平方之积。

h i＝R i Q i2§5—2简单风网的性质一、串联风路两条以上的风路循序地首尾相接，中间无分岔与汇合的风路，叫串联风路。

由串联风路进行的通风叫串联通风，俗称“一条龙通风”。

1、风量串联风路总风量等于各支路的风量，即2、阻力串联风路总阻力等于各支路的阻力之和，即h 总＝h 1＋h 2＋…＋h n Pa3、风阻将h i ＝R i Q i 2代入上式，由于Q 总＝Q 1＝Q 2＝…＝Q n ，得R 总＝R 1＋R 2＋…＋R n即；串联风路总风阻等于各支路的风阻之和。

4、总等积孔由A ＝R 19.1 得R ＝（A19.1）2代入上式并化简得 21总A ＝211A ＋221A ＋ (21)A 或：A 总＝222211111n A A A +⋯++ m 2即：串联风路总等积孔平方的倒数等于各支路等积孔平方的倒数之和。

二、并联风路两条以上的风路在某一点分开，又在某一点汇合，中间没有交叉风路，叫并联风路。

由并联风路进行的通风叫并联通风，又叫“分区通风”。

1、风量并联风路的总风量等于各支路风量之和。

即Q 总＝Q 1＋Q 2＋…＋Q n m 3/s2、阻力并联风路的总阻力等于各支路阻力。

即h 总＝h 1＝h 2＝…＝h n Pa3、总等积孔由A ＝1.19h Q得 Q ＝19.1h A 代入上式，得A 总＝A 1＋A 2＋…＋A n m 2并联风路的总等积孔等于各支路等积孔之和。

4、总风阻将A ＝R19.1代入上式并化简，得 总R 1＝11R ＋21R ＋…＋n R 1并联风路的总风阻平方根的倒数等于各支路风阻平方根的倒数之和。

或：R 总＝221)111(1n R R R +⋯++当R 1＝R 2＝…＝R n 时，R 总＝2nR n 即并联风路的总风阻小于任何一个支路的风阻值。

5、并联风路风量自然分配规律由h 1＝h 2 即R 1Q 12＝R 2Q 22 得：21Q Q ＝12R R 或Q 1＝12R R Q 2 同理得：Q n ＝n R R 总Q 总 当R 1＝R 2＝…＝R n 时，Q n ＝n Q 总显然，并联风路某支路的风量，取决于总风阻和该支路的风阻，风阻小的自然分配的风量大，风阻大的自然分配的风量小。

这就是风量自然分配规律。

因此，要改变某支路的风量时，可从改变该支路或其他并联支路的风阻入手；当风阻一定时，支路风量随总风量增减而呈线性增减。

三、串、并联的比较例 设某通风系统，Q ＝20m 3/s ，R 1＝R 2＝0.8，试比较串、并联的优、缺点。

解：①风阻值的比较R 串＝R 1＋R 2＝0.8＋0.8＝1.6R 并＝21nR ＝48.0＝0.2 R 串＝8 R 并②阻力比较h 串＝R 串Q 2＝1.6×202＝640 （Pa ）h 并＝R 并Q 2＝0.2×202＝80 （Pa ）（或h 并＝R 1Q 12＝0.8×102＝80）h 串＝8 h 并③功率比较 N 串＝1000Q h 串＝100020640⨯＝12.8 （kw ） N 并＝1000Qh 并＝10002080⨯＝1.6 （kw ） N 串＝8 N 并并联通风较串联通风具有以下优点：⑪安全上：分区通风各风路都有新风，安全性好，当其中任一风路发生瓦斯、煤尘爆炸或火灾事故时，所产生的有害气体直接排入到回风道，不会污染危害与其并联的其它风路，使灾情局限于本风路系统内，不会使灾情事故扩大。

串联通风则相反。

⑫技术上：分区通风风流比较稳定，各用风地点的风量可以相互调节，达到按需分配，调节方法也比较简便。

串联通风则无法实现风量的按需分配。

⑬经济上：分区通风风网的总风阻要小，总阻力小，通风电耗小，矿井通风能力大，通风能耗小。

分区通风风网的总风阻小于任何一支路的风阻值。

因此《规程》规定，矿井的每个生产水平和各个采区都必须布置单独回风巷道，实行分区通风。

§5—3 角联风路的特性并联风路之间有一条或多条风路联通的风路，叫角联风路。

如图，CD 叫对角风路（巷道），AC 、AD 、CB 、DB 叫边沿风路（巷道）。

仅有一条对角巷道的风路叫简单角联，有两条以上对角巷道的风路叫复杂角联。

角联风路的特点是风流不稳定，风流可能由C →D ，也可能D →C ，或风流停滞。

一、巷道CD 无风（Q 5＝0）此时，Q 1＝Q 2 Q 3＝Q 4即： h C ＝h D对于ACD 、BCD 回路，有h 1＋h 5＝h 3 即h 1＝h 3 ①h 2＋h 5＝h 4 即h 2＝h 4 ②或： R 1Q 12＝R 3Q 32 ③R 2Q 22＝R 4Q 42 ④③÷④ 222211Q R Q R ＝244233Q R Q R由于 Q 1＝Q 2 Q 3＝Q 4上式为： 21R R ＝43R R或： 4321R R R R ＝M ＝1 AA 式为对角巷道无风的条件式。

二、风流由C →D此时， h C ＞h D对于ACD 、BCD 回路，有h 1＋h 5＝h 3 ①h 4＋h 5＝h 2 ②或： R 1（Q 2＋Q 5）2＋R 5Q 52＝R 3Q 32 ③R 4（Q 3＋Q 5）2＋R 5Q 52＝R 2Q 22 ④由③、④，有下列不等式成立：R 1（Q 2＋Q 5）2＜R 3Q 32R 4（Q 3＋Q 5）2＜R 2Q 22即 2522331）（＋Q Q Q ＜R R 2223542Q ＋Q Q ＞R R ）（比较上式得：42R R ＞ 31R R 即： 21R R ＜43R R 或：4321R R R R ＝M ＜1 B B 式为对角巷道风流C →D 的条件式。

三、风流由D →C同理可得风流由D →C 的条件式为：21R R ＞43R R 或：4321R R R R ＝M ＞1 C 综上，简单对角风路某边沿巷道对角前与对角后风阻之比，大于对应侧巷道风阻之比时，对角巷道的风流必流向该侧；否则相反，相等时无风。

显然，对角风路中风流的流动是不稳定的，当其他巷道的风阻发生变化时，对角巷道可能出现风量增加、减少、停风、甚至反风。

因此，在矿井通风设计中，要避免对角风路的出现。

§5—4通风网络解算方法⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧相应软件。

度高，但费用高，需要计算机法：速度快，精难，适用于简单风网。

笔算法：计算复杂、困算困难。

但误差大，多网孔时解图解法：直观、易行，§5—5采区通风系统一、采区通风系统应满足的基本要求1、矿井生产水平和采区必须实行分区通风。

2、任何准备采区，必须在采区构成通风系统后，方可开掘其他巷道。

采煤工作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后，方可回采。

3、高瓦斯矿井、有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区，必须设置至少1条专用回风巷；低瓦斯矿井开采煤层群联合布置的采区和分层开采采用联合布置的的采区，必须设置1条专用回风巷。

采区专用回风巷内不得运输物料、安设电气设备；在煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出区域，专用回风巷内不得行人。

4、采区进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷、一段为回风巷。

5、采、掘工作面应实行独立通风，同一采区内，同一煤层上下相连的2个同一风路中的采煤工作面、采煤工作面与其相连的掘进工作面、相邻的2个掘进工作面，布置独立通风有困难时，在制定措施后，可采用串联通风，但串联通风的次数不得超过1次。

6、采区内为构成新区段通风系统的掘进巷道或采煤工作面遇地质构造而重新掘进的巷道，布置独立通风确有困难时，其回风可以串入采煤工作面，但必须制定安全措施，且串联通风的次数不得超过1次；构成独立通风系统后，必须立即改为独立通风。

7、对于5条、6条两种情况规定的串联通风，必须在进入被串联工作面的风流中装设安全监测系统，且瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0．5 %，其他有害气体浓度都应符合本标准规定。

8、开采有瓦斯喷出或有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的煤层时，严禁任何2个工作面之间串联通风。

9、采掘工作面的进风和回风不得经过采空区或冒顶区。

水采工作面由采空区回风时，工作面必须有足够的新鲜风流，工作面及其回风巷的风流中的瓦斯和二氧化碳浓度必须符合本标准有关规定。

10、无煤柱开采沿空送巷和沿空留巷时，应采取防止从巷道的两帮和顶部向采空区漏风的措施。

矿井在同一煤层、同翼、同一采区相邻正在开采的采煤工作面沿空送巷时，采掘工作面严禁同时作业。

11、突出矿井中布置采掘工作面应遵循下列原则：⑪主要巷道应布置在岩层或非突出煤层中。

应尽可能减少突出煤层中的掘进工作量。

开采保护层的采区，应充分利用保护层的保护范围。

⑫应尽可能减少石门揭穿突出煤层的次数，揭穿突出煤层地点应避开地质构造带。

如果条件许可，应尽量将石门布置在被保护区内，或先掘出揭煤地点的煤层巷道，然后再与石门贯通。

石门与突出煤层中已掘进巷道贯通时，被贯通巷道应超过石门贯通位置5 m以上、并保持正常通风。

⑬在同一突出煤层的同一区段的集中应力影响范围内，不得布置2个工作面相向回采或掘进。

突出煤层的掘进工作面，应避开本煤层或邻近煤层采煤工作面的应力集中范围。

12、防突安全防护措施中，采取震动爆破的工作面，必须具有独立、可靠、畅通的回风系统，爆破时回风系统内必须切断电源，严禁人员作业和通过。

在其进风侧的巷道中，必须设置2道坚固的反向风门。

与回风系统相连的风门、密闭、风桥等通风设施必须坚固可靠，防止突出后的瓦斯涌人其他区域。