通风网络调节

5．3．1　通风网络调节原理

所谓矿井通风网络调节是指通风网络内各弧风量能恒定在按需供风确定的一定范围内的综合调节措施。

矿井通风网络G＝（V，E），∣E∣＝n，它所包含的基本回路数为2n－m＋1个，而其中的独立回路数为b＝n－m＋1个。当空气在通风网络中流动时，任一回路中通风阻力与动力之间的关系均满足风压平衡定律，即：

对应于上式各弧的排列次序，有按需风量行向量Qd＝（qd1，qd2，…，qdn），通风阻力行向量Hd＝（hd1，hd2，…，hdn），由于Qd与自然分风行向量QN不相等，那么必存在

说明通风网络各弧的通风阻力和通风动力不可能满足按需供风的要求。

设ΔH＝Cf（HTd－PT）

其中ΔH＝（Δh1，Δh2，…，Δhb）

则

式（5－24）反映了矿井通风网络风流控制的基本原理，即每一独立回路依照所需风量计算的阻力闭合差需要在该回路中加入一个阻力增量Δhi（i＝1，2，…，b）方能平衡。在按需供风条件下，这些阻力增量只能依靠调节有关弧的风阻或通风能量来实现。这种需要调节风阻或通风能量的地点称为调节点，下面对矿井通风网络的调节点数量及布置进行分析。

对矿井通风网络G，选取树T，使网络的任一独立回路仅仅包含一条余树弦，而树枝均是若干独立回路的公共弧。可得b个独立回路Ci（i＝1，2，…，b），按定量供风的回路方程：

式中：rij——网络独立回路风阻矩阵R中的第i行第j列的元素；

qi——弧ej的按需供风量（m3／s）；

pj——弧ej中包含有风机和自然风压时，风机风压和自然风压的代数和（Pa）；

Δhi——第i回路的所需阻力调节量（Pa）。

由式（5－25）可以看出，每一独立回路Ci有一个阻力调节量Δhi，为使调节点尽量少，且各调节设施之间相互独立，便于调节，只能将调节点布置在回路的独立弧内，即该回路包含的余树弦内。当b个独立回路在满足阻力增量Δhi（i＝1，2，…，b）后，余树弦则能获得需供风风量q1。则由式QN＝QYCf，树枝风量也就随之而定。由此，可得出如下结论：

结论1，矿井通风网络G＝（V，E），∣V∣＝m，∣E∣＝n。对G实现风流有效控制的调节点数至少为n－m＋1个，而且应布置在相应的余树弦内。又由于矿井风机的工况是可调的，它作为矿井通风的动力，必须根据网络总阻力的变化适时调节。因此，应将矿井风机视为调节设施，其所在的弧选为余树弦，从而可减少网络所需的其他调节设施数。在按需供风中，若矿井的通风网络存在自然分风子网络，如果这种子网络中各弧通过风量为自然分风风量，则其包含的独立回路必须满足Δhi＝0，而无须调节。

结论2，矿井通风网络G＝（V，E），∣V∣＝m，∣E∣＝n。如果它包含的矿井风机台数为F，且其包含的自然分风子网络中含有K个独立回路，则该网络实现对风流的有效控制所需的调节设施数为：

5．3．2　网络调节方法

局部风量调节的基本方法有三种，即增阻调节法、降阻调节法和增压调节法（辅扇调节法）。回路风压闭合差不等于零时，需要对网孔中的某个分支进行风量调节。三种基本调节法的特点如下：

（1）增阻调节法具有简便、易行、调节快的优点，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风窗时，矿井总风阻增加较大。如果在采区以内的次要风流中未设风窗，则对矿井总风阻影响较小。因此，当进行增阻调节时，如果矿井主扇风机特性曲线不变，必将造成矿井总风量在一定程度上有所下降。当矿井主扇风的工作风压能满足生产要求，网孔中各分支的阻力相差不太悬殊时，应尽量采用增阻调节法。

（2）降阻调节法可以使全矿总阻力下降，因此，较之增阻法，主扇通风费用较低，但是它扩大断面的工作量大、投资多、施工的时间也长，不能迅速地进行风量调节，并且降低的风阻值也很有限，因此当矿井发生灾害急需对通风网络进行调节时，此法很难应用。

（3）增压调节法（局扇调节法）与降阻调节法一样都使矿井总风阻有所下降，而且它施工快，也较方便，能迅速地达到风量调节目的，但管理工作较复杂，安全性比较差，因此，局扇调节法的使用有一定的条件。

5．3．3　风量调节数学模型

矿井通风网络中G＝（V，E），设｜V｜＝m，｜E｜＝n，其余树弦集合为Ey＝｛e1，e2，…，eb｝，b＝n－m＋1，并将有风机的弧当作余数弦，树枝的集合为ET＝｛eb＋1，eb＋2，…，en｝。余树集合和树枝集合构成的排列矩阵为E＝（Ey，ET），其中的独立回路矩阵为：

设余树弦阻力向量为Hy＝（h1，h2，…，hb），树枝阻力向量为HT＝（hb＋1，hb＋2，…，hn），则整个网络的阻力向量为：

在忽略火风压产生的情况下，公式P中省去主风机的工作风压向量R后可得出：

其中pci表示独立回路Ci的通风能量之和，则b个独立回路构成：

设布置在余树弦ei中的调节设施所产生的阻力增量为Δhyi，则余树弦阻力增量向量：

则可写成矩阵方程式：

式中 为树枝阻力向量HT的转置，从而

式（5－13）表示余树弦阻力的调节向量。布置在余树弦ei中的调节设施所产生的阻力增量Δhyi有以下两种情况：

Δhyi＜0表明通风网络需要增阻，通过布置增阻设施产生阻力值为Δhyi，过风量为qi。

Δhyi＞0表明通风网络需增能或降阻。增能后，通过布置增阻设施产生的风压值为Δhyi。降阻后的阻力值为Δhyi。

5．3．4　网络调节程序流程图

网络调节程序流程如图5－5所示。

图5－5　网络调节程序流程图
m，n——网络节点与弧数目；E——网络中各集合元素的编号序列，依次是有风机的余树弦集合、其余余树弦集合，树枝集合；P——自然风压向量；Q——余树弦风量向量；rc——风机工作子网络的风阻向量；F——风机台数