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礦井通風與安全 中國礦業(yè)大學 第六章通風網(wǎng)絡風量分配與調(diào)節(jié) 6 1風網(wǎng)的基本術語6 2風網(wǎng)的形式與繪制6 3風量分配基本規(guī)律6 4風網(wǎng)參數(shù)計算6 5局部風量調(diào)節(jié)方法6 6總風量調(diào)節(jié)6 7多臺通風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)的相互調(diào)節(jié) 6 1風網(wǎng)的基本術語 1 節(jié)點三條或三條以上風道的交點 斷面或支護方式不同的兩條風道 其分界點有時也可稱為節(jié)點 2 分支兩節(jié)點間的連線 也叫風道 在風網(wǎng)圖上 用單線表示分支 其方向即為風流的方向 箭頭由始節(jié)點指向末節(jié)點 3 路由若干方向相同的分支首尾相接而成的線路 即某一分支的末節(jié)點是下一分支的始節(jié)點 4 回路和網(wǎng)孔由若干方向并不都相同的分支所構成的閉合線路 其中有分支者叫回路 無分支者叫網(wǎng)孔 5 假分支風阻為零的虛擬分支 一般是指通風機出口到進風井口虛擬的一段分支 6 生成樹風網(wǎng)中全部節(jié)點而不構成回路或網(wǎng)孔的一部分分支構成的圖形 每一種風網(wǎng)都可選出若干生成樹 7 弦在任一風網(wǎng)的每棵樹中 每增加一個分支就構成一個獨立回路或網(wǎng)孔 這種分支叫做弦 余樹弦 6 2風網(wǎng)的形式與繪制 通風網(wǎng)絡聯(lián)結形式很復雜 基本聯(lián)結形式分為 串聯(lián)通風網(wǎng)絡并聯(lián)通風網(wǎng)絡角聯(lián)通風網(wǎng)絡復雜聯(lián)結通風網(wǎng)絡 6 2 1串聯(lián)通風網(wǎng)絡 由兩條或兩條以上的分支彼此首尾相聯(lián) 中間沒有分叉的線路叫做串聯(lián)風路 二條或二條以上的分支自風流能量相同的節(jié)點分開到能量相同的節(jié)點匯合 形成一個或幾個網(wǎng)孔的總回路叫做并聯(lián)風網(wǎng) 如右圖所示 6 2 2并聯(lián)通風網(wǎng)絡 在簡單并聯(lián)風網(wǎng)的始節(jié)點和末節(jié)點之間有一條或幾條風路貫通的風網(wǎng)叫做角聯(lián)風網(wǎng) 貫通的分支習慣叫做對角分支 單角聯(lián)風網(wǎng)只有一條對角分支 多角聯(lián)風網(wǎng)則有兩條或兩條以上的對角分支 6 2 3角聯(lián)通風網(wǎng)絡 由串聯(lián) 并聯(lián) 角聯(lián)和更復雜的聯(lián)結方式所組成的通風網(wǎng)路 統(tǒng)稱為復雜通風網(wǎng)路 6 2 4復雜聯(lián)結通風網(wǎng)絡 復雜風網(wǎng) 6 3風量分配基本規(guī)律 風流在通風網(wǎng)絡內(nèi)流動時 除服從能量守恒方程 伯努利方程 外 還遵守以下規(guī)律 風量平衡定律風壓平衡定律阻力定律 6 3 1風量平衡定律 單位時間內(nèi)流入一個節(jié)點的空氣質(zhì)量 單位時間內(nèi)流出該節(jié)點的空氣質(zhì)量 由于礦井空氣不壓縮 故可用空氣的體積流量 即風量 來代替空氣的質(zhì)量流量 在通風網(wǎng)絡中 流進節(jié)點或閉合回路的風量 流出節(jié)點或閉合回路的風量 即任一節(jié)點或閉合回路的風量代數(shù)和為零 對于流進節(jié)點的情況 對于流進閉合回路的情況 把上面的式子寫成一般的數(shù)學式 上式表明 流入節(jié)點 回路或網(wǎng)孔的風量與流出節(jié)點 回路或網(wǎng)孔的風量的代數(shù)和等于零 一般取流入的風量為正 流出的風量為負 在任一閉合回路中 無扇風機工作時 各巷道風壓降的代數(shù)和為零 即順時針的風壓降等于反時針的風壓降 有扇風機工作時 各巷道風壓降的代數(shù)和等于扇風機風壓與自然風壓之和 6 3 2風壓平衡定律 該式表明 回路或網(wǎng)孔中 不同方向的風流風壓或阻力的代數(shù)和等于零 一般取順時針方向的風壓為正 逆時針方向的風壓為負 由右圖得 一般形式為 如圖所示礦井 平峒口l和進風井口2的標高差Zm 風道2 3和1 3構成敞開并聯(lián)風網(wǎng) 在2 3風道上的輔助通風機 風壓hf作用方向和順時針方向一致 l和2兩點的地表大氣壓力分別為P0和P0 1和2兩點高差間的地表空氣密度平均值為 進風井內(nèi)的空氣密度平均值為 則 據(jù)風流能量方程 得平峒1 3段的風壓為 式中 P3 hv3 分別是3點的絕對靜壓和速壓 風路2 3段的風壓是風道2 2 和3 3段的風壓之和 即 式中 P2 和P3 分別是輔助通風機進風口2 和出風口3 的絕對靜壓 hv2 和hv3 分別是輔助通風機進風口和出風口的速壓 因 則 即 因敞開并聯(lián)風網(wǎng)內(nèi)的自然風壓是 因 或一般形式為 上式即風壓平衡定律 其意義為對于任一個網(wǎng)孔或者回路而言 其風壓的代數(shù)和與作用在其上的機械風壓和自然風壓之差值為零 上式的適用條件是 取順時針風流方向風壓為正 網(wǎng)孔或回路中的機械風壓和自然風壓的作用方向都是順時針方向 6 3 3阻力定律 風流在通風網(wǎng)絡中流動 絕大多數(shù)屬于完全紊流狀態(tài) 遵守阻力定律 即 hi RiQi2式中 hi 巷道的風壓降 Ri 巷道的風阻 Qi 通風巷道的風量 6 4風網(wǎng)參數(shù)計算 串聯(lián)通風網(wǎng)路并聯(lián)通風網(wǎng)路簡單角聯(lián)通風網(wǎng)路復雜風網(wǎng) 6 4 1串聯(lián)網(wǎng)路 1 風量關系式 Q0 Q1 Q2 Q3 Qn上式表明 串聯(lián)風路的總風量等于各條分支的風量 2 風壓關系式 h0 h1 h2 h3 hn上式表明 串聯(lián)風路的總風壓等于其中各條分支的風壓之和 3 風阻關系式 R0 R1 R2 R3 Rn上式表明 串聯(lián)風路的總風阻等于其中各條分支的風阻之和 6 4 2并聯(lián)網(wǎng)路 1 風量關系式 Q0 Q1 Q2 Q3 Qn上式表明 并聯(lián)風路的總風量等于各分支的風量之和 2 風壓關系式 h0 h1 h2 h3 hn上式表明 并聯(lián)風路的總風壓等于各分支的風壓 3 風阻關系式因為 代入并聯(lián)風路的風量關系式 根據(jù)風壓關系得式中 m 為1到n條風路中的某一條風路 上式表明 并聯(lián)風路的總風阻和各條分支的風阻成復雜的繁分數(shù)關系 對于簡單并聯(lián)風網(wǎng) n 2 有 4 自然分配風量的計算因h hm 即RQ2 RmQm2在簡單并聯(lián)風網(wǎng)中 第一和第二條分支的自然分配風量的計算式分別為 6 4 3簡單角聯(lián)網(wǎng)路 如圖所示 在單角聯(lián)風網(wǎng)中 對角分支5的風流方向 隨著其它四條分支的風阻值R1 R2 R3 R4的變化 而有以下三種變化 當風量Q5向上流時 由風壓平衡定律hl h2 h3Q4 則 R1Q12 R2Q22 R1Q12 R2Q42R3Q32 R4Q42 R3Q12 R4Q42將上面兩式相除 得 或這就是Q5向上流的判別式 同理 Q5向下流的判別式為 Q5等于零的判別式為 判別式中不包括對角風路本身的風阻R5 說明R5的變化不影響該風路的風流方向 這是因為該風路的風流方向只取決于該風路起末兩點風流的能量之差 而這項能量差與R5無關 判別式的作用 1 預先判別不穩(wěn)定風流的方向 例如在分支5尚未掘通之前 把四條非對角分支的風阻值代入判別式 如算得判據(jù)K 1 便可判定Q5向上流 如得K1 而且K值越大 Q5向上流就越穩(wěn)定 故可根據(jù)實際情況 采取加大R1或R4 減少R2或R3的技術措施 并不斷進行調(diào)整 使K始終保持最大的合理值 以保證Q5的方向和數(shù)量始終穩(wěn)定 6 4 4復雜風網(wǎng) 新風在被送到各用風地點之前 以及各用風地點用過的回風 都要經(jīng)過許多風路 這些風路有時形成復雜風網(wǎng) 在風速不超限的條件下 這些復雜風網(wǎng)中各條分支通過的風量任其自然分配 需通過計算確定 計算復雜風網(wǎng)中自然分配風量的目的 主要是為了掌握復雜風網(wǎng)的通風總阻力和總風阻 其次是為了驗算各風道的風速是否符合 規(guī)程 的規(guī)定 6 5局部風量調(diào)節(jié)方法 增阻調(diào)節(jié)法降阻調(diào)節(jié)法增壓調(diào)節(jié)法 6 5 1增阻調(diào)節(jié)法 增阻調(diào)節(jié)法 以并聯(lián)網(wǎng)路中阻力大的風路的阻力值為基礎 在各阻力較小的風路中增加局部阻力 安裝調(diào)節(jié)風門 窗 使各條風路的阻力達到平衡 以保證各風路的風量按需供給 1 增阻調(diào)節(jié)的計算有一并聯(lián)風網(wǎng) 其中R1 0 8N s2 m8 R2 1 2N s2 m8 若總風量Q 30m3 s 則該并聯(lián)風網(wǎng)中自然分配的風量分別為 則Q2 Q Q1 30 16 5 13 5m3 s 如按生產(chǎn)要求 1分支的風量應為Q 1 5m3 s 2分支的風量應為Q 2 25m3 s 顯然自然分配的風量不符合要求 按上述風量要求 兩分支的阻力分別為 為保證按需供風 必須使兩分支的風壓平衡 為此 需在1分支的回風段設置一調(diào)節(jié)風門 使它產(chǎn)生一局部阻力hev h2 h1 730Pa 調(diào)節(jié)風門的形式如右圖所示 在風門或風墻的上部開一個面積可調(diào)的矩形窗口 通過改變調(diào)節(jié)風門的開口面積來改變調(diào)節(jié)風門對風流所產(chǎn)生的阻力hw 使hw hev 730Pa 用下式計算調(diào)節(jié)風門的面積 或式中 Rw 調(diào)節(jié)風門的風阻 Rw hw Q2 N s2 m8 上式的由來是 hw主要是由于風流通過調(diào)節(jié)風門時 風流收縮到最小斷面S2以后 又突然擴大到巷道斷面S所造成的沖擊損失 根據(jù)水力學理論 這項損失可用下式表示 式中v2 風流通過調(diào)節(jié)風門后在最小收縮斷面處的平均風速m s v 巷道內(nèi)的平均風速 m s 空氣的密度 kg m3 根據(jù)實驗 風流通過調(diào)節(jié)風門時的速度變化具有以下比例關系 式中v1 風流在調(diào)節(jié)風門處的平均風速 m s 設通過調(diào)節(jié)風門和巷道的風量為Q 巷道斷面積為S 則上式變?yōu)?取 1 2kg m3 得 化簡上式得 在上例中 若1分支設置調(diào)節(jié)風門處的巷道斷面S1 4m2 則算出調(diào)節(jié)風門的面積為 即在1分支設置一個面積為0 23m2的調(diào)節(jié)風門就能保證1和2分支都得到所需要的風量5和25m3 s 2 增阻調(diào)節(jié)的分析1 增阻調(diào)節(jié)使風網(wǎng)總風阻增加 在一定條件下可能達不到風量調(diào)節(jié)的預期效果 如右圖所示 已知主要通風機風壓曲線I和兩分支的風阻曲線R1 R2 并聯(lián)風網(wǎng)的總風阻曲線R R與I交點a即為主要通風機的工作點 自a作垂線和橫坐標相交 得出礦井總風量Q 從a作水平線和R1 R2交于b c兩點 由這兩點作垂線分別得兩風路的風量Q1和Q2 如在1風路中安設一風阻為Rw的調(diào)節(jié)風門 則該風路的總風阻為R1 R1 Rw 在圖上繪出R1 曲線 并繪出R1 和R2并聯(lián)的風阻曲線R 由R 與I的交點a 得出調(diào)節(jié)后的礦井總風量Q 由a 作水平線交R1 和R2于b 和c 自這兩點得出風量分別為Q1 和Q2 當風機性能不變時 由于礦井總風阻增加 使總風量減少 其減少值為 Q Q Q 安裝調(diào)節(jié)風門的分支中風量也減少 其減少值為 Q1 Q1 Q1 另一分支風量增加 其增加值為 Q2 Q2 Q2 顯然減少的多 增加的少 其差值就等于總風量的減少值 即 Q Q1 Q2 2 總風量的減少值與主要通風機性能曲線的陡緩有關 如右圖所示 I為軸流式通風機的風壓曲線 為離心式通風機的風壓曲線 R R 為調(diào)節(jié)前后的風阻曲線 與I 分別交于a b和a b 從而得出總風量的減少值 Q和 Q 從圖中看出 Q Q 表明扇風機的風壓曲線愈陡 總風量的減少值愈小 反之則愈大 3 增阻調(diào)節(jié)有一定的范圍 超出這范圍可能達不到調(diào)節(jié)的目的 在上頁圖中 若主要通風機性能曲線不變 且取R1 0 59N s2 m8 R2 1 64N s2 m8 當不斷改變調(diào)節(jié)風門風阻Rw時 可以得到并聯(lián)風路中各分支對應的風量及其變化 如右圖 3 使用增阻調(diào)節(jié)法的注意事項1 調(diào)節(jié)風門應盡量安設在回風巷道中 以免妨礙運輸 當非安設在運輸巷道不可時 則可采取多段調(diào)節(jié) 即用若干個面積較大的調(diào)節(jié)風門來代替一個面積較小的調(diào)節(jié)風門 2 在復雜的風網(wǎng)中 要注意調(diào)節(jié)風門位置的選擇 防止重復設置 避免增大風壓和電耗 4 增阻調(diào)節(jié)法的優(yōu)缺點與適用條件優(yōu)點 簡便易行 是采區(qū)內(nèi)巷道間的主要調(diào)節(jié)措施 缺點 使礦井的總風阻增加 若風機風壓曲線不變 勢必造成礦井總風量下降 要想保持總風量不減 就得提高風壓 增加通風電力費用 因此 在安排產(chǎn)量和布置巷道時 盡量使網(wǎng)孔中各風路的阻力不要相差太懸殊 以避免在通過風量較大的主要風路中安設調(diào)節(jié)風門 6 5 2降阻調(diào)節(jié)法 降阻調(diào)節(jié)法與增阻調(diào)節(jié)法相反 它是以并聯(lián)網(wǎng)路中阻力較小風路的阻力值為基礎 使阻力較大的風路降低風阻 以達到并聯(lián)網(wǎng)路各風路的阻力平衡 巷道中的風阻包括摩擦風阻和局部風阻 當局部風阻較大時 應首先降低局部風阻 當局部風阻較小摩擦風阻較大時 則應降低摩擦風阻 降低摩擦風阻的主要方法是擴大巷道斷面或改變支架類型 即改變摩擦阻力系數(shù) 1 降阻調(diào)節(jié)的計算如圖并聯(lián)風網(wǎng) 兩巷道的風阻分別為R1和R2 所需風量為Q1和Q2 則兩巷道的阻力分別為 h1 R1Q12 h2 R2Q22如果h1 h2 則以h2為依據(jù) 把h1減到h1 為此須將R1降到R1 即 h1 R1 Q12 h2 其中 摩擦阻力公式 降阻的主要辦法是擴大巷道的斷面 如把巷道全長L m 的斷面擴大到S1 則式中 1 巷道1擴大后的摩擦阻力系數(shù) N s2 m4 U1 巷道1擴大后的周界 隨斷面大小和形狀而變 C 決定于巷道斷面形狀的系數(shù) 對梯形巷道 C 4 03 4 28 對三心拱巷道 C 3 8 4 06 對半圓拱巷道 C 3 78 4 11 由上式得到巷道1擴大后的斷面積為 如果所需降阻的數(shù)值不大 而且客觀上又無法采用擴大巷道斷面的措施時 可改變巷道壁面的平滑程度或支架型式 以減少摩擦阻力系數(shù)來調(diào)節(jié)風量 改變后的摩擦阻力系數(shù)可用下式計算 2 降阻調(diào)節(jié)的分析降阻調(diào)節(jié)的優(yōu)點是使礦井總風阻減少 若風機風壓曲線不變 調(diào)節(jié)后 礦井總風量增加 降阻調(diào)節(jié)多在礦井產(chǎn)量增大 原設計不合理 主要巷道年久失修的情況下 用來降低主要風流中某一段巷道的阻力 一般 當所需降低的阻力值不大時 應首先考慮減少局部阻力 另外 也可在阻力大的巷道旁側(cè)開掘并聯(lián)巷道 在一些老礦中 應注意利用廢舊巷道供通風用 6 5 3增壓調(diào)節(jié)法 1 增壓調(diào)節(jié)的計算如圖所示 一采區(qū)和二采區(qū)所需要的風量分別為27 07和34 7m3 s 風阻分別為0 69和1 27N s2 m8 要使一 二采區(qū)得到所需的風量 兩采區(qū)將分別產(chǎn)生505 6Pa 1529 2Pa的阻力 總進風段1 2的風阻為0 23N s2 m8 通過61 77m3 s的總風量時 將產(chǎn)生877 6Pa的阻力 總回風段3 4的風阻為0 02N s2 m8 則產(chǎn)生76 3Pa的阻力 主要通風機附近的漏風量為6 83m3 s 通過主要通風機的風量為68 6m3 s 如果采用增加風壓的調(diào)節(jié)方法 在阻力較大的二采區(qū)內(nèi)安設輔助通風機的方法有 1 選擇合適的輔助通風機 但不調(diào)整主要通風機的風壓曲線 如圖所示 主要通風機是70B2 21型 24號 600r min的軸流式通風機 動輪葉片安裝角度是27 5 靜風壓特性曲線是 曲線 這時風機的工作點是a點 兩個并聯(lián)采區(qū)以外 總進風段和總回風段總阻力為 h1 2 h3 4 877 6 76 3 953 9Pa當?shù)V井的自然風壓很小或可忽略不計時 主要通風機能夠供給兩個并聯(lián)采區(qū)使用的剩余風壓為 hfa h1 2 h3 4 1519 953 9 565 1Pa二采區(qū)按需通過34 7m3 s的風量時 其阻力是1529 2Pa 這個數(shù)值超出主要通風機能夠供給這個采區(qū)使用的剩余風壓 故需在這個采區(qū)內(nèi)安置一臺合適的輔助通風機 這臺輔助通風機要按以下兩個數(shù)值來選擇 通過輔助通風機的風量為二采區(qū)的風量 Qaf 34 7m3 s輔助通風機的全風壓 haft 1529 2 565 1 964Pa它的全風壓特性曲線應通過或大于這兩個數(shù)值所構成的工作點b 一采區(qū)按需通過27 07m3 s的風量時 其阻力是505 6Pa 這個數(shù)值小于主要通風機能夠供給這個采區(qū)使用的剩余風壓 即565 1 505 6 59 5Pa 在此情況下 還要在一采區(qū)的回風流中安設調(diào)節(jié)風門 使它能夠產(chǎn)生59 5Pa的阻力 2 選擇合適的輔助通風機 同時調(diào)整主要通風機的風壓曲線 在二采區(qū)安設一臺輔助通風機 通過輔助通風機的風量Qaf 34 7m3 s輔助通風機的全風壓haft 1529 2 505 6 1023 6Pa同時要調(diào)整主要通風機的靜風壓特性曲線 使它通過以下兩個數(shù)值所構成的工作點 主要通風機的風量Qaf 68 6m3 s主要通風機的靜風壓hfs 953 9 505 6 1459 5Pa 這兩種選擇輔助通風機的方法中 后一方法雖然輔助通風機所需功率較大 但主要通風機所需功率較小 比前種方法要經(jīng)濟 需要注意的是輔助通風機和主要通風機有著串聯(lián)運轉(zhuǎn)的關系 因此選擇輔助通風機不能孤立進行 必須和主要通風機緊密配合 2 選擇 安裝和使用輔助通風機的注意事項在選擇輔助通風機時 必須根據(jù)輔助通風機服務期限以內(nèi)通風最困難時的風量 風阻和風壓等數(shù)值進行計算 為了保證新鮮風流通過輔助通風機而又不致妨礙運輸 一般把輔助通風機安設在進風流的繞道中 但在巷道中至少安設兩道自動風門 其風門的間距必須大于一列車的長度 風門須向壓力大的方向開啟 輔助通風機停止運轉(zhuǎn)時 必須立即打開巷道中的自動風門 以便利用主要通風機單獨通風 主要通風機停止運轉(zhuǎn)時 輔助通風機也應立即停止運轉(zhuǎn) 同時打開自動風門 以免發(fā)生相鄰采區(qū)風流逆轉(zhuǎn) 循環(huán)風再流入輔扇 此時還需根據(jù)具體情況 采取相應的安全措施 重新開動輔助通風機以前 應檢查附近20m以內(nèi)的瓦斯?jié)舛?只有在不超過規(guī)定時 才允許開動輔助通風機 在采空區(qū)附近的巷道中安置輔助通風機時 要選擇合適的位置 否則 有可能產(chǎn)生通過采空區(qū)的循環(huán)風或漏風 加速采空區(qū)的煤炭自燃 隨著通風狀況不斷發(fā)展變化 每隔一定時間 必須 調(diào)節(jié)主要通風機和輔助通風機的工作點 使之相互配合 輔助通風機運轉(zhuǎn)時 使得進風路上的風流能量降低 出風路上的風流能量提高 如果輔助通風機的能力過大 就有可能使3點空氣的能量同2點空氣的能量接近 相等 甚至超過 此時一采區(qū)將出現(xiàn)風量不足 沒有風流 甚至發(fā)生逆轉(zhuǎn) 以上三種現(xiàn)象都是安全生產(chǎn)所不允許的 若一旦出現(xiàn)上述情況時 其應急措施就是迅速增加二采區(qū)的風阻 3 增壓調(diào)節(jié)法的優(yōu)缺點及適用條件與降阻調(diào)節(jié)法比較優(yōu)點 在阻力較大的風路中安裝輔助通風機 無需調(diào)節(jié)主風機而使得風量增大 相當于主要通風機對這條風路的工作風阻下降 這點和降阻調(diào)節(jié)法很類似 但比降阻調(diào)節(jié)法施工快而且方便 缺點 管理工作較復雜 安全性比較差 與增阻調(diào)節(jié)法比較 優(yōu)點 使主要通風機的電力費降低很多 服務時間又長時 比較經(jīng)濟 缺點 管理工作比較復雜 安全性比較差 施工比較困難 適用條件 并聯(lián)風網(wǎng)中各條風路的阻力相差比較懸殊 主要通風機風壓滿足不了阻力較大的風路 不能采用增阻調(diào)節(jié)法 而采用降阻調(diào)節(jié)法又來不及時 可采用增壓調(diào)節(jié)法 6 6總風量調(diào)節(jié) 在礦井開采過程中 由于礦井產(chǎn)量和開采條件不斷變化 常常要求調(diào)節(jié)礦井總風量 礦井總風量調(diào)節(jié)的主要措施是改變主要通風機的工況點 其方法有 改變主要通風機的特性曲線改變主要通風機的工作風阻曲線 6 6 1改變主要通風機特性曲線的調(diào)節(jié)法 1 改變軸流式通風機動輪葉片的安裝角度軸流式通風機的特性曲線隨著動輪葉片安裝角的變化而變化 如某抽出式通風的礦井主要通風機是軸流式 當其動輪葉片安裝角為27 5 時 靜風壓特性曲線是I 曲線 為了滿足前期生產(chǎn)需要 該主要通風機的工作點為a點 現(xiàn)因生產(chǎn)情況的變化 井巷通風的總阻力變?yōu)?hfr 1862Pa 反對機械風壓的自然風壓為 hn 98Pa 通過主要通風機的風量仍需68m3 s 根據(jù)兩數(shù)值找出風機的新工作點b 將風機的動輪葉片安裝角調(diào)整到30 其靜壓特性曲線由I 調(diào)到I 自b點得到這臺風機的輸入功率約220kW 用此數(shù)值來衡量現(xiàn)用電動機的能力是否夠用 再由b點得出其風機的靜壓效率是0 64 b點落在這臺風機特性曲線的合理工作范圍內(nèi) 為了滿足現(xiàn)階段生產(chǎn)要求 該風機應根據(jù)以下兩個數(shù)值進行調(diào)節(jié) 風機的風量Qf 68m3 s 風機的靜風壓 hfs hfr hn 1960Pa 2 改變通風機的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)愈大 通風機的風量和風壓愈大 某壓入式通風的礦井 其離心式通風機的全風壓特性曲線為 轉(zhuǎn)數(shù)為n r min 它和工作風阻曲線交于M 點 產(chǎn)生Qf m3 s 的風量和hft Pa 的全風壓 如果生產(chǎn)要求通風機應產(chǎn)生的風壓為hft Pa 通過的風量為Qf m3 s 用比例定律可以求出新轉(zhuǎn)數(shù)n 即 畫出新轉(zhuǎn)數(shù)n的全風壓特性曲線 它和風阻曲線1的交點M即為新工作點 同時根據(jù)新轉(zhuǎn)數(shù)的效率曲線和功率曲線 看新工作點是否落在合理工作范圍內(nèi) 并驗算電動機的能力 該方法主要用于離心式通風機 它的具體做法是 如果通風機和電動機之間是間接傳動的 可改變皮帶輪直徑的大小來增加轉(zhuǎn)數(shù) 如果通風機和電動機之間是直接傳動的 則改變電動機的轉(zhuǎn)數(shù)或更換電動機 6 6 2改變主要通風機工作風阻的調(diào)節(jié)法 某礦抽出式風機是軸流風機 葉片安裝角為37 5 靜風壓特性曲線為 曲線 工作點是a點 工作風阻Rf 1107 4 44 5 2 0 56N s2 m8 工作風阻曲線為l曲線 該風機葉片最大安裝角為40 其靜壓曲線為 曲線 如果生產(chǎn)要求主要通風機通過50m3 s的風量 則由風壓曲線 只能產(chǎn)生1048 6Pa的靜風壓 不能滿足原有風壓1107 4Pa 如果用降低主要通風機工作風阻的調(diào)節(jié)方法 就必須設法將其工作風阻降低到Rf 1048 6 502 0 42N s2 m8 用這個數(shù)值畫出風阻曲線2 使它通過工作點b 這時主要通風機的靜壓效率接近0 6 輸入功率約96kW 如果不降低主要通風機的工作風阻 則工作點是c點 此時主要通風機只能通過47m3 s的風量 不能滿足要求 所以 當該礦所要求的通風能力超過主要通風機最大潛力又無法采用其它調(diào)節(jié)法時 就得根據(jù)Rf 的數(shù)值用擴大井巷的斷面 或開鑿并聯(lián)雙巷 或增加進風井口等方法把主要通風機的工作風阻降低 如果主要通風機的風量大于實際所需要的風量時 可以增加主要通風機的工作風阻 使總風量下降 如后圖所示 由于離心式通風機的功率是隨著風量的減少而減少 主要通風機的工作風阻由R增到R 時 其風量由Q降到Q 主要通風機的輸入功率則由N降到N 所以 對于離心式通風機可以利用設在風峒中的閘門進行調(diào)節(jié) 當所需風量變小時 可以放下閘門以增加風阻來減少風量 對于軸流式通風機 當所需風量變小時 可以把動輪葉片安裝角調(diào)小 它比增加工作風阻的方法 在電力消耗上要經(jīng)濟得多 6 7多臺通風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)的相互調(diào)節(jié) 采用多臺風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)的礦井 各臺風機之間 彼此聯(lián)系 相互影響 如果不注意在必要時進行各臺風機相互調(diào)節(jié) 就有可能使礦井通風的正常狀況受到破壞 甚至嚴重影響安全生產(chǎn) 6 7 1多臺通風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)的相互影響 下圖是某礦簡化后的通風系統(tǒng) 各項實測的通風數(shù)據(jù)是 兩翼風機的公風共路1 2的風阻R1 2 0 05N s2 m8 西翼主要通風機的專用風路2 3的風阻R2 3 0 36N s2 m8 西翼風機葉片角度是35 其靜風壓特性曲線是右圖中的 曲線 這臺風機的風量QI 40m3 s 靜風壓hl 1058Pa 風機的工作風阻為 RI 1058 40 2 0 66N s2 m8 工況點為a點 東翼主要通風機的專用風路2 4的風阻R2 4 0 33N s2 m8 東翼風機的葉片角度是25 其靜風壓特性曲線是右圖中的 曲線 這臺風機的風量Q 60m3 s 靜風壓h 1666Pa 工作風阻R 1666 60 2 0 46N s2 m8 工作風阻曲線是R 曲線 工作點為b點 在上述巳知條件下 按新的生產(chǎn)計劃要求 東翼的生產(chǎn)任務加大以后 由于瓦斯涌出量增加 東翼主要通風機的風量需增加到Q 90m3 s 這時 為了保證東翼的風量需增加到90m3 s 為簡便不計漏風 礦井的總進風量也要增加 公共風路1 2的阻力和東翼主要通風機專用風路2 4的阻力都要變大 即風路1 2的阻力變?yōu)?h 1 2 R1 2 Q Q 2 0 05 40 90 2 845Pa風路2 4的阻力變?yōu)?h 2 4 R2 4 Q 2 0 33 90 2 2673Pa因而東翼主要通風機的靜風壓 為簡便不計自然風壓 變?yōu)?h h 1 2 h 2 4 845 2673 3518Pa 為此需要對東翼風機進行調(diào)整 當東翼主要通風機的葉片角度調(diào)整到45 時 靜風壓特性曲線為 當主要通風機通過90m3 s的風量時 產(chǎn)生3518Pa的靜風壓 能夠滿足需要 這時東翼主要通風機的工作風阻則變?yōu)?R 3518 902 0 43N s2 m8其工作風阻曲線是R 曲線 新工況點是c點 在上述東翼主要通風機特性曲線因加大風量而調(diào)整的情況下 西翼主要通風機特性曲線是否可以因風量不改變而不需要調(diào)整 如果西翼主要通風機特性曲線不調(diào)整 就成為東翼主要通風機用特性曲線 和西翼主要通風機特性曲線 聯(lián)合運轉(zhuǎn)對該礦進行通風 下面將討論這種聯(lián)合運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響 先在后圖上畫出兩主要通風機的特性曲線 和 并根據(jù)各風路的風阻值畫出R1 2 R2 3和R2 4三條風阻曲線 專用風路2 3的風量 就是西翼主要通風機的風量 而這條風路的阻力要由西翼主要通風機總風壓中的一部分來克服 因此 可用 和R2 3兩曲線按照 在相同的風量下 風壓相減 的轉(zhuǎn)化原則 繪出西翼主要通風機特性曲線 為風路2 3服務以后的剩余特性曲線 又名轉(zhuǎn)化曲線 同理 用東翼風機特性曲線 和專用風路2 4的風阻曲線R2 4 按照上述串聯(lián)轉(zhuǎn)化原則 畫出東翼主要通風機為風路2 4服務以后的剩余特性曲線 經(jīng)過以上轉(zhuǎn)化 在概念上好比把兩翼風機都搬到兩翼分風點上 和 兩條曲線就是這兩臺風機為公共風路1 2服務的特性曲線 因為風路1 2上的風量是兩風機共同供給的 即兩風機風量之和就是風路1 2上的風量 而風路l 2的阻力 兩風機都要承擔 即在每臺風機的總風壓中都要拿出相等的一部分風壓來克服公共風路1 2的阻力 這在概念上好比兩風機搬到分風點后 用它們的剩余特性曲線 和 并聯(lián)特性曲線為風路1 2服務 因此 用曲線 和 按照在相同的風壓下 風量相加的并聯(lián)原則 畫出它們的并聯(lián)特性曲線 它和風路l 2的風阻曲線R1 2相交于d點 自d點畫垂直線和橫坐標相交得出礦井總風量Q 127m3 s 自d點畫水平線分別交 和 兩曲線于e和f兩點 自這兩點畫垂直線和橫坐標相交得出東翼的風量Q 90 7m3 s 西翼的風量Q 36 3m3 s 上述分析說明 1 在上述圖例的具體條件下 當東翼風機特性曲線調(diào)整到 而西翼風機特性曲線不作相應調(diào)整時 則礦井的總風量下降 Q 比Q小3m3 s 通過西翼的風量供不應求 Q 比Q 小3 7m3 s 而通過東翼的風量卻供大于求 Q 比Q 大0 7m3 s 2 公共風路1 2的風阻曲線R1 2越陡 調(diào)整后的礦井總風量Q 越小 此時 不僅西翼所需風量不能保證 而且東翼所需風量也不能滿足 3 為安全運轉(zhuǎn)起見 在每條風機特性曲線上 實際使用的風壓不得大于這條特性曲線上最大風壓的的90 從圖中還可以看出 只要風阻曲線R1 2再陡一些 西翼風機的工作點就會進入這臺風機特性曲線的不安全工作區(qū)段 使運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定 4 兩臺風機特性曲線相差越大或者西翼風機的能力越小 礦井所需要的風量就越難保證 西翼風機也有可能出現(xiàn)不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的情況 這時 整個西翼將沒有風流 如果公共風路的阻力繼續(xù)增大 甚至大于西翼風機零風量下的風壓 這時西翼的風流就會反向或逆轉(zhuǎn) 整個西翼變?yōu)闁|翼進風路線之一 5 對于兩臺或兩臺以上風機進行分區(qū)并聯(lián)運轉(zhuǎn)的礦井 如果公共風路的風阻越大 各風機的特性曲線相差越大 就越有可能出現(xiàn)上述通風惡化的現(xiàn)象 必須注意預防 6 7 2多臺通風機不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的預防措施 通過以上分析可知 多臺通風機并聯(lián)運轉(zhuǎn)時 公共風路的風阻越小 各臺風機的能力越接近 則安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)越有保證 因此公共風路的斷面要盡可能大 長度盡可能短 或者使礦井的進風道數(shù)量盡可能多 盡量使得選用的各臺風機特性曲線基本相同 這就要求各采區(qū)或各翼所需要的風壓和風量盡可能做到搭配均勻 在生產(chǎn)管理工作中 要盡量使公共風路保持比較小的風阻值 如出現(xiàn)冒頂 塌陷或斷面變形 必須及時整修 在萬一出現(xiàn)小風機不穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)狀況 可采用在大風機專用風路上加大風阻的臨時措施 使大風機的風量和礦井總風量都適當減少 就能避免這種狀況 更主要的是 為了預防大風機調(diào)整后的影響 須對其它風機作出相應的調(diào)整 根據(jù)這個道理 西翼風機專用風路所需要的風壓 h 2 3 R2 3Q 2 0 36 402 576Pa公共風路l 2所需要的風壓h 1 2 845Pa 所以西翼風機的總風壓為 h h 1 2 h 2 3 845 576 1421Pa根據(jù)h 和Q 兩個數(shù)據(jù)所構成的新工作點j 把西翼風機葉片角度調(diào)整到40 使它的特性曲線 接近j點 略有富裕 西翼風機調(diào)整后就能夠保證井下各處所需的風量 其工作風阻變?yōu)?R h Q 2 1421 402 0 89N s2 m8 用R 的數(shù)據(jù) 可在圖中畫出這臺風機調(diào)整后的工作風阻曲線R 這曲線必然通過j點 同理 前面已算出東翼風機調(diào)整后的工作風阻R 0 43N s2 m8 并已在圖中畫出工作風阻曲線R 這曲線必然通過新工作點c 以上計算表明各風機的工作風阻不一定是常數(shù) R R 當各風機的風量和礦井總風量的比值發(fā)生變化時 各風機的工作風阻也就跟著發(fā)生變化 在上例中 調(diào)整以后的兩臺風機都使用了葉片角度最大的特性曲線 考慮到有時會出現(xiàn)反向自然風壓和風路的風阻變大等因素 使兩臺風機的工作點都超出合理工作范圍 造成運轉(zhuǎn)不安全 而且噪音大 在此情況下 宜適當降低風路上的風阻 盡可能做到既保證礦井所需風量 又少用或不用風機葉片最大角度的特性曲線 復習思考題 6 1什么是通風網(wǎng)絡 其主要構成元素是什么 6 2如何繪制通風網(wǎng)絡圖 對于給定礦井其形狀是否固定不變 6 3簡述節(jié)點 路 回路 網(wǎng)孔 生成樹 余樹的基本概念的含義 6 4礦井通風網(wǎng)絡中風流流動的基本規(guī)律有哪幾個 寫出其數(shù)學表達式 6 5比較串聯(lián)風路與并聯(lián)風網(wǎng)的特點 6 6寫出角聯(lián)分支的風向判別式 分析影響角聯(lián)分支風向的因素 6 7礦井風量調(diào)節(jié)的措施可分為哪幾類 比較它們的優(yōu)缺點 6 8如圖1所示并聯(lián)風網(wǎng) 已知各分支風阻 R1 1 274 R2 1 47 R3 1 078 R4 1 568 單位為N s2 m8 總風量Q 36m3 s 求 1 并聯(lián)風網(wǎng)的總風阻 2 各分支風量 復習思考題 6 9如圖2所示角聯(lián)風網(wǎng) 已知各分支風阻 R1 3 92 R2 0 0752 R3 0 98 R4 0 4998 單位為Ns2 m8 試判斷角聯(lián)分支5的風流方向 6 10如圖3所示并聯(lián)風網(wǎng) 已知各分支風阻 R1 1 186 R2 0 794 單位為Ns2 m8 總風量Q 40m3 s 求 1 分支1和2中的自然分風量和 2 若分支1需風10m3 s 分支2需風30m3 s 采用風窗調(diào)節(jié) 風窗應設在哪個分支 風窗風阻和開口面積各為多少 6 11某局部通風網(wǎng)路 圖4 已知各巷道的風阻R1 0 12 R2 0 25 R3 0 30 R4 0 06Ns2 m8 AB間的總風壓為600Pa 求各巷道的風量及AB間的總風阻為多少 6 12某角聯(lián)通風網(wǎng) 圖5 各巷道的風阻為R1 0 060 R2 0 060 R3 0 105 R4 0 030 R5 0 105Ns2 m8 各巷道需要的風量為Q1 14 Q2 16 Q3 3 2 Q4 17 2 Q5 12 8m3 s 求用風窗調(diào)節(jié)時風窗安設位置及其阻力 6 13如圖6所示的通風網(wǎng)絡 已知各巷道的阻力h1 80 h2 100 h3 30 h5 140 h6 100Pa 求巷道4 7 8的阻力及巷道4 7 8的風流方向