礦井風路中影響風流的因素及風量調節問題研究

景巨棟

(神華寧夏煤業集團有限責任公司羊場灣煤礦，寧夏靈武751400)

0 引言

首先，礦井通風系統的管理是一項復雜工作，對整個通風系統管理和維護也是非常困難的，特別是對于特大型礦山，井巷錯綜復雜，井下通風設備復雜多樣，井下環境多變，要準確的獲得井下即時變化的信息是非常困難的，傳統的人工管理方式不可能及時有效維護通風系統的運轉。如果能夠將整個礦井通風網絡的運行狀況及時有效的反饋到管理人員手中，礦井通風管理工作將得到極大改善。

1 風路中影響風流的因素

1.1 井巷風阻變化引起風流變化的規律

礦井風網內分支風阻變化是經常發生的。有些風阻變化是按原計劃進行的，如采、掘工作面的推進和搬遷、采區的接替、水平的延伸、系統的調整等；有些風阻變化則是隨機的，如風門的開啟、巷道的垮塌、罐籠和車輛的運行等；還有因巷道老化而引起的風阻變化等。任何原因引起的風阻變化都會導致風網內風流的變化。

1．1．1 變阻分支本身的風量與風壓變化規律當某分支風阻增大時，該分支的風量減小、風壓增大；當風阻減小時，該分支風量增大、風壓降低。這一規律是由井巷通風阻力定律和通風機風壓性能特性所決定的。

1．1．2 變阻分支對其它分支風量與風壓的影響規律

（1）當某分支某分支風阻增大時，包含該分支的所有通路上的其它分支的風量減小，風壓亦減小；與該分支并聯的通路上的分支的風量增大，風壓亦增大；當風阻減小時與此相反。

（2）對于一進一出的子網絡，若外部分支調阻引起其流入（流出）風量變化，其內部各分支的風量變化趨勢相同。

（3）風網內，某分支風阻變化時，各分支風量、風壓的變化幅度，以本分支為最大，鄰近分支次之，離該分支越遠的分支變化越小。

（4）風網內，不同類型的分支風阻變化引起的風量變化幅度和影響范圍是不同的。一般地說，主干巷道變阻引起的風量變化幅度和影響范圍大，末分支巷道變化引起的風量變化幅度和影響范圍小。

（5）風網內某分支增阻時，增阻分支風量減小值比其并聯分支風量增加值大；某分支減阻時，減阻分支風量增加值比其并聯分支風量減小值大。這種差值，是由于當某分支風阻增減時，風網的總風阻隨之增減，導致風網總風量亦發生變化而引起的。

1．1．3 巷道密閉與貫通對風流的影響

巷道密閉相當于該分支的風阻增至無窮大，故本分支風量減少到趨近于0；對其他分支的影響規律與分支增阻相同。

1.2 影響風流穩定性的因素

在生產礦井中，影響風流穩定的因素很多。通風動力、通風構筑物的非正常工作狀況，自然風壓，巷道的貫通與封閉，工作面的推進與轉移，采區接替，生產水平過渡，巷道中的行人、行車和堆積物等等。都會影響風流的穩定。去掉上述影響因素的物理意義，就可由網絡結構、巷道風阻的變化、系統通風動力的變化三個方面。

1．2．1 回路中輔助風機自然風壓對風流的影響

在回路中有通風動力hp=hf+hz（輔助通風機風壓加上自然風壓）時，不僅有通風動力的風路的風量、風壓要發生變化，而且引起的網絡中其它風路的風量、風壓重新分配。在有通風動力的回路中，其風壓平衡定律為：

式中：hp為通風動力值；為回路中與hp同流向的各風路的風壓值；為回路中與hp反流向的各風路風壓值。

將上式對通風動力取微分：

當分析回路中與hp同流向的各風路風量、風壓變化趨勢時，令：

代入式（2）得：

上式表明：其變化率為負值。說明有了通風動力后，與hp反流向的各風路其風壓下降、風量也減少。

1．2．2 回路中其它風路的風量、風壓的影響

在閉合回路中各風路的風阻、風量、風壓之間關系應滿足風壓平衡定律，即：

式中：hk為回路中風阻變化的風路ek的風量值；Σhi為回路中與ek同流向的各風路的風壓值；為回路中與ek反流向的各風路的風壓值。

將式（4）取微分為：

式（5）表明：在回路中改變某一風路的風阻，不僅該風路的風量、風壓發生變化，其它風路的風量、風壓也發生了變化。

1.2.3 風路中風阻變化對風流的影響

風路的風阻，風量,風壓之間的關系滿足阻力定律，即：

當rk發生變化時，其風量,風壓也相應的發生改變，對式(6)取微分：

式中：dhk/drk為風路的風壓對風阻的變化率；dqk/drk為風路中風量對風阻的變化率；

上式表明：風阻變化時,其風壓風量均發生改變。

2 礦井風量調節

2.1 風量調節的基本方法

2．1．1 增阻調節

增阻調節是在風網的有關分支上，安裝某種能增加該分支風阻的設施，如安設風門、調節風窗等。礦井總進或總回風系統內增阻調節法主要適應于主要通風機的能力過大、礦井供風量過剩的礦井，其調節方法通常是在礦井的風硐中利用調節閥門調節或在礦井的總回風巷道內設置調節風窗增大礦井的總風阻來實現；對于一部分用風地點風量過剩、而其它部分用風地點風量不足的風網，是在風量過剩的用風地點或有關巷道內增設增阻調節設施達到調節目的。生產礦井通風系統中通過在巷道里安裝風窗來實現增阻調節；另外，當某些用風地點完成了生產任務，如采煤工作面收作，而不需供給新風流時，往往采用設置風門或封閉方式來控制風流，這樣也增加了系統的阻力。

2．1．2 減阻調節

減阻調節就是在風網調節的分支上減小風阻。其具體的措施有：降低巷道局部阻力，即消除井巷突然擴大、縮小的結構形式；巷道轉彎出加大曲率半徑并做成圓弧；改變井巷的支護形式或井巷壁面光滑度；擴大井巷斷面等。減阻調節一般是在礦井供風不足、一時又無法提高礦井主要通風機的能力或采用提高主要通風機能力不經濟的情況下實施的調節措施。對供風不足的用風地點，其減阻調節措施可在本分支內進行，也可在用風地點的上游或下游分支內實施。

2．1．3 增壓調節

增壓調節就是在風網的分支內安設某種增能設施，如輔助通風機、引射器等。這種調節方法是用在主要通風機工作能力不足，最大通風阻力路線上的阻力又不能降低或降低的代價太大的條件下采用。

2.2 風量調節的原理

礦井通風網絡中風流的流動遵循通風三大定律。在既定網絡結構，各分支風阻已知的前提下，欲改變某些分支的風量，則意味著這些分支的需風量與自然分配的風量不吻合。若按需風量考慮，則風壓平衡定律無法滿足，即：

這時必須采取人為干預措施，即采取風量調節措施，才能使風量平衡定律得到滿足。通常采用的方法是在某些分支中考慮一阻力調節值Δhj＞0，即：

上式即為通風網絡中風流調節的基本數學模型。若Δhj＞0，需增阻調節；若Δhj＜0，需減阻或增壓調節；若Δhj=0，則不需調節。

3 結束語

總之，在礦井通風網絡中，風量的自然分配往往不能滿足作業地點的風量需求，因而需要對風量進行調節。隨著生產的發展和變化，工作面的推進和更替，巷道風阻、網絡結構及所需的風量均在不斷變化，相應地要求及時進行風量調節。所以風量調節是礦井通風技術管理中的一項經常性的工作，它對礦井安全和節約通風能耗都有重大的影響。

［1] 沈漢年，楊娟．礦井通風系統風流控制的改進算法[J] ．工業安全與防塵，2001，27（6）：3-6．

［2] 吳勇華.通風系統靈敏度分析[J] .西安礦業學院院學報，1992（3）：207-212．

［3] 魏引尚，常心坦，李如明.復雜通風系統的穩定性分析[J] .西安科技學院學報，2003，23（2）：119-122．