礦井通風網絡結構可靠性的研究

張建華

霍州煤電集團三交河煤礦，山西 霍州 031400

1 礦井通風網絡的基本概念及分類

礦井通風系統是由縱橫交錯的井巷構成一個復雜的系統。用圖論的方法對通風系統進行抽象描述，把通風系統變成一個由線、點及其屬性組成的系統，稱為通風網絡。通風網絡的基本形式分為：串聯風路，并聯風網，角聯風網，礦井復雜風網都由此三種基本形式組成。

2 通風網絡的基本形式及特性

礦井空氣在井巷中流動時，風流分岔、匯合線路的結構形式，稱為通風網路。用直觀的幾何圖形來表示通風網路就得到通風網路圖。通風網路可以分為復雜通風網路和簡單通風網路兩種。簡單通風網路是僅由串聯和并聯組成的網路。含有角聯分支，通常是包含多條角聯分支的網路，稱為復雜通風網路。通風網路中各風路的風量是按各自風阻的大小自然分配的。串聯、并聯和角聯是三種通風網路中各分支的基本聯接形式，不同的聯接形式具有不同的通風特點和安全性能。

2.1 串聯通風及其特性

兩條或兩條以上風路彼此首尾相連在一起，中間沒有風流分合點時的通風，稱為串聯通風。串聯通風也稱為“一條龍”通風，其特性如下（圖1）：風量相等 Q1=Q2=Q3=Q4=Q5；風阻相加R=R1+R2+R3+R4+R5；阻力相加 h=h1+h2+h3+h4+h5。

2.2 并聯通風及其特性

兩條或兩條以上的分支在某一節點分開后，又在另一節點匯合，其間無交叉分支時的通風，稱為并聯通風。并聯網路的特性如下（圖2）：風量相加 Q=Q1+Q2+Q3+Q4；阻力相等h=h1=h2=h3=h4；風阻小于任意分支之風阻：

圖1

圖2

圖3

上述關系式表明：當并聯網路的總風量一定時，并聯網路的某分支所分配得到的風量取決于并聯網路總風阻與該分支風阻之比。風阻大的分支自然流入的風量小，風阻小的分支自然流入的風量大。

2.3 角聯通風及其特性

在兩條并聯巷道中間有一條聯絡巷道，使一側巷道與另一側巷道彼此相聯所構成的網路。起聯結作用的巷道稱對角巷道，其余為邊緣巷道。對角巷道風流方向不穩定，它受邊緣巷道風阻影響，應注意避免可能出現的無風和反風現象。角聯網路的特性如下（圖3）：角聯分支ab的風流方向不穩定，當ab分支無風流流動時 R1/R2=R3/R4；當ab分支風流為b向a時，R1/R2＞R3/R4；當ab分支風流為a向b時，R1/R2＜R3/R4。

3 礦井通風網絡穩定性分析

3.1 礦井通風系統的穩定性分析

影響礦井安全生產的諸多因素決定了礦井通風系統。根據相關因素把礦井通風系統劃分為不同類型。根據瓦斯、煤層自燃和高溫等影響礦井生產安全的主要因素對礦井通風系統的要求，為了便于管理、設計和檢查，把礦井通風系統分為一般型、降溫型、防火型、排放瓦斯型、防火及降溫型、排放瓦斯及降溫型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯與防火及降溫型幾種，依次為1～8這八個等級。礦井通風方式有串聯通風和并連通風兩種。

礦井通風方法以風流獲得的動力來源不同，可分為自然通風和機械通風兩種。1）自然通風：利用自然氣壓產生的通風動力，致使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做自然通風。自然風壓一般都比較小，且不穩定，所以《煤礦安全規程》規定：每一礦井都必須采用機械通風；2）機械通風：利用扇風機運轉產生的通風動力，致使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做機械通風。采用機械通風的礦井，自然風壓也是始終存在的，并在各個時期內影響著礦井的通風工作，在通風管理工作中應給予充分重視，特別是高瓦斯礦井尤應注意。

3.2 影響風流穩定性的因素

僅由串、并聯組成的風網，其穩定性強；角聯風網，其對角分支的風流易出現不穩定；在角聯風網中，邊緣分支的風阻變化可能引起角聯分支風流改變；在實際生產礦井，大多數采掘工作面都是在角聯分支中。應采取安裝調風設施的措施，保證風流的穩定性。

礦井風網內主要通風機、輔助通風機數量和性能的變化，不僅會使風網內其他分支風量也發生變化，而且會引起風機所在巷道的風量變化，并影響風網內其他風機的工況點。具體如下：1）單主要通風機風網，當主要通風機性能發生變化時，風網內各分支風量按主要通風機風量變化的趨勢和比率而變化；2）多主要通風機風網內，即使分支風阻和風網結構不變，當某主要通風機性能發生變化時，由于各主要通風機風量配置和風網總風量發生了變化，因此，各主要通風機的風網總風阻與工作風阻也有所變化。

4 結論

礦井通風系統是否穩定與煤礦企業的經濟效益有著密切的聯系，同樣，穩定的通風系統也決定著礦井的抗災能力的高低。影響礦井的通風系統穩定性的因素有很多，如上文所述，通風系統的安裝、通風方法的選擇，有無瓦斯巡檢系統，都會對通風系統的穩定性產生重大的影響。

現代煤礦礦井的通風系統應當具備通風系統簡單有效，阻力分布合理的特點，不論是在礦井的設計階段還是投入生產的階段，都必須盡可能的保證通風系統的穩定性，從而達到煤礦礦井安全生產的最終目的。

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