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礦井通風網絡調節方法

發布時間:2021-05-21來源:本站原創作者:眾信通點擊:

以自然的風網結構和分支風阻求解風網內風量分配的過程,稱為自然分風計算。

在礦井通風網絡中,用風地點的風量必須按需要供給,而風量的自然分配一般不可能正好滿足全部需風的要求,故必須進行風量調節。

目前,在國內對于在主扇的作用下新鮮風流不能達到工作地點或通風網絡中出現漏風、風流短路、風流循環等問題時,一般是人工采取措施對風流的大小和方向進行調控。控制風流的措施主要有通風構筑物、輔扇、引射器等。

礦井通風網絡調節方法如下圖:

一、隔斷風流

井下隔斷風流的方法主要有風門、風墻等。風墻一般設置在無行人和車輛通行的巷道中隔斷風流,作為永久的通風構筑物;而風門是設置在既需要隔斷風流,又需要行人或通車的巷道中。

在回風道中,只行人不通車或通車不多的地方,可構筑普通風門;而在行車比較頻繁的主要運輸巷道上,則一般是設置自動風門。但此風門容易損壞,需要經常更換和維修;若通風管理工作跟不上,則經常導致風門常開或失效,難以控制井下的風流。

二、并聯網絡的風流調節

并聯網絡的風流調節方法有增阻法、減阻法及增壓法等,調節措施主要有風窗、輔扇、引射器等。

1、增阻調節法。增阻調節是在并聯網絡中以阻力大的風道的阻力值為依據,在各阻力小的風道中增加一個局部阻力,使兩并聯風路的阻力達到平衡,以保證風路的風量按需供給。通常采用風窗來實現增阻調節。

2、降阻調節法。降阻調節法是以阻力較小風路的阻力值為基礎,降低阻力大的風路的風阻值,以使并聯網路中各風路的阻力平衡。風路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考慮降低局部風阻。摩擦風阻與摩擦阻力系數成正比,與風路斷面積的三次方成反比。

因此降低摩擦風阻的主要方法是改變支護類型(即改變摩擦阻力系數 )或擴大巷道的斷面積。此方法能使礦井總風阻減少,但工程費較高。為此,在老礦山可以通過利用廢舊巷道形成并聯或角聯的通風網絡,以達到降低風阻的目的。

3、輔扇調節法。

當并聯網路中兩并聯風路的阻力相差懸殊,用增阻或減阻調節均不合理或不經濟時,可在風量不足的風路中安設輔扇,以提高克服該風路阻力的通風動力,從而達到調節風量的目的。用輔扇調節時,應將輔扇安設在阻力大的風路中,且輔扇所造成的有效壓力應等于兩并聯風路的阻力差值。輔扇的風量應等于該風路需通過的風量。

三、復雜網路的風量調節

由于井下巷道繁多、結構復雜,往往某一并聯網路的風量經過調節能達到要求,但網路中其他些風路的風量不一定能滿足需要。所以對于復雜通風網路,為滿足各條風路的需風量必須進行全面調節。

復雜通風網路中,在入風口到排風口的諸多風路中,按需風量和原有風阻計算出的阻力值,必然存在一條阻力最大的路線,即阻力最大路線。采用風窗調節方法時,只要在這條路線的各巷道上不再增加風阻,僅在其余風路增加風阻,使網孔的風壓平衡,即可達到優化調節的目的,符合該種調節方法的功耗最小。同一通風網絡,有多個調節方案,只要在最大阻力路線上不加風阻,這些方案在功耗上是等價的。同樣是優化調節方案,但輔扇調節法的總功耗比風窗調節法的總功耗更低。

四、礦井總風量的調節

在礦井開采過程中,由于礦井產量和開采條件的變化,常常需要按要求對礦并總風量進行調節。總風量調節的措施是通過改變風機工作特性或改變礦井網路的風阻特性來改變主扇風機的工況點。

1、改變風機工作特性的方法

①改變風機轉數。當礦井風阻不變時,風機產生的風量、風壓及功率分別與風機轉數的一次、二次和三次方成正比。

②改變風機葉片安裝角。風機葉片安裝角度越大,風量、風壓越高,反之越小。這種調節方法較為方便,效果也較好,被廣泛應用。

③改變風機的葉輪數和葉片數。

④改變風機的前導器的葉片角度。改變前導器的葉片角度可以改變動輪入口的風流速度,從而改變風機產生的壓力。但由于風流通過前導器時有風壓損失,使風機效率降低。為了避免效率降低太多,用前導器調節范圍不宜過大,只能作輔助調節之用。

2、改變礦井的風阻特性

礦井風阻特性可通過改變巷道斷面、支護形式及用調節閘門來實現,即降阻或增阻調節。如圖所示,若風機特性曲線不變,礦井風阻分別為R、R1、R2 時,工況點分別為 M、M1、M2,將產生不同風量和風壓。當風機的供風量大于實際需風量時,可增加礦井總風阻,使風量減少。當風機的供風量小于實際需風量時,應減小礦井風阻,提高總風量。

在風機個體特性曲線上改變風阻調節風量示意圖

礦井降阻的主要對象是總進風道和總回風道。降阻調節的主要措施是擴大巷道斷面,改變支護型式或增加并聯風道。實踐證明,降低某些風速較高地區局部阻力物的風阻(例如風橋、風硐或其他堵塞的風道),對提高礦井的總風量能起到重要作用。

五、礦井通風工程技術中的優化問題簡介

礦井通風工程最優化問題由來已久。在 20 世紀40 年代計算機還未出現以前,一切工程技術問題的求解都依靠人工計算完成,能夠解決的問題一般較簡單。例如一條巷道斷面的最優化,或憑經驗選擇一條最大阻力路線進行通風設計;通風機設備優選也是靠通風設計師手頭上掌握的設備資料,采用人工嘗試法逐個篩選。直到 20 世紀 40 年代中期,隨著電子計算機出現乃至整個計算數學領域的發展,才為最優化方法開辟了更加廣闊的天地,特別是出現了一些較為有效的非線性規劃方法。20 世紀 80 年代以后,最優化技術在礦井通風工程領域才真正開始了卓有成效的應用研究。歸納起來有以下幾個方面 :

1、礦井通風網絡設計優化。如在保證礦井需要風量的前提下,求使通風巷道的掘進費、維護費和通風電費總和為最小的巷道最優斷面以及相應的礦井最優風壓值。

2、通風網絡調節優化。如當網絡中各分支的風阻為已知、各分支的風量都已給定或已計算出來之后,如何確定通風機的最優風壓值和各調節設施的最佳位置及參數,使得礦井通風總功率為最小。

3、通風網絡風量分配優化。如當網絡中各分支的風阻已知、主要用風地點的風量已給定之后,如何求網絡中其余分支的最優風量值,以使得礦井通風總功率為最小。

4、通風機優選。如當風機所需擔負的風壓和風量為已知時、如何選擇滿足礦井通風要求且通風功率最小的風機。

上述 2、3 問題的聯合,稱為礦井通風網絡優化調節問題。

眾所周知,對于一般工程系統設計選型,通常要遵循技術可行、經濟合理和安全可靠的原則,而礦井通風系統選擇當然也不例外,具體要求如下:

① 滿足生產和安全的需要 ;

② 創造良好的通風條件 ;

③ 通風網絡簡單可靠、阻力小,風流易于控制和調節;

④ 通風設施少,便于維護和管理 ;

⑤ 抗災能力強;

⑥ 井巷工程量小,易于施工和維護。





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