礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性的研究

張建華

霍州煤電集團(tuán)三交河煤礦，山西 霍州 031400

1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念及分類

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由縱橫交錯(cuò)的井巷構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。用圖論的方法對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行抽象描述，把通風(fēng)系統(tǒng)變成一個(gè)由線、點(diǎn)及其屬性組成的系統(tǒng)，稱為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基本形式分為：串聯(lián)風(fēng)路，并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，礦井復(fù)雜風(fēng)網(wǎng)都由此三種基本形式組成。

2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基本形式及特性

礦井空氣在井巷中流動時(shí)，風(fēng)流分岔、匯合線路的結(jié)構(gòu)形式，稱為通風(fēng)網(wǎng)路。用直觀的幾何圖形來表示通風(fēng)網(wǎng)路就得到通風(fēng)網(wǎng)路圖。通風(fēng)網(wǎng)路可以分為復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路和簡單通風(fēng)網(wǎng)路兩種。簡單通風(fēng)網(wǎng)路是僅由串聯(lián)和并聯(lián)組成的網(wǎng)路。含有角聯(lián)分支，通常是包含多條角聯(lián)分支的網(wǎng)路，稱為復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路。通風(fēng)網(wǎng)路中各風(fēng)路的風(fēng)量是按各自風(fēng)阻的大小自然分配的。串聯(lián)、并聯(lián)和角聯(lián)是三種通風(fēng)網(wǎng)路中各分支的基本聯(lián)接形式，不同的聯(lián)接形式具有不同的通風(fēng)特點(diǎn)和安全性能。

2.1 串聯(lián)通風(fēng)及其特性

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

2.2 并聯(lián)通風(fēng)及其特性

兩條或兩條以上的分支在某一節(jié)點(diǎn)分開后，又在另一節(jié)點(diǎn)匯合，其間無交叉分支時(shí)的通風(fēng)，稱為并聯(lián)通風(fēng)。并聯(lián)網(wǎng)路的特性如下（圖2）：風(fēng)量相加 Q=Q1+Q2+Q3+Q4；阻力相等h=h1=h2=h3=h4；風(fēng)阻小于任意分支之風(fēng)阻：

圖1

圖2

圖3

上述關(guān)系式表明：當(dāng)并聯(lián)網(wǎng)路的總風(fēng)量一定時(shí)，并聯(lián)網(wǎng)路的某分支所分配得到的風(fēng)量取決于并聯(lián)網(wǎng)路總風(fēng)阻與該分支風(fēng)阻之比。風(fēng)阻大的分支自然流入的風(fēng)量小，風(fēng)阻小的分支自然流入的風(fēng)量大。

2.3 角聯(lián)通風(fēng)及其特性

在兩條并聯(lián)巷道中間有一條聯(lián)絡(luò)巷道，使一側(cè)巷道與另一側(cè)巷道彼此相聯(lián)所構(gòu)成的網(wǎng)路。起聯(lián)結(jié)作用的巷道稱對角巷道，其余為邊緣巷道。對角巷道風(fēng)流方向不穩(wěn)定，它受邊緣巷道風(fēng)阻影響，應(yīng)注意避免可能出現(xiàn)的無風(fēng)和反風(fēng)現(xiàn)象。角聯(lián)網(wǎng)路的特性如下（圖3）：角聯(lián)分支ab的風(fēng)流方向不穩(wěn)定，當(dāng)ab分支無風(fēng)流流動時(shí) R1/R2=R3/R4；當(dāng)ab分支風(fēng)流為b向a時(shí)，R1/R2＞R3/R4；當(dāng)ab分支風(fēng)流為a向b時(shí)，R1/R2＜R3/R4。

3 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析

3.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

影響礦井安全生產(chǎn)的諸多因素決定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)因素把礦井通風(fēng)系統(tǒng)劃分為不同類型。根據(jù)瓦斯、煤層自燃和高溫等影響礦井生產(chǎn)安全的主要因素對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的要求，為了便于管理、設(shè)計(jì)和檢查，把礦井通風(fēng)系統(tǒng)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(gè)等級。礦井通風(fēng)方式有串聯(lián)通風(fēng)和并連通風(fēng)兩種。

礦井通風(fēng)方法以風(fēng)流獲得的動力來源不同，可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種。1）自然通風(fēng)：利用自然氣壓產(chǎn)生的通風(fēng)動力，致使空氣在井下巷道流動的通風(fēng)方法叫做自然通風(fēng)。自然風(fēng)壓一般都比較小，且不穩(wěn)定，所以《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：每一礦井都必須采用機(jī)械通風(fēng)；2）機(jī)械通風(fēng)：利用扇風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的通風(fēng)動力，致使空氣在井下巷道流動的通風(fēng)方法叫做機(jī)械通風(fēng)。采用機(jī)械通風(fēng)的礦井，自然風(fēng)壓也是始終存在的，并在各個(gè)時(shí)期內(nèi)影響著礦井的通風(fēng)工作，在通風(fēng)管理工作中應(yīng)給予充分重視，特別是高瓦斯礦井尤應(yīng)注意。

3.2 影響風(fēng)流穩(wěn)定性的因素

僅由串、并聯(lián)組成的風(fēng)網(wǎng)，其穩(wěn)定性強(qiáng)；角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，其對角分支的風(fēng)流易出現(xiàn)不穩(wěn)定；在角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)中，邊緣分支的風(fēng)阻變化可能引起角聯(lián)分支風(fēng)流改變；在實(shí)際生產(chǎn)礦井，大多數(shù)采掘工作面都是在角聯(lián)分支中。應(yīng)采取安裝調(diào)風(fēng)設(shè)施的措施，保證風(fēng)流的穩(wěn)定性。

礦井風(fēng)網(wǎng)內(nèi)主要通風(fēng)機(jī)、輔助通風(fēng)機(jī)數(shù)量和性能的變化，不僅會使風(fēng)網(wǎng)內(nèi)其他分支風(fēng)量也發(fā)生變化，而且會引起風(fēng)機(jī)所在巷道的風(fēng)量變化，并影響風(fēng)網(wǎng)內(nèi)其他風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。具體如下：1）單主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)網(wǎng)，當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)性能發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)網(wǎng)內(nèi)各分支風(fēng)量按主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化的趨勢和比率而變化；2）多主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)網(wǎng)內(nèi)，即使分支風(fēng)阻和風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)不變，當(dāng)某主要通風(fēng)機(jī)性能發(fā)生變化時(shí)，由于各主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量配置和風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)量發(fā)生了變化，因此，各主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)阻與工作風(fēng)阻也有所變化。

4 結(jié)論

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是否穩(wěn)定與煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著密切的聯(lián)系，同樣，穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)也決定著礦井的抗災(zāi)能力的高低。影響礦井的通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素有很多，如上文所述，通風(fēng)系統(tǒng)的安裝、通風(fēng)方法的選擇，有無瓦斯巡檢系統(tǒng)，都會對通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大的影響。

現(xiàn)代煤礦礦井的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備通風(fēng)系統(tǒng)簡單有效，阻力分布合理的特點(diǎn)，不論是在礦井的設(shè)計(jì)階段還是投入生產(chǎn)的階段，都必須盡可能的保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而達(dá)到煤礦礦井安全生產(chǎn)的最終目的。

[1]辛兵.礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造[J].同煤科技，2010(3)..

[2]景國勛，姚嶸，張甫仁.礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理性的灰色綜合評判[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2001(8)..

[3]薛河.礦井局部通風(fēng)系統(tǒng)可靠性定額的確定[J].煤炭工程師，1996(5)..

[4]程遠(yuǎn)國，王德明.礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1998(4)..