分析·
探讨
（2011－07）
·135·
对角式通风系统封闭型网络降阻分析
吴奉亮
（1．西安科技大学能源学院，陕西西安710054；2．西部矿井开采及灾害防治重点
实验室，陕西西安710054）
摘
“封闭型网络”要：用概念说明了玉华煤矿通风阻力增长过快的原因。通过对矿井通风系统
的调研，结合主要通风机对角并联运行的特点，分析了导致矿井通风阻力过高的原因，提出了解
决问题的措施。用网络解算预测了2个降阻措施的效果，结果显示通过打开一道密闭可有效降低南翼风机风压、解决风机的不稳定运行；通过降低北翼风机叶片安装角来调节两翼风量分配，在保证总风量不变的前提下两翼阻力都有较大下降。关键词：对角式通风系统；封闭型网络；通风阻力；降阻中图分类号：TD724
文献标志码：B
文章编号：1003－496X（2011）07－0135－04置调节设施，因此由各通路计算出的总阻力是不相
，等的，阻力最大的即为“最大阻力路线”为了保证风量的按需分配需要在阻力小的通路上安装构筑
以达到调风的目的。可见为使矿井总阻力尽量物，
“最大阻力路线”小，合理的上应不含通风构筑物。实际矿井的风网比较复杂，随着采掘关系的变“最大阻力路线”化也会发生变化。在“最大阻力路线”不易确定时，为提高风量调节工作效率，所有用这些通风构筑风点处不得不被迫设置通风构筑物，
物叠加在一起好比一个风窗安装在主要通风机口，将整个风网封闭起来。这将使原来的“最大阻力路
。线”的阻力增大，将这种风网称为“封闭型网络”封闭型风网在矿井通风容易时期影响并不明显，只
随着通风是表现为实际的通风阻力比设计的偏大，路线的增加，会出现矿井通风困难时期提前到来的
假象，若降阻措施不当，会给生产接续带来压力。可见从封闭型网络的产生来看，合理布置通风构筑物、
“最大阻力路线”保证的畅通是降低通风总阻力的一种措施。2
玉华煤矿通风系统概况
0引言
过高的矿井通风阻力不仅增加能耗还会造成风
〔1〕〔2〕
机的不稳定运行、增加采空区自燃的可能性。
〔3－4〕
。为此寻求低阻力的通风系统，一直倍受关注
对角式通风系统具有通风阻力稳定、安全出口多等
优点，但主要通风机对角并联运行时，相互之间的影响比较复杂，风网中风阻的改变、风机能力的变化往导致通风阻力增往引起风机工况的较大变化，〔5〕
且降阻困难。另一方面，为了调节风量方便，加，
在用风点前后往往需要设置通风构筑物，而构筑物
〔6〕
布置是否合理对矿井阻力有较大影响。以玉华煤矿通风系统为对象，对其通风阻力增长过快、阻力
分析了产生问题的各种原因过高的现状进行调研，
和解决措施，采用网络解算软件对通风系统现
状、各种降阻措施进行模拟。研究工作减少了大量的扩巷工程，为矿井降阻工作提供了科学保障和理论支持。1
封闭型网络的产生
〔7〕
矿井风网中从进风节点依风流方向到出风节点
在1个的1条路线叫做通路。根据通风网络理论，平衡的风网中，若不考虑自然风压，风流从任一进风节点流到同一出风点的不同通路中所克服的阻力是
相同的。在矿井通风设计中，为了确定矿井的通风阻力，假设各用风点的风量已按需分配，由于还未设
基金项目：陕西省教育厅科学研究计划资助项目（2010JK683）；西安科技大学博士科研启动基金资助项目（2010DJ003）
玉华煤矿是由小矿改造而来，课题研究开展的
前一年瓦斯等级鉴定结果为低瓦斯矿井，但矿井处在高瓦斯矿区，按高瓦斯管理，最近1年矿井通风阻力呈现过快增长的现象。图1是简化后的矿井通风系统示意图，矿井属近水平煤层、盘区式开采，目前
#
2#工作面均位于一盘区，生产的1、二盘区正处于开拓阶段，限于篇幅图中对硐室、其它用风点进行了高
·1
36·
（第42卷第7期）
分析·探讨
图1通风系统示意图
度简化。从图1中可见矿井共有主副井、南北风井4个进风井口，2个对角布置的风井分别位于井田的北两翼。盘区轨道大巷、皮带大巷为进风巷，第南、
第二回风巷分别与北风井、南风井联接形一回风巷、
成分区通风。南、北翼主要通风机型号分别为2K56－11№30、BDZ－8－№26，电机功率均为630kW。南翼
3
风机叶片角装角30°，主要通风机排风量5449m/min，南风井矿井通风阻力2775Pa。北回风井风机3叶片安装角32．5°，主要通风机排风量5759m/min，北风井通风阻力2650Pa。可见矿井通风阻力
深入的分析，采用网络解算软件对系统现状进行了
模拟。图2分别是南、北翼主要通风机运行工况的可见结果与实际情况吻合，风网基础参数解算结果，
南翼风机不可以用于后续计算分析。从图中可见，
仅阻力过高，且工况点已接近曲线上限，与现场观测
到的风机喘振相符；北翼风机阻力虽然也较高，但处于稳定运行区域。
3．2系统存在的主要问题
通过对通风系统的现场调研与网络解算结果的分析，得到导致系统阻力过高的主要原因如下：（1）矿井有效风量率过低。矿井的小系统是生产任务紧张来不及封闭造成的，虽对主要生产系统不存在直接的影响，但增加了矿井的总排风量，从而增加了通风阻力。
（2）“封闭型网络”的影响。主要表现在通风构筑物过多，从图中可见系统中所有用风点都有相应。的通风构筑物控制风量，系统属于“封闭型网络”
##2#工作面的接续关系分析，以1、在2工作面回采
##
前，最大通风阻力路线经过1工作面，但2工作面形成后，最大阻力路线便经过它，为此管理中为调风
过大，且现场观测已发现南翼风机已有偶发的喘振
现象，运行不稳定。
33
矿井总排风量为11208m/min（186．8m/s）。
#
2#采煤工作面的配风量均为按照设计要求，矿井1、
1400m3/min；掘进面全风压位置供风均为11003
m3/min，采掘工作面用风点共7200m/min。其它3
图1中小系用风地点及漏风量共计4008m/min，
统是对已采完工作面未完全封密区域的简化，其在3
系统中的总用风量达到3000m/min。
33．1
通风系统分析现状模拟
为保证对后续措施计算的准确性以及对现状有
的方便在所有用风点后都安设了风窗。
（3）通风构筑物布置不合理。3#、4#风窗一方面控制二盘区掘进工作面区域的过风量；另一方面调节掘进面污风在第一、第二回风巷中的分配。很明
分析·
探讨
（2011－07）
·137·
图2北翼风井主要通风机工况
显第一个作用是必须的。第二方面的作用是不希望
因为风流在2个回风巷中的自由分配被破坏，阻的，
力将增加。
（4）对角式通风系统在风量调节上的相互影响本身也使系统管理更加复杂，特别容易引起风机风压增高。4
降阻措施分析
（1）破坏封闭型网络、封闭小系统。从以上分析可知移除最大阻力路线上的通风构筑物可破坏“封闭型网络”，但同时也增加了风量调节的难度。
#对于本系统，恢复最大阻力路线应移除2风窗，但
#
这样一来2工作面风量必然增加，其它用风点风量
图33#、4#风窗合并为风门
（3）结合风机性能合理分配两翼风机排风量。
从两翼主要通风机性能曲线可知，南翼风机宜运行于风阻小的管网，北翼风机适于运行于风阻相对稍大的管网。由风机对角并联运行理论可知，各风机管网系统的总风阻不仅与各自负担管网的风阻有关还与风量分配有关。若通过减小北翼风机叶片安装角降低其排风量，虽会增加北翼总风阻，但北翼总阻力会降低；同时由于两翼风量分配的变化，会使南翼风机工作风阻降低、排风量增加，通风阻力进一步降
“打开2#密闭”低。用网络解算模拟同时与“调整北，翼风机叶片安装角到30°”得到两翼风机的工况如
图5，可见两翼阻力均有较大下降，而矿井总排风量
33为187．7m/s，与现状总排风量186．8m/s接近。
因此还要同时调节其它风窗过风量，故其就会减小，
调风工作量较大。封闭小系统降低矿井需风量，可为其它措施的实施创造条件。
（2）合理布置构筑物。仅从通风考虑可将3#、4#风窗合并为1个调节风门，如图3所示，但掘进中的运料与排渣（煤）须经由此处，而此处断面仅为8m2，安设风门以后给运输以及其它工作带来不便，4风窗。解决办法可在图1系统因此才设置了3、
##
4#风窗之后自由分中，将2密闭打开使风流在3、配于两回风巷。在保持封闭型网络的前提下，仅打
#
开2密闭后进行网络解算，两翼风机运行的工况如图4。可见南翼工况点已远离上限，通风阻力降低
3
213．2Pa，排风量增加9．5m/s；北翼风机排风量减
3
小6m/s，阻力增加125．3Pa，但仍位于稳定运行区
3
增加域。调节之后的矿井总排风量为193．5m/s，
#
#
5结语
针对玉华煤矿通风系统阻力过高的现状，分析
了封密型网络的概念及其产生的原因。结合对角式通风风机并联运行的特点，分析了玉华煤矿阻力过
3．5m3/s
。
·1
38·
（第42卷第7期）
分析·探讨
图42#密闭打开后南、
北翼工况
图5北翼风机叶片角为30°时两翼风机工况
〔J〕．煤炭学报，1995，20（1）：14－19．性规划解法
〔4〕王志亮，徐景德，周心权．矿井通风巷道最优断面的探
〔J〕．煤炭科学技术，2007，35（4）：100－103．讨
〔5〕何廷山．两翼对角式主要通风机联合运转的解析调节
〔J〕．矿业安全与环保，2005，32（6）：58－60．〔6〕张迎新，姚
－142．
〔7〕吴奉亮，周
澎，李
晖．基于智能对象的通风CAD模
〔J〕．煤炭科学技术，2009，37（5）：54－57．型研究
作者简介：吴奉亮（1977－），男，四川新都人，博士，讲师，在西安科技大学从事矿井通风与安全方面的教学与研究工作。
（收稿日期：2011－01－04；责任编辑：王福厚）
骅，孙久政．矿井通风系统中调节风窗作
〔J〕．中国安全生产科学技术，2008，4（3）：140用探析
#
“调整高的原因。采用网络解算对“打开2密闭”、
2个措施进行了模拟，北翼风机叶片安装角”模拟结
果显示所提措施可有效降低矿井通风阻力。
矿井实施措施后效果明显，避免了原计划的大量扩巷工程。实施措施（2）之后，南翼风机风压降
快速解决了风机不稳定运行的问题；低接近400Pa，
实施措施（3）之后，两翼风机风压下降均达到预期
效果。措施（1）为今后矿井通风管理提供了新思路。参考文献：
〔1〕张国枢，〔M〕．徐州：中国矿业刘泽功，等．通风安全学
2000．大学出版社，
〔2〕张海庆．平煤八矿自燃事故原因分析与对策〔J〕．中州
2009（1）：94－95．煤炭，
〔3〕黄元平，李湖生．矿井通风网络优化调节问题的非线
分析·
探讨
（2011－07）
·135·
对角式通风系统封闭型网络降阻分析
吴奉亮
（1．西安科技大学能源学院，陕西西安710054；2．西部矿井开采及灾害防治重点
实验室，陕西西安710054）
摘
“封闭型网络”要：用概念说明了玉华煤矿通风阻力增长过快的原因。通过对矿井通风系统
的调研，结合主要通风机对角并联运行的特点，分析了导致矿井通风阻力过高的原因，提出了解
决问题的措施。用网络解算预测了2个降阻措施的效果，结果显示通过打开一道密闭可有效降低南翼风机风压、解决风机的不稳定运行；通过降低北翼风机叶片安装角来调节两翼风量分配，在保证总风量不变的前提下两翼阻力都有较大下降。关键词：对角式通风系统；封闭型网络；通风阻力；降阻中图分类号：TD724
文献标志码：B
文章编号：1003－496X（2011）07－0135－04置调节设施，因此由各通路计算出的总阻力是不相
，等的，阻力最大的即为“最大阻力路线”为了保证风量的按需分配需要在阻力小的通路上安装构筑
以达到调风的目的。可见为使矿井总阻力尽量物，
“最大阻力路线”小，合理的上应不含通风构筑物。实际矿井的风网比较复杂，随着采掘关系的变“最大阻力路线”化也会发生变化。在“最大阻力路线”不易确定时，为提高风量调节工作效率，所有用这些通风构筑风点处不得不被迫设置通风构筑物，
物叠加在一起好比一个风窗安装在主要通风机口，将整个风网封闭起来。这将使原来的“最大阻力路
。线”的阻力增大，将这种风网称为“封闭型网络”封闭型风网在矿井通风容易时期影响并不明显，只
随着通风是表现为实际的通风阻力比设计的偏大，路线的增加，会出现矿井通风困难时期提前到来的
假象，若降阻措施不当，会给生产接续带来压力。可见从封闭型网络的产生来看，合理布置通风构筑物、
“最大阻力路线”保证的畅通是降低通风总阻力的一种措施。2
玉华煤矿通风系统概况
0引言
过高的矿井通风阻力不仅增加能耗还会造成风
〔1〕〔2〕
机的不稳定运行、增加采空区自燃的可能性。
〔3－4〕
。为此寻求低阻力的通风系统，一直倍受关注
对角式通风系统具有通风阻力稳定、安全出口多等
优点，但主要通风机对角并联运行时，相互之间的影响比较复杂，风网中风阻的改变、风机能力的变化往导致通风阻力增往引起风机工况的较大变化，〔5〕
且降阻困难。另一方面，为了调节风量方便，加，
在用风点前后往往需要设置通风构筑物，而构筑物
〔6〕
布置是否合理对矿井阻力有较大影响。以玉华煤矿通风系统为对象，对其通风阻力增长过快、阻力
分析了产生问题的各种原因过高的现状进行调研，
和解决措施，采用网络解算软件对通风系统现
状、各种降阻措施进行模拟。研究工作减少了大量的扩巷工程，为矿井降阻工作提供了科学保障和理论支持。1
封闭型网络的产生
〔7〕
矿井风网中从进风节点依风流方向到出风节点
在1个的1条路线叫做通路。根据通风网络理论，平衡的风网中，若不考虑自然风压，风流从任一进风节点流到同一出风点的不同通路中所克服的阻力是
相同的。在矿井通风设计中，为了确定矿井的通风阻力，假设各用风点的风量已按需分配，由于还未设
基金项目：陕西省教育厅科学研究计划资助项目（2010JK683）；西安科技大学博士科研启动基金资助项目（2010DJ003）
玉华煤矿是由小矿改造而来，课题研究开展的
前一年瓦斯等级鉴定结果为低瓦斯矿井，但矿井处在高瓦斯矿区，按高瓦斯管理，最近1年矿井通风阻力呈现过快增长的现象。图1是简化后的矿井通风系统示意图，矿井属近水平煤层、盘区式开采，目前
#
2#工作面均位于一盘区，生产的1、二盘区正处于开拓阶段，限于篇幅图中对硐室、其它用风点进行了高
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（第42卷第7期）
分析·探讨
图1通风系统示意图
度简化。从图1中可见矿井共有主副井、南北风井4个进风井口，2个对角布置的风井分别位于井田的北两翼。盘区轨道大巷、皮带大巷为进风巷，第南、
第二回风巷分别与北风井、南风井联接形一回风巷、
成分区通风。南、北翼主要通风机型号分别为2K56－11№30、BDZ－8－№26，电机功率均为630kW。南翼
3
风机叶片角装角30°，主要通风机排风量5449m/min，南风井矿井通风阻力2775Pa。北回风井风机3叶片安装角32．5°，主要通风机排风量5759m/min，北风井通风阻力2650Pa。可见矿井通风阻力
深入的分析，采用网络解算软件对系统现状进行了
模拟。图2分别是南、北翼主要通风机运行工况的可见结果与实际情况吻合，风网基础参数解算结果，
南翼风机不可以用于后续计算分析。从图中可见，
仅阻力过高，且工况点已接近曲线上限，与现场观测
到的风机喘振相符；北翼风机阻力虽然也较高，但处于稳定运行区域。
3．2系统存在的主要问题
通过对通风系统的现场调研与网络解算结果的分析，得到导致系统阻力过高的主要原因如下：（1）矿井有效风量率过低。矿井的小系统是生产任务紧张来不及封闭造成的，虽对主要生产系统不存在直接的影响，但增加了矿井的总排风量，从而增加了通风阻力。
（2）“封闭型网络”的影响。主要表现在通风构筑物过多，从图中可见系统中所有用风点都有相应。的通风构筑物控制风量，系统属于“封闭型网络”
##2#工作面的接续关系分析，以1、在2工作面回采
##
前，最大通风阻力路线经过1工作面，但2工作面形成后，最大阻力路线便经过它，为此管理中为调风
过大，且现场观测已发现南翼风机已有偶发的喘振
现象，运行不稳定。
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矿井总排风量为11208m/min（186．8m/s）。
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2#采煤工作面的配风量均为按照设计要求，矿井1、
1400m3/min；掘进面全风压位置供风均为11003
m3/min，采掘工作面用风点共7200m/min。其它3
图1中小系用风地点及漏风量共计4008m/min，
统是对已采完工作面未完全封密区域的简化，其在3
系统中的总用风量达到3000m/min。
33．1
通风系统分析现状模拟
为保证对后续措施计算的准确性以及对现状有
的方便在所有用风点后都安设了风窗。
（3）通风构筑物布置不合理。3#、4#风窗一方面控制二盘区掘进工作面区域的过风量；另一方面调节掘进面污风在第一、第二回风巷中的分配。很明
分析·
探讨
（2011－07）
·137·
图2北翼风井主要通风机工况
显第一个作用是必须的。第二方面的作用是不希望
因为风流在2个回风巷中的自由分配被破坏，阻的，
力将增加。
（4）对角式通风系统在风量调节上的相互影响本身也使系统管理更加复杂，特别容易引起风机风压增高。4
降阻措施分析
（1）破坏封闭型网络、封闭小系统。从以上分析可知移除最大阻力路线上的通风构筑物可破坏“封闭型网络”，但同时也增加了风量调节的难度。
#对于本系统，恢复最大阻力路线应移除2风窗，但
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这样一来2工作面风量必然增加，其它用风点风量
图33#、4#风窗合并为风门
（3）结合风机性能合理分配两翼风机排风量。
从两翼主要通风机性能曲线可知，南翼风机宜运行于风阻小的管网，北翼风机适于运行于风阻相对稍大的管网。由风机对角并联运行理论可知，各风机管网系统的总风阻不仅与各自负担管网的风阻有关还与风量分配有关。若通过减小北翼风机叶片安装角降低其排风量，虽会增加北翼总风阻，但北翼总阻力会降低；同时由于两翼风量分配的变化，会使南翼风机工作风阻降低、排风量增加，通风阻力进一步降
“打开2#密闭”低。用网络解算模拟同时与“调整北，翼风机叶片安装角到30°”得到两翼风机的工况如
图5，可见两翼阻力均有较大下降，而矿井总排风量
33为187．7m/s，与现状总排风量186．8m/s接近。
因此还要同时调节其它风窗过风量，故其就会减小，
调风工作量较大。封闭小系统降低矿井需风量，可为其它措施的实施创造条件。
（2）合理布置构筑物。仅从通风考虑可将3#、4#风窗合并为1个调节风门，如图3所示，但掘进中的运料与排渣（煤）须经由此处，而此处断面仅为8m2，安设风门以后给运输以及其它工作带来不便，4风窗。解决办法可在图1系统因此才设置了3、
##
4#风窗之后自由分中，将2密闭打开使风流在3、配于两回风巷。在保持封闭型网络的前提下，仅打
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开2密闭后进行网络解算，两翼风机运行的工况如图4。可见南翼工况点已远离上限，通风阻力降低
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213．2Pa，排风量增加9．5m/s；北翼风机排风量减
3
小6m/s，阻力增加125．3Pa，但仍位于稳定运行区
3
增加域。调节之后的矿井总排风量为193．5m/s，
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5结语
针对玉华煤矿通风系统阻力过高的现状，分析
了封密型网络的概念及其产生的原因。结合对角式通风风机并联运行的特点，分析了玉华煤矿阻力过
3．5m3/s
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（第42卷第7期）
分析·探讨
图42#密闭打开后南、
北翼工况
图5北翼风机叶片角为30°时两翼风机工况
〔J〕．煤炭学报，1995，20（1）：14－19．性规划解法
〔4〕王志亮，徐景德，周心权．矿井通风巷道最优断面的探
〔J〕．煤炭科学技术，2007，35（4）：100－103．讨
〔5〕何廷山．两翼对角式主要通风机联合运转的解析调节
〔J〕．矿业安全与环保，2005，32（6）：58－60．〔6〕张迎新，姚
－142．
〔7〕吴奉亮，周
澎，李
晖．基于智能对象的通风CAD模
〔J〕．煤炭科学技术，2009，37（5）：54－57．型研究
作者简介：吴奉亮（1977－），男，四川新都人，博士，讲师，在西安科技大学从事矿井通风与安全方面的教学与研究工作。
（收稿日期：2011－01－04；责任编辑：王福厚）
骅，孙久政．矿井通风系统中调节风窗作
〔J〕．中国安全生产科学技术，2008，4（3）：140用探析
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“调整高的原因。采用网络解算对“打开2密闭”、
2个措施进行了模拟，北翼风机叶片安装角”模拟结
果显示所提措施可有效降低矿井通风阻力。
矿井实施措施后效果明显，避免了原计划的大量扩巷工程。实施措施（2）之后，南翼风机风压降
快速解决了风机不稳定运行的问题；低接近400Pa，
实施措施（3）之后，两翼风机风压下降均达到预期
效果。措施（1）为今后矿井通风管理提供了新思路。参考文献：
〔1〕张国枢，〔M〕．徐州：中国矿业刘泽功，等．通风安全学
2000．大学出版社，
〔2〕张海庆．平煤八矿自燃事故原因分析与对策〔J〕．中州
2009（1）：94－95．煤炭，
〔3〕黄元平，李湖生．矿井通风网络优化调节问题的非线