多风井通风矿井各主扇风叶角度的选择计算

李益海

（汾西矿业集团公司安监局，山西 介休 032000）

·问题探讨·

多风井通风矿井各主扇风叶角度的选择计算

李益海

（汾西矿业集团公司安监局，山西 介休 032000）

目前，新建的大型矿井和改扩建矿井多数采用多风井分区通风。在多风井生产矿井中，各采区采掘工作面数量随着产量的变化不断增减，相应各采区的风量就必须重新进行调配，致使各风井主扇的工况点也必须改变。然而，各主扇叶角调转多少度数才能使各采区达到预定的风量和阻力，这是当前亟待解决的一个课题。通过实例，运用数学解析法可在短时间内计算得出准确合理的结果，从而找到准确的主扇风叶角度，做到各采区风量的合理分配。从而避免采取人工试调风机叶角或其它方法无法准确解算造成的风量浪费或风量不足的现象，使矿井通风科学合理。

多风井矿井；主扇风叶；角度调整计算

目前，新建的大型矿井和改扩建矿井多数采用多风井分区通风。有些生产矿井是采用直接调试各主扇叶角的办法逐步进行试探。但多风井矿井各风井风量之间的关系是一个复杂的函数关系，直接调试的办法很难奏效，甚至是不可能的。有些矿井却采用单一风井的计算办法逐个计算各风井的通风参数，然后再粗略选一下叶角。矿井风量根本做不到合理分配，易造成风量管理混乱，同时在矿井通风费用方面也造成巨大的浪费。所以，关键是如何根据各采区计划风量和通风阻力，通过计算，甄选出各主扇合宜的风叶角度，一次准确地调转成功，科学管理矿井通风系统，提高矿井经济效益。

1 目前多风井联合运行通风解算存在的问题

多风井联合运行的解算问题，在矿井通风学科中，迄今仍停留在图解法的领域中。且仅能图解公用段简单的两个风井通风的矿井。实践证明，图解法并不简便，对于两个风井通风的矿井，用图解法需描绘8条曲线，若试选三组叶角（两主扇各选一种叶角作为一组）就要描绘24条曲线，若3个风井或4个风井通风，又该画多少曲线呢？图例就象蜘蛛网一样繁复，比解析法要费工费时，且精度又差。矿井公用进风段网路若复杂时，图解法就无能为力了。显然，通风数字电子计算机的产生，对采用数学解析法提供了极其便利的条件，在短时间内可以试算几种方案。多风井公用段网路无论如何复杂都能迎刃而解。

2 用数学解析法计算多风井矿井主扇的风叶角度

现以汾西矿业集团公司高阳矿为例，采用数学解析法来选择计算南北两风井主扇的叶角。

2．1 解算方法阐述

该矿井为年产300万t的大型矿井，一个共用进风井，两个回风井，即南风井和北风井。南风井承担一采区通风，北风井承担二、三采区通风，见图1。

图1 高阳矿风网示意图

设：共用进风井AB摩擦风阻为R；

一采区BCE摩擦风阻为r1，风量为x；

二、三采区BDF摩擦风阴为r2，风量为y。

南风井主扇近似方程为：

北风并主扇近似方程为：

一采区ABCE井巷摩擦阻力H＇为：

二、三采区ABDF井巷摩擦阻力h＇为：

因主扇负压和井巷摩擦阻力相等，

得：联立方程组

这是二元二次非线性联立方程组。关键是如何用简便的方法来解算这个非线性联立方程组，若用一般代入法，就变成一繁复冗长的四次方程式，解算甚为困难。若采用如下解法较为简便，即将非线性问题线性化，由近似解来求精确解的方法。

设有联立非线性方程组：

若P0（x0，y0）是方程组的一组近似解，需要求得更精确的解。

这两个二元函数在P0点的线性近似公式是：

其中偏导数取P0点的值。在P0点附近（2）近似方程组是：

设系数行列式：

则（3）的解法记作（x1、y1）

式中：

u0=u（x0，y0），v0=v（x0，y0），导数取在P0点的值。

设Pn为（xn，yn），则从（xn，yn）算出（xn+1，yn+1）的选代公式是：

式中：

un=u（xn，yn），vn=v（xn，yn），Jn是导数行列式在Pn点的值，导数取在Pn点的值。

有了上述计算公式，就可试选一组主扇风叶角度，查出对应的曲线方程，以及巷道的摩擦风阻值（已知数据查表可得出），便可计算各主扇的风量和负压。若第一次计算结果和预计值对比偏差较大，即可用选代法代入上述公式再次进行计算，直到满足所要求的精度为止。

2．2 解算实例

现以高阳矿为例计算如下：

已知：一采区需配风量65 m3/s，二、三采区需配风量64．83 m3/s，共用进风井AB的摩擦风阻R= 0．005 kμ，一采区巷道BCE摩擦风阻r1=0．019 79 kμ，二、三采区巷道BDF摩擦风阻r2=0．024 79 kμ，该矿井为抽出式通风。北风井主扇型号为70B2-21№18，转速n=1 000 r/min。南风井主扇型号为70B2-21№24，转速n=750 r/min。

试选两主扇风叶角度扭多大角度才能满足计划风量。

先试选南风井主扇风叶角度θ1=35°，其特性曲线近似方程为：

试选北风井主扇风叶角度θ1=20°，其特性曲线近似方程为：

代入（1）式得：

该方程组的解（x，y）必须是正数。风量x和y应分别在规定的数域（46＜x≤63）和（49＜y≤57）之内，如图2，严禁超过T点进入驼峰区。

图2 特性曲线图

若方程组的解（x，y）在驼峰区或为负值，便可断定该组风叶不能联合运转，需再试选。若x＞63，y＞55，两主扇风叶能联合运转，但主扇效率低些。

所以，选择计算的目的就是，使两主扇在联合运转时，排风量（x，y）值既在规定的值域内，又满足计划风量的要求。

在规定的数域内任选一组值P0（x0，y0）作为方程组（6）的近似解，为使选代计算收敛速度快一些，取中间值P0（55，53）为方程组（6）的近似解，以此为出发点来求具体精确解。系数行列式为：

从P0（55，53）出发，（代入（6）式）然后，由（4）式求出两主扇的风量为：

用选代法，再从P1（x1，y1）出发，求算P2（x2，y2），即将P1（x1，y1）再代入上述公式，即可求出P2（65．91，65．54）。

该计算结果基本符合计划风量，两主扇所选的风叶角度能联合运转。若不符合要求，可再选一组风叶角度，查出近似方程式，按上述方法重新计算。用计算器就能很快算出结果。

同理，对于两个以上的通风井矿井，均可按上述方法进行计算。

3 结束语

通过以上实例解算可见，运用数学解析法进行多风井通风矿井主扇风叶角度的选择计算比运用传统的图解法要简便快捷的多，在计算机早已普及的今天，对复杂通风系统中多风井风机叶角的选择计算更是提供了极大的便利。采用这种方法可在短时间内计算得出准确合理的结果，从而找到准确的主扇风叶角度，做到各采区风量的合理分配。从而避免采取人工试调风机叶角或其它方法无法准确解算造成的风量浪费或风量不足的现象，使矿井通风科学合理。

［1］郭庆力．关于煤矿主扇风叶角度调整的自动化研究［J］．科技风，2011（22）：56-57．

［2］李褚国，潘来勇．浅谈局扇在矿井通风系统中的辅助作用［J］．山东煤炭科技，2011（1）：12-14．

Selection and Calculation on Each Main Fan Blades Angle of Many Airshaft Ventilated Mine

Li Yi-hai

At present，the newly built large mines and the most of reorganization and expansion mines use many airshaft unit ventilation．In many airshaft production mine，the number of working face in each mining area along with the change of yield continuously increase and decrease，correspondingly air volume of each mining area must redeploy，the working point of each airshaft main fan also must change．However，the main blades angle how adjustment can make the mining area reach scheduled air volume and resistance，it is a subject urgently to be solved in current．Through the example，using mathematical analytical method in a short period of time to calculate reasonably accurate results，so as to find out the exact main fan blade angle，reasonably allot the air volume of the mining area．Thus avoid using artificial test the fan blade angle or other method，cannot accurately calculate，caused air waste or insufficient air flow phenomenon，make the mine ventilation achieve science and reasonable．

Many airshaft mine；Main fan blades；Angle adjustment calculation

TD441

A

1672-0652（2013）07-0047-03

2013-05-10

李益海（1962—），男，山西孝义人，1988年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事采矿与通风安全管理研究工作（E-mail）hyzfmkj＠sina．com