矿业快报 Serial No. 448 EXPRESS IN FORMA T ION 总 第 448 期 2006年 9 月 第 9 期 Sep tem ber. 2006 O F M IN IN G INDU STRY 控 制 通 风 网 络 中 单 向 回 路 影 响 程 度 的 方 法 探 讨 赵 千 里高谦 (北 京 科 技 大 学 ) 　 摘要 : 通 风 网 络 中 有 单 向 回 路 存 在 时 , 其 节 点 风 量 平 衡 定 律 和 回 路 阻 力 平 衡 定 律 仍 然 成 立 , 但 寻 找 通 路 本 身 在 内 的 一 切 基 于 通 路 概 念 的 算 法 都 将 失 效 , 如 网 络 调 节 通 路 法 、自 然 分 风 算 法 中 计 算 机 自 动 赋 风 量 初 始 值 通 路 法 、网 络 极 值 流 独 立 通 路 法 、角 联 结 构 判 别 通 路 法 、网 络 简 化 通 路 法 等 。 文 中 主 要 对 控 制 通 风 网 络 中 单 向 回 路 影 响 程 度 的 方 法 进 行 探 讨 。 关 键 词 : 通 风 网 络 ; 单 向 回 路 ; 影 响 程 度 ; 通 路 算 法 ; 研 究 探 讨 中 图 分 类 号 : TD 725　文 献 标 识 码 : A文 章 编 号 : 100925683 (2006) 0920018203 D iscussion on M ethod to Con trol Inf luence D egree of One- way C ircuit in Ven tilation Network Zhao Q ianli　 Gao Q ian (U niversity of Science & Techno logy Beijing) Abstract: A s there is a one- w ay circuit in the ventilation netwo rk, the law of panel po int air balance and the law of resistance balance of the ventilation netwo rk are still wo rkable. How ever, all access concep t based algo rithm s including looking fo r access itself becom e invalid, such as netwo rk adjustm ent access m ethod, access m ethod of air initial value assignm ent by computer autom atically in natural air distribution algo rithm , independent access m ethod of netwo rk WWW.KY114.CN extrem um flow , access m ethod of diagonal structure distinguishing, netwo rk simp lifying access m ethod, etc. The above access m ethods are all based on the access algo rithm. The m ethod to contro l influence degree of one2w ay circuit in the ventilation netwo rk is discussed in this paper. Keywords: V entilation netwo rk; one2w ay circuit; Influence degree; A ccess algo rithm; R esearch and discussion 1 问 题 的 提 出 某 有 色 金 属 矿 井 采 用 地 面 主 扇 集 中 抽 出 式 通 风 方 式 , 简 化 的 通 风 网 络 见 图 1, e 1 和 e11风 路 是 进 风 井 , e 10风 路 是 回 风 井 , 扇 风 机 特 性 曲 线 为 : 2 = 3134. 638 - 2. 547q + 0. 2543q - 717252 总 - 4 3 - 5 4 - 8 5 q - 1. 3723总 10 q + 4. 0311总 10 q 1 h 1 f 0 通 风 系 统 各 风 路 的 主 要 参 数 见 表 1, 其 中 风 量 1 是 集 中 通 风 方 式 的 风 量 值 。 如 果 将 地 面 主 扇 撤 掉 并 移 到 风 路 , 变 成 井 下 机 站 通 风 方 式 , 假 设 扇 风 机 特 性 不 变 , 则 风 路 风 量 值 变 化 见 表 1 中 的 风 量 2。 对 比 风 图 1　 通 风 网 络 图 金 川 集 团 公 司 二 矿 区 、 南 京 梅 山 铁 矿 等 国 内 外 许 多 矿 井 均 采 用 多 级 机 站 通 风 方 式 。 该 通 风 方 式 具 有 节 约 能 源 , 调 节 方 便 , 管 理 简 单 等 优 点 , 越 来 越 受 到 重 视 和 推 广 。 但 是 如 果 机 站 位 置 或 风 机 功 率 选 择 不 合 理 , 往 往 会 导 致 机 站 风 路 的 旁 侧 风 路 发 生 风 流 逆 转 。 该 现 象 在 金 川 二 矿 区 非 常 突 出 , 以 该 矿 TB8 机 站 为 例 , 东 西 副 井 1200～ 1150 段 、主 斜 坡 道 1150 量 1 和 风 量 2, 看 出 机 站 风 路 e 的 风 流 方 向 发 生 变 化 , 并 形 成 了 单 向 回 路 : e → e → e 。 从 表 1 中 还 可 以 看 出 , 通 风 方 式 改 变 后 , 系 统 的 总 风 量 由 99. 473m ös下 降 到 34. 185m ös。 4 的 旁 侧 风 路 e 5 、e 7 、e 8 、e 9 4 → e 9 → e 8 5 4 3 3 　 赵 千 里 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30 号 。 1 8 　 赵 千 里高谦 : 控 制 通 风 网 络 中 单 向 回 路 影 响 程 度 的 方 法 探 讨 2006 年 9 月 第 9 期 段 、以 及 1150 无 轨 运 输 道 都 是 TB8 的 旁 侧 风 路 , 在 旁 侧 风 路 上 无 其 它 通 风 动 力 , 该 循 环 体 外 的 通 风 动 力 又 不 够 , 则 势 必 导 致 该 旁 侧 风 路 风 流 反 向 , 形 成 循 环 风 。通 风 系 统 中 存 在 循 环 风 , 也 就 是 通 风 网 络 中 存 在 单 向 回 路 (风 流 方 向 相 同 的 回 路 )。 通 风 网 络 中 有 单 向 回 路 存 在 时 , 其 节 点 风 量 平 衡 定 律 和 回 路 阻 力 平 衡 定 律 仍 然 成 立 , 但 是 寻 找 通 路 本 身 在 内 的 一 切 基 于 通 路 概 念 的 算 法 都 将 失 效 。如 网 络 调 节 通 路 法 、 自 然 分 风 算 法 中 计 算 机 自 动 赋 风 量 初 始 值 的 通 路 法 、网 络 极 值 流 的 独 立 通 路 法 、角 联 结 构 判 别 的 通 路 法 、网 络 简 化 的 通 路 法 等 等 , 都 是 建 立 在 通 路 算 法 基 础 上 的 。文 中 仅 从 图 论 的 角 度 探 讨 : ① 含 有 单 向 回 路 通 风 网 络 的 通 路 确 定 ; ② 如 何 控 制 单 向 回 路 的 出 现 或 者 减 少 单 向 回 路 的 影 响 。 表 1　 风 路 风 阻 与 风 路 风 量 变 化 表 风 阻 风 量 1 风 量 2 风 阻 风 量 1 风 量 2 风 阻 风 量 1 风 量 2 风 路 ö(N 风 s2öm 8) ö(m ös) 3 3 风 路 ö(N 风 s2öm 8) ö(m ös) 3 3 风 路 ö(N 风 s2öm 8) ö(m ös) 3 3 ö(m ös) ö(m ös) ö(m ös) e1 e2 e3 e4 0. 05485 0. 13595 0. 13108 1. 30555 79. 0693 43. 8854 35. 1839 41. 0108 28. 1648 26. 2672 1. 8976 e5 e6 e7 e8 0. 13881 0. 11470 0. 45782 0. 19658 2. 8746 29. 6319 25. 9557 32. 5065 - 23. 4595 e9 0. 58134 0. 08954 1. 21347 58. 4622 99. 4730 20. 4038 - 15. 5416 34. 1852 6. 0204 12. 1510 e10 e11 - 4. 2331 49. 7267 - 11. 3085 2 控 制 单 向 回 路 影 响 程 度 的 方 法 探 讨 循 环 风 现 象 , 而 且 增 加 了 机 站 的 有 效 风 量 , 提 高 了 系 统 的 稳 定 性 。 2 11机 站 位 置 设 置 优 化 图 2 为 金 川 集 团 公 司 二 矿 区 局 部 网 络 示 意 图 。 图 2 中 , T 1350 为 1350m 水 平 主 回 风 道 单 机 机 站 ; T 1300 为 1300m 水 平 主 回 风 道 单 机 机 站 ; e 、e 、e 主 斜 坡 道 , 设 计 用 作 进 风 ; e 为 1350m 水 平 主 回 风 道 与 主 斜 坡 道 之 间 的 联 络 道 ; e 为 1350m 水 平 主 回 风 道 与 v 接 力 回 风 井 ; e 为 1350m 水 平 主 回 风 道 ; e 7 为 1300m 水 平 主 回 风 道 ; e 为 1300m 水 平 主 回 风 道 2. 2在 旁 侧 风 路 或 循 环 体 外 增 设 机 站 图 1 所 示 的 通 风 网 络 , 在 e 致 旁 侧 风 路 e 、e 、e 、e 的 风 流 方 向 发 生 变 化 , 此 时 如 果 在 旁 侧 风 路 e9 上 再 增 设 一 个 功 率 适 当 的 机 站 或 4 风 路 设 置 机 站 时 , 导 1 2 3 为 5 7 8 9 4 5 4 空 气 幕 , 则 可 避 免 由 于 e 风 路 设 置 机 站 所 产 生 的 循 2 6 环 风 问 题 。 8 防 止 旁 侧 风 路 风 流 逆 转 形 成 循 环 风 的 办 法 之 二 WWW.KY114.CN 6 9 与 16 行 充 填 回 风 井 (以 v 节 点 为 界 ); e 为 16 行 充 填 就 是 在 循 环 体 之 外 增 设 机 站 。 图 1 中 的 循 环 体 , 即 单 3 向 回 路 e → e → e → e → e 之 外 的 风 路 有 : e 、 e 、 e 、 、 e 、e10和 e11, 共 计 6 条 , 但 是 只 有 在 e10风 路 上 设 置 回 风 井 ; e10为 1300m 水 平 主 回 风 道 与 主 斜 坡 道 之 间 4 9 8 5 4 1 2 的 联 络 道 。 设 计 风 流 流 向 见 图 2。 e 6 7 机 站 才 不 会 导 致 消 除 老 的 循 环 风 又 导 致 产 生 新 的 循 环 风 。 具 体 的 机 站 位 置 以 及 机 站 参 数 选 择 可 以 通 过 《 矿 井 通 风 仿 真 系 统 》模 拟 确 定 。 2. 3网 络 优 化 调 节 减 少 循 环 风 的 影 响 6 仍 以 图 1 有 循 环 风 存 在 时 的 情 况 为 例 。 在 e 风 路 设 调 节 , 令 △ r 仿 真 系 统 》模 拟 结 果 如 表 2 中 的 风 量 3 所 示 。 分 析 表 看 出 , 旁 侧 风 路 的 反 向 风 量 值 明 显 降 低 , 而 矿 井 的 9 = 10. 0, 其 它 参 数 不 变 ,《 矿 井 通 风 2 图 2　 金 川 二 矿 局 部 网 络 图 3 3 总 风 量 却 由 34. 1852m ös增 加 到 43. 9282m ös。 含 有 单 向 回 路 的 风 网 平 衡 图 绘 制 方 法 如 图 1 所 示 的 通 风 网 络 , 在 e 分 支 上 安 设 了 一 个 风 机 , 在 风 机 的 作 用 下 该 网 络 形 成 2 个 单 向 回 路 , 分 别 为 : c = {e , e , e , e }; c = {e , e , e , e }。 网 络 拓 扑 关 系 及 分 支 风 量 和 阻 力 见 表 3, 扇 风 机 风 压 h 100, 风 量 Q = 100。 由 于 井 下 系 统 的 复 杂 性 , 该 矿 的 通 风 系 统 非 常 3 1 4 1 不 稳 定 , e 、e 、e10风 路 的 风 流 方 向 时 常 变 化 。 e 主 斜 4 坡 道 本 来 设 计 的 是 进 风 道 , 时 常 变 成 回 风 道 , 井 下 污 浊 空 气 由 此 排 除 。 并 形 成 两 个 大 的 循 环 风 : ① 1350m 1 4 5 3 2 2 4 7 9 8 5 → e 4 → e 2 → e 3 5 循 环 风 系 统 , e → 其 它 风 路 → e ; ② 300m 循 环 风 系 统 , e → 其 它 风 路 → e 为 了 消 除 循 环 风 系 统 , 并 保 证 主 斜 坡 道 始 终 进 1 7 → e10→ e 3 7 。 f = f 风 , 利 用《 矿 井 通 风 仿 真 系 统 》模 拟 运 算 确 定 的 改 造 措 施 分 别 将 T 1350 机 站 和 T 1300 机 站 由 当 前 位 置 分 从 表 3 看 出 , 尽 管 网 络 是 平 衡 的 , 即 网 络 分 支 的 风 量 和 阻 力 满 足 节 点 风 量 平 衡 , 回 路 阻 力 平 衡 , 但 是 对 应 的 平 衡 图 却 无 法 绘 制 。原 因 在 于 , 从 扇 风 机 动 力 7 6 别 前 移 到 v 、v 节 点 所 在 的 马 头 门 附 近 。 不 仅 消 除 了 1 9 总 第 448 期矿 业 快 报 2006 年 9 月 第 9 期 的 角 度 看 , 网 络 压 能 最 高 节 点 为 v 对 应 的 节 点 线 应 当 在 平 衡 图 下 方 , v 应 当 在 上 方 ; 但 是 从 e 分 支 来 看 , 风 流 又 是 从 v 5 , 最 低 节 点 为 v 对 应 的 节 点 线 流 向 3 , v 5 v 5 5 3 , v 对 应 的 节 点 线 又 应 当 在 平 衡 图 上 方 , 而 v 节 点 线 应 在 下 方 , 所 以 e 分 支 对 应 的 矩 形 块 无 法 表 达 。 为 了 能 绘 制 带 有 单 向 回 路 的 通 风 网 络 的 平 衡 3 4 4 3 表 2　 网 络 调 节 减 少 循 环 风 效 果 表 风 阻 风 量 2 风 量 3 风 阻 风 量 2 风 量 3 风 阻 风 量 2 风 量 3 风 路 ö(N 风 s2öm 8) ö(m ös) 3 3 风 路 ö(N 风 s2öm 8) ö(m ös) 3 3 风 路 ö(N 风 s2öm 8) ö(m ös) 3 3 ö(m ös) ö(m ös) ö(m ös) e1 e2 e3 e4 0. 05485 0. 13595 0. 13108 1. 30555 28. 1648 26. 2672 1. 8976 35. 7783 26. 8767 8. 9016 e5 e6 e7 e8 0. 13881 0. 11470 0. 45782 0. 19658 - 23. 4595 12. 1510 - 22. 0033 13. 4060 3. 6454 e9 0. 58134 0. 08954 1. 21347 - 15. 5416 34. 1852 6. 0204 - 4. 9519 43. 9282 8. 1499 e10 e11 - 4. 2331 49. 7267 48. 8800 - 11. 3085 - 8. 5973 表 3　 网 络 拓 扑 关 系 和 通 风 参 数 表 衡 图 有 9 条 水 平 线 , 对 应 变 换 网 络 的 9 个 节 点 , 整 个 网 络 压 能 最 高 节 点 为 v 节 点 , 图 5 风 网 平 衡 图 其 关 联 分 支 为 e 和 e , 而 e 分 支 的 末 节 点 是 整 个 网 络 的 压 能 最 低 点 。 风 量 ö(m ös) 阻 力 分 支 始 节 点 末 节 点 3 ö(N 风 s2öm 8) 5 e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 e9 e10 v1 v2 v2 v3 v5 v6 v5 v7 v6 v7 v2 v3 v2 v5 v4 v4 v6 v3 v7 v8 5 65 60 100 40 20 60 35 40 5 10 30 20 20 30 15 15 20 45 10 5 7 4 图 , 需 要 对 通 风 网 络 进 行 等 效 变 换 , 等 效 变 换 方 法 如 下 。 设 网 络 图 为 G= (V E ) , 其 中 节 点 集 合 V = {v 2 , v , , v }, 分 支 集 合 E = {e , e , ∧ , e }, 节 点 数 m = ûV û, 分 支 数 n= ûE û, 网 络 源 点 为 V (G) , 源 点 关 联 1 ∧ m 1 2 n WWW.KY114.CN - 图 3　 拓 扑 变 换 后 的 网 络 图 - + 分 支 为 E (G) , 网 络 的 汇 点 为 V (G) , 汇 点 关 联 分 支 + 为 E (G) , 造 成 单 向 回 路 的 风 机 分 支 (或 者 火 风 压 分 ′ 支 ) 为 e V ) , 并 使 e 与 原 网 络 有 如 下 关 系 式 : f = (v ′ f a , v b )。 构 造 新 的 风 机 分 支 : e f (v a , v c ) , (v c | 的 通 风 参 数 值 等 于 e f , 则 变 换 后 的 网 络 ′ E = E - e ′ f f + e ′ V = V + v c + ′ v v c c b ∈ V (G ) | V 1 (1) 图 4　 含 有 单 向 回 路 的 网 络 图 - ′ ∈ V (G ) v + ′ + V V (G ) = V (G) + 1 - ′ - (G ) = V (G) + 1 式 (1) 表 明 , 变 换 后 的 网 络 与 原 网 络 在 分 支 数 上 相 同 , 说 明 平 衡 图 矩 形 块 的 个 数 不 变 , 除 造 成 单 向 回 路 的 风 机 分 支 外 , 变 换 后 的 网 络 与 原 网 络 拓 扑 关 系 相 同 , 原 风 机 分 支 末 节 点 是 新 网 络 的 源 点 , 新 构 造 的 风 机 分 支 的 末 节 点 是 新 网 络 的 汇 点 。 在 图 4 中 , e f = = ′ ( ( v v a , v , v b ) = e 4 = (v 3 , v 5 ) , 构 造 新 的 风 机 分 支 为 e f = e 4 3 c ) , 变 换 后 的 网 络 如 图 3 所 示 。 在 图 3 中 已 经 不 图 5　 风 网 平 衡 图 [ 1 ] 含 单 向 回 路 , 按 文 献 介 绍 的 平 衡 图 绘 制 原 理 和 方 ( 下 转 第 42 页 ) 法 , 绘 制 的 变 换 后 的 网 络 平 衡 见 图 5。 从 图 5 看 出 , 平 2 0 总 第 448 期矿 业 快 报 2006 年 9 月 第 9 期 与 设 定 量 进 行 比 较 , 若 比 设 定 量 大 则 减 小 次 时 间 ; 反 之 , 增 大 次 时 间 。 如 此 反 复 , 直 到 与 设 定 量 一 致 。 以 后 正 常 使 用 中 , 为 保 证 加 药 的 准 确 性 , 每 星 期 标 定 一 到 两 次 , 电 磁 阀 不 定 时 检 查 和 更 换 。 312经 济 效 益 分 析 系 统 使 用 前 药 剂 单 耗 居 高 不 下 , 黄 药 、松 油 年 均 分 别 为 139. 8 göt, 和 158. 78 göt, 年 均 铜 精 品 位 22. 62% , 选 铜 回 收 率 90. 65% , 系 统 使 用 后 对 单 耗 和 主 要 指 标 进 行 了 考 察 , 结 果 见 表 1。 表 1　 药 耗 及 指 标 考 察 表 时 间 öd 黄 药 单 耗 ö(göt) 松 油 单 耗 ö(göt) 铜 回 收 率 (% ) 铜 精 品 位 (% ) 1 123. 1 124. 5 122. 7 123. 4 125. 1 122. 6 122. 8 123. 46 136. 3 135. 7 137. 8 136. 2 137. 0 136. 8 135. 9 136. 53 91. 4 92. 1 90. 8 91. 1 91. 5 92. 4 92. 3 91. 66 21. 5 23. 4 24. 0 23. 5 22. 8 23. 6 24. 7 23. 36 2 3 4 5 6 7 平 均 　 由 表 1 得 : 黄 药 、 松 油 单 耗 分 别 为 123. 46göt、 36. 53göt, 分 别 比 使 用 前 下 降 了 16. 34göt 和 22. 25 1 göt, 选 铜 品 位 和 回 收 率 分 别 提 高 0. 74% 和 1. 01%。 药 剂 单 耗 明 显 下 降 , 选 铜 指 标 也 得 到 了 上 升 , 这 两 项 都 产 生 了 很 好 的 经 济 效 益 。考 虑 其 它 综 合 因 素 , 在 此 仅 以 2005 年 药 剂 单 耗 进 行 计 算 : 2005 年 处 理 矿 石 图 3　 加 药 程 序 框 图 q2阀 容 ; 　 L 2设 定 值 1 15 万 t, 共 节 约 黄 药 18. 791t、 松 油 25. 588t, 每 吨 黄 药 4 870元 、 松 油 6 000元 , 累 计 节 约 成 本 214504万 3 使 用 效 果 及 经 W 济 效 益 W 分 析 W.KY114.CN 元 , 系 统 投 资 8 万 元 , 4 个 月 即 可 收 回 成 本 , 并 在 以 后 3 11使 用 效 果 ( 生 产 中 继 续 创 造 可 观 的 效 益 。 1) 使 用 前 药 剂 量 时 大 时 小 , 浮 选 指 标 难 以 掌 握 和 提 高 , 使 用 后 稳 定 了 生 产 , 提 高 了 指 标 。 2) 避 免 了 靠 经 验 手 动 调 节 的 粗 糙 作 业 方 式 , 减 4 结 语 该 加 药 系 统 实 用 , 设 备 性 价 比 高 ; 大 大 降 低 了 药 ( 耗 ; 稳 定 并 提 高 了 浮 选 指 标 , 创 造 了 很 好 的 经 济 效 益 ; 减 轻 了 工 人 劳 动 强 度 , 改 善 了 工 作 环 境 。 轻 了 劳 动 强 度 ; 避 免 了 药 剂 工 长 时 间 处 于 药 剂 腐 蚀 性 、强 烈 刺 激 性 气 味 和 滴 漏 造 成 的 恶 劣 作 业 环 境 。 ( 收 稿 日 期 2006203231) ( 上 接 第 20 页 ) 参考文献 : 4 结 论 [ 1 ]　 赵 千 里 等 . 用 矿 井 通 风 仿 真 系 统 分 析 机 站 对 旁 侧 风 路 的 影 响 J ]. 矿 业 快 报 , 2003. 71 若 机 站 位 置 或 风 机 功 率 选 择 不 合 理 , 往 往 会 导 [ 致 机 站 风 路 的 旁 侧 风 路 发 生 风 流 逆 转 。 在 旁 侧 风 路 上 若 无 其 它 通 风 动 力 或 循 环 体 外 的 通 风 动 力 又 不 够 , 则 势 必 导 致 该 旁 侧 风 路 风 流 反 向 , 形 成 通 风 网 络 单 向 回 路 , 造 成 一 切 通 路 算 法 都 失 效 。要 控 制 单 向 回 路 的 出 现 或 者 减 少 单 向 回 路 对 通 风 系 统 的 影 响 程 度 , 须 对 多 级 机 站 的 位 置 设 置 进 行 优 化 , 消 除 旁 侧 风 路 或 循 环 风 ; 在 旁 侧 风 路 中 或 循 环 体 外 增 设 通 风 动 力 , 消 除 旁 侧 风 路 风 流 逆 转 形 成 循 环 风 ; 旁 侧 风 路 或 循 环 风 消 除 后 , 一 切 通 路 算 法 都 可 有 效 。 [ [ 2 ]　 赵 千 里 等 . 金 川 矿 井 风 网 特 征 图 的 研 究 [J ]采 矿 技 术 , 2003. 31 3 ]　 谢政 , 李 建 平 . 网 络 算 法 与 复 杂 性 理 论 [M ]. 北 京 : 国 防 科 技 大 学 出 版 社 , 1995. [ [ [ 4 ]　 刘剑 , 徐 瑞 龙 , 李 舒 伶 . 风 网 特 征 图 程 序 设 计 原 理 [J ]. 阜 新 矿 业 学 院 学 报 , 1993 (3). 5 ]　 卢 开 澄 , 卢 华 明 . 图 论 及 其 应 用 [M ]. 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 1 995. 6 ]　 刘剑 , 贾 进 章 , 郑丹 . 流 体 网 络 理 论 [M ]. 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 2002. (收 稿 日 期 2006206219) 4 2