MT/T 442-2008 矿井通风网络解算程序编制通用规则

1 范围

      本标准规定了矿井通风网络解算程序的适用范围、术语和定义、基本功能、通风网络数学模型、解算原则、解算精度与误差分析。

      本标准适用于稳定状态下矿井通风网络解算程序的编写。

      本标准不适用于非稳定状态下矿井通风网络解算程序的编写。

2 规范性引用文件

      下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

      GB/T 15663.8 煤矿科技术语 煤矿安全

      AQ 1028 煤矿井工开采通风技术条件

      MT 421 煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法

      MT/T 635 矿井巷道通风摩擦阻力系数测定方法

      MT/T 440 矿井通风阻力测定方法

3 术语及定义

      除GB/T 15663.8的术语和定义适用于本标准外，补充以下术语和定义。

3.1 矿井通风网络 mine ventilation network

      表示矿井风路、风流方向、通风设施、通风动力装置之间关联关系的网络。

3.2 风路 airflow branch

      有风流流经的井筒、巷道、以及回采工作面等通风线路。

3.3 节点 node 

      两条或两条以上风路的交汇点。在同一条巷道中，将巷道断面形状、断面积、支护方式、坡度的变化点也可称之为节点。

3.4 回路 circuit

      通风网络中若干条风路首尾相接构成的闭合路径。

3.5 通风网络解算 ventilation network flow distribution 

      已知通风网络中各风路的风阻及通风机特性曲线（或矿井总风量），计算各风路风量的过程。

3.6 固定风量风路 fixed air flux branch

      通风网络解算时有风量期望值并且不参与迭代计算的风路。

3.7 自然分风 natural airflow distribution

      不含有固定风量风路的网络解算，解算结果满足节点风量平衡和回路阻力平衡定律。

3.8 按需分风 fixed airflow distribution

      含有固定风量风路的网络解算，解算结果满足节点风量平衡定律，而不一定满足回路阻力平衡定律。

3.9 按需调节 adjustment for fixed airflow distribution

      为使按需分风结果能够满足通风网络节点风量平衡、回路阻力平衡而采取的增加、降低通风阻力或者改变通风动力的措施。

3.10 网络半割集 half cut set of ventilation network

      通风网络半割集是一个将通风网络分成进风侧和回风侧两部分，并使通风网络失去连通性的最小风路的集合。

3.11 固定通风网络半割集下的按需分风 fixed half cut set’s airflow distribution

      固定风量风路为一个通风网络半割集的按需分风称之为固定通风网络半割集下的按需分风。

3.12 无理固定风量的风路 irrational fixed air flux branch

      由于固定风量风路的位置或者固定风量值不合理导致通风网络解算结果不收敛的固定风量风路。

3.13 通风网络拓扑关系 topology relationship of ventilation network

      通风网络中满足拓扑几何学原理的风路、节点、构筑物、通风动力装置等各空间数据间的相互关系，即风路与节点的连接关系以及构筑物、通风动力装置等通风设施与风路的绑定关系。

4 基本功能

      通风网络解算程序至少应具有如下功能：

      ——自然分风；

      ——按需分风；

      ——固定半割集下的按需分风；

      ——解算能力不受通风网络风路数和节点数的限制；

      ——能够自动检测无理固定风量风路；

      ——模拟矿井自然风压；

      ——程序操作应具有良好的人机交互功能。

5 数学模型

5.1 质量守恒定律

5.1.1 狭义的质量守恒定律（亦称节点质量守恒定律）

      在单位时间内，任一节点流入和流出的风流质量的代数和为零。习惯上取流入为正、流出为负，则节点质量守恒定律可以写成式(1)：

      式中：

      ρ_ij、ρ_ki----分别为风路(v_i,v_j)和风路(v_k,v_i)的风流密度，。

      q_ij、q_ki----分别为风路和的风量，；

      (v_i,v_j)----始节点为v_i，末节点为v_j的风路；

      (v_k,v_i)----始节点为vk，末节点为vi的风路；

      E⁺(v_i)----节点的流入风路集合；

      E^-(v_i)----节点的流出风路集合；

      V----是通风网络的节点集合。

      当密度变化可以忽略不计时，式(1)可写为(2)：

      即节点风量平衡定律。该定律表明：对通风网路中的任一节点，流进的风量等于流出的风量。

通风网络中共有个节点，可以列出个节点风量平衡方程，个节点流量平衡方程的矩阵表示如式(3)：

      式中：

      b=(b_ij)为通风网络的完全关联矩阵；

      Q=(q₁,q₂,…,q_n)，为分支的流量矩阵，其排列次序与关联矩阵一致，Q_T是Q的转置

5.1.2 广义质量守恒定律

      单位时间内，任一有向割集对应的风路流量的代数和等于0。割集风量平衡方程的矩阵表示如式（4）：

      式中：

      S=(S_ij)为有向割集矩阵及其元素值；s为割集数。

5.2 能量守恒定律

      在任一闭合回路上所发生的能量转换的代数和为零。如式(5)

      式中：

      h_i----风路i的阻力；

      h^f_c----回路上的机械通风动力；

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