节点风压的计算方法及其在通风网络图优化中的应用
doi ：10．3969/j．issn．1005－2798．2011．12．009
节点风压的计算方法及其在通风网络图优化中的应用
122
杨逢春，闫振国，王红刚
（1．霍州煤电集团汾河焦煤回坡底矿，山西临汾041000；2．西安科技大学能源学院，陕西西安710054）摘
要：节点风压作为通风系统重要的参数之一，其计算方法和应用尚未引起足够的重视。以大气节点为
参考点，采用广度优先算法累进计算通风系统中各节点的风压。以节点风压数据为基础，通过对通风网络图的节点号和风道号进行重新编码将节点号和风道号与其实际物理位置的风压关联起来，从而方便人们理解和记忆，更使得在复杂通风系统中搜索特定的风道和节点、判断风道位置的对错对通风系统的阅读、有章可循，有法可依。
关键词：节点风压；通风系统；广度优先中图分类号：TD725
文献标识码：A
文章编号：1005-2798（2011）12-0027-03
Application of Calculation Method of Node Pressure in
Optimization of Ventilation Network Graphs
YANG Feng-chun 1，YAN Zhen-guo 2，WANG Hong-gang 2
（1．Fenhe Coking Coal Huipodi Coal Mine of Huozhou Coal Electricity Group ，Linfen 041000，China ；
2．Xi ＇a n University of Technology Energy Engineering ，Xi ＇a n 710054，China ）
Abstract ：As an important parameter of ventilation system ，node pressure and its calculation method as well as its application have not attracted enough attention．Taking air node as reference point ，breadth first search is adopted to calculate progressively the air pressure of each node in a ventilation system．Based on the data of node pressure ，the numbers of each node and airway in a ventilation network graph are recoded to correlate the air pressure of their objective physical locations ，thus can facilitate the reading ，understanding and re-this optimization method of recoding can make it well －regulated for operators to membrance of a ventilation system．More importantly ，seek some airways and nodes and to judge their positions．Keywords ：node pressure ；ventilation system ；breadth first search
矿井通风监控的日常检测数据包括主要通风机
风量、以及重要监控点的风量与风速，其中的风压、
对井下用风地点的通风管理主要在于风量监控。由于节点风压并非井下人员可以直接感知的显性指
而且单一节点的风压也难以说明局部或全局的标，
因此井巷通风管理中较少涉及节点风压通风特征，
的概念，现有的文献和研究也很少有关节点风压的，这表明节点风压的计算与应用尚未引起足够的兴趣和重视。
事实上，节点风压是重要的通风参数，在均压通漏风方向判断，采空区或密闭区漏风形势分析，风，
通风形势的网络图分析等领域均可有效辅助对整体
是通风计算与通风定性分析之间通风形势的把握，
的有效联系数据。
1节点风压的概念与计算思路
在矿井通风中，空气沿巷道流动，克服巷道通风阻力而造成自身能量（压力）的降低。沿巷通风压
［1］
力降低可以通过压差计法或气压计法测出。大气
节点风压即是任意节点节点的节点风压设定为零，
相对于矿井入风口（大气节点）的通风压力差（静压
例如矿井主要通风机的工作风压即是皮托管测差），
定的风机风硐内（通风机入风口）外（大气）的压力
这也就是该点的节点风压。节点风压计算由大差，
气节点沿风道顺风向进行，每前进到新的节点即以前方的节点风压加上该风道的通风压降得到该节点
如此直至完成系统内所有节点风压计的节点风压，
算为止。由通风控制方程中的能量守恒方程（网孔
10-19收稿日期：2011-作者简介：杨逢春（1976－），男，山西霍州人，助理工程师，从事通风技术工作。
2
7
方程）可知，在不考虑热力作用的条件下，循不同路线计算所得的同一节点的节点风压必定相等。由于任意节点的节点风压均有共同的参照压力，因此节点风压的高低将可直接指示出该节点处的风流能量水平，并可由此判断出联接不同节点的井巷内风流的方向。节点风压表达了风流由大气节点（进风井其口）流到系统内各节点时单位流量所消耗的能量，
单位是压力单位，通常用Pa （帕斯卡）表示。由于节点风压是相对于地面大气的通风压力差，因此抽出式通风的节点风压为负值，压入式通风的节点风压为正。节点风压在计算时从大气节点出发，顺风向逐次加入沿程风道的压力降低，直至欲求风压的节点。从通风控制方程可知，如果计算中不按照顺风向的原则选择计算路径，计算结果仍然相同，但须按照计算的发展方向与巷道风向的异同而决定相应风压变化值纳入累积时的加减选择。
由于节点风压是任意节点相对于大气的通风压降，矿井通风系统的节点风压只有在特定条件下才能够直接测得。矿井主要通风机机房均有压差计显示主扇的工作压力，该压差计一端侧向连通入风硐室，另一端连通大气，显示了通风机入风端与大气间的压差，该数据即是主扇入风口节点的节点风压。井下其它节点均不具备直接测定与大气间的压差的条件，因此节点风压通常由相关井巷的通风压降累加求得。
应该注意，绝对气压是与高程直接关联的，相邻两节点间的绝对压力差并不等于连通这两个节点的风道的压降。当采用绝对气压计的方法确定节点风
必须仔细消除两点间的高差影响，并正确处理压时，动压数据。
计算风道k 的风压，则风道k 的末节点的风压等于
其始节点风压加上其风道风压；然后从风道k 的末节点出发，重复上述搜索和计算过程，直到末节点达到大气节点时，回溯到上一层节点，除了大气节点外的每一层节点只有当其流出的所有风道都被遍历过之后才回溯到上一层节点，当最终回溯到源节点并就已经且源节点的所有流出风道都被遍历过之后，完成了对所有节点风压的计算。
采用深度优先算法计算节点风压的的搜索顺序如图1所示。
图1节点风压计算的搜索顺序示意
E 、L 和G 为大其中，节点A 为源节点，节点D 、
C 和F 为通风网络内部节点。节点B 、气节点，2．2
程序实现
．NET 是微软公司在21世纪推出的一个功能强高效并且可扩展的集成编程环境，它充分展现了大、
应用程序开发的潜能，并提供了生成应用程序所需
这些构架大大简化了开发工作，减少的工具和技术，
了开发者的负担。C#语言是一种高效、安全、灵活的
专门为．NET 现代化完全面向对象的程序设计语言，
应用而开发，是．NET 平台的通用开发工具。因此，
笔者采用基于．NET 的C#语言编写了通风网络任意风道的影响区和依赖区划分的深度优先算法程序，以及计算任意风道间归属度和依赖度的广度优先算
［5－8］
，法程序其流程图如图2所示。
2基于深度优先算法的节点风压计算程序
实现
2．1
节点风压搜索与计算算法通风网络图属于有向连通图，采用累加的方法
计算网络图中的节点风压首先面临的问题是对各节点的访问路径问题，即图的遍历问题。通常有两种遍历图的方法：深度优先搜索算法（Depth First Search ）和广度优先搜索算法（Breadth First Search ）［2－4］，本文采用深度优先搜索算法计算节点的风压。
为了计算方便，通常将通风网络简化为单源单
E ）中，汇的网络。在单源单汇通风网络G =（V ，采
用深度优先算法计算节点风压的基本思想是：首先设置源节点的风压为零，即基准风压。从源节点出发，在E 中搜索每一条以源节点为始节点的风道k ，28
3节点风压在通风网络图优化中的应用
在绘制通风网络图准备初始网络解算时，通风
网络的风道号和节点号是任意且唯一给定的。由于其任意性，造成了分析阅图时的困难。在通风系统
通风网络图、通风网络计算数据之间虽有软件提图、
供的功能将风道、节点、以及与其相关的信息相互关联起来，但使用时仍觉得不甚便捷，其原因主要在于很难对设定的风道号和节点号产生任何特定的联
因此难以记忆，阅图时难以搜寻，也难以对特定想，
风道或节点的周边环境做出判断。对现场通风技术人员说来，井巷原有的名称因长期接触而产生了亲
切感，从井巷名称就能够知道其用途、位置、通风阻力的相对大小、经验风量风向、围岩类型、支护方式等诸多信息。而对于任意设定的风道号这个数字就没有这种感觉，很难从这个枯燥的数字直接联想到该节点或风道所处的大概位置，风阻大小，风量大小，用途等信息。由于通风网络的复杂性，即使在初定风道号和节点号的时候有意使其有序化也很难实
在通风图形和计算中，风道号和节点号既现。因此，
是代表具体风道和节点的符号，又是难以通过联想实现便捷定位判断的密码。优化风道和节点编号，将有利于通风图形图面信息有序化。
节点为始节点的风道，为风道排序；如果以同一节点为始节点的风道不止1条，则在这些风道中以风量大的风道排在前面。
3）以新编的节点号和风道号取代原有任意编排的编码，形成完整的通风网络初始解算数据组。在以后的通风计算中，节点号和风道号不再变化。在有风道增减的情况下，新增的节点号和风道号需以手工编出，不应更改已定的节点号和风道号，以保证风道与节点编号的延续性与可读性。
4实例应用
某矿未经优化的通风网络如图3所示
。
图2节点风压计算的程序流程
图3
某矿未经优化的通风网络
风道号和节点号优化处理的原则在于使这些以数字代表的标识符除了在计算中用以表达通风网络的拓扑结构外，还能够提供更多的信息，使得人们看到节点号时能够知道该节点的风压序列，进而可以判断该节点的所处区域；看到风道号时能够知道该风道的所处区域，最好还能获得该风道的相关特征，例如通风阻力的相对大小、风量的相对大小、风道用途、以及风阻高低等。当风道号和节点号加入了这些重要的通风信息之后，风道号和节点号就会给人以一种亲切感，大大增强技术人员的联想能力。
为此，在完成初始网络解算的基础上，按照以下原则及步骤为风道和节点重新编号：
1）将矿井进风井口（大气节点）风压定为基准风压，取定为0。将所有节点按照其风压的绝对值从小到大排序；不考虑自然风压计算功能时所有大气节点归并为同一节点，当可能包括自然通风或火灾通风计算在内时，多个大气节点（多进风井）依其高程排序，高程低者在前；按照排定的节点序列，顺序指定节点号。
2）按照重新排定的节点号顺序，搜索以相应
首先采用上文第二部分所介绍的方法计算出所
有节点的节点风压，然后依据上面第三部分所介绍的风道号和节点号的优化方法，对图3进行了优化，结果如图4所示。
比较图3和图4可以看出，在节点号和风道号
从风道号和节点号中可获取如下重新编排完成后，
信息：
1）节点的编码越小，则越靠近矿进风井口区域，反之则靠近矿井主要通风机入风硐区域。2）风道号的值越小，其始节点越靠近入风区域，因此风道编码能够在一定程度上指示进风段和回风段风道组。
3）入风节点相同的风道，风道号较小的风道其风量较大。
4）风道内的风流由较小编码的端节点流向较大编码的端节点，因此在表达通风格局时可省略表明风向的图标（箭头）。由于风道号和节点号的有序性，节点号与风道号在通风系统（下转第38页）
29
2011年12月蒋光勇：采煤工作面初放期间瓦斯治理技术第20卷第12期
1132（3）面属于大采高工作面，平均每天采煤7000 8000t ，瓦斯赋存量大，初放期间的瓦斯治理难度高。在回采前两天不充填，在下隅角设置导流风
3
障，加大采空区的过风量，风量保持在2600m /min以上，风排和抽放相结合，顶板孔纯流量保持在6 7m 3/min占工作面瓦斯涌出总量的50%以上，效果明上隅角充填袋内瓦斯浓度在1．5%以下，回风流中显，
瓦斯浓度在0．2% 0．3%之间，老顶跨落之前采空区内的瓦斯得到了有效排放。2月26日15点50分退15点50尺到20．5m 的时候，工作面老顶开始跨落，
15点55分T 2最大分回风流中T 1出现最大值0．33，
值0．31，确保了老顶跨落过程中瓦斯浓度不超限，顺利完成了初放期间的安全正常生产。
空区积聚的瓦斯。
3）工作面初放期间的为提高抽放效果，采取了专用尾抽巷、高抽巷增透钻孔、上隅角埋、插管、低位顶板钻场等技术，抽采的瓦斯量占工作面瓦斯涌出总量的30% 60%，有效解决了初放期间的瓦斯治理难题。
1122（1）、1117（3）及1132（3）三个综采工
作面初采期间风排和抽放相结合，回风流中瓦斯浓度保持在0．2% 0．3%之间，实现了工作面的安全、高效生产。参考文献：
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［2］韩秀光．采煤工作面初采期间的瓦斯治理技术［J ］．山
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2006，35（3）：19－21．中国矿山工程，［4］方有向，张
响，李忠虎．初采期间工作面的瓦斯抽放
J ］．煤矿安全，2005，35（6）：4－6．技术［
［责任编辑：王伟瑾］
4）
3结
1）
语
回采工作面顶板跨落前矿压变化规律明
显，结合该煤层及邻近已采工作面的相关资料，提前预测工作面顶板来压的步距，确定初放范围，初放期间瓦斯治理的前提。
2）回采前期对采空区不充填，保证风速不超限的情况下最大限度的提高工作面的供风量，下隅
［4］
角使用导流风障，加大风排瓦斯量，能够有效稀释采
檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮檮（上接第29页）图和网络图图面上的分布有明显的的优点。规律可循，因而十分有利于阅图。
参考文献：
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图4
某矿节点号和风道号优化后的通风网络
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［8］Damien Watkins．Mark Hammond．Brad Abrams．program-ming in the net environment ［M ］．北京：清华大学出版2003：145．社，
［责任编辑：王伟瑾］
萍，冯桂莲．图的深度优先搜索遍历算法分析及其J ］．青海师范大学学报：自然科学版，2007（3）：应用［
5结语
1）介绍了节点风压的概念以及基于深度优先算法的节点风压计算方法，给出了其程序编制的流程图；
2）介绍了基于节点风压的通风网络图优化方并以实例展示了节点风压在通风网络图优化中法，38