一种矿井通风系统及其控制方法技术领域
本发明涉及矿井通风技术领域，尤其是一种矿井通风系统及其控制方法。
背景技术
矿井通风系统是以机械通风的方法将地面新鲜空气直接或经处理后，通过进风井
巷送入井下作业地点，将其中的污浊空气进行稀释，再通过回风井巷直接或经空气处理后
排放至地面大气中。其基本作用是提供人呼吸所需的清洁空气、稀释和排除生产过程中产
生的有害气体与粉尘、除去多余的热量与湿量，创造一个适宜人作业的生产环境。因此，合
理构建和管理一个通风系统不仅是创造安全生产和卫生条件的基础，而且也是预防各种灾
害发生的重要手段，对保证矿井安全生产具有重要意义。现有的矿井通风系统对于送风和
回风的控制实时性和精度不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种矿井通风系统及其控制方法，能够解决现有
技术的不足，提高了矿井通风系统的通风效果。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种矿井通风系统，包括，
送风井，用于向井下送风；送风井内安装有主送风风机；
若干个送风巷道，送风巷道与送风井连接，送风巷道内安装有副送风风机，送风巷
道与送风井的连接处安装有进风可调风门；
若干个回风巷道，回风巷道与送风巷道一一对应，回风巷道与送风巷道之间安装
有止回阀，回风巷道内安装有副回风风机；
回风井，用于将井下的循环空气外排；回风井内安装有主回风风机；
设共有n个回风巷道，从距离地面最近的巷道开始排号，距离地面最近的巷道为1
号巷道，距离地面最远的巷道为n号巷道，将i+1号巷道与n-i号巷道通过过渡巷道进行连
接，0≤i＜n，若n为奇数，则将位于中间位置的回风巷道单独连接至一个过渡巷道，过渡巷
道与回风井连接，过渡巷道与回风巷道的连接处设置有回风可调风门，过渡巷道与回风井
连接；
在送风井、送风巷道、回风巷道和回风井内分别设置有风速传感器，在送风巷道和
回风巷道内分别设置有温度传感器，在进风可调风门和回风可调风门处分别设置有风压传
感器。
作为优选，所述送风巷道与送风井的连接处设置有导流板，导流板固定在送风巷
道的边缘，导流板与送风巷道的轴向夹角为10°～25°。
作为优选，所述过渡巷道与回风井的连接处设置有凹槽，凹槽固定在回风井的内
壁上，并与相应的过渡巷道同轴设置，凹槽的直径与过渡巷道的直径之比为2:1，凹槽的深
度与直径之比为2:3。
一种上述的矿井通风系统的控制方法，包括以下步骤：
A、根据各巷道的送风风速要求，确定主送风风机的总送风量Q1，
其中，Sj为送风巷道的平均送风面积，vj为送风巷道的风速设定值，k1为修正系数，
F1为送风流体的平均势函数，L1为送风流体流动的总长度；
B、根据步骤A确定的总送风量Q1，确定主回风风机的总回风量Q2，
其中，k2为修正系数，μ为回风管路中平均的动力粘性系数；
C、副送风风机的送风量Q1j满足，
副回风风机的回风量Q2j满足，
且，
其中，k3为比例系数，1＜k3＜1.05，所有巷道中的k3均相同；
D、根据每个送风巷道中的风压和温度的检测值与设定值的偏差数据，对进风可调
风门的开度进行调整，
其中，ΔA1j为进风可调风门的开度调整量，ΔP1j为送风巷道内的风压检测值与设
定值的偏差数据，T1j为温度检测值，k4、k5为比例系数；
E、根据对应的送风巷道中进风可调风门的开度调整量与回风巷道内的风压对回
风可调风门进行调整，
其中，ΔA2j为回风可调风门的开度调整量，ΔP2j为回风巷道内的风压检测值与设
定值的偏差数据，k6、k7为比例系数。
作为优选，主回风风机的总回风量Q2根据进风可调风门和回风可调风门的开度调
整进行反馈修正，
其中，Q′2为修正后的主回风风机的总回风量，为全部进风可调风门的开度调整
加权平均值，为全部回风可调风门的开度调整加权平均值，加权率与对应巷道的通风流
量成正比，k8、k9为比例系数。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明首先通过改进巷道的通风结
构，通过设计过渡巷道降低不同回风巷道回风压力不同给回风井带来的风量波动。导流板
可以降低送风井内不同送风巷道的连接口之间不同的送风压力导致的送风量偏差。回风井
内壁的凹槽用来抑制巷道内回风气流与回风井内气流的相互扰动，提高回风井的回风效
率。本发明开创性地提出了送风量控制新方法，利用送风流体的平均势函数对送风量进行
修正，可以在不增加计算量的前提下，明显提高送风量的控制精度。通过送风量对回风量进
行调整，可以避免回风量的调整与送风量发生偏差。各送风巷道与回风巷道的风量预留要
保持有余量，从而实现整个系统的微正压，并且可以避免个巷道之间发生“串气”的问题。利
用风门的调整实现巷道内风压和温度的稳定，在风门调整后，对回风量进行反馈调整，可以
避免由于风门的调整导致整个通风系统的参数平衡发生变化。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图2是本发明一个具体实施方式中送风巷道与送风井连接部位的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中过渡巷道与回风井连接部位的结构图。
图中：1、送风井；2、主送风风机；3、送风巷道；4、副送风风机；5、进风可调风门；6、
回风巷道；7、止回阀；8、副回风风机；9、回风井；10、主回风风机；11、回风可调风门；12、风速
传感器；13、温度传感器；14、风压传感器；15、过渡巷道；16、导流板；17、凹槽；18、旁路回风
管；19、旁路回风风机。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的
记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊
接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1-3，本发明一个具体实施方式包括，
送风井1，用于向井下送风；送风井1内安装有主送风风机2；
若干个送风巷道3，送风巷道3与送风井1连接，送风巷道3内安装有副送风风机4，
送风巷道3与送风井1的连接处安装有进风可调风门5；
若干个回风巷道6，回风巷道6与送风巷道3一一对应，回风巷道6与送风巷道3之间
安装有止回阀7，回风巷道6内安装有副回风风机8；
回风井9，用于将井下的循环空气外排；回风井9内安装有主回风风机10；
设共有n个回风巷道6，从距离地面最近的巷道开始排号，距离地面最近的巷道为1
号巷道，距离地面最远的巷道为n号巷道，将i+1号巷道与n-i号巷道通过过渡巷道15进行连
接，0≤i＜n，若n为奇数，则将位于中间位置的回风巷道6单独连接至一个过渡巷道15，过渡
巷道15与回风井9连接，过渡巷道15与回风巷道6的连接处设置有回风可调风门11，过渡巷
道15与回风井9连接；
在送风井1、送风巷道3、回风巷道6和回风井9内分别设置有风速传感器12，在送风
巷道3和回风巷道6内分别设置有温度传感器13，在进风可调风门5和回风可调风门11处分
别设置有风压传感器14。
送风巷道3与送风井1的连接处设置有导流板16，导流板16固定在送风巷道3的边
缘，导流板16与送风巷道3的轴向夹角为21°。
过渡巷道15与回风井9的连接处设置有凹槽17，凹槽17固定在回风井9的内壁上，
并与相应的过渡巷道15同轴设置，凹槽17的直径与过渡巷道15的直径之比为2:1，凹槽17的
深度与直径之比为2:3。
一种上述的矿井通风系统的控制方法，包括以下步骤：
A、根据各巷道的送风风速要求，确定主送风风机2的总送风量Q1，
其中，Sj为送风巷道的平均送风面积，vj为送风巷道的风速设定值，k1为修正系数，
F1为送风流体的平均势函数，L1为送风流体流动的总长度；
B、根据步骤A确定的总送风量Q1，确定主回风风机10的总回风量Q2，
其中，k2为修正系数，μ为回风管路中平均的动力粘性系数；
C、副送风风机4的送风量Q1j满足，
副回风风机8的回风量Q2j满足，
且，
其中，k3为比例系数，1＜k3＜1.05，所有巷道中的k3均相同；
D、根据每个送风巷道3中的风压和温度的检测值与设定值的偏差数据，对进风可
调风门5的开度进行调整，
其中，ΔA1j为进风可调风门5的开度调整量，ΔP1j为送风巷道3内的风压检测值与
设定值的偏差数据，T1j为温度检测值，k4、k5为比例系数；
E、根据对应的送风巷道3中进风可调风门5的开度调整量与回风巷道6内的风压对
回风可调风门11进行调整，
其中，ΔA2j为回风可调风门11的开度调整量，ΔP2j为回风巷道6内的风压检测值
与设定值的偏差数据，k6、k7为比例系数。
主回风风机10的总回风量Q2根据进风可调风门5和回风可调风门11的开度调整进
行反馈修正，
其中，Q′2为修正后的主回风风机10的总回风量，为全部进风可调风门5的开度
调整加权平均值，为全部回风可调风门11的开度调整加权平均值，加权率与对应巷道的
通风流量成正比，k8、k9为比例系数。
在各送风巷道3之间连接有旁路回风管18，旁路回风管18内安装有旁路回风风机
19。通过设置旁路回风管18，可以加快送风巷道内的气流流速，提高井下的气流循环速率。
旁路回风风机19可以避免由于送风巷道3之间的压力差导致的空气回流，保持向外排风的
状态。同时，在副送风风机4和副回风风机8进行风量调整时，通过对旁路回风风机19的同步
调整，可以减少送风巷道与回风巷道之间的压力波动。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、
“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所
示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术
人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本
发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变
化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其
等效物界定。