复杂巷道网络通风阻力测定及工程调控技术研究

摘要：在矿山通风系统中，复杂巷道网络的通风阻力直接关系到风流分布、安全生产与能源效率。传统测定方法在面对非线性流态、交错支路和多源扰动条件下存在精度不足与响应滞后问题，亟需结合现代测试技术与工程调控措施优化整体通风系统。本文聚焦于复杂巷道中通风阻力的现场测定技术演进路径，探讨流场重构条件下的调控原理，分析多工况通风环境下阻力调整对系统稳定性的作用机制，为矿山安全通风系统的智能化调控与低碳运行提供可行性技术路径。

关键词：通风阻力测定；巷道网络；工程调控；智能管控；矿井通风

复杂巷道网络结构多变、支路交错，通风系统阻力特征表现出高度非线性和动态耦合的特点，直接影响主通风机负荷与各采掘面风量均衡。为实现矿井通风系统的精准调控与能效提升，必须开展阻力参数的科学测定与动态调控策略研究。本文立足于现场工程应用，从测定原理、调控机制及技术集成三个维度展开系统性探讨。

一、复杂巷道通风阻力的测定原理与技术路径

（一）非定常通风条件下的阻力测量理论基础

复杂巷道中存在风速波动、流向变化等非定常通风现象，对阻力测定提出了更高的理论要求。在此背景下，传统稳态流动下的风压与风速线性关系不再适用，需引入瞬时压力响应模型和流体惯性影响修正参数。利用动量守恒与能量平衡原理，可构建适用于非稳态流动的通风阻力方程，并结合涡流耗散理论与边界层演化模型对风流扰动进行描述。测定过程中需采集高频瞬时风压与风速信号，以捕捉流动扰动带来的微小变化。

（二）多支路网络中阻力参数的现场测试方法

在结构复杂、支路众多的矿井通风系统中，通风阻力的测试需针对不同巷道间的相互干扰与风量分配情况进行精细化操作。测试方法主要以风压差测定和风速定点测量为基础，辅以系统整体流量控制与风门调节，形成可控的测试环境。在关键节点布设风速仪与压差计，获取不同支路间的流速与压力数据，通过克服回流干扰与二次风流影响，实现阻力参数的单支路剥离。为提高数据的可靠性，还需配合管道摩阻修正系数和局部损失系数标定，使实际测量值能更准确反映出各段阻力的真实状态。整个测试过程强调数据采集同步性与现场工况还原度，确保测试方法能够适配多路径交叉、多气流扰动的矿井通风实际。

（三）动态扰动环境下数据获取与误差修正机制

复杂巷道通风过程中，受作业活动、设备运转与环境温差变化等因素影响，通风状态常呈现出动态扰动特征，这对数据获取与测量准确性构成挑战。数据采集需采用高灵敏度的传感器设备，具备瞬时响应能力与抗电磁干扰特性，能够实时记录风速、风压与温湿度等多维参数。在数据分析阶段，通过时间序列建模与信号滤波技术，剔除环境扰动带来的随机噪声，提高测量数据的稳定性。针对由测点布设误差、风速梯度变化引起的系统性偏差，需引入空间插值算法与误差回归模型对测定结果进行校正。通过构建扰动响应矩阵与通风阻力变化函数，建立动态环境下的数据修正路径，实现复杂巷道条件下阻力测定数据的精度提升与误差控制。

二、通风阻力工程调控策略及应用技术体系

（一）局部调节构件配置对通风阻力分配的影响规律

局部调节构件如调节风门、节流挡板与风筒变径装置等在通风系统中发挥着精准调控气流分布的重要作用，其配置方式对整个通风网络中的阻力分配具有显著影响。在复杂巷道系统中，不同构件的设置位置、开度角度与材质特性直接影响局部风阻系数变化，进而影响流向调整效率与风量平衡稳定性。通过对风流路径中的关键节点实施局部构件布控，可实现对支路通风量的引导和主通风压力梯度的优化调节。在实际应用中，需通过风流模拟与阻力分析技术，确定最优调节点与构件形式，避免因局部调节产生反向回流或系统压差突变。

（二）通风网络优化算法在阻力调控中的适配性能分析

通风网络优化是矿井节能与安全保障的重要环节，其中优化算法对复杂系统中阻力调控的适配性与执行效率至关重要。当前应用较广的有基于图论的最短路径优化、基于非线性规划的目标函数求解以及基于遗传算法的多目标调优模型。这些算法通过对各支路阻力与风量之间的动态耦合关系建模，能够在满足通风需求约束下实现整体能耗最低与流量分布合理的调控目标。在适配分析过程中，不仅要评估算法对大规模节点网络的计算收敛速度，还需检验其在参数扰动下的稳定性与容错能力。结合实测阻力参数对模型进行逐步迭代修正，使算法输出具备工程可落地性，成为高可靠性调控策略的重要组成部分。

（三）矿井主辅通风系统中阻力重构与联动响应机制

矿井主辅通风系统承担着不同区域的通风保障任务，其之间阻力结构的重构与联动响应机制是实现高效通风管理的关键。在工程实践中，主通风线路通常具备较低的阻力通道优势，而辅通风则需兼顾局部作业面的动态风量调节与粉尘控制，这要求两者之间在阻力调整方面保持同步联动响应。当主通风系统负荷增加或外界扰动导致压力波动时，辅系统应能够根据实时数据调整风机转速与调节构件状态，避免局部风量失衡引发安全隐患。阻力重构策略包括支路结构调整、风流分区重新配置与风压传导路径优化等方法，构建具有可塑性与弹性响应能力的多级联控通风格局，在满足通风标准的同时提高系统适应矿井复杂工况变化的能力。

（四）智能通风管控平台中阻力动态模型的参数集成路径

智能通风管控平台的核心是通过实时数据驱动实现系统状态识别与调节策略自适应执行，而阻力动态模型作为其运行的核心参数模型之一，承担着通风系统运行趋势预测与优化策略输出的关键任务。在参数集成过程中，需采集通风风速、风压、巷道断面、风机功率等多维数据，构建阻力函数与气流响应模型的关联矩阵。利用数据清洗与特征提取算法剔除冗余项后，结合历史数据回归与实时反馈进行模型参数拟合，并构建能适应突变事件的动态更新机制。为了保证模型在不同通风阶段的有效性，系统还需构建以时序逻辑驱动的多模型融合框架，对阻力变化趋势进行前瞻性识别，实现对突发扰动的快速干预与自动修正，增强智能平台的实时调控能力。

（五）典型矿井通风阻力治理工程案例与调控成效评估

典型矿井通风阻力治理工程的实施效果直接反映了调控策略的适用性与技术措施的有效性，其评估需从治理前后系统阻力变化、风量稳定性提升及能耗指标优化等多个维度进行。通过选取具有代表性的矿井进行系统调研与治理操作，包括巷道断面重构、风门系统更新、智能风控平台嵌入等环节，对原有通风网络中阻力分布不均、局部紊流显著等问题进行系统修复。治理完成后，需结合自动监测系统数据对比运行前后的风压波动、主风机负荷变化与各支路风量恢复情况，以验证系统的响应稳定性与节能效果。成效评估中还应重视作业现场反馈与安全事件发生率变化，作为调控策略人因适配与安全保障效益的补充指标，为今后矿井通风阻力治理技术的迭代升级提供实证支撑。

三、结束语

复杂巷道通风阻力的科学测定与动态调控，是实现矿井安全、经济通风的核心技术基础。基于对通风系统耦合特性的深度理解和工程调控技术的不断演进，建立一套集成化、智能化、响应精准的通风阻力控制体系，将有效提升矿山通风系统的能效水平和风险防控能力。未来应持续推动测量技术与调控模型的融合创新，探索复杂工况下更加高效的通风阻力调控模式，以服务于智慧矿山建设和绿色低碳发展目标。

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