2. 矿井通风网络基础与火灾场景映射
矿井通风系统在物理上是由井筒、巷道、采空区、工作面、风门、风窗、风机等实体构成的复杂空间通道体系。若直接在这种实体形态上分析火灾烟流的传播，几乎无法计算。工程上的通行做法是：把通风系统抽象为“节点—分支—回路”组成的网络模型，再把火灾场景作为附加到网络上的边界条件与源项。本节要解决的核心问题就是——如何完成这种抽象，并保证抽象后的网络仍能正确反映火灾时的风流变化。
一、节点与分支：把巷道变成可计算的边
网络抽象的第一条规则是：凡风流发生分流、汇合、方向改变或断面显著变化的位置，设为一个节点。节点通常取在井底车场、采区石门与上山交叉点、工作面进回风隅角、风门两侧、风机进出口等位置。两个节点之间、风流方向单一且沿程风阻可视为集中值的巷道段，抽象为一条分支。分支是网络计算的基本单元，它携带三个核心属性：风阻 R（N·s²/m⁸）、通过风量 Q（m³/s）和两端节点间的风压差 h（Pa）。
抽象时有两个常见误区需要避免。其一，把整条长巷道连同中途多个分岔点压缩成一条分支，会丢失分岔处的分流信息，火灾烟流究竟进入哪条巷道就无法判断；其二，在没有任何风流变化的位置随意增设节点，会使网络规模无谓膨胀。合理的粒度判断标准是：节点必须对应“风流可能重新分配的位置”，因为火灾时风量重分配正是我们最关心的现象。
此外，每条分支还需标注若干火灾分析专用属性：巷道类型（进风、回风、工作面、采空区漏风通道）、长度与断面、是否含可燃物、坡度、以及是否设置风门风窗等调控设施。这些属性在正常通风计算中不参与解算，但在火灾场景映射时决定烟流蔓延路径与热风压作用的强弱。
二、回路与风量风压关系：网络必须满足的两组方程
网络建立后，风流分布由两组基本定律约束。第一组是节点风量平衡：对任一节点，流入风量之和等于流出风量之和（含漏风），即 ΣQ = 0。第二组是回路风压平衡：沿任一闭合回路，各分支通风压力（风压降）的代数和为零，即 Σh = 0，其中分支风压降与风量的关系为 h = R·Q²（完全紊流状态）。
这两组方程共同决定了网络的自然分风。以一个简单并联为例：若两条并联分支风阻分别为 R₁ = 0.02、R₂ = 0.08 N·s²/m⁸，总风量为 30 m³/s，则按并联风量分配关系 Q₁/Q₂ = √(R₂/R₁) = 2，得 Q₁ = 20 m³/s、Q₂ = 10 m³/s。这一结果说明：风量总是优先流向风阻小的分支。理解这一点对火灾分析至关重要——当火灾产生的热风压改变了某条分支的等效作用压力时，原有分风比例会被打破，风量甚至可能反向，这正是“风流逆转”的力学根源。
三、火灾场景如何映射到网络
火灾对通风网络的影响可归结为两类附加项，必须准确映射到网络模型上。
第一类是火风压（热风压）。火灾使局部巷道空气升温、密度下降，在倾斜或垂直巷道中形成附加的自然风压。其大小可近似按 h_f = g·Δρ·Z 估算，其中 Δρ 为火区内外空气密度差（kg/m³），Z 为火区段高差（m）。例如某上山巷道高差 80 m，火区平均温度使密度由 1.2 降至 0.85 kg/m³，取 g = 9.8 m/s²，则 h_f ≈ 9.8 × 0.35 × 80 ≈ 274 Pa。这个数值足以与主通风机在该区段提供的风压相比拟，因此必须作为一条附加作用压力叠加到对应分支上，方向由高温侧指向低温侧（即通常指向上方）。
第二类是火区分支的阻力突变。火灾及后续的控风措施会改变分支风阻：燃烧段可能因断面变化、堆积物而增阻；而救灾中打开风门、构筑临时密闭则直接改变网络拓扑或分支风阻。映射时应在网络中把火区所在分支标记为“可变阻分支”，并记录其初始风阻与调控后的风阻值。
把上述两类附加项代入回路风压平衡方程后重新求解，即可得到火灾条件下的风量分布。工程上常用回路风量法（如斯考德—恒斯雷迭代法）或节点风压法求解，其本质都是在满足 ΣQ = 0 与 Σh = 0 的前提下，寻找新的风量分配。
上图展示了一个含 5 个节点、4 条分支的简化网络。正常通风时，分支1与分支2构成并联，风量按风阻分配为 20 与 10 m³/s。当分支3所在上山发生火灾后，火风压 h_f ≈ 274 Pa 叠加到该分支上，回路 ②-③-④ 的风压平衡被打破，需重新求解。若火风压方向与原有风流方向相反且数值足够大，分支3的风量可能降为零甚至变为负值，即出现风流逆转，烟流将沿原进风路径反向蔓延。这正是网络模型在火灾分析中的价值所在：把物理现象转化为可求解的方程变化。
四、建模实操要点
实际建模时，建议按以下顺序推进：先绘制通风系统示意图，标出所有风流分合点；再逐一编号节点与分支，形成分支属性表（编号、起止节点、风阻、正常风量、巷道类型、是否含可燃物）；然后检查网络连通性与回路数，回路数应等于分支数减节点数加 1（即 M = B − N + 1），可用于校验建模是否遗漏或冗余；最后代入正常通风数据试算，若各分支风量与实测或设计风量偏差在合理范围内，说明网络抽象基本可信，方可进入火灾场景叠加。
综上，节点与分支完成了空间结构的离散化，节点风量平衡与回路风压平衡提供了求解依据，而火风压与阻力突变则是火灾场景进入网络的入口。三者结合，才能把一座真实矿井的火灾通风问题，转化为一个可计算、可判断风流逆转风险的网络问题。