矿井通风网络（精选9篇）
矿井通风网络 篇1
1 概况
平煤股份八矿位于平顶山市区东部, 设计生产能力为300万吨/年, 井田东西走向长度12.5km, 南北倾斜宽3.36km, 井田面积41.42km2。矿井于1966年12月破土动工, 1981年2月投产, 井田工业储量为38839.9万吨, 可采储量为26197.53万吨, 矿井可采煤层共有三组四层, 丁5.6煤层、戊9.10煤层、己15煤层和己16.17煤层。
八矿丁一风井采用抽出式通风方法, 担负丁一采区、戊一采区和己一采区通风任务。丁一采区位于矿井东部, 先开采丁一深部采区, 按矿井丁一采区深部开采计划, 丁一深部采区共计储量约1471万吨, 可采储量约900万吨, 丁一四条下山需不断向下延伸, 丁一现在一条下山达2400米, 随着丁一采区井田边界继续向北延伸, 通风阻力将越来越大。预计丁一采区深部开采共向下延伸11个区段, 由进风到回风通风路线达10000米以上, 巷道设计通风断面较小, 而二水平戊一采区通风路线为5000米以下, 设计四条上山, 通风断面大, 两个采区阻力不平衡, 丁一风井主扇运行极不经济。
2 丁一采区通风系统存在问题
(1) 丁一采区无专用回风上山。
(2) 丁一风井通风网络结构、阻力分布不合理。
(3) 丁一采区现有风量不能解决丁一地温高的问题。
(4) 丁一采区煤层瓦斯含量大, 有突出危险。
(5) 丁一采区巷道失修地点多、失修严重。
(6) 丁一风井限制二水平采区的开采。
3 丁一风井通风系统优化必要性
根据平煤股份八矿生产部署及将来生产计划, 丁一采区及二水平戊一、己一采区计划深部延伸, 需风量不断增加, 仅仅依靠现在的丁一风井供风, 难以满足矿井的生产需要, 丁一采区向深部开发, 矿井生产布局正在由一水平向二水平过渡, 但由于各种原因, 采掘布置、通风巷道断面已无法满足现在高产高效矿井的需要, 严重制约着八矿的生产。
我矿丁一风井目前风量为9880m3/min, 一水平和二水平存在严重的争风问题, 既限制了二水平的开发速度, 又给一水平丁一采区的深部开采造成困难, 严重制约着八矿的安全生产, 随着丁一采区深部开发, 二水平戊一和己一采区采面投产, 需风量将大幅增加, 因此对丁一采区通风系统优化改造迫在眉睫。
4 十二五规划中未来五年不同时期矿井计划需风量
丁一风井各采区预计需风量:
4.1 丁一采区三条下山目前还未施工到位, 需要加快施工进度, 尽快形成完善的系统。
(1) 2011年~2012年, 丁一采区正常生产布置1个综采面, 1个掘进工作面, 5个峒室, 同时四条下山、片盘需施工到位, 需布置3个开拓工作面, 总需风量4752m3/min。
(2) 2012年~2013年, 丁一采区正常生产布置1个综采面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 同时下延三条下山、片盘, 需布置2个开拓工作面, 总需风量4512m3/min。
(3) 2013年后, 丁一采区正常生产需布置1个综采面, 3个掘进工作面, 5个峒室, 总需风量4200m3/min。
4.2 二水平戊一采区预计需风量:
戊一采区目前正在施工戊9.10-21030采面的机风巷, 预计2012年8月采面形成。
(1) 2011年~2012年布置1个备采工作面, 1个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个硐室需风量3600m3/min。
(2) 2012年8月~2013年10月布置1个采煤工作面, 2个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量3200m3/min。
(3) 2013年后, 戊一采区将布置1个采煤工作面, 1个备采工作面, 3个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量5400m3/min。
4.3 二水平已一采区预计需风量:
二水平已一采区目前正在施工己一西翼回风下山, 预计2012年10月完工, 通风系统形成后, 开始施工己一皮带下山, 现在需风量1500m3/min。
(1) 2011年~2012年布置2个开拓工作面, 2个硐室需风量1600m3/min。
(2) 2012年~2013年布置2个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量2100m3/min。
(3) 2013年~2014年布置1个准备工作面, 1个开拓工作面, 2个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量2900m3/min。
(4) 2014年后, 己一采区将布置1个采煤工作面, 1个备采工作面, 3个掘进工作面, 4个峒室, 总需风量5520m3/min。
5 矿井通风系统改造前矿井阻力测定
矿井通风阻力测定即矿井各井巷的通风阻力 (摩擦阻力和局部阻力之和) 测定, 有时也单指矿井最大通风阻力路线的阻力测定。测定参数包括:测点的静压、测点的标高、干球温度、湿球温度、风速、测点间长度、井巷断面积、周长等通风参数, 以及风门两端静压差。2011年1月份, 八矿组织通风部门对全矿井进行了一次通风阻力测定, 在系统改造前对矿井阻力分布状况进行一次排查摸底, 为复杂网络通风系统优化提供了大量的科学依据和技术资料。
矿井通风系统阻力分布情况及分析:通常情况下, 一个比较合理的通风系统阻力分布为:进风段占20%~30%, 用风段占40%~50%, 回风段占30%~40%。
通过对矿井阻力测定的结果, 我们得出每个风井最大通风阻力路线的进风段、用风段和回风段通风阻力的对比结果, 并对结果进行分析, 找出造成通风阻力过大的风段存在的问题。丁一风井各风段阻力分布情况见表1所示。
从表中可以看出, 丁一风井通风阻力分配不合理, 回风段阻力过大。特别是回风段中丁一东翼专回、丁一轨道上段阻力过大。经过井下实地分析, 丁一东翼专回多处巷道变形、底鼓, 出现爬行巷道, 丁一轨道下山多处巷道狭窄, 风速超限, 多处地段受到破坏, 多为侧壁变形、顶板冒落及底板凸起。这些巷道维修速度赶不上变形速度, 因此造成了回风段通风阻力过大。
6 优化方案确定
6.1 通过阻力测定提出以下通风系统优化方案
(1) 方案一:在二水平戊一采区补做一条进风降阻巷 (兼做辅助运输) 与丁一轨道下山下段联通, 丁一轨道上段及原进风下山改为回风, 并将丁5.6-11210边切眼与丁一轨道上段联通作为丁一采区的东翼回风, 同时将丁一东翼回风不断延伸, 担负丁一东翼采区的通风重任, 丁一进风降阻巷作为丁一采区主要进风巷, 丁一皮带下山作为辅助进风巷, 丁一采区通风系统由原来的“两进一回”改为“两进两回”。
(2) 方案二:服务于一水平己二、戊二采区的西一风井, 在戊9.10-12160采面回采结束后, 仅担负己二上部采区的通风任务, 如果仅仅为己二采区服务, 会造成风机用风不经济, 产生不必要的经济损失, 因此考虑在二水平戊一采区做一条总回风与西一风井相连通, 形成丁一风井、西一风井联合服务一水平己二采区、丁一采区、二水平戊一、己一采区的通风网络。
(3) 方案三:在丁一深部开采区域范围内, 新做服务于丁一采区的回风井筒, 丁一新回风井筒仅服务于丁一深部采区, 二水平戊一采区西翼回风不再为丁一采区服务, 原丁一风井全力服务于二水平戊一、己一采区。
6.2 方案论证及确定
6.2.1 通风系统优化方案一论证
(1) 该方案解决了丁一采区通风路线长的问题, 丁一采区通风路线相比以前减少了2000多米, 丁一采区进风段阻力大大减小, 丁一采区风量由原来的4050m3/min增加为改造后的5500m3/min;
(2) 通风系统优化改造后, 丁一采区风量增加仅1500m3/min, 保证了丁一3个掘进工作面的正常开工, 对丁一采区后期深部开采起到至关重要的作用;
(3) 丁一进风降阻巷的施工, 不仅有效的提高了采区风量, 缩短了通风距离, 而且作为辅助运输巷也减小了职工劳动强度;
(4) 经过改造的丁一采区通风系统风机负压降低到2940pa, 主扇工况点在合理的工作范围内。
6.2.2 通风系统优化方案二论证
(1) 该方案为西一风井担负丁一采区的回风任务, 根据计算机模拟解算, 系统改造后采区风量增加约468m3/min, 各采区风量有所增加, 但是增加幅度不大, 西一风井回风2856m3/min, 负压为3529pa, 因西一风井担负一部分通风任务, 丁一风井回风下降至7362m3/min;
(2) 戊二采区回风段回风路线长达5000米, 回风段阻力较大, 丁一采区阻力分布不合理;
(3) 系统优化改造后丁一采区风量增加不明显, 对后期深部开采起不到关键作用;
(4) 戊8-21020抽排巷长达2000米, 开掘巷道投入成本高, 再加上丁一、戊二采区巷道失修巷道长, 维修成本高, 系统改造投资大、见效低;
(5) 戊二采区回风段长达5000米, 回风段阻力大, 并且回入风量不理想, 风量不足3000m3/min, 风井负压达3500pa, 使西一风井主扇运行不够经济。
6.2.3 通风系统优化方案三论证
(1) 该方案的确立, 将会解决丁一采区与二水平戊一采区共用回风的问题, 丁一采区通风系统得到独立;
(2) 经过计算机风网模拟结算, 丁一新回风井施工后, 丁一采区风量大增, 丁一风量的紧张的历史局面将得以结束, 丁一采区深部开采规划将会顺利实施, 经过通风能力核定, 丁一采区产量将增加到120万吨/年;
(3) 二水平戊一、己一采区投产后, 不再与丁一采区存在“争风”问题, 并且丁一风井少了一个大阻力采区的负荷, 其工况点工作范围能够保证戊一、己一采区采掘生产需要, 有效风量率达90%以上。
(4) 丁一新回风井的施工, 需再安装一对地面主要通风机, 矿井的通风网络将会更加复杂, 不过将来西一风井因采区封闭主要通风机不再担负通风任务。
6.3 丁一风井方案优缺对比与择优选择
通过以上三种方案的论证, 方案一不仅提高了采区风量, 而且保证了采掘头面顺利开工, 是合理的系统优化方案, 但是只能解决一时通风系统难题, 不能解决丁一采区与戊一采区共用回风问题, 当戊一、己一采区投产后, 三采区争风问题依然存在。
方案二的提出虽然会解决西二风井风机损耗问题, 使西二风机不至于因采区的封闭而停运, 但是该方案造成通风路线加长, 回风段长度达5000米, 西二风机负压高达3500pa, 并且需开掘一条2000多米的回风巷, 投入成本大, 经济效益不明显, 因此不能采用。
方案三不仅有利于丁一深部开采实施, 而且使丁一、戊一采区系统独立, 并且能保证二水平戊一、己一投产后风量充足, 能够满足用风需求, 也不存在争风问题, 因此是最优的通风系统优化方案, 有利用八矿矿井的长期发展。
因此选择方案三为最优方案。
7 结论
通过一系列矿井通风系统优化与改造, 丁一风井总风量由原来的9880m3/min提高到现在的12230m3/min, 确保了矿井由一水平采区向二水平采区过渡时期的安全生产, 缓解满足了高突工作面的用风需求, 降低了采掘工作面的瓦斯浓度。成功地解决了平煤股份八矿在大采深、多煤层群、复杂通风系统生产条件下, 矿井两个水平同时开采风量紧张的问题, 它不仅完善了矿井各采区专用回风系统, 使矿井通风系统达到了合理、稳定、可靠的要求, 而且大大提高了原煤产量, 使矿井原煤产量稳定在360-380万吨/年。在成功解决水平过渡时期通风问题的同时, 又充分考虑了水平过渡后的通风系统方案, 使通风系统优化改造做到有的放矢, 减少了重复工程和资金浪费。为多风机耦合、深水平、多煤层复杂网络矿井通风系统优化改造积累的丰富的经验, 其通风系统优化方案和风网结算技术, 对于通风系统改造的矿井极具参考价值, 值得大范围推广。
参考文献
[1]王志强, 李晓霞.矿井通风系统安全性评价探讨[J].轻工科技, 2012 (03) .
[2]何兴, 李康来.煤矿矿井通风系统问题分析与解决对策[J].中国新技术新产品, 2012 (03) .
[3]刘建建.低瓦斯矿井通风系统管理存在问题及解决办法[J].企业技术开发, 2011 (12) .
矿井通风网络 篇2
时间过得很快，一转眼间我们的认识实习就过去了。但也给我留下了深刻的回忆，体验到了矿下的惊险和地下作业的乐趣；也体会了矿工工作的艰辛、努力和对工作的奉献。让我不由自主的对他们升起几分的敬意。虽然就是那么短短的几天，但是也让我们学了很多东西。实习带队的是我们班主任（黄老师），虽然是才出来的一位年轻老师。但是凭他以前的实习经历和理论知识，造就了他现在有丰富的理论知识和实习经验。在这位年轻的班主任带领之下，使我们在实习期间，实习的气氛显得很轻松。老师也很负责，妥善安排我们的住宿和收集资料。每天为我们的实习课程奔波，晚上还主动找同学们沟通，讲解矿上的专业知识，当上了我们实习路上的“百度”。因为我们班上的人太多，很不容易找到适合我们实习的矿，黄老师和学校的领导费了很大的力才联系上了永川煤矿（永川煤矿是通过陈雄老师的学生在永煤上班，才联系上的，据说还是很勉强）。我很感谢学校领导和黄老师对我们班关心和照顾。所以，我们要珍惜每一次的实习机会，学好专业知识。不会辜负学校对我们的栽培。
6月8日上午，我们匆匆的感到陈家坪汽车站。经过90分钟的车程到达永川，再到永川的25队车站出发，经坐40分钟的车，终于来到我们的目的地——永川煤矿。对于这次的认识实习，我们都非常的重视，个个都表现出了非常激动的表情。毕竟这是我们人生当中的第一次实习，难得一次真真正正的见到矿山的庐山真面目。而且在这里，可以让我们学到课程上根本学不到的东西，扩张了我们的视野，增长了我们的见识。、6月9日，我们早早的起了床，从洗选厂招待所出发步行30分钟到永川煤矿。映入我眼前的是一个非常现代化的煤矿，很多东西都是用机械操作。接待我们的是永川煤矿的一位安全副矿长（从表面看，副矿长对我们不是很热情，也许是我们班上的人太多了，让他们一时接受不了，也可能有另外的原因）。他带领我们参观了煤矿的地上作业、瓦斯的检测、地下水的的抽取、对井下器材的运输和井下石矿的处理等等。副矿长还专门给我们讲解了瓦斯的利用和来源，它主要是采矿作业中由矿井中产生的有害气体。而且抽取的瓦斯能够用来发电和煮饭用。就永川煤矿的瓦斯抽取量发电，可供煤矿周围方圆十里的家庭用户照明，这可真的是一笔不小的财富啊。矿工们都说这是一个稳赚不舍的工程。
6月10日，我们在永川煤矿的职工会议室听取李科长对永煤的开采和安全上的介绍。从李科长哪里我们了解到：煤矿总共有四个采区，该采区属-350m水平下山开采的下南一采区，邻近采区有南部开采的的-350m水平下南二开采的南二采区，北西有尚未开拓的-350m水平下南一采区。现-350m水平开采的下南二采区正在开采大龙煤层。采区走向长1700m，639-645m，平均倾斜长642m。现煤矿的开采幅度是10°——13°和煤矿采区的垂直标高-600米，采区下面的温度很高等。针对矿下的种种问题，永煤也采取了很多的措施。还了解到了永川煤矿的整个通风走向，采用的是两翼式通风机。其次主要是安全上的，因为这也是我们下矿必须遵从的，从李科长那里我也了解到了现实和书本上是有差别的，为此，我要努力的把理论和实际集合起来，增长自己的知识。
6月13日，是让我们最心动的日子，它终于到来了。因为今天我们就开始了人生的第一次下矿，所以我今天也起的格外的早，到矿山与我们的小组集合。8：30我们统一的开会，学习了下矿的基本技术和到矿下的注意事项。之后，就是我们的下矿时间了，同学们都很仔仔细细的观察周围陌生的环境，认真的听取矿上技术人员的讲解。给我们带队的恰好是我们
学校毕业的学长，所以。解释的很详细。还亲自带我们到掘井工作面了解，也让我们看见了掘井工作人员的艰辛和刚毅的工作态度，看到了工作面的危险性。
下井回来之后我们休息了两天，再去参观了煤矿的通风机。毕竟通风才是我们最主要的专业，所以我们不畏烈日的百般阻扰之下，来到了通风机住址。了解通风的必要设备，还有适合井下工作的工作要求。也让我们对通风机有了更搞的认识。
实习期间，我利用了这次难得的机会，严格的要求自己，虚心的向老师和矿上的职工求教，认真的听取理论课，尽量的把理论与实际相结合到一起。在实习期间我遵守纪律，不迟到，早退。认真完成老实交代的事情。
矿井通风网络图自动绘制技术研究 篇3
关键词：矿井通风,通风网络图,自动绘制
0 引言
矿井通风是煤矿的命脉, 其好坏直接关系到煤矿的安全生产和经济效益。通过矿井通风网络图可以一目了然地看清矿井的通风系统, 因此, 矿井通风网络图是矿井通风管理的重要图件之一, 也是进行矿井通风系统模拟、网络解算、通风系统优化的基础资料, 对于矿井的安全管理十分重要。
用计算机手工绘制通风网络图较困难且繁琐, 难免出现错误, 给矿井通风管理工作带来不便。矿井通风网络图的自动绘制技术不仅可提高绘图的自动化水平, 提高工作效率, 降低通风管理人员的工作难度及出错率, 并且能够为矿井通风网络解算提供极大的方便。为了掌握目前矿井通风网络图自动绘制技术的研究现状, 本文从以下3个方面进行介绍和分析:通风系统图网络结构信息的采集、网络通路的生成以及网络图的绘制。
1 通风系统图网络结构信息采集技术
采集通风系统图的网络结构信息是绘制通风网络图的前提。通风系统图网络结构信息采集技术经历了一个从手动到自动的过程。
(1) 手工建立网络结构数据文件。首先观察矿井通风系统图, 在其上对巷道和巷道交汇点进行编号, 研究通风系统的网络结构, 建立巷道和与其相关的巷道交汇点 (即节点) 的数据文件并写入数据库。
法国矿业研究中心在20世纪80年代初研制了具有绘制简单地质图、矿井开拓图及矿井通风网络图功能的辅助矿井设计和矿井通风网络解算的功能的计算机软件;太原理工大学高红波等研制开发了可视化矿井通风系统软件, 利用数据库存储图元及巷道信息, 在通过结算后更新数据库, 然后从数据库中读取已更新的参数自动绘制图形[1]。北京杰特威科技有限公司开发了通风安全管理系统, 该系统几何作图功能强大, 可根据人工输入的巷道拐点的地质三维坐标及其相互连接关系, 自动绘制通风三维立体图;还可根据网络节点的连接关系, 自动生成通风网络图并进行优化连接和自动标注风流方向。
这种方法需要人工确定和输入相应的通风网络结构信息 (包括巷道名称、节点编号等) , 效率比较低、耗费的人力劳力比较大, 另外当通风网络比较复杂时还容易出现输入信息错误并且不容易查找。
(2) 利用自主研发的CAD软件, 在绘制矿井通风系统图时, 自动建立和管理拓扑关系, 然后自动绘制通风网络图。
原淮南矿业学院的李湖生研制了矿井通风网络CAD软件, 把矿井通风系统单线图的所有巷道分叉点都作为网络节点进行编号, 所有两节点之间的巷道都作为网络的分支给予编号, 由此得到系统网络拓扑结构数据, 进而生成通风网络图, 最初生成的网络图图型和通风系统单线图基本一样[2,3]。
辽宁工程技术大学的刘剑教授领导的团队研制了矿井通风仿真系统MVSS, 既可以通过手动输入网络拓扑结构数据来独立生成通风网络图, 也可以根据建立通风系统图时的数据得到网络拓扑结构来自动生成对应的通风网络图[4,5]。
安徽理工大学的张国枢教授等研制了矿井通风系统平面图专用绘制软件, 实现了由绘制通风系统图时保存的系统网络拓扑结构数据自动生成网络图的功能[6]。
太原理工大学的于海涛利用建立矿井通风系统图时保存的节点和巷道分支数据, 自动建立矿井通风系统的拓扑关系[7]。
澳大利亚Craig Stewar开发的矿井通风仿真软件Ventsim, 可以直接导入dxf格式文件的矿井通风系统图, 导入通风系统图时把图的图形信息存入了Ventsim的后台数据库, 然后绘制出和通风系统图形状类似的通风网络示意图, 而且于2008年推出基于真三维立体图像的升级版本, 使矿井通风仿真更加接近实际。
美国MVC股份有限公司开发的VentPC可以直接利用AutoCAD图, 根据导入系统图时的信息建立与通风系统图形状类似的三维通风网络图, 并实现了以不同颜色区分通风系统中的进风、回风及用风巷道。
这种方法虽然在绘制通风网络图时不用手动输入通风网络结构信息, 但是这些网络结构信息并不是真正的网络结构信息, 而是提取的通风系统图的巷道节点的坐标等信息, 利用这些数据绘制的通风网络图和通风系统图的形状大致一样, 不太符合通风网络图的绘制原则。
(3) 基于AutoCAD格式或其他格式的图形文件的矿井通风网络信息采集。分为两种方法:利用基于AutoCAD软件的人机界面进行交互式数据采集;利用其他格式的图形文件自动采集矿井通风网络信息。前一种方法需要人的参与, 由于是利用人工来识别和采集信息, 因此采集到的信息比较准确;第二种方法几乎不需要人的参与, 而是软件自动完成, 效率很高, 但是由于目前算法的局限性导致信息的识别不可能完全正确, 进而致使采集的信息准确度不高。
安徽理工大学的时春香开发了具有人机交互界面的网络结构数据的交互式采集插件, 把采集到的数据直接写入到后台数据库中[8]。
安徽理工大学的张国枢教授和杨应迪等研究了基于AutoCAD格式的矿井通风系统图的网络信息交互式采集技术。通过其开发的交互式采集软件, 在通风系统图上, 用鼠标单击巷道和航道的交叉点, 选区位置, 进行自动编号, 自动采集分支的物理位置和分支长度, 然后通过查询通路来检验采集的信息是否完整, 再把采集的信息数据文件加载到AutoCAD图形中, 对加载的数据和通风系统图中“NewLayer”图层的图元进行自动核对, 最后根据采集的数据信息绘制出具有GIS功能的仿真物理模型通风网络图[9]。
中国矿业大学的孔令标、侯运炳等开发出以GIS软件Arc/Info为开发平台的通风网络解算软件。该解算软件充分利用GIS系统的空间数据和属性数据的特点, 进行通风网络图特征建模, 解析网络、节点、通风支路、串联、并联、角联等要素之间的拓扑关系, 提出采用非平面数据模型来解决通风网络中的三维拓扑问题[10]。
辽宁工程技术大学的段冬生研究了矿井通风系统图和网络图的绘制及绑定技术, 以矿井通风系统单线图为基础, 利用开发的网络拓扑关系程序自动生成拓扑关系文件, 再用AutoLISP程序处理和读取拓扑关系数据, 然后根据拓扑关系数据绘制通风网络图[11]。
太原理工大学的王海涛开发了矿井风量预测系统, 着重研究了矿井风量预测时网络图的自动生成, 编写了风网属性提取程序, 实现了通风系统图中风网属性数据的自动提取和保存, 改进了原始数据的输入方式[12]。这种方法已经初步实现了网络结构信息的自动提取, 效率有所提高, 但是自动提取的信息很可能不完整或出现错误, 还需要人工进行核对和修改。
2 生成网络通路的研究
在通风网络图自动绘制过程中, 通风网络通路的生成是关键, 网络通路的寻找是否正确直接关系到绘制的通风网络图是否正确。这方面的研究主要是找出一些算法, 以能够较快地、准确地从网络结构数据中寻找出网络结构中所有节点之间、分支之间以及节点和分支之间的连接关系。近些年, 国内有些研究者通过改进一些成熟算法得到了一些实用、有效的方法。
目前运用较多的是深度优先算法。该算法把一个网络结构看成树, 沿着树的深度遍历树的节点, 尽可能深地搜索树的分支。当某节点的所有边都己被探寻过, 搜索将回溯到发现该节点的那条边的起始节点。这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节点为止。如果还存在未被发现的节点, 则选择其中一个作为源节点并重复以上过程, 整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止。很多关于网络图通路的生成都是基于深度优先算法的, 例如前面提到的原淮南矿业学院的李湖生教授研究的矿井通风网络CAD软件[3], 辽宁工程技术大学刘剑教授团队开发的矿井通风仿真系统MVSS[5]等。
辽宁工程技术大学的贾进章、郑丹等提出用行向量法方便、快捷地确定通风系统网络通路的总数, 该方法适用于所有的通风网络系统, 实现步骤如下:
(1) 添加虚分支。对于有m个节点, n条分支的通风网络图G= (V, E) , |V|=m, |E|=n, 添加2个虚节点Vf和Vt, 使所有源节点连上Vf, 所有汇接点连上Vt, f和t是节点编号, 并且和网络图中的其他节点编号不重复, 添加2个虚节点后的图G'是一个单源单汇型网络, 其和原图G的网络通路个数也一样。
(2) 用式 (1) 计算图G'的通路总数w。
式中:a (k) f, t为G'的邻接矩阵A的k次幂A (k) 中的第f行元素[13]。
中国矿业大学的魏连江、周福宝等提出用通路树深度优先生长法确定通风网络通路。他们提出了假拓扑和真拓扑通风网络的概念, 并实现了拓扑关系的自动生成。将多源多汇型通风网络通过加虚分支和虚节点变为单源单汇型通风网络, 把所有的节点通路相同的部分合并在一起作为树干枝, 形成一棵节点通路树, 树根均为通风网络的进风节点, 树叶均为回风节点, 树枝与树枝的交点对应着通路的节点。节点树的生长过程是同胚深度优先生长的过程, 定树生长从树根及干枝开始, 然后遵循“先枝后叶”原则。“先枝后叶”原则:树根生成后再生成一干枝;树干枝生成后, 总是从末端树枝节点朝另一方向生长出新的若干树枝, 再生长树叶;树叶生长后, 再从末端树枝节点朝另一方向生长, 若不能生长, 再朝其余方向生长;若各方向均不能生长, 后退一枝节点开始枝叶生长, …, 退到树根时开始另一干枝生长, 再重复前述生长过程;若不能生长出干枝, 生长终止。从节点树的叶节点开始向根部寻找, 即可找出所有通路[14]。
中国矿业大学的吴兵教授提出用最长路径法自动生成通风网络图的方法。网络图中任意节点的最长路径:流入该节点的所有分支的始节点的最长路径长度加1。当计算出通风系统网络中2个节点的最长路径时, 就得到了其所在分支上的这2点之间的节点序列。当得到进风节点和回风节点之间的最长路径时, 也就找到了网络图中的一条通路了[15]。
煤炭科学研究总院的李伟、张浪、王翰锋等提出了基于改进节点位置法的角联风路识别方法。2005年蔡峰提出节点位置法:对于1条风路, 风流由其始节点vf流向末节点vt, 则该风路记作e (vf, vt) 。某条风路, 若至少存在1条不经过其始节点的通路pi使得从进风井到这一风路的末节点可达, 定义这条通路pi为下半通路;同时至少存在1条不经过其末节点的通路po使得从这一风路的始节点到出风井可达, 定义这条通路为上半通路, 则这一风路处在角联位置上。李伟、张浪、王翰锋等经过验证发现, 原方法算法不够严密, 经常出现识别错误的现象。他们提出的改进算法是在节点位置法基础上增加一个验证条件:pi∩po=ф;只有同时满足这3个条件的风路为角联风路[16]。改进算法不会出现识别错误的现象, 并且程序执行效率很高, 能够满足大型通风网络角联风路的识别。
这些算法虽然都能够得到网络通路, 很少出现错误, 但是对于一个比较复杂的通风网络结构, 它们都需要进行很多步的循环, 时间复杂度和空间复杂度都比较大。
3 关于绘制网络图的研究
关于绘制网络图的研究主要是如何布置图形中节点和相关弧线的位置, 使绘制的网络图既能清晰地反映出矿井通风系统的真实拓扑结构, 同时看起来比较美观。后来一些研究人员开始尝试在网络图中反映出通风系统的一些实际情况, 例如分支的风量、阻力等信息。
2003年, 辽宁工程技术大学的刘剑、贾进章和郑丹提出了基于独立通路思想的风网平衡图绘制数学模型。风网平衡图就是网络中的每一条分支都用一矩形块表示, 并按网络的拓扑关系把矩形块排列起来, 其中矩形块的宽度代表分支风量, 矩形块的高度代表分支的阻力。以独立通路思想为指导, 采用深度优先搜索法确定全部独立通路, 然后建立独立通路所属分支对应的平衡图矩形块的左下角点坐标和右上角点坐标计算模型[17]。2012年, 刘剑和邓立军研究了基于分层法的通风网络图绘制算法, 采用分层法作为绘制算法的主框架, 基于最长路径法对接点分层, 使具有相同最长路径长度的节点分布在同一个图层上;再采用混合遗传算法HGA来排序同一个图层上的节点, 使分支交叉数尽量少;最后利用最长路径并联通路法绘制节点和分支, 使绘制的通风网路图呈现鸭蛋形[18]。
2006年, 西安科技大学的吴奉亮、常心坦研究了多通风机通风系统网络图的自动绘制, 通过计算多通风机通风系统中每个通风机的主要作用范围, 将系统中的巷道划分成若干个以通风机为代表的分区;然后自动生成每个分区对应的鸭蛋形曲线网络图, 将每个分区中最主要的用风巷道放在网络图最左侧的弧线上;最后将各个分区的曲线图连接起来构成一个大的网络图[19]。
这方面的研究大多是出于功能性和实用性考虑的, 对美观性和简单性考虑不多, 而美观性和简单性是绘制网络图的一个很重要的原则。
4 结语
通过对国内外研究人员关于矿井通风网络图自动绘制的研究进展的分析, 发现其研究内容主要是通风系统图网络结构信息的采集、网络通路的生成以及网络图的绘制方面。对于通风系统图网络结构信息的采集, 目前还很难做到完全自动采集, 特别是当通风网络结构比较复杂时, 自动采集的信息出现的错误更多, 这方面也是目前通风网络图自动绘制研究的一个难点;对于网络通路的生成, 目前已经有比较成熟的算法, 例如深度优先搜索算法、行向量法和节点位置法以及对这些算法的改进和优化, 逐步能够适用于复杂的网络结构;在网络图的绘制方面, 现在研究者除了研究怎样使绘制的网络图简单、美观, 还应研究怎样使网络图更多地反映通风系统的一些信息, 使网络图的功能性和实用性得到提升。
矿井通风总结 篇4
一、填空
1、矿井五大自然灾害是指
2、瓦斯在煤体内的存在状态有
3、煤层内的瓦斯存在垂直的分带特征，一般将煤层由露头自上而下分为四个带:CO2-N2带、N2带、N2带、N2-CH4带、CH4带，前三个带总称为瓦斯分化带。
4、煤层的瓦斯含量指下所含有的瓦斯量。
5、矿井瓦斯涌出的不均匀系数指在一段时间内瓦斯涌出的的比值。
6、矿井瓦斯涌出分为斯突出。
7、瓦斯喷出指大量
8、预防煤与瓦斯突出的措施可分为措施。
9、松动爆破分为
10、水力冲孔主要用于
11、矿内瓦斯爆炸的有害因素是：
12、瓦斯在空气中的爆炸下限为。
13、瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的间隔时间，这种现象被称为引火延时性，间隔的这段时间称感应器。
14、瓦斯爆炸的主要参数有量、瓦斯的引火延时性。
15、瓦斯抽放中，按钻孔与煤层的关系可分为；按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。
16、抽放瓦斯开始后，钻孔周围的瓦斯含量和压力逐渐降低，随着时间的延长影响范围逐渐达极限值，其影响半径极限称为抽放半径。钻孔的间距应小于极限抽放半径。
17、能向开采煤层采空区涌出瓦斯的煤层或夹层叫做位于开采煤层顶板内的邻近层叫上邻近层，底板内的叫下邻近层。
18、煤层开采后，和变形带。
19、采空区的瓦斯抽放可分为。
20、自然发火指有的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触，发生氧化，产生热量使其温度升高，出现发火和冒烟的现象。
21、对于U型通风系统，按漏风的大小和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为三带：散热带、自燃带和窒息带。
22、煤的自燃过程分为
23、矿井自燃火源主要分布在。
24闭灌浆三种。
25、风流的紊乱形式有。
26、密闭墙的种类有：。
27、封闭火区懂得原则是：
28、煤尘常指粒径为
29、呼吸性粉尘（岩尘）指粒径在以下的细微尘粒。
30、矿尘沉积量指单位时间在巷道表面单位面积上所沉降的矿尘量，单位为g/m2·d。
31、作业人员从接触矿尘开始到龄。
32、煤层注水参数有：。
33、二、简答
1、影响煤层瓦斯含量的因素
答；（1）煤的吸附特性；（2）煤层露头；（3）煤层的埋藏深度；（4）围岩透气性；（5）煤层倾角；（6）地质构造；（7）水文地质条件；
2、影响瓦斯涌出的因素
答；1）自然因素①煤层和围岩的瓦斯含量；②地面大气压力变化；2）开采技术因素；①开采规模；②开采顺序与回采方法；③生产工艺；④风量变化；⑤采区通风系统；⑥采空区的密闭质量。
3、预防煤与瓦斯突出的技术措施？
答：1）区域性防突措施。①开采保护层；②预抽煤层瓦斯；2）局部防突措施。①松动爆破；②钻孔排放瓦斯；③水力冲孔；④金属骨架；⑤超前钻孔；⑥超前支架；⑦卸压槽；⑧震动放炮。
6、预防瓦斯爆炸的措施？
答：1）防止瓦斯积聚①搞好通风；②几时处理局部积存的瓦斯；③抽放瓦斯；④经常检查瓦斯浓度和通风状况；2）防止瓦斯引燃 即对生产中产生的热源，必须严加管理和控制，防止它的发生或限定其引燃瓦斯的能力。采用防爆的电器设备、供电闭锁装置的控制措施、采用安全炸药等。3）防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施①编制周密的预防和处理瓦斯爆炸事故的计划；②实行分区通风。通风系统力求简单；③ 装有主通风机的处风口应安设防爆门或防爆井盖；④防止煤尘爆炸事故的隔爆措施，同样适用于防止瓦斯爆炸。
7、在哪些情况下可采用瓦斯抽放
答：1）对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，所以矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时应考虑瓦斯抽放；2)新建矿井，当一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风的方法解决瓦斯问题不合理时；3）对于全矿井，绝对瓦斯涌出量大于40m3/min应抽放瓦斯；4）对于突出矿井，可以考虑预抽瓦斯的方法防止突出。
8、影响煤炭自然发火的因素？
答：1）煤的自燃性能①煤的分子结构；②煤化程度；③煤岩成分；④煤中的瓦斯含量；
1合理的进行巷道布；②选择合理的采煤⑤水分；⑥煤中硫和其它矿物质；2）开采技术；○
方法和先进的回采工艺，提高采出率，加快回采进度；③选择合理的通风系统；④坚持自上而下的开采顺序；⑤合理确定近距离相邻煤层；3）影响采空区煤自燃的因素有遗煤的多少、工作面的推进速度和自燃带的最大宽度；4)漏风，把风速控制在易燃风速区之外；5)地质因素①倾角；②煤层厚度；③地质构造；④开采深度。
9、火风压的特性？
答：1）火凤压出现的位置 火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直向巷道中；2）火风压的作用相当于在高温烟流流过的风路上安设了一系列辅助通风机；3)火风压的方向总是向上的。因此当产生于上行凤巷道时，作用方向和主
要通风机风压相同，产生于下行风巷道时与主要通风机风压方向相反，成为通风阻力，称之为负火风压。
10、矿尘的性质？
答：1）矿尘中游离SiO2的含量；2）矿尘的粒度与比表面积；3）矿尘的分散度；4）矿尘的湿润性；5）矿尘的荷电性；6）矿尘的光学特性。
11、尘肺病的发病机理？
答：进入人体呼吸系统的粉尘大致经以下四个过程;1)在上呼吸道的咽喉，气管内，含尘气流由于沿程的惯性作用使大于10微米的尘粒首先沉降在其内。经过鼻腔和器官粘膜分泌物粘结后形成痰排除体外；2）在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞和少量的重力沉降作用，使5-10微米的尘粒沉积下来，经支气管、气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排除体外；3）在下呼吸道的细小支气管内，由于支气管分支增多，气流速度减慢，使部分2-5微米的尘粒依靠重力作用沉积下来，通过纤毛运动排出体外；4）粒度为2微米左右的粉尘进入呼吸性支气管和肺部后，部分随呼气排除体外，另一部分惨留在肺内的尘粒可杀死肺细胞，使肺泡组织形成纤维病变出现网眼，逐步失去弹性而硬化，无法担负呼吸作用，使肺部功能受到伤害，并容易诱发其他的疾病。在发病过程中，游离的SiO2表面活性很强，加速肺泡组织的死亡。
12、煤尘爆炸的特征
答：1）形成高温高压冲击波；2）煤尘爆炸具有连续性；3)煤尘爆炸的感应器；4）挥发分减少或形成“粘焦”；5)产生大量的CO.13、影响煤尘爆炸的主要因素
答：1）煤的挥发分；2)煤的灰分和水分；3）煤尘粒度；4）空气中的瓦斯浓度；5）空气中的氧含量；6）引爆热源。
14、预防煤尘爆炸的技术措施
答：1）减、降尘措施。主要采取的是以煤层注水为主的多种防尘手段；2）防止煤尘引燃的措施；3）隔绝煤尘爆炸的措施；①清除落尘；②撒布岩粉；③设置水棚；④设置岩粉棚；⑤设置自动隔爆棚。
15、矿山综合防尘
答；1）通风除尘；2）湿式作业；①湿式凿岩钻眼；②洒水及喷雾洒水；③水泡泥和水封爆破；3）净化风流①水幕净化风流；②湿式除尘装置；4）个体防护；①防尘口罩；②防尘安全帽；③AYH系列压风呼吸器。
16、地面防治水的措施
答： 1）慎重选择井筒位置；2）河流改道；3）铺整河底；4）填堵通道；
5)挖沟排洪；6）排除积水；7）加强雨季前的防汛工作。
17、矿井突水征兆
答：1）煤层发潮发暗；2）洞室、巷壁挂汗；3）巷道中的气温降低；4）顶板来压、顶板淋水加大、底鼓，并有渗水；5）出现压力水流；6）有水叫声；7)工作面有害气体增加。
三、计算题
1、根据煤层的瓦斯压力梯度预测其他深度瓦斯压力
2、根据瓦斯涌出量梯度预测其它深度的瓦斯相对涌出量
3、混合可燃气体同时存在的爆炸界限
4、矿井瓦斯等级和最大瓦斯涌出量的确定
5、某矿井正常涌水量1200m3/h求主要水仓有效容量。
答： V=2×（Q+3000）=2×（1200+3000）=8400m36、已知某矿井总回风量为4500 m3/min，瓦斯浓度为0.6%，日产量为5200 t，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。
解：绝对瓦斯涌出量：Qg=4500×0.6%=27m3/min相对瓦斯涌出量：qg=（4500×60×24×0.6%）/5200=7.48m3/t 因为：Qg<40m3/min，且qg<10m3/t，故此矿为低瓦斯矿井（7、某矿瓦斯风化带深170m，采深260m时相对瓦斯涌出量为7.2m3/t，320m时为11.6 m3/t，预测380m时的相对瓦斯涌出量为多少
四、论述题
1、为什么要进行矿井瓦斯等级鉴定？我国采取的瓦斯等级鉴定方法的安全性如何？ 答：煤与瓦斯突出作为煤矿安全生产自然危害之一，其发生、发展的规律至今人们还没有完全掌握，所以准确地预测突出的发生及其强度仍是需要进一步研究的世界性课题。从我国实际情况来看，由于瓦斯突出矿井的差异很大，单纯将矿井划分为是否“突出”而采取相同的管理制度、装备已经不能适应生产的发展，容易形成要么要求过严，造成人、财、物的大量浪费，要么过松，造成突出事故。所以，从生产需要来看，对煤与瓦斯突出矿井按照危险程度进行分类，在技术上和管理上区别对待是十分必要的，而且具有很大的现实意义。从生产矿井需要和已经掌握的大量资料看，对突出矿井按其危险程度进行分级不仅是必要的，而且在技术上是可能的，在实践中是可行的。采取瓦斯等级鉴定方法的安全性：我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，对于突出矿井的管理有着严格的要求，对瓦斯等级鉴定的依据是矿井已经发生突出实例和矿井自然条件，目的是对不同危险程度的矿井采取相应的管理方法及装备，在保证安全生产的前提下改善矿井的技术经济指标，创造更好的经济效益和社会效益。通过对矿井采取瓦斯等级鉴定有效地监督了国有煤矿落实先抽后采、监测监控、以风定产的瓦斯治理方针，控制特大瓦斯事故的发生。通过对矿井等级鉴定，将矿井分为不同的瓦斯等级，对矿井设计和日常通风管理都十分必要。但由于科技水平的有限，在瓦斯等级鉴定方法上还不十分完善，需要进一步探索和研究。
2、说一下煤炭自燃的基本条件有哪些？
矿井通风网络 篇5
随着矿井通风系统变得越来越复杂, 不仅对通风网络解算提出了更高的要求, 风网检查也变得极其重要。为了对矿井通风网络进行解算, 首先必须建立通风网络图, 确定分支中风流的方向, 进行参数设置和网络检查。
风网有效性检查直接关系到风网解算的收敛性、可行性。网络解算时, 常常因为分支方向假设有误而减慢收敛速度甚至陷入无限循环迭代中。因此, 对通风网络进行有效检查具有重要意义。风网检查的实质就是使其尽量接近真实风网并指出存在的错误。越接近真实情况的风网, 就越趋向于收敛且收敛速度越快, 对于趋近真实的风网, 几乎所有解算方法都可以收敛。可以说, 对风网进行有效性分析的一个很重要原因就是使风网最大限度地接近真实风网。
本文根据风网有效性分析的原理, 从数据检查、风网检查和收敛性分析三个方面对通风网络进行检查, 如图1所示, 实现了相应的风网检查算法, 有利于通风网络的解算。风网有效性分析时, 首先应保证数据的合法性, 然后检查网络是否为连通图, 再检查网络的结构, 对于合理通风网络图则可以进行收敛性分析。
1 通风网络拓扑关系分析
拓扑关系是指满足拓扑几何学原理的各空间数据集间的相互关系, 即节点、分支间的邻接、包含、和连通关系[1]。为了对矿井通风网络进行有效性分析, 首先必须建立对通风网络的拓扑关系管理系统, 以便对风网进行拓扑关联分析。
拓扑关系自动管理主要包括三个方面的内容:节点间与分支间的空间关系、节点与分支的拓扑关系、通风装置与分支的拓扑关系[2]。
节点间的空间关系—节点匹配, 判断邻接节点间的关系, 是否为同一节点, 是否需要合并;分支间的空间关系—分支相交, 判断相交分支间的关系, 是否进行相交打断处理。
节点与分支的拓扑关系—遍历每条分支, 进行编号, 判断始末节点, 是否存在;遍历每个节点, 进行编号, 判断其关联分支, 是否存在。
通风装置与分支的拓扑关系—遍历每条分支, 判断其上通风装置, 进行编号。
通风网络拓扑关系的自动建立与维护的基本方法:对于构建的矿井通风系统图, 首先初始化分支数组和节点数组并分别进行编号;两两遍历每对分支, 相交于非端点时打断并判断是否添加相应的节点并编号;遍历每条巷道的始末节点, 判断是否加入相应的节点并编号, 同时, 建立每条巷道的关联始末节点信息以及始末节点关联的巷道信息;遍历通风装置所在的巷道, 建立相应的拓扑关系并编号[3]。
2 数据检查
为了进行通风网络解算, 首先必须保证通风网络数据的有效性。无效的通风网络数据往往会导致解算失败或解算异常, 甚至产生假收敛、陷入死循环等严重问题。因此, 在进行通风网络解算之前, 必须先检查解算数据的合理性。
通风网络数据的检查包括:缺少数据;数据异常, 如无法获取数据或节点数、分支数不符;巷道断面面积、周长、摩擦阻力系数不得小于等于零, 对巷道设置的固定风量、局部阻力不得小于零, 装机风量不得小于等于零;同时, 对于设置过大的数据进行检查, 使其不会较大地偏离实际数据的上限值, 以免因人为疏忽导致解算发散。
数据冲突主要是指对于缺少必要限制措施时导致数据设置矛盾, 比如在固定风量分支上设置风机、重复设置通风构筑物等, 以及违反一般规定的设置, 如在封闭巷道或独头巷道设置固定风流或风机等。
3 风网检查
3.1 连通性检查
这里所指的连通性是指无向图的弱连通性, 即在一个无向图中G, 从任意顶点Vi到顶点Vj都至少有一条路径相连 (当然从Vj到Vi也一定有路径) 。
连通图与生成树之间的关系[4]:只要是连通图都可以找出至少一颗生成树, 而不连通的通风网络图无法创建生成树, 隔断了风流之间的联系, 无法进行解算。因此, 为了保证生成树的成功创建, 必须检查通风网络图的连通性。
连通性检查采用深度优先遍历搜索的方法, 遍历所有节点;当一次遍历完成后, 尚有边未被访问的的话, 便代表图并不连通。检查结束后, 如果通风网络为非连通图, 则把边数最多的连通图外的其他边, 以表格的形式输出到查询结果中, 以便用户进行分析查错。
3.2 网络结构检查
为了保证通风网络图能够正常接收需要对一些特殊的网络结构进行识别或处理, 比如重叠巷道、独头巷道、环图 (一条分支的始末节点相同) 、并列分支 (两条分支的始末节点相同) 等。
独头巷道、封闭巷道不会出现在回路中, 解算时, 对于独头巷道需要特别处理;重叠巷道与并列分支一般属于多余的未处理分支, 这会影响到解算与调节;一般不允许出现环图, 环图像最简单的单向回路, 这在通风网络中是没有意义的。
3.3 强连通性分析
强连通图中任意两点v1、v2之间都存在着v1到v2的路径及v2到v1的路径的有向图。由于通风网络图实际上为一赋权有向强连通图, 故为保证网络的合理性, 应尽量保证网络的强连通性。
对于连通的通风网络图G, 节点个数为J, 假设其反向图为G', 则该通风网络图的强连通性判别算法如下[9]:
第一步:从原图G中的任意一个顶点出发, 采用深度优先搜索法按风流方向搜索其余顶点, 对已搜索的顶点进行标记以免重复搜索, 假设搜索到M个顶点;
第二步:从反向图G'中的任意一个顶点出发按同样的方式进行深度优先搜索, 假设搜索到N个顶点;
第三步:判断强连通性, 若M=N=J, 则通风网络图强连通;否则, 不强连通。
然而, 由于单向回路的存在, 上述强连通性判别算法存在缺陷, 算法的改进可以采用出支撑树与入支撑树搜索的方式判断强连通性[7]。实际上, 由于网络强连通性检查比较复杂, 常常采取的做法是仅检查每个节点的进出风分支来代替强连通性分析, 这种做法有两个优点:即使网络并非强连通图仍然可以满足网络解算的要求;解算适用的通风网络图更广泛。
不在通风回路中的分支, 分支风量均重置为零。对于通过风网有效性分析的通风网络图, 存在两种情况: (1) 进行了强连通性分析, 不存在不在回路中的分支; (2) 仅对节点进行了进出风分支检查, 存在不强连通网络部分, 需对不在回路中的分支风量重置为零。
3.4 固定风量设置
在风网解算时不允许重复设置逻辑相关的固定风量分支, 否则将导致生成树创建异常。与一个节点相关联的所有分支不能同时作固定风量分支, 固定风量分支不能形成风网的任何一个割集[5]。
在回路圈划时, 固定风量分支不参与迭代计算, 同时, 为了保证回路快速收敛, 通常把固定风量分支、风机分支、大风阻分支作为余树分支。因此, 固定风量分支数不应该超过余树分支数, 超过的均属于重复性的设置, 即使设置合理 (指其值等于所圈各回路的余树分支风量的代数和) 也会导致回路圈划的失败。实际上, 只要保证网络移除固定风量分支后的子图仍然为连通图就不会导致生成树创建失败[6,7]。
检查固定风量设置错误的基本思路:在矿井通风网络图中, 凡是重复性设置的固定风量分支均无法形成任意的生成树。检查时, 首先将通风网络分支分为两类, 固定风量分支和一般巷道分支, 按先添加一般巷道分支的顺序不断添加至树图中, 若在已生成的树图中没有与其关联的一般巷道分支时, 添加固定风量分支, 直到形成通风网络图的生成树。凡生成树创建异常, 则存在错误。
生成树法检查风网固定风量的设置比较方便、快捷, 但一般的通风软件只提示某条固定风量设置有误, 而没有提示与其相冲突的固定风量分支, 需要用户自己去寻找与其相关联的固定风量分支。
本文从生成树树枝与余树分支之间的关系出发, 通过允许固定风量分支参与形成生成树, 并采用双通路法快速圈划回路, 可以直接找出相冲突的所有固定风量分支的回路检查法。基本思路是允许固定风量分支参与创建生成树, 对生成树中的固定风量分支判断其所在的回路, 并找出相应的余树分支, 得到该重复设置固定风量分支拓扑关联的其余固定风量分支。
4 收敛性分析
矿井通风网络的解算算法基本上采用ScottHinsley法, 由于Scott-Hinsley法进行了二次简化, 迭代计算的收敛速度一阶收敛的[8]。风机优选时, 若没有按要求优选合理的风机, 而是人工选择某种风机, 可能导致解算不收敛或超出风机合理工作范围导致迭代不收敛, 需要进行收敛性分析。
4.1 独立回路分析
在对有特殊约束条件的回路圈划时, 经常会遇到独立回路选不全或重复的问题, 当采用不相互独立的重复回路进行解算仍然可以收敛但会增加重复计算量;但若独立回路选不全则会导致通风网络假收敛的问题。因此, 必须获取圈划回路的最大独立集合, 否则即使回路收敛也无法保证风网解算成功, 并尽量保证所有回路均相互独立, 以避免回路重复。
我们可以把在一个通风网络图中, 满足两两相互独立的回路的最大集合称为最大独立回路集。对于一个含有N条分支、J个节点的通风网络图G= (V, E) , 圈定独立回路时, 可以先获取图的最小生成树, 其中树支J-1条、余树分支N- (J-1) 条, 在生成树中每添加一条余树分支可以形成一个回路, 由于这组回路中每个回路中至少包含了一条新的分支即余树分支, 故每两个回路之间均相互独立, 对于任意通风网络图圈定的独立回路数M应满足如下关系式M=N-J+1。为了使得通风网络解算收敛, 必须保证所圈定的回路集的秩大于等于最大独立回路集的秩。
4.2 独立性检查
对于构造的M个回路组成的矩阵, 需要对其独立性进行检验, 以避免假收敛的问题。
网孔是独立回路, 一个网络的全部自然网孔是一组独立回路[9]。文献[10]则用线性代数的方法严格证明了网孔的独立性。因此, 网孔法可以作为一种有效的解算方法, 但对于复杂的矿井通风网络, 若采用广义的网孔圈划方法以保证回路较少的分支数, 经常出现重复圈划网孔的问题, 因此, 为避免回路假收敛对圈划的网孔进行独立性检查及其重要。
为了判断回路矩阵C的独立性, 可以采用简单的验算方法, 首先判断闭合环的个数M, 若M=N-J+1, 则取出M个余树分支所在的列组成M×M行列式|C|, 直接计算回路矩阵对应行列式|C|的值, 若果|C|=0, 则说明回路矩阵重复;否则, 这M个回路相互独立。
4.3 回路收敛性分析
进行风网有效性分析的主要目的就是检查网络存在的错误并使网络解算收能快速收敛, 敛性分析是风网有效性分析的关键部分。收敛性分析包括:回路结构分析、风机分析。
按照目前的解算方法, 通风系统中一旦出现单向回路, 所有基于回路风压平衡概念的迭代算法都将失效, 导致通风网络解算无法进行, 必须采用其他解算方法来进行解算[3]。如果网络中存在单向回路, 则含有单向回路的通风网络的通路的矩阵算法具有不适用性, 包括通路本身算法在内的一切基于通路概念的算法都将失效, 需要修改搜索策略[11]。每个固定风量回路只可以包含一条固定风量分支, 否则可能产生假收敛的问题。
对于风机设置不合理的网络, 包含该风机类型的回路是无法收敛, 将导致风网解算的失败。为了初步检验回路的收敛性, 可以采用逐个回路迭代收敛的方式检查, 在不保证所有回路收敛的情况使每次迭代的回路收敛;可以设置每个回路迭代的最大次数, 每次迭代前检查精度, 若该回路的精度总是大于设定的精度, 则说明该回路可能无法收敛, 提示可能风机设置不合理。
由于风网解算算法的局限性, 在某些病态结构矩阵中, 迭代计算可能无法收敛, 为了查找该异常结构所在的回路, 可以采用回路逐步收敛的方式搜索, 即逐步加入一个回路进行迭代计算, 每次均对迭代过的回路进行迭代计算, 若不收敛则说明新加入的回路可能导致网络不收敛, 具体流程如图2所示。
5 结语
为便于检查复杂矿井通风网络解算的错误并提高收敛速度, 本文首次提出了风网有效性分析的概念, 并在对通风网络拓扑关系分析的基础上, 提出了相应的网络检查算法。通过对风网进行有效性分析具有以下优点:
1) 及时检查数据设置存在的问题, 提出缺失和异常的数据, 并警告冲突的数据。
2) 判断网络结构, 检查网络中存在的独头巷道、重叠巷道、环图和并列分支, 使构建的风网尽量解算真实风网;由于通风网络为一赋权有向强连通图, 进行强连通性分析可以使构建的通风网络更加接近真实风网的要求。
3) 为使构建的通风网络可以进行迭代计算, 应对固定风量的设置进行检查, 以免无法创建生成树;通过对回路进行独立性检查, 避免回路发生假收敛的问题;通过对回路进行逐个回路试探迭代计算, 查找无法收敛的回路, 尽量避免回路发散。
参考文献
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矿井通风网络 篇6
目前, 矿井通风网络理论已经十分系统[1], 通风网络的计算方法也相当丰富, 分析任何形式和任何规模的通风网络都可以找到理想的算法, 但是在软件开发上, 仍存在一些不足[2], 例如通风系统图和通风网络图的自动绘制功能不完善, 图形系统缺乏通风网络参数如风量、风速、阻力等的显示与可视化分析功能。因此, 有必要深入研究矿井通风网络图自动绘制技术、网络图参数自动关联技术。
1 矿井通风网络图及绘制基本规则
矿井通风网络图, 是由表示通风系统内各风流路线及其分合关系的网状线路与其赋权通风参数组成。将通风系统抽象为通风网络进行通风系统分析, 是研究通风系统的重要手段和方法, 正确绘制通风网络图是进行通风网络分析的前提。
通风网络图具有以下特点: (1) 通风网络图是通风系统的表达图, 是有向图、连通图、非完全图、非平面图。 (2) 通风网络图是反映各风流分合关系的网络示意图, 属于图论的范畴, 而不是工程图。不同于通风系统图与立体示意图, 不要求按比例, 不遵守投影关系, 不反映各风流的平面和空间位置, 也不反映风路的实际形状。 (3) 为清晰地反映各风流间的拓扑关系, 通风网络图的节点可以移位, 边可以伸缩、曲直、翻转, 甚至可以变形。 (4) 为提供丰富的通风网络分析, 网络图能进行分层管理, 如通风网络图层、通风设施层、标注层、反向分支层等。 (5) 为在图形上进行功能扩展, 网络图形要能承载通风参数数据, 各几何图元不仅要呈现几何视觉关系和标注功能, 同时应承载如节点编号、分支编号、分支属性等相关数据。 (6) 网络图应是开放的、动态的图形系统, 可以和目前流行的图形系统实现数据共享交流, 可以动态地进行修改编辑。
2 通风网络图绘制关键技术研究
2.1 热点节点设置
节点是风流分合点, 是风流分支的始点或末点, 反映分支之间的关联关系。编号顺序沿风流方向从小到大, 节点编号不能重复, 所有与地面大气的连通点应统编为1个节点 (大气节点) , 而且要能够方便和分支相连接构成网络图。
为此, 设计了如图1所示样式的节点, 节点共由3部分构成:圆、标号和热点。与平时手工绘制的节点比较起来多了一个热点。
“热点”的目的是为了在绘制网络图形时, 能够自动捕捉网络节点。由于节点之间的巷道连接可能多于2条, 因此要在节点上添加多于1个的热点, 系统默认为4个热点, 若不够, 热点部分可以自主增添。
2.2 自动捕捉热点有向分支
将有风流连通的节点用单线条连接起来。为便于区分, 正常风路用实线表示, 漏风风路用虚线表示, 大气节点间用点划线表示。为此, 要求有3种类型的分支连线可供选用。
为了使通风网络图绘制时能够实现节点热点的自动捕捉, 分支连线除了应标有表示风流方向的箭头外, 还要有捕捉节点的热点, 如图2所示。为表示清楚, 将分支连线与节点连接时产生热点捕捉的过程用方框标出。
2.3 通风设施库设计
在通过分支连线和节点的热点捕捉生成几何网络后, 还需进行标注。在标注时, 除标出各分支的风向、风量外, 还应将进风井、用风地点、通风防火设施以及火区位置等加以标注, 并以图例说明[3,4]。为使通风设施等标注方便, 专门设计了通风设施图形库 (图3) 。
通风设施图形库中有:风桥、挡风墙、风门、风窗、通风机等。在标注时, 只需将该通风设施在网络图形上拖放即可实现快速标注。
2.4 通风网络图形与属性数据关联
通风网络图中包含了3类数据: (1) 图的结构数据, 即分支与节点的连接关系; (2) 物理图形数据, 即网络图的节点坐标和分支形状等, 也就是网络图的视觉效果; (3) 与分支相关联的参数即权值, 即通风网络节点和分支的属性数据, 如节点编号、分支编号、分支属性等。
网络图的3类数据分别表达了3种作用。在3类数据中, 其中2类最为关键: (1) 分支与节点的结构数据, 因为节点数和分支数为通风网络分析的基础性数据, 同时也是对网络图进行完整性判断的一项数据指标; (2) 与分支相关联的参数, 这些参数将参与通风网络分析运算。这2类数据是否准确将直接影响通风网络的分析结果。
通过直接扫描网络图形判断图形结构数据, 即扫描分支连线和节点, 分别进行计算。对与分支关联的参数, 采取了图形数据绑定措施。记录图形ID号, 根据ID号进行数据关联。原理如图4所示。
3 通风网络功能模块设计
通风网络图形系统是为“矿井通风安全预警系统”项目的应用而开发的, 其目的是在通风网络图形上实现通风阻力数据测定处理、通风网络解算、风量调节、通风网络优化、火风压模拟等功能。通风网络图形各功能模块如图5所示。
4 结语
基于通风网络图形的功能模块已开始应用, 从应用情况及反馈效果来看, 图形系统功能丰富、方便、稳定, 运行效果良好。图形系统功能模块的扩展性强, 实现了矿井通风阻力数据测定处理、通风网络解算、风量调节、通风网络优化、火风压模拟功能, 还可以根据通风管理的要求进行更改。
摘要：通风网络图是矿井通风网络系统分析及优化的前提, 其基本组成为有向分支、节点及通风参数。根据矿井通风网络图构成及绘制规则要求, 设计了圆、标号及热点组成节点, 通过位置判断自动捕捉热点生成有向分支进行分支绘图, 进行通风网络几何图形与属性参数关联等技术。上述技术在矿井通风管理实际应用中表现出了良好的稳定性和可靠性。
关键词：矿井通风,通风网络图,CAD
参考文献
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矿井通风网络 篇7
通风系统是煤矿安全生产的保证[1,2],传统的PID控制或者单一的模糊控制都无法实现对通风系统风量的准确控制。Hopfield神经网络的联想记忆功能和实时训练功能可以使控制系统实现优化[3],并提高控制系统的鲁棒性能和抗干扰能力[4,5]。本文利用Hopfield神经网络和模糊PID对矿井通风机的风门和风量等参数进行控制,使其可以适应通风系统的风阻等对象变化的要求,有效地改善通风系统的结构参数和性能指标。
1 通风机基本参数及风压曲线
通风机的参数比较多,本文只介绍风量、风压、功率等参数及其特性曲线。
1.1 通风机基本参数
风量、风压、功率的表达式分别为
式中:n为通风机的转速;D为通风机叶轮直径;ρ为空气密度;
1.2 通风机工况点
通风机个体风量-风压曲线(简称风压曲线)与巷道风阻特性曲线的交点就是工况点(通风机稳定运行点)。为了使通风机稳定运行,工况点必须处于一个合理的范围:① 工程实际的风压不能大于最大风压的0.9倍;② 通风机动轮的转数不能超过额定转数;③ 主通风机的静压效率不应低于0.7。
1.3 通风机风压曲线
通风机在运行时,通过不断改变矿井巷道的风阻值可测得与巷道风阻值相对应的Q,H,n值。如果以Q为横坐标,H为纵坐标,则通风机风压曲线如图1所示。
2 模糊PID及Hopfield神经网络在通风系统中的应用方案
通风机的风量、风压、功率都与其转速有着密切的关系。在一段时间内,通风机的风量与其转速基本成正比关系(假设通风机的工况点不变[6]),可以通过调节转速来调节通风机的风量,从而使通风系统处于稳定运行状态。基于模糊PID和Hopfield神经网络的通过转速控制通风机风量原理如图2所示。
通风机输出到通风系统中的风量与风门的开放程度有关,要使通风系统得到稳定的风量必须很好地控制风门。基于模糊PID和Hopfield神经网络的通过风门控制通风机风量原理如图3所示。
2.1 模糊PID调节器的参数整定
假设模糊PID调节器的输出量为c(t),输入量为e(t),可知
式中:KP,KI,KD分别为模糊PID调节器的比例系数、积分系数、微分系数;τ为积分变量。
将式(4)离散化,得
本文取e和er与其变化率
2.2 Hopfield神经网络调节器
Hopfield神经网络调节器采用离散型神经网络。设N是一个n阶神经网络,假设每个节点可有1或-1两种状态,向量X(t)是神经网络N在t时刻的状态,则节点的下一状态:
其中:
式中:Hi(t)为神经网络函数;wij为神经网络的权值;θi为n维向量。
离散Hopfield神经网络的联想记忆功能描述如下所述。
设在网络中存储m个n阶记忆模式(m<n):
式中:k=1,2,…,m;i=1,2,…,n;u
考虑到离散Hopfield网络的权值需满足条件:wij=wji,wii=0,则有
式中:W为矩阵形式的神经网络权向量;I为单位矩阵。
Hopfield神经网络可与PID调节器一起组成Hopfield神经网络PID调节器,通过神经网络的训练与学习来修正PID(类似模糊PID调节器),改变学习效率等参数可改变PID修正效果。
3 仿真分析及实验结果
3.1 仿真分析
Matlab为模糊控制和神经网络提供了GUI和编程仿真平台[7,8,9],通过调用Fuzzy可打开模糊控制GUI编译器,在编译器中可编写模糊规则、输入输出量等参数,编写好模糊控制需要的参数之后,通过Rule Viewer和Surface Viewer进行观测,然后保存为.fis文件。在Simulink中建立模型,调用Fuzzy Logic Controller模块,再通过调用readfis()读出文件,把文件输出到工作空间,双击模块并输入文件名,成功嵌入文件。Hopfield神经网络可调用newhop()、train()等指令,然后设定参数,最后调用gensim()指令生成神经网络模型,两者成功组合之后进行仿真。仿真结果如图4、图5所示。
仿真结果表明,基于模糊PID与Hopfield神经网络的控制器输出效果好,为实际通风系统的控制奠定了基础。
3.2 实验结果
选择K45型通风机,结合上位机通信进行实验,实验结果如图6—图8所示。
实验结果表明,采用模糊PID调节器和Hopfied神经网络调节器可以实现通风机转速和风量的稳定输出,响应速度快,实现了通风系统稳定运行。
4 结语
提出了采用模糊PID调节器和Hopfield神经网络调节器对通风机的转速、风门、风量进行可靠控制的方法:采用模糊控制方法来实时修改PID的调节参数,使PID具有实时性;采用Hopfield神经网络的联想记忆功能提高系统抗干扰能力,使系统的性能得到提升。实验结果表明,该方法适合在通风机系统中应用。
摘要：针对传统的PID控制或者单一的模糊控制无法准确控制矿井通风系统风量的问题,提出了一种采用模糊PID调节器和Hopfield神经网络调节器对矿井通风机的转速、风门、风量进行控制的方法。该方法利用模糊控制器对PID参数进行实时修正,并结合Hopfield神经网络的联想记忆功能和反馈调节特性,实现矿井通风机风量的快速、稳定输出。仿真与实验结果表明,模糊PID调节器和Hopfield神经网络调节器可以准确控制矿井通风机的转速和风量,实现通风系统的稳定输出。
关键词：矿井通风机,通风系统,模糊PID,Hopfield神经网络,调节器,风量输出
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矿井通风网络 篇8
1.1 我国矿井通风理论与技术研究主要进展
(1) 对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定。
(2) 建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法, 为风量计算方法提供了理论依据。
(3) 应用电子计算机计算和分析复杂通风网络, 为矿井通风系统分析提供了有效的方法。
(4) 射流通风理论与技术得到发展, 利用风流动压的方向性调节与控制风流的技术获得应用。
(5) 矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化, 建立起若干典型风流控制方案。
(6) 受控循环通风理论推动了空气净化装置的研制和污染源控制技术的发展。
(7) 深井热源、空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展, 初步形成矿内热力学理论体系。
(8) 开展了矿井通风系统优化与控制的人工智能技术研究。
(9) 开展了露天矿通风理论与技术的研究。
1.2 矿井通风节能技术研究的进展
(1) 多风机多级机站
多风机多级机站具有显著的优越性, 它既可提高矿井有效风量率, 又可节省电能消耗。我国自1983年开始该通风技术的试验研究以来, 先后有几十个大中型非煤矿井采用此技术, 改造原有的通风系统, 都取得了明显的社会效益和经济效益。所谓多风机多级机站, 即是由几级 (至少是二级以上) 风机站接力地将地表新风直接送到井下作业区, 将污风抽排到地表。其需风点的风量调节基本上由风机控制, 尽量避免用风窗调节, 以提高系统的可控性, 使矿井通风系统真正做到按需供风。多风机多级机站的一个显著特点是节能效果好。风机的功率与风量立方成正比。大型风机风量大、风压高、功率消耗大。多级机站采用机站间风机串联及机站内风机并联, 这样所选的风机风量小、风压低, 故功率也小;还可选用新型高效节能风机, 因此能耗低。
(2) 矿井通风系统分析
自然分风网络的优化研究迄今为止仍处于理论摸索阶段, 它的研究对矿并通风设计、计划和管理具有理论和实际的指导意义, 对节省能源、降低通风成本等产生直接影响, 是一个值得重视的研究领域。此外, 无论是控制分风网络优化, 还是自然分风网络优化, 其研究的出发点都是将矿井通风网络处理为静态阶段, 即只能就矿井某一时期的状态进行优化, 但实际上矿井生产是一个动态的、离散化的变化过程, 通风工作应根据生产的变化而不断进行调整, 即使在同一时期, 各需风点的风量和需风点数也是在变动的, 所以需要矿井通风能及时满足生产变化的要求, 发展矿井通风网络的动态优化理论。
2 矿井通风系统优化设计
矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一, 它不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资的多少, 而且对矿井投入生产后的生产面貌和技术、经济效益也有长远的影响, 因此矿井通风系统的优化设计问题, 一直是从事矿井通风工作的专业人员所关注的研究课题之一。近年来, 在这方面虽有不少研究成果, 但有关矿井通风系统优化设计方面还存在许多的问题没有解决, 有的还没有被涉及到。
2.1 设计支持系统的研制
矿井通风系统整体优化设计理论与方法的实现仍要以计算机为工具, 而在目前的计算机硬软件水平下, 建立自动设计系统是非常困难的, 因此矿井通风系统计算机软件的建立应以设计决策支持系统为主。
2.2 监测点的最优布局理论
随着采矿工业的发展, 矿床开采的规模越来越大, 矿井通风系统的规模也随之不断扩大复杂性随之提高, 尤其是多级机站通风系统的采用, 系统管理工作量越来越大。因此采用传统的凭人工经验对系统进行管理的方法越来越不能满足人们对其社会效益和经济效益的要求, 利用计算机和系统工程, 实现矿井通风系统的优化管理和自动监控, 使系统安全可靠经济运行势在必行。因此在系统的适当位置上, 安排一定数目的监测点, 提供必要的数量信息, 以反映系统的运行状态, 是计算机在线优化管理的一个重要环节。可见, 对开展矿井通风测量的监测点最优布局理论的研究是具有重要意义的。
结束语:随着社会的进步, 人类越来越重视不断改善自身的生存环境, 世界各国在矿井通风方面人力、物力的投入也不断加大, 在矿井通风方面也取得了不少成就, 但随着浅部矿产资源的日渐枯竭, 矿产资源开采向纵深发展是必然的趋势, 随着开采深度的增加, 矿井必将出现岩温增高、风路延长、阻力增大、风流压缩放热、风量调节困难、漏风突出、有毒有害物质和热湿排除受阻等问题。因此如何有效解决深部矿井的通风优化设计问题已迫在眉睫。
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矿井通风网络 篇9
龙泉矿井的建设规模为5.0Mt/a, 可采煤层分别为4号、7号、9号煤层, 首采煤层为4号, 埋藏深度在420m~850m, 属高瓦斯矿井。根据煤层赋存条件和矿井建设环境情况, 矿井工业场地布置在上龙泉村。通过对全井田的开拓方案经过筛选优化, 经技术、经济综合分析比较, 设计斜、立井联合开拓走向条带开采方案。
矿井初期, 在工业场地布置一对主、副斜井和副立井, 在风井场地布置一个回风立井。井下大巷呈南北向布置, 回采工作面推进长度较长, 便于高产高效设备能力的发挥。井下大巷沿4号煤层顶、底板布置, 合理解决了巷道立体交叉问题, 大巷运输方式与井筒提升方式相协调;矿井初期开拓大巷与采准巷道“合二为一”, 在开拓巷道两侧直接布置回采工作面, 大大节省了矿井初期工程量及投资。矿井建设工期短、全员效率高、用人少、投资低。
2 矿井通风技术优化设计
2.1 通风方式
根据本井田煤层埋藏较深、瓦斯含量大、生产能力大、通风系统复杂的特点, 矿井采用机械抽出式通风方式。
2.2 通风系统选择
根据本矿井实际情况, 结合开拓部署, 矿井通风系统采用中央并列式。利用主斜井、副斜井和副立井进风, 回风立井回风。
2.3 矿井通风设备的优化选择
经计算, 矿井总需要风量为260m3/s。矿井通风负压为:通风容易时期负压1144.32Pa;矿井通风困难时期负压2831.86Pa。
根据矿井规模及通风参数, 就目前国内流行的、能够满足本矿井通风需要的矿井轴流通风机形式进行了定性的技术与经济分析, 详述如下:
方案一:选用ANN型矿井轴流通风机。该产品结构合理、效率高、制造精良、成套性强、自动化程度高, 适用于大型及特大型矿井, 但价格偏贵。
方案二:选用GAF型矿用停车动叶可调轴流式矿井通风机, 优点是:停车动叶集中同步调节装置, 一次调节叶片角度调节方便;产品佩戴消音器、箱式风门、轴承润滑站、喘振报警装置, 成套性强;风机全压效率高、产品加工精良、保护完善、价格适中。缺点是:风机占地面积大, 需设置垂直扩散塔, 土建费用较高。
方案三:选用AGF型矿井轴流通风机, 该产品结构形式与GAF大致相同, 优点是可反转反风。
方案四:选用FBCDZ型防爆对旋轴流通风机, 国内有多个风机厂生产。该型风机为90年代中期开发出的新产品, 已在国内多个矿井应用, 尤其在中、小型矿井更是得到广泛的推广, FBCDZ型风机最大的优点是风机可露天布置, 不需建风机房, 节省大量的土建费用;且风机安装于轨道上, 无基础, 安装简便, 可缩短施工安装工期。
方案五:选用一般矿用轴流通风机, 如KZS型。该形式风机主要采用的是原苏联技术, 在80、90年代得到了较为广泛的推广应用, 在国内较大型、中型矿井占有一定的份额。该型风机由于自身结构的需要, 风道较长且需要设置S弯道, 占地面积相对增加, 土建投资相对较高。
根据以上方案对比, AGF型矿用轴流通风机和FBCDZ矿用防爆轴流通风机, 两种型号风机均是目前国内较大型、大型矿井主要选择的通风设备, 均有一定的市场占有率。
AGF型风机具有优良的气体动力性能, 但其复杂的结构、较大的土建工程、较长的施工工期限制了其使用范围。FBCDZ型对旋轴流通风机, 近年来则发展迅速, 不仅在中、小型矿井通风设备选型中一枝独秀, 而且广泛应用在较大型、大型矿井通风设备选型中。
大机号风机由于采用稀油润滑后轴承性能大大改善, 加上其可露天布置, 不需建风机房, 节省大量的土建费用, 无基础, 安装简便, 可缩短施工安装工期等优点, 最终选用FBCDZ型风机作为矿井主要通风机。
3 矿井通风系统优化设计研究
3.1 通风系统优化
矿井首采4201工作面原设计为“大U套小U”型通风系统, 胶带和进风顺槽为进风巷, 辅运和回风顺槽为回风巷。工作面风流分别流经切眼以及尾巷。工作面总配风量达到4500 m3/min, 如图1。
此通风方式存在两个弊端:一是上隅角存在采空区通风问题, 大量风流进入采空区, 增加了采空区遗煤自燃发火隐患;二是外U巷道维护工程量大, 留巷困难, 增加矿井配风量。为了解决4201工作面采空区通风问题、降低采空区遗煤自燃发火隐患, 优化工作面通风系统, 改为“U”形通风方式:从巷口封闭4201进风和回风两条巷道, 保留4201胶带进风, 4201辅运回风。一进一回的通风方式。工作面配风量为1550 m3/min。风量减少了3000 m3/min左右。
3.2 通风系统优化后瓦斯治理方案
工作面优化为“U”形通风方式后, 在4201辅运顺槽每隔50m施工一组高位钻孔, 每组5个钻孔终孔位于上隅角顶板裂隙带附近, 对上隅角瓦斯进行抽采;在回风顺槽敷设一趟200mm的抽采管路, 抽采正巷密闭内瓦斯;上隅角靠采空区侧每隔6m施工一道土带墙, 在墙的右上角埋一趟200mm抽采管路, 形成半封闭状态抽采上隅角瓦斯。
通过采用上述抽采措施, 有效地解决了U型通风方式下上隅角瓦斯积聚问题。
4 结论
通过对矿井通风系统和工作面通风方式的优化设计, 选择了安全、高效、节能、环保的矿井主要通风机和矿井通风系统, 为矿井建设节省了成本, 缩短了矿井建设工期, 提高了通风效率, 提高了矿井的安全保障能力。
摘要：随着我国煤矿开采规模和深度的增加, 在复杂的地质条件下, 某些矿井开采面临着诸多的通风问题, 对煤矿的未来发展以及安全生产带来了许多严重影响。本文通过探讨矿井通风系统的优化设计和矿井工作面的优化改造, 为矿井的安全、高效、节能建设提供了一些经验, 以供参考。
关键词：矿井通风,优化设计,工作面,瓦斯治理
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