安全工程毕业论文-邢东矿通风信息管理平台技术.doc

编号：（ ）字 号本科生毕业设计（论文）邢东矿通风信息管理平台技术开发与应用研究 21096214 安全工程2009-1班 安全工程2008-2班题目： 姓名： 学号： 班级： 二一三年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业论文姓 名： 学 号： 21096214 学 院： 应 用 技 术 学 院 专 业： 安 全 工 程 论文题目：邢东矿通风信息管理平台技术开发与应用研究指导教师： 职 称： 副 教 授 二一三年六月 徐州中国矿业大学毕业论文任务书学院 应用技术学院 专业年级 安全工程2009级 学生姓名 孙 健 任务下达日期： 2012年2月25日毕业论文日期： 2012年3月11日 至 2012年6月1日毕业论文题目：邢东矿通风信息管理平台技术开发与应用研究毕业论文主要内容和要求： 本文结合邢东矿目前的通风现状，矿井开采深度大，地质条件复杂等不利因素，给通风管理方面带来了极大困难。通过开发与引用通风信息管理平台，可及时进行全矿井的通风网络计算，第一时间掌握矿井各个巷道的通风情况，根据解算和模拟结果，可以很方便的对巷道、工作面、硐室等进行风量调节，提高矿井通风的稳定性，为矿井安全生产提供保障，便于通风管理工作的高效进行，提高了矿井的经济效益。 本文主要包括：国内外现状研究、矿井通风参数测定、矿井通风网络理论及解算、GIS技术与VB.net平台、系统需求分析与总体设计及系统功能实现等。 翻译完成ELSEVIER数据库中收录的与“煤低温氧化的机制分析”相关的科技论文一篇，题目为“Analysis of the mechanism of the low-temperature oxidation of coal”，论文3477字符。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要邢东矿位于河北省邢台市东北约4 km处，目前，核定年生产能力为125万t/a。由于矿井开采深度大，地质条件差，导致矿井通风系统极其复杂，不利于通风方面管理。一直以来，矿井主要采用传统手工操作的处理办法解决矿井风网解算问题，该方法效率低、可靠性差,无法适应现代煤矿通风系统发展的需要。在对矿井通风信息全面了解的情况下，针对邢东矿通风现状，在阻力测定的基础上，利用所得矿井巷道的基本通风参数，建立了基于GIS的煤矿通风信息管理系统，用以实现煤矿中通风信息的可视化、可靠性、快捷化以及科学化，提高通风信息的有效管理，为通风系统的优化和降低煤矿事故提供可靠快速的决策。邢东矿通风信息管理平台集成风窗调节和通风能力核定两大功能模块，解决生产中风窗调节风量和通风能力核定工作中的诸多现实问题，可以及时了解矿井的通风状况以及对生产的影响，实现通风网络拓扑分析的自动化和网络解算的快捷化，计算结果准确，操作简单，使用方便，节省大量的时间和人力。关键词：GIS；通风； 图论； 网络结算； 拓扑关系 ABSTRACT The Xing Dong mine is located in the city of Xingtai , Hebei Province . At present , the verification of annual production capacity of 1.25 million tons . Because of the large mine mining depth , geological condition is poor , lead to extremely complex mine ventilation system , is not conducive to ventilation management . All along , the mine operated mainly by hand using traditional approach to solving the problem solver mine ventilation network , which is inefficient, unreliable , unable to adapt to modern coal mine ventilation system development needs . In the case of a full understanding of mine ventilation information , according to current situation of the XingDong mine ventilation , on the basis of the resistance measurement , using basic income of mine roadway ventilation parameters , coal mine ventilation information management system based on GIS was established , in order to realize the coal mine ventilation information visualization , reliability , high-speeding and scientifically , improve ventilation and the effective management of information , for the optimization of ventilation system and provide reliable quick decisions to reduce coal mine accidents . The XingDong mine ventilation information management platform integration wind window adjustment and ventilation capacity shall be two major functional modules , solve production stroke window to adjust the air flow and ventilation capacity for approval many realistic problems in the work , can in time to understand the status of the mine ventilation and its influence to the production , to realize the automation and network of ventilation network topology analysis , calculation of high-speeding , calculation results are accurate , the operation is simple , easy to use , save a lot of time and manpower . Keywords: GIS; ventilation; graph theory; network settlement; topological relation 目 录1 绪论11.1 研究背景11.2 信息管理的重要性11.3 国内外研究现状21.4 矿井概况31.5 主要研究内容42 矿井通风参数测定52.1 测定目的52.2 通风参数测定的技术依据及方法52.2.1 测定的技术依据52.2.2 测定方法52.3 通风参数测定过程52.3.1 人员分工及准备52.3.2 测点布置和选择52.3.3 操作要求62.3.4 测定结果采用的计算公式62.4 建立通风参数数据库73 矿井通风网络理论及解算93.1图论93.1.1 图论概述93.1.2 基本概念93.1.3 通风网络的矩阵表示103.2 通风网络解算的数学模型及解算方法113.2.1 通风网络解算的数学模型113.2.2 网络解算方法123.3 通风网络解算过程143.3.1 余树确定143.3.2 回路选择153.3.3 风量初始赋值153.3.4 迭代计算153.3.5 计算步骤及流程图164 GIS技术和VB.net平台174.1 GIS概述174.1.1 GIS的定义174.1.2 GIS的组成174.1.3 GIS的功能174.1.4 GIS的发展趋势194.1.5地理信息系统工具软件SuperMap204.2 VB.net概述234.2.1 VB.net定义234.2.2 VB.net特点234.2.3 VB.net的优势234.3 Visual Studio 2008245 系统需求分析和总体设计255.1系统的需求分析255.2系统总体设计原则255.3系统总体设计265.3.1系统功能框架265.3.2系统界面组织275.4系统数据库的选择与设计285.4.1数据库的选择285.4.2数据库的设计285.5系统开发环境306 系统功能实现316.1 模拟计算模块316.1.1 图形处理316.1.2 拓扑处理346.1.3 属性输入356.1.4 数据检查366.1.5 网络解算366.1.6 参数查询376.2 风窗调节386.3 通风能力核定406.3.1 通风能力核定的重要性406.3.2 通风能力核定一般要求及条件406.3.3 通风能力核定功能实现416.4 法律法规426.5 通风图件管理426.6 用户管理模块437 结论与展望447.1结论447.2创新点44翻译部分47英文原文47中文译文53致 谢57 第58页中国矿业大学2013届本科生毕业论文1 绪论1.1 研究背景煤炭是我国工业可持续发展的重要保障。但是经过多年的开采，生产矿井的延伸，生产布局的变化，矿井生产能力的增大，开采深度不断加深，开采的地质条件也更加复杂，矿井通风系统对矿井生产和安全起着越来越大的作用。而通风问题往往又是导致矿井瓦斯事故、内因火灾、矿尘危害的直接或间接诱因，同时也是防治瓦斯、火灾、粉尘灾害最常用、最直接、最有效、最经济的手段。它不仅决定着矿井的安全生产状况，而且会直接影响到矿井产量和经济效益的提高，关系到国民经济的发展和社会的稳定。因此，作为煤矿通风技术管理的主要内容，矿井通风网络的优化、通风阻力的测定以及通风能力核定显得尤其重要。我国煤矿安全规程第119条规定：新矿井投产前应进行一次矿井通风阻力测定，以后每三年应至少进行一次1。根据煤矿通风能力核定办法（试行）要求，每年需要进行一次通风能力核定，并根据核定结果科学合理的安排生产，严禁超通风能力生产。通过通风阻力测定可以为矿井通风系统的优化、调整、设计及实施各项安全技术措施提供可靠的安全保障。矿井通风系统是一个范围很广的研究领域，长期以来人们从各个方面对比进行了大量研究：从早期局部风流流动规律的定性研究，到全矿井通风系统进行自动控制的构思，凝结着几代矿井通风安全工作者的汗水与智慧2。1.2信息管理的重要性矿井通风系统是一个包含大量数据、信息、通风参数的动态信息系统,具有繁杂的空间地理属性,传统手工操作的处理办法效率低下、可信度低,无法适应现代煤矿通风系统发展的需要。地理信息系统(GIS)作为一门集计算机技术、信息技术、空间科学、地学理论的新兴学科,已经广泛的应用于各种领域。由于煤矿通风信息多并且比较复杂,且多数信息具有三维立体空间定位的特性,并具有较强的时效性,将GIS的原理和方法应用于煤矿通风信息系统管理中,对提高煤矿通风信息的高效管理和利用,以及煤矿的安全管理水平至关重要。建立基于GIS的煤矿通风信息管理系统的主要目标是解决煤矿中通风信息的可视化、可靠性、快捷化以及科学化，提高通风信息的有效管理、为通风系统的优化和降低煤矿安全事故提供可靠快速的决策3。随着信息时代的到来，信息技术取得突飞猛进的发展，给我国煤炭企业的发展带来了难得的发展机遇。当前，我国煤矿安全管理存在的问题主要体现在以下几个方面： （1）我国煤矿安全管理处于管理初期，缺乏先进的管理经验，无法满足现代化企业管理的需要。 （2）大多数煤矿都意识到安全管理的重要性，但是范围也很有限，比如有的只停留于矿井生产中，并没有对全矿井所有系统、人员建立完善的管理网络。煤炭生产过程中，煤炭企业始终坚持安全第一、以人为本的安全理念。安全管理作为管理工作的重中之重，在生产中发挥着保障性的作用。 （3）大多数矿山采用CAD管理各种工程图纸，但是由于CAD在空间分析方面功能较弱，不能进行网络分析和属性查询等，所以CAD在矿山应用只是解决了手工绘图的问题，并没有从根本上解决问题。随着我国经济体制改革的推进，我国矿业在管理体制上已有了很大的转变，处于市场经济时代的现代矿业，在市场竞争的巨大压力下，逐步意识到了矿山信息化对于自身发展的重要性，针对矿山生产而研制开发的各种计算机软件在矿山企业中的应用越来越广泛。鉴于邢东矿目前的通风现状，矿井开采深度加大，不利于通风的管理，通过该项目研究的实施，可以及时进行全矿井的通风网络计算，第一时间掌握矿井各个巷道的通风情况，根据解算和模拟结果，可以很方便的对巷道、工作面、硐室进行风量等调节，提高矿井通风的稳定性，对矿井安全生产提供保障，便于通风管理工作的高效进行，提高了矿井的经济效益。1.3国内外研究现状矿井通风网络分析主要是指风网的解算，早在二十世纪初已有人开始研究，首先是串、并联和简单的角联，接着不断出现数学分析法、图解法解算通风系统中的局部网络。直到上个世纪四十年代后期开始出现用电模拟法解算风网，才逐渐形成整个风网的“系统逼近”的解算方法。通过阅读近几十年有关矿井通风网络分析方面的文献4-15，可以看出矿井通风网络分析的研究大体经历了如下的几个阶段。下面分别从国外和国内具有代表性的研究按时间顺序列出。1.3.1国外研究现状 1908年H.柴操德发表了关于角联风流的理论，并提出了确定角联巷道风流方向的条件，从而逐渐解决了简单的串、并联网路的解法。 1931年H.柴操德提出用几何法计算型网路风量的方法。 1935年波兰S.巴尔切克提出逐次渐近法解通风网。 1936年美国H.克劳斯提出用解算流体管道网路的逐次计算法。 1938年英国S.维克斯提出了简单网路的图解法。 1942年日本熊泽教授提出用型变成Y型网路的解法。 1950年荷兰W.玛斯，美国M.麦克劳尔分别用钨丝灯泡模拟井巷风阻，制成电力模拟计算机解算通风网路。 1951年英国D.斯考德和F.t恒斯雷在H.克劳斯德水力管网的解法基础上，提出了通风网路迭代试算法。与此同时，日本京都大学平松良雄教授陆续提出了“京大第一试算法”和“京大第二试算法”。从此，开始应用计算机解算矿井通风网络。 1974年，宾夕法尼亚州州立大学，Stefanko和Ramani对通风系统网络分析的发展做了很大的贡献。他们在论文“矿井通风系统中柴油废气浓度的数值模拟”中研究井下柴油机对通风系统的影响，并提出一系列的相关数学公式。这些公式的有效性得到了相关实测数据的检验。 1981年，Greue发表了题为“矿井通风系统污染物和燃烧实时分布的计算”的文章。基于此开发的程序是矿井火灾时，污染模拟的最具代表性的程序之一。这个程序可以模拟矿井大气中的烟尘和其它污染物的运动情况，计算在给定点、给定时间的浓度，判定矿井中不同位置的总污染程度。它可以处理多个污染源或污染源随时间变化的情况，还可解决污风循环问题。 当今，国外的大多数的矿井通风系统网络解算的应用软件已经商品化，有自己的版权和商标，同样也有一个较大的客户群。美国开发的Ventilation Design软件能够支持交互式的设计能力，将强制通风和自然通风网络以三维图形方式显示HTME的VENDIS软件能以交互式图形显示方式提供网络解算结果，用户可以用键盘或鼠标以三维方式输入深度、风阻、温度和节点的信息，解算结果可以以图形方式显示出来，网络规模和观察视点都可交互式改变。波兰科学院研制的Mine Fire Simulator能够以动态图形化方式表示火灾蔓延、通风系统中燃烧物、温度、流体等参数的变化过程。日本九州大学工学研究院井上雅弘博士编制的“风丸”软件，界面简单，操作方便，源代码完全公开，可以对通风系统进行预测和优化15。1.3.2国内研究现状 我国在通风网络分析方面的研究相对于国外来说起步较晚，但取得的成果却很丰硕。中国矿业大学于1993年推出了矿井火灾救灾决策支持系统，可以实现矿井通风系统图计算机辅助绘制、矿井火灾模拟、k条最佳救灾与避灾路线的选择、火灾时期风流控制的决策等，其中Mine CAD子系统是专门用于矿井通风系统图形管理和火灾救灾辅助决策的计算机图形系统，随后又推出了基于网络的煤矿通风安全管理信息系统；西安科技学院于1992年开发的CFIRE软件系统具有快速插入模拟计算功能。1995年黄继声开发的软件能自动完成数据处理、通风网路解算、数据选择传递和编制风机风压计算表并绘制矿井通风系统立体图等一系列工作，并且操作简单，输入数据文件后，只需少量人机对话选择，其它一切皆自动完成。该软件在采用链式回路输入法、代码法、统计法和编辑输入法后，使输入数据量减少80%以上。 山东科技大学于1999年研制出了“矿井灾变处理系统”，可以二维图形方式显示矿井火灾情况下最佳避灾路线；辽宁工程技术大学的刘剑等人开发的矿井通风仿真系统MVSS3.0，利用数值仿真等技术可以科学、准确的分析通风系统中存在的问题，并找出解决问题的最优方案。在国际上首次提出了拓扑关系自动建立与管理理念；采用无初值的通风网络解算迭代法达到了波兰科学院的WENTGRAF的水平；解决了含有单向回路的通风网络算法问题，使得有循环风的网络解算及平衡图绘制成为可能，实现了固定半割集下的通风网络按需分风和角联结构自动识别与显示等功能。 算法可分为两种：结点法，即从假定风流结点的压力值开始，逐步修正压力分布值，使之满足风量平衡定律；回路法，即由假定回路内的分支风路风流方向和风量开始，逐步修正风量值，使之满足风压平衡定律。因回路法是H.克劳斯首先提出，故又称为H.克劳斯迭代试算法。目前用计算机解算矿井通风网路，广泛使用的就是斯考德一恒斯雷迭代试算法(即H.克劳斯法)，该法解算精度高、速度快，可解算任意复杂的通风网络。 与国外相比，国内大多数通风方面的软件是由科研机构或研究所自行开发的，客户仅限于与他们有项目合作的工矿企业，一般是出于科研或解决现场出现的实际问题为目的，软件的功能大都不是很完善。另外进行这方面研究的人员大多数没有产品化经验，往往将所有的技术掌握在一个人手里，别人无法快速的解，无法进行灵活的团队开发，实用性差，一个人的流失就可能导致整个研发的中断14。1.4 矿井概况邢东矿隶属于冀中能源股份有限公司，位于河北省邢台市东北约4 km处。井田面积约14.5，可采储量6127万t。矿井于2001年11月18日竣工投产，年设计生产能力为60万t，经过一系列的技术革新与改造，目前，核定年生产能力为125万t。属立井多水平开拓，主井深度为819.5 m，副井深度为842.5 m，煤层赋存在-580 m至-1200 m之间，是华北地区最深的矿井之一。矿井采用中央并列抽出式通风方式，副井进风，主井回风，主扇型号为2K58NO24。叶片安装角度为40。矿井总进风量为4911 m3/min，总回风量为5111m3/min，主扇负压为1600 Pa，矿井通风等积孔2.53为通风容易。二水平为副暗斜井和进风斜井进风，主暗斜井和回风斜井回风。1.5 主要研究内容 （1）针对矿井通风现状，进行矿井通风阻力测定，测定采用MT/T440-1995矿井通风阻力测定方法，根据煤矿安全规程规定和刑东矿的要求，采用高精度的气压计逐点测定法进行矿井通风阻力测定，在测定数据的基础上，获取通风相关数据，并经计算最终建立全矿井巷通风参数数据库； （2）依据矿井的通风系统图，绘制出矿井通风网络图，利用先进的GIS技术，对通风网络图自动进行网络拓扑分析，建立矿井各个巷道之间的网络拓扑关系，正确建立各巷道相交、分叉等网络空间位置关系，运用可视化编程软件进行网络解算系统程序的开发，使系统功能更加模块化，界面友好，人机交互性强，操作简单，便于应用； （3）随着生产的发展和变化，工作面的推进和更替，巷道风阻、网络结构及所需的风量均在不断变化，要求及时进行风量调节。矿井风量调节过程中，最常用的是调节风窗。利用调节风窗开口面积的大小，来控制巷道中的风流大小，实现局部的风量调节。本系统通过计算风窗开口面积，为风量调节提供数据参考。并实现历史数据的存储和查询。 （4）根据煤矿通风能力核定办法（试行）要求，每年需要进行一次通风能力核定，并根据核定结果科学合理的安排生产，严禁超通风能力生产。矿井通风能力核定的目的：贯彻落实瓦斯防治“十二字”方针，切实做到“以风定产”，防止超通风能力生产，有效遏制瓦斯事故的发生。国家煤矿安全监察机构、国家发改委及各级煤炭行业管理部门，负责监督监察、组织指导该工作。本系统平台结合计算的辅助设计，开发了通风能力核定的功能模块，实现及时方便快捷的完成矿井通风能力情况。 （5）实现法律法规的集中管理，便于查询使用，法律法规主要涵盖矿井安全生产的相关法律、通风管理文件等等。 （6）实现矿井通风图件的管理，主要有通风系统图、通风立体图、通风网络图等等。2 矿井通风参数测定2.1 测定目的 矿井通风阻力测定是矿井通风技术管理的一项重要内容，其主要目的在于： （1）了解矿井通风系统的阻力分布情况； （2）为生产矿井通风系统优化和合理配风提供基础资料和参数； （3）为矿井井下灾害防治和风流调节提供必要的基础资料； （4）为保证矿井的正常生产和增产提效提供依据； （5）为矿井通风能力核定提供基础参数16。2.2 通风参数测定的技术依据及方法2.2.1 测定的技术依据 （1）MT/T440-2008矿井通风阻力测定方法 ； （2）煤矿安全规程（2012版）； （3）煤矿安全质量标准化及考核评级办法2011年。2.2.2 测定方法本次测定参照MT/T440-2008矿井通风阻力测定方法，根据煤矿安全规程规定和邢东矿的要求，采用精密气压计基点测定法进行矿井通风参数测定。2.3 通风参数测定过程2.3.1 人员分工及准备 （1）组成联合测定组，分为小组，对测风、测压、断面、距离、大气条件如温度、湿度、气压等数据进行测量。各小组按照计划分工协作、密切配合，并对检测结果逐一进行记录。 （2）准备工作 测前应熟悉矿井通风及巷道的实际情况，明确安全注意事项； 测量仪器的校对和熟悉； 制定好联络信号。2.3.2测点布置和选择（1）选择风量大、有代表性的特征巷道、井筒、大巷、上下山、工作面上下巷等主要巷道进行测试。（2）测点应尽可能避免靠近主要风门，以减少风门开启时的影响。（3）为计算井巷风阻，在风流的分岔和交汇处布置测点。（4）在并联风路中，只沿一条路线测量风压，其它各风路只测风量，并以相同的风压来计算各条巷道风阻。（5）测定地点前后3m范围内，应支架保持完好，无堆积物。（6）测点布置在分支前1015m内，布置在分支后1520m内，断面变化的地方布置测点时，前方不小于巷道高度的3倍，后方不得小于巷道宽度的812倍。（7）测点沿风流方向依次编号，并标注明显，提前将测点间距、巷道断面测出。（8）有条件的情况下，两点间的压差应不小于10200Pa，两点间的压差应不小于测量用仪器精度的10倍，不大于仪器的量程。2.3.3 操作要求在井口或井底车场调试好两台精密气压计(I、II)，并记录初始读数。仪器 I留在原地监视大气压力变化，每隔 10min记录一次读数，仪器 II按测点顺序分别测出各测点风流的相对基点的静压17。在测点用风速表测量风速，应测量三次，计算其平均值作为该测点的风速值。 测风点处的断面的面积和周长，用钢卷尺进行测量然后计算得到，也可用断面仪直接测量。并用精密气压计测量大气压力；用通风干湿温度计测量空气的干球温度和湿球温度。2.3.4 测定结果采用的计算公式（1）空气密度 式中：空气密度，kg/m3； P空气压力，Pa； 空气湿度,，%； Ps温度为t时空气绝对饱和水蒸汽压力，Pa； t空气温度，。（2）动压： 式中：空气密度，kg/m3； v风速，m/s； h动压，Pa。（3）风阻 式中：H测点间通风阻力，Pa； Q风量，m3/s； R风阻，NS2/m8。（4）两点间通风阻力 式中： hrij 两点间通风阻力，Pa； ij测点i、j间空气密度的平均值，kg/m3； hi、hj与hi、hj对应时间气压计I的读数，Pa； hi、hj气压在测点i、j的读数，Pa； hvi、hvj测点i、j的动能，Pa； zi、zj测点i、j的标高，m。（5）自然风压可采用如下间接测算法 式中： H自自然风压，Pa； g重力加速度，取9.81m/s2； Z进、回风井井筒高差，m； 进进风井空气密度，kg/m3； 回回风井空气密度，kg/m3。 2.4 建立通风参数数据库 邢东矿通风参数数据，见表2-1。矿井通风阻力计算表序号井巷名称支护 形式 (NS2/m4)L (m)U (m)S (m2)Q (m3/min)h摩 （Pa)V (m/s)1副井6m砌旋0.045818.518.8428.276118319.3 3.61 2轨道大巷1锚喷0.006516518.516.33446725.3 4.56 3轨道大巷2锚喷0.006515013.6310.73380043.1 5.90 4轨道大巷3锚喷0.006515013.6310.73380043.1 5.90 5副暗斜井1锚网0.01351213.249.75110032.0 1.88 6副暗斜井2锚网0.01344813.249.75110028.0 1.88 7副暗斜井3锚喷0.01116213.249.758004.5 1.37 8980大巷1锚喷0.0122421514160011.3 1.90 9980大巷2锚喷0.01132151415001.2 1.79 10轨道下山1锚喷0.01140151115003.1 2.27 11轨道下山2锚网0.0138601511160089.6 2.42 122127运料巷锚网0.0124501310.32150039.9 2.42 13工作面支架0.031401315150010.1 1.67 142127运输巷锚网0.0145201310.32150053.8 2.42 15下山回风1锚网0.0139241312160064.3 2.22 16下山回风2锚网0.0131281312170010.0 2.36 17主暗回风1锚网0.013301211.3620003.5 2.93 18主暗回风2锚网0.0131561211.36200018.4 2.93 19主暗回风3锚网0.0135161211.36180049.4 2.64 20主暗回风4锚网0.0131661211.36190017.7 2.79 21主暗回风5锚网0.0131401211.36213518.9 3.13 22主暗回风6锚网0.0131101211.36297628.8 4.37 23主暗回风7锚网0.013106129.014180109.7 7.73 24皮带回风锚网0.0133161310.76200465.5 9.66 25主井5m砌旋0.04578315.719.636500858.3 5.52 26风硐砌旋0.00830107.297650100.7 17.49 27摩擦阻力合计2450 总 计考虑15%的局部阻力2817 表2-1 邢东矿通风参数数据3 矿井通风网络理论及解算3.1图论3.1.1 图论概述图论是应用非常广泛的一个数学分支，它是建立和研究离散数学模型的一个重要数学工具18。图论这门学科是由18世纪的瑞士数学家欧拉创立的，在电子计算机问世以后，应用更加广泛。图论是研究图的组合关系及结构的一个数学分支，是矿井通风网络理论的基础19。3.1.2 基本概念 （1）图的定义图，其中：是图G节点或顶点的有限非空集合，称为图G的节点或顶点集合，记作V(G)或V；E：是图G边或分支的集合记作E(G)或E；是以E到v中的有序或无序偶对所成集合的映射。通常，图也写成G=(V，E)。 （2）有向图和无向图定义中的顶点偶对是有序或无序的。若边e所对应的偶对(a，b)是有序的，则边e是有向边。有向边简称弧，a叫弧e的始点，b叫弧e的终点，统称为e的端点。称e是关联于结点a和b的，结点a和结点b是邻接的。有向边构成的图称作有向图。若边e所对应的偶对(a，b)是无序的，则称e为无向边，无向边简称棱。无向边构成的图称作无向图。通风网路图是一种有向图。 （3）赋权图 如果图G的边有一个实数集合称为边权图，如果图G的点有一个实数集合称点权图。矿井通风网路图中，每个边都赋予风阻值即为一边权图，通风网路图赋权图。 （4）连通图在图中，任意两个节点之间至少存在一条边则称其为连通图。 （5）分支（边、弧） 表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷中的风流方向，每条分支可有一个编号，称之为分支号。如图3-1中的每条线段就代表一个分支，井巷的通风参数，如风阻、风量、阻力等。可作为分支的权值。若分支并不表示实际井巷，如连接进、回风井口的地面大气分支，则称为伪分支，常用虚线表示，如图3-1中的分支7。 （6）节点（节点、顶点） 节点是两条或两条以上分支的交点。每个交点有唯一的编号，称为节点号。在网络图中常用圆圈表示节点，如圆圈中的数字为节点号。如图3-1中的均为节点。 （7）路（通路、道路）是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。如图3-1中，1-2-5、1-2-4-6和1-3-6等均是通路。 （8）回路由两条和两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。若回路中除始、末节点重合外，无其他重复节点，则称为基本回路，简称回路。当回路中的非相邻节点间不存在分支时，该回路又称为网孔。如图3-1中，2-4-3、2-5-6-3和1-3-6-7等都是基本回路，其中2-4-3是网孔，而2-5-6-3不是网孔，因为在该回路的非相邻节点和之间有分支4。 （9）树和生成树不含回路的连通图称为树。树中任意两个相邻的顶点之间必有一条且仅有一条边。树中不相邻的两顶点之间加上一条边刚好构成一个回路。设树T有m个顶点，则其边数为m-1。 （10）最小生成树如果选择生成树时把各边的权值按升序排列，从权值最小的边开始依次标号，当图中一旦出现回路即用破圈法去掉最后成圈的边，显然成圈的边都是余树。最后可得到最小生成树树枝集合与余树集合。 图3-1 简单通风网络图3.1.3 通风网络的矩阵表示通风网络的集合表示 设通风网络的节点号的集合为，为节点数；分支号的集合为，为分支数；则通风网络可表示为。 通风网络的矩阵表示（1）节点邻接矩阵 表示节点之间邻接关系的矩阵： （3-1）其中： （2）基本关联矩阵表示网络中分支与节点关系的矩阵。基本关联矩阵的各行均与线性无关。 （3-2） 其中 （3）独立回路矩阵任取通风网络图的一棵生成树，以余树枝为独立分支，得到一组线性无关的基本回路，称为独立回路，并以独立分支的方向作为独立回路的方向，独立回路的个数，独立回路中的分支构成可用独立回路矩阵表示： （3-3） 其中 若将独立回路矩阵的列，按余树枝在前、树枝在后的顺序排列，则可分成两部分，前面的余树枝子阵为单位矩阵，即 （3-4）将基本关联矩阵也按上述顺序排列，得到 （3-5）将基本关联矩阵与独立回路矩阵间有如下关系 （3-6）将（3-4）和（3-5）代入式（3-6）后，整理得 3.2 通风网络解算的数学模型及解算方法3.2.1 通风网络解算的数学模型（1）阻力定律即阻力二项式 （3-7）式中：R1、R2分别为层流风阻和紊流风阻，按式（3-4）计算（2）节点风量平衡定律风量平衡定律又称克希荷夫第一定律，在矿井通风网络中，流进节点或闭合回路的风量等于流出节点或闭合回路的风量20。即任一节点或闭合回路的风量代数和为零。 （3-8） 式中：i网络中节点的编号，i1，2，m； j网络中分支的编号，j1，2，n； Qj第j条分支的风量，m3/min； aij与第i节点相连的第j条分支的风向函数； aij= 1第j条分支风流流入节点i； aij= 0第j条分支不与节点i相连； aij= -1第j条分支风流流出节点i。（3）网孔风压平衡定律风压平衡定律又称克希荷夫第二定律，在任一闭合回路中，无扇风机工作时，各巷道风压降的代数和为零，即顺时针的风压降等于逆时针的风压降20。网孔无通风能源时 （3-9）网孔有通风能源时 （3-10） 式中：R1iji网孔第j条分支的层流风阻，Ns/m5； R2iji网孔第j条分支的紊流风阻，Ns/m5； Qiji网孔第j条分支的风流风量，m3/s； HNiji网孔第j条分支中的附加能量，如进风巷入口动压、位能、局部 火风压以及调节风压等，Pa； HFii网孔等效风压，Pa。3.2.2 网络解算方法通风网络解算方法很多，归纳起来可以分为：图解法、图解分析法、数学分析法、模拟计算法和计算机解算法21。计算机解算通风网络的优点是速度快、精度高。随着计算机软硬件的飞速