利用通风仿真的系统进行东四盘区通风设计.doc

利用通风仿真系统进行寺河矿东四盘区通风方案的设计张 波（晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 寺河矿 晋城 048205）摘 要：通过利用通风仿真系统通风网络拓扑关系自动生成与管理技术，对寺河矿东四盘区设计方案进行通风系统的设计，以确定东四盘区可以采用的合理的开采方案，为矿井通风仿真系统在我矿的推广进一步奠定基础。关键词：仿真系统；通风方案；设计；1 矿井通风仿真系统概述矿井通风仿真系统(MVSS)由辽宁工程技术大学开发研制，是高瓦斯矿井 “以风定产”最有效的决策支持系统。MVSS最大特点是通过巷道对象与节点、构筑物、通风动力装置、风流方向对象间相互发送消息实现拓扑关系自动建立和管理。1.1 矿井通风仿真系统实现的主要功能（1） 强大的可视化功能（2） 强大的模拟功能（3） 强大的按需调节功能（4） 强大的矿井通风系统综合分析与评价功能（5） 能够自动生成适合现场应用的各种分析及应用Microsoft Word报告（6） 强大的鼠标右键功能（7）其它绘图、辅助工具及帮助功能1.2 矿井通风仿真系统理论创新1.2.1 首创了通风网络拓扑关系自动生成与管理技术，网络解算最繁杂的一项工作就是建立网络的拓扑关系，给风路编号，每条风路都对应一个始末节点，矿井通风仿真系统不再由用户建立拓扑关系，是通风网络理论推广应用的一个重大进步。1.2.2 在通风网络理论、程序算法和应用技术研究方面，解决了迭代法中的人工赋初值问题。解决了固定半割集进行网络按需分风的算法问题。提出了基于无向图的角联结构数学模型，得出了角联风路仅取决于网络的拓扑关系，而与通风系统参数无关的结论，给出了角联风路的广义定义，研究部实现了角联风路自动识别与关联风路分析技术。提出了自动绘制Q-H平衡图的算法。采用人工智能理论中的深度优先技术，解决了含有单向回路的网络拓扑关系算法，并首次提出了基于节点驱动的通路算法。提出了网络最大流的独立通路法，该方法在复杂度上比Dinic法少一个数量级。提出了基于截断误差的计算通风系统可靠性的最小不交化集算法，使通风网络的可靠性计算问题由理论研究阶段转化到实际应用阶段。提出了基于最小调节功耗的矿井通风优化调节通路法。建立了网络自动简化数学模型。建立了通风系统安全可靠性评价指标体系。采用扇风机特性曲线5次拟合，较为真实地模拟了包括风流逆转在内的扇风机各种可能工况，避免了网络解算假收敛问题。综合这些理论和技术，形成了适合各类矿井通用的快速、准确的矿井通风系统安全评价与决策软件。1.3 矿井通风仿真系统与其它同类产品的比较矿井通风仿真系统(MVSS)与代表20世纪90年代国际领先水平的波兰科学院的WENTGRAF系统的综合比较如下：MVSS与WENTGRAF综合比较表序号比较内容MVSS Ver2.0WENTGRAF1固定半割集下的按需分风提出并实现了通路法解决网络预平衡，对导出网络进行自然分风的解决方案没有解决固定半割集问题，不能实现真正意义下的按需分风和优化调节2通风网络拓扑关系自动建立与管理人工建立与管理3网络优化调节基于最小功耗的通路法综合采用余支调节、线性规划法和非线性规划法4多级机站通风仿真由于解决了单向回路的算法，可以进行多级机站通风仿真不能解算多级机站通风网络5风机特性曲线5次拟合5次拟合6可视化Windows下的可视化,风机，巷道，构筑物等均实现了可视化DOS环境下的可视化7通风系统稳定性具有复合分支层次功能，实现有向图的角联结构（七元组）自动识别无类似功能5通风系统灵敏性有此功能，应用于巷道和构筑物分类无此功能6风网特征图（平衡图）系统提出了其概念、性质、功能、用途、绘制算法无此类研究7网络自动简化分析网络时，人机界面自动简化，在计算时不作任何简化，保证了计算结果的准确性进行人工简化8迭代计算初值不需要人工处理不需要人工处理9通风网络最大流提出了独立通路法无此功能10单向回路提出了单向回路的概念及相关算法，适用于任何通风网络无此算法，不适用多级机站等有循环风的通风网络11自然风压给出巷道的干湿温度和大气压以及节点标高，然后自动进行自然风压计算给出巷道的干湿温度和大气压以及节点标高，然后自动进行自然风压计算12反风仿真与分析有此功能有此功能13自动生成各种分析报告自动生成误差分析报告、仿真结果分析报告、扇风机相互影响分析报告、系统调节合理性分析报告、自然风压影响分析报告等各种分析报告无此功能14矿井火灾时期风流状态仿真有此功能配合POZAR系统很好地实现了火灾时期风流状态仿真2 利用通风仿真系统进行寺河矿东四盘区通风设计2.1 寺河矿东四盘区设计方案（一） 方案一介绍 巷道布置：在原东三盘区基础上，将原33073310面东西拉长面划分为三个长度为297.5的加长工作面，即43014303面，另布置一个长度为221米的工作面。其中，三个297.5米的加长工作面可采长度均在3430米左右，工作面由东向西回采。优点：（1） 东四盘区工作面搬家次数只有4次，工作面效率高 （2） 主运、辅助运输系统简单 （3） 巷道布置简单缺点：（1） 小东山服务东四盘区通风路线距离（2） 工作面巷道准备工程量大（与方案2相比较，单个工作面的巷道掘进工程量增大） 详见：东四盘区巷道布置方案一（图）（二） 方案二介绍巷道布置：该方案利用小东山井底四条集中巷（小东山集中运输、胶带巷、小东山北翼回风一、二巷）向北延伸至矿界，将原三盘区33073310面分成东西两部分，集中巷东侧工作面由东向西开采，西侧由北向南开采。优点：（1） 小东山向该盘区供风路线短（2） 与方案1相比，由于工作面走向长度缩短，单个工作面的准备时间也相应缩短缺点：（1） 该方案主运系统须经过多个转载环节，盘区出煤量受到一定制约。（2） 搬家次数频繁（3） 与方案1相比，辅助运输路线较为复杂，尤其是对支架等大型设备运输有较大影响。2.2 东四盘区通风设计东四盘区由小东山风井服务，小东山风井安装两台BDK-10-No3.4，风量为6000-16000 m3/min，负压1550-3800Pa，电机功率为2X900KW 。小东山风井同时服务一个回采工作面和一个多巷平行掘进工作面。 方案一、 在方案一中，小东山风井服务东四盘区最困难时期为4303工作面回采与4304工作面掘进同时进行的时候。回采工作面采用三进两回通风系统，根据回采经验，大采高工作面瓦斯涌出量为60 m3/min，配风量在8000 m3/min。掘进工作面，依我矿经验，每个掘进工作面（按三个掘进头计算）需配风4500 m3/min。共需要风量12500 m3/min。通过通风仿真系统进行最大通风阻力路线模拟，得到的负压值为3942pa，大于小东山风井负压最大值。 方案二、在方案二中，小东山风井服务东四盘区最困难时期为4304工作面回采与4305工作面掘进同时进行的时候。回采工作面采用三进两回通风系统，根据回采经验，大采高工作面瓦斯涌出量为60m m3/min，配风量在8000m3/min。掘进工作面，依我矿经验，每个掘进工作面（按三个掘进头计算）需配风4500 m3/min。共需要风量12500 m3/min。通过通风仿真系统进行最大通风阻力路线模拟，得到的负压值为3648pa，小于小东山风井负压最大值。 通过利用通风仿真系统对东四盘区巷道布置方案一、二进行模拟，我们可以