平顶山煤业集团八矿通风系统风网解算及优化调节

通过运用面向对象的c#开发工具,研制开发了基于Windows操作系统的矿井通风系统网络解算软件,根据通风网络解算的节点风量平衡定律、回路风压平衡定律、通风阻力定律和Cross法,运用编制的软件对平煤八矿进行通风网络图的绘制、网络解算、通风数据分析和通风网络优化调节,并结合解算、分析结果及矿井未来生产规划提出矿井通风系统优化改造方案,最后对各个方案进行解算,对各结果进行对比分析,确定最优方案及风机型号。     

通风网络解算方法研究现状和展望

通风网络解算方法是矿井通风仿真的核心。在计算机普及前,通风网络解算方法主要有图解法、物理模拟法和仅适用于简单网络的解析法。数值解算法虽然在计算机普及之前,已经做了很多研究,但其数学模型主要是利用通风网络回路构建的模型,在没有计算机的情况下,实用价值不大。数值解算法在计算机辅助的情况下,才得到快速发展,并发展出节点风压解算模型和割集风压解算模型。通风网络解算方法研究未来应从以下3个方面着手:1基于质量流量的通风网络解算模型研究;2通风网络解算在正常通风和矿井灾变时期的统一模型研究;3矿井智能通风参数监测体系和矿井通风网络解算相融合的数学模型研究。     

基于MVSS 3.0的小青矿通风系统风网解算研究

根据通风网络解算的节点风量平衡定律、回路风压平衡定律、通风阻力定律和Cross法,利用MVSS3.0软件对小青矿的通风网络进行网络解算,并对解算结果与矿井的实际数据进行了对比,结果表明主要通风巷道的网络解算结果误差中最大的为3.66%,小于网络解算要求的5%.网络解算结果可靠性高,对于后续的方案模拟提供了基础.     

矿井通风网络优化调节问题的非线性规划解法

建立了以风机能耗和调节设施耗为目标函数，以矿井通风网络节点风量平衡方程，回路风压平衡方程，分支可调性，风量和调节量上下限等为约束方程的非线性规划数学模型，用于求解各种矿井通风网络优化调节问题。选择了目前最为有效的算法之一的约束变尺度法来求解该数学模型，用Ｃ语言编制了在Ｗｉｎｄｏｗｓ下运行的计算机软件，该软件具有算法先进，收敛速度快，可靠性好，适用性广和使用方便等优点。通过示例说明该软件适用于求解各     

基于节点压能的网络分风算法

网络分风算法一直是进行通风网络解算研究的重要内容,运用计算机进行网络解算的快慢受到分风算法的限制。传统的回路法、节点法由于要进行回路或迭代加速系数的计算,程序复杂,对于大规模网络计算时间较长。采用基于节点压能的网络分风算法避开了回路和迭代加速系数的计算,具有风量初始值任选,迭代次数少等优点,结果精度符合实际要求,对通风网络解算研究具有指导作用。     

矿井通风系统现状模拟中的双约束最优化风阻修正方法

针对使用网络解算方法进行矿井通风系统现状模拟时需要人工反复调整风阻、模拟结果与实测结果吻合度不高的问题,建立了矿井通风系统现状模拟的双约束最优化风阻修正模型;该最优化模型以分支实测风量、初始风阻为原始数据,以对初始风阻的修正量最小为目标函数,以回路风压平衡方程和节点流量平衡方程为等式约束条件,以井巷风阻的上、下限值为不等式约束条件;采用拉格朗日乘数法先求解等式约束条件下风阻修改量的最优解,再使用迭代法求得不等式约束条件下风阻修改量的最终解。开发了相应的软件,通过实例应用表明：针对不等式约束条件的迭代求解流程在应用实例中经过12次迭代后得到收敛结果,经本模型修正后的风阻能使网络解算的风量、风机风压与实测值完全吻合;仅考虑等式约束条件下的最优化模型有可能得到极小、甚至为负的无意义风阻值,考虑风阻限值的双约束模型可以将风阻限定在合理取值范围之内;开发的软件将风网解算与最优化方法同时用于矿井通风系统现状模拟,减少了人工反复调整风阻的繁琐操作。     

含自然风压通风网络的自动解算及应用

矿井自然风压作为矿井通风动力的重要组成部分,与通风系统和通风网络密切相关,随着煤矿产量和开采深度的增加,矿井自然风压对通风系统的作用会越来越大。为了快捷预测、计算和分析矿井自然风压及其对通风系统的影响,运用流体静力学、热力学,结合通风网络解算算法,得出了矿井自然风压实时计算算法。结合晋煤集团长平煤矿实际矿井,得出了不同温度、压强条件下,含有自然风压的实时通风网络解算结果。实例表明:该算法能够进行含自然风压通风网络的自动解算,能够快捷、实时计算得出含自然风压实时通风网络解算的结果,为确保通风系统稳定可靠运行提供技术支持。     

基于回路风量法的矿井通风网络解算算法

基于当前矿井通风网络解算算法的不足,深入研究回路法、Scott-Hinsley和Seidel法,设计出一种能够快速解算复杂风网的算法,主要步骤包括确定风网结构、赋权边并选取最小生成树、圈划独立回路、进行网络解算。该方法用Kruskal法来选取最小生成树,思路清晰、易于理解,方便计算机程序的实现;用试探回溯法来圈划独立回路,对于反复出现的子问题,无需进行二次求解;用改进Scott-Hinsley法进行风量解算,计算收敛速度更快,提高了算法的执行效率。将该优化算法应用于“黄坊煤矿通风智能决策系统”迭代解算模块。结果表明：风量解算结果与实测值误差均小于5%,能满足工程应用要求,为矿井通风网络解算提供了一种新思路。     

基于回路风量法的复杂矿井通风网络解算算法

随着矿井通风系统变得越来越复杂，传统的解算方法已经难以满足风网解算的要求，寻找一种能够快速解算复杂风网的算法具有重要意义。对回路风量法的解算原理进行了系统深入的研究，分析了现有通风网络解算算法的局限性，提出了一种改进的Scott-Hinsley法。该算法具有收敛速度快、能解决含有单向回路复杂矿井通风网络解算问题；采用了无初值的回路风量法，便于快速地进行二次解算；运用BFS法改进了生成树的结构，并用双通路法快速圈划回路；实现了固定半割集下的通风网络按需分风，可自动按需分配风量；分析了单向回路造成回路风量法解算失败的原因，并通过修改搜索策略解决了含有单向回路的通风网络解算问题。     

基于GA-BP神经网络的矿井节能通风控制系统设计

对矿井节能通风控制系统的整体结构进行设计,以环境传感器的实时反馈为依据,实现风机的变频控制降低能耗。对通风网络节点模型进行数学建模,以风压平衡方程和分支风量为约束条件,将系统功耗最小作为优化目标求解BP神经网络模型的最优权值与阈值,并以BP神经网络输出的频率作为指令调节通风机的频率。最后对通风网络进行实例分析,采用GA-BP神经网络优化后较优化前节能4.5%,提高了煤矿开采的经济性。     

基于角联子网的风量反演风阻病态改良算法

为解决矿井通风系统阻力测定过程中部分巷道受限于现场测试条件而导致的风阻测不准、甚至无法测定的问题,研究了基于节点压能的风量反演风阻算法,提出使用两组风量数据及部分节点压能数据反演风阻。针对算法的病态性质,对算法病态的原因进行了分析,得出反演风阻方程系数矩阵稀疏性和通风系统拓扑结构对算法的影响是导致算法病态的两个主要原因。基于此,提出基于角联子网的风量反演风阻病态改良算法与基于贪心策略的风压传感器优化布置算法,给出了算法步骤及程序框图,能够解决风量反演风阻算法的病态问题,实现布点合理、数量较少的风压传感器的优化布置。将上述算法应用于23条分支、16个节点的通风网络,验证了所有传感器布置方案下的风量反演风阻算法,其中65. 2%的方案下的算法都是病态的。笔者应用本文提出的算法给出了角联子网划分方案及9个布点的风压传感器优化布置方案,在此基础上进行了风量反演风阻计算。结果表明:算法在实现了风压传感器优化布置的基础上,准确地反演了风阻,误差控制在10~(-4)以内。算法在现场应用时结合矿井监测监控系统,可以进一步实现实时的通风系统基础参数(风量、风压、风阻)的采集、校验、计算、存储与反馈,是矿井智能通风的基础性研究。     

基于风量反演风阻的节点压能解析方法

为解决通风网络中部分巷道会无法完成通风阻力测定或测定结果不准的问题,引入节点压能解析计算方法,对已知压能的节点个数进行判别分析,给出已知节点压能个数判别式,实现在通风网络中利用两组实测风量数据与部分节点压能数据,反演所需未知巷道风阻值,进而得到较准确的巷道通风阻力值。由于测量风量比测定风阻容易得多,而且各矿井为保证安全生产均有大量风量数据,因此利用风量反演风阻可以避免实际阻力测定的繁重工作。通过实例分析,说明只要利用不同条件下通过相同巷道的两组风量数据及部分节点压能,就可以准确计算出待求巷道风阻。     

基于Arc Info 的矿井风网解算方法研究

运用GIS 技术进行矿井通风网络解算, 通过对计算过程的封装, 简化了网络解算的繁琐过程;采用节点风压法进行风网解算和弧段-节点数据结构进行通风网络特征建模;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;实现了通风网络参数动态查询分析, 图形功能强大。     

Study on unidirectional circuit problem in multi-fan-station ventilation type of Jinchuan No.2 mine

The calculating methods for path number and path matrix of ventilation networks without unidirectional circuits were introduced, and the inapplicability problem of the matrix algorithm to determine paths in a ventilation network with unidirectional circuit was brought forward, and a depth-first search method based algorithm to determine path matrix by means of modifying search strategies was discussed. The method is suitable for ventilation networks with unidirectional circuits and ventilation networks without unidirectional circuits, moreover the complexity is less than the complexities of matrix based algorithms. A series of methods and means to avoid and to reduce the negative effects of unidirectional circuits such as the optimum of the positions of fan stations, the increase or de-crease of fan station numbers, the optimum regulation of network and the analysis of diagonal structures were put forward. Surppted by National Natural Science Fund (60772159)     

基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化

研究矿井通风风阻变化规律对通风系统网络解算及优化调节的影响有着重要的意义。根据矿井通风系统中风量、风压和风阻之间的平衡关系,运用单因素分析法,实现快捷高效优化通风系统稳定性。该方法是通过改变某一分支巷道的风阻值,分析其他特征分支风量和风压对此变化做出的反应状况规律。以某金属矿山为例,将通风系统模型导入Ventsim三维仿真系统,选择一个具有代表性的特定分支,在其他参数保持不变的情况下,改变这一分支巷道的风阻值,通过仿真模拟解算出需要的数据。最后对解算结果进行分析比较,确定该分支巷道和相关分支风量及风机工况点之间的相互关系,来判断其对通风稳定性影响的大小。这不仅为矿井前期通风系统设计提供了理论依据,也为后期矿井通风系统运行及改造提供了数据支持,最终为实现矿井安全生产打下坚实基础。