计算机在矿井通风中的应用

【摘 要】计算机在矿井通风中的应用越来越体现出巨大的作用，用电子计算机对矿井复杂网络进行解算、模拟预测和优化，是近年来通风学科的重要进展之一，也是通风管理现代化和科学化的一个基本手段，通风网络理论补充和 拓展了传统的通风理论，正发展成为通风学科的一个重要分支。

【关键词】计算机；矿井通风；应用

0.概述

随着计算机的飞速发展和应用的普及，推动了通风网络理论的发展。电子计算机在矿井通风中的应用，不仅使长期难以走出书斋的复杂网络解算在通风工程中得到了广泛应用，而且使通风中一些按传统理论和方法难以求解的问题得以解决，这就完善和补充了传统的通风理论。

目前，计算机在煤矿矿井通风中的作用已显得日益突出，它不仅能对井下矿井大气(如瓦斯、一氧化碳、温度等)及设备运行状况进行监测监控。还可对通风系统进行解算和分析，以便管理人员对其进行科学决策、科学管理。

将矿井通风系统抽象成通风网络进行解算和分析，是目前研究通风问题的重要方法，利用电子计算机解算通风网络，速度快、精度高，只要有适用的软件／解算课题的计算机应用程序，则准备好原始数据，正确输入计算机即可完成整个网络解算工作。

计算机解算通风网络的数学模型目前广泛采用的是斯考特—恒斯雷(D·Scott—F．Hinsley)法，根据数学模型设计编制计算机程序。斯考特—恒斯雷法的基本思路是：利用方程中一组根的近似值将方程用泰勒级数展开，通过化简，求得风量校正值计算式，再通过逐次迭代计算，求得风量的似真实值。用电子计算机对矿井复杂网络进行解算、模拟预测和优化，是近年来通风学科的重要进展之一，也是通风管理现代和科学化的一个基本手段。通风网络理论也补充和开展了传统的通风理论，正发展成为通风学科的一个重要分支。矿井通风网络理论及算法的研究，是80年代以来矿井通风理论研究的很重要内容之一，目前已取得了一系列的成果，各种算法已编写出了相应的计算机软件。

1.计算机在矿井通风中的应用、

计算机技术在矿井通风中的应用主要有以下几个方面：

(1)矿进通风设计；

(2)建立计算机专家决策系统；

(3)通风系统改造；

(4)监测监控。

1.1在矿井通风设计中的计算机应用

1.1.1矿井通风设计的内容

矿井通风设计的内容包括拟定矿井遇风系统、计算矿井总量和风量分配、计算矿井通风总阻力、选择矿井通风机和计算机矿井通风费用等。

计算机在通风设计中，其设计的内容和方法未发生大的变化，但由于其采用了计算机的计算手段，使得设计工作更加规范化和科学化，这样也就保证了计算机结果更加符合实际。

1.1.2用计算机进行通风设计与传统通风设计的比较

在新矿井的设计阶段，传统的通风设计，也可以提出多种通风方案，并对其进行科学的比较和分析，选择最优通风设计方案，而使用计算机运用网络理论，可使得每一种方案的具体参数计算更加合理。矿井风量分配的传统方法仅考虑各用风地点的需风量，其它地点风量则按自然分配，而利用网络优化方法，可以求出满足需风量前提下的最优风量分配方案。在阻力计算中，用人工方法计算，只能凭经验选择最大阻力路线，利用节点压力分析等方法，在风量确定后可计算出最大阻力路线，且不考虑风量调节问题，而使用计算机运用网络理论，可在确定最优风量和计算阻力时自动解算出最优的调节参数。在通风设计中，主要通风机的选型尤其重要，利用计算机进行风机优选，可以对所有的风机进行比较选择，从而选出最适合矿井条件且技术经济指标最佳的风机。

1.1.3运用计算机进行通风设计的一般步骤

（1）根据矿井概况及采掘工程布置绘制出矿井通风容易时期与困难时期的通风系统图及通风网络图。

（2）根据通风系统图及网络图以及巷道尺寸，求出各风道的风阻值，再根据生产要求确定各地的需风量及矿井需风量。

（3）确定了矿井通风系统中用风地点的风量以后，应先计算出系统中其他分支的风量，再计算出各分支通风阻力，采用计算机进行通风系统设计，这两步可同时进行，而且还可同时计算出系统内的调节参数。具体方法是将第二步所得出的基础参数按通风容易时期和困难时期分别输入计算机，对其分别进行计算，风量分配的计算采用斯考特——恒斯雷法，总阻力计算和调节计算采用节点压力分析法。

（4）通风机选择，是根据第三步计算的通风容时期和困难时期的矿井通风总阻力和矿井总风量选择。用计算机选择可用以下几步：

①选出所能满足容易时期的风压和风量要求的若干台风机，并计算出各风机和工况点参数，然后将这些风机按功率大小进行排序，并进行分类处理，再将各类风机功率最小的一台记下来，可得出一组风机。

②选出满足通风困难时期的风压和风量要求的若干台风机，并将这些风机按上述方法进行排序和分类，也可得出一组能满足困难时期风压风量要求的最小功率的风机。

③从上面得出的两组风机中选出同时出现在两组风机中的，将其按风机功率大小的顺序打印出来。

④最后根据打印结果，综合考虑各台风机的功率大小，调节性能、反风性能、价格等技术、经济指标，结合矿井实际，从中选出最优风机。

⑤其他如电机选型和通风费用等的计算方法与传统手工算法一样。

1.1.4运用计算机进行矿井通风设计应注意的问题

在使用计算机进行矿井通风设计时，基础数据必须做到准确可靠，为了保证基础数据的准确可靠，应做到：

(1)网络结构处理得当，绘制网络图应正确反映实际。

(2)尽可能使用可靠数据，如巷道的磨擦阻力系数，尽可能进行类似条件矿井的实测或比较，选出合适数据。

(3)计算结束后，应检查原始数据在输入过程中有无错误。

1.2建立计算机专家决策系统

在一个生产矿井中，必须分析和掌握矿井通风系统的工作状况，根据生产的发展和情况的变化对通风网络进行调节，处理生产中出现的各种通风安全问题，计算机专家决策系统为解决矿井通风问题提供了新的分析方法和手段，促进了矿井通风管理的规范化和科学化。

随着矿井生产的不断发展，矿井通风网络中的各分支的风阻值、瓦斯涌出量等都会不断的变化，这将引起井下各分支用风地点实际风量(或需风量)和风压的变化。为了保证各用风地点的需风量，必须经常对矿井通风网络中各分支的风量进行调节，以确保安全生产。在调节之前，可根据设定的参数，通过计算机专家决策系统，计算出调节之后的风压及风量分配情况。西安科技大学安全技术研究所与西安西科安全技术有限公司合作开发的"FD一03型矿井通风网络动态分析系统”软件，就是运用了计算机，结合矿井通风网络而建立的一个专家决策系统，它非常适用于矿井通风的管理工作。

如巷道贯通，可根据被贯通巷道的相关参数以及网络的相关参数，在计算机上进行模拟，并由计算机选出最优调节方案，最终确保贯通工作顺利地按计划贯通。

另外，矿井在处理各种安全隐患、救灾的过程中，计算机专家决策系统具有不可替代的优点。

1.3在矿井通风系统改造中的应用

随着矿井生产布局的改变，很多矿井由于各种原因，面临着通风系统改造。矿井通风系统改造的目的不同，改造的规模也不同，但一般均应按下列步骤进行：

1.3.1通风系统调查

查明现有通风系统存在的问题，是进行通风系统改造的前提。故应通过通风阻力测定、风机特性测定、分风测定、风机装置参数测定、通风构筑物漏风测定和质量检查等来获得第一手资料，为分析矿井通风系统制定改造方案提供可靠依据。

1.3.2通风系统分析

将获得的原始资料用计算机进行分析，以进一步了解现有通风系统存在的问题，应用计算机对可能采取的改造方案进行模拟，检验其技术上的合理性和科学性。如果提出了许多个技术上可行的方案，还可以用多目标决策法等优化方法对比提出不定期的所有方案进行优选，充分考虑各方案经济、技术、安全的优缺后，确定出最优方案。

1.4监测监控

根据“一通三防”的十二字方针：“先抽后采、监测监控、以风定产”要求，矿井必须实行监测监控。

目前，几乎所有的煤矿都已经安设了煤矿环境监测监控系统，使用计算机运用煤矿监测监控软件，对井下的各种大气参数及设备运行状态进行监测，为管理和决策人员提供了井下连续的环境参数和设备运行状态，对矿井“一通三防”的管理与决策起着非常重要的作用。

2.结语

随着科学技术的不断发展和矿山现代化建设的进程日益加快，计算机在矿井通风中的应用越来越广。

【参考文献】

［１］朱锴，康怀宇．矿井通风[M]．华北矿业高等专科学校，1999．

［２］王惠宾，胡卫民，李湖生．矿井通风网络理论与算法[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1996．

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