礦區通風仿真系統及其應用研究

摘要：近些年來隨著煤礦開采的深入，煤礦開采教術的不斷提高，煤礦開采帶來的安全隱患也越來越多，尤其是在網路風路的處理上存在不少缺陷，礦井事故也時有發生。為了解決這樣的問題，礦井通風系統可視化仿真成為一個意義重要的研究。

關鍵詞：通風：仿真系統；可視化；通風網絡圖形變換

1、引言

通過礦井通風系統中的風機進行可視化仿真研究，根據通風機在礦井通風中的運行狀況和通風仿真系統的要求，采用VC++高級編程語言進行可視化仿真程序設計，實現了礦井通風仿真系統中虛擬風機的建立、可視化仿真控制、性能曲線的自動繪制、性能分析、工況分析及性能測試數據的存儲管理和回歸分析等功能。

2、可視化仿真系統設計應用架構

2.1 可視化工具選擇

系統基于主要的數學模型，詳細說明了二維、三維變換的數學模型，并就三維到二維變換的數學模型進行了深入的分析，通過視向變換，通過進行可視化程序語言設計，為下文實現礦井通風仿真系統的可視化打下了基礎。

2.2 系統總體框架與基本組成

我們對煤礦井下各種機電設備、巷道、采煤工作面以及虛擬礦工進行三維建模，利用鍵盤控制虛擬礦工進行行走，從地面入井開始，坐罐籠下井，進入井底車場，對井底車場中中央泵房和中央變電所進行逼真模擬，虛擬人物可以在井底車場漫游，看到各種設備和設施。同樣的反方法對大巷、上下山、機巷、風巷和綜采工作面進行漫游，特別是在綜采工作面，對采煤過程進行仿真，按照采煤工藝要求，虛擬礦工可以操縱采煤機進行滾筒轉動、采煤機移動和采煤機搖臂反轉，看到采煤機割煤、落煤和刮板輸送機運煤的逼真場面。

3、電子商務教學模擬系統分析

3.1 系統的需求分析

（1）沒有新鮮風流，中心溜井附近材料道風量太小，鏟運車尾氣污染嚴重，嚴重損害作業人員的身體健康。（2）通風機站效率低。（3）構筑物失修嚴重。（4）井下機站位置不合理。（5）巷道變形、堵塞嚴重。（6）通風系統現狀與設計要求相差較遠。

3.2 系統的實現目標

礦井通風就是把地面空氣連續不斷的送往井下，同時連續不斷地把井下污濁空氣排出井外。通風的作用如下：（1）供給井下人員足夠的新鮮空氣。（2）沖淡、排除井下有毒氣體和粉塵，保證工作人員不中毒、保持空氣的清潔度以防止瓦斯和煤塵爆炸事故。（3）稀釋、排除井下的熱量和水蒸氣，創造合適的氣候條件，改善職工的勞動環境。

4、通風仿真系統設計

4.1 系統開發的內容

通風系統穩定性和可靠性涉及因素較多，如多風機聯合工作通風系統中各個風機之間相互影響、角聯網絡中邊緣分支風阻變化對角聯分支的影響、主要通風機特性變化對用風地點影響等、風機和管網之間匹配性、通風設施可靠性等。

4.2 坐標系統的設計

根據VC++坐標系統的邏輯坐標和設備坐標的原理，我們在同一繪圖窗口內建立三套邏輯坐標系，其各自相互獨立的，互不影響。然后通過不同的邏輯坐標和設備坐標之間的轉換關系將它們顯示在同—視圖窗口內。

4.3 系統主要模塊設計

（1）屬性頁對話框的實現。當一個基于對話框的程序中有相當多的控件或有多項內容不能在一個對框中顯示時，最好使用屬性頁對話框模式來設計。在礦井通風仿真系統中，為了方便的控制風機，采用屬性對話框的方式，但因為內容多，所以只能使用屬性頁對話框模式。

（2）對話框一視圖框架結構的實現。當進行圖形繪畫程序開發時，大多數人都會想到用vc++提供Frame框架—文檔一視圖結構，因為在這種視圖結構中，MFC提供了許多繪圖和打印功能，利用起來非常方便。

（3）通風機動態旋轉的實現。在礦井通風仿真系統軟件中，為了適應現場工人的操作，該軟件不僅要簡單方便的操作，而且需要美觀化、擬人化和傻瓜化的操作界面。

5、可視化礦井通風仿真系統實現與測試

5.1 礦井通風仿真系統實現的主要功能

（1）模擬通風網絡拓撲關系變化隋況。

（2）自動識別并彩色圖示通風網絡的全部角聯結構，自動確定并圖示那條風路是角聯風路，影響角聯風路的關聯風路和構筑物有哪些。

（3）模擬礦井的最大通風能力；仿真通風系統可靠性、靈敏性，并據此對通風系統組成元件進行分類管理。

5.2 建立礦井通風網絡數據庫和可靠性評價數據庫

為了掌握礦井通風系統的基礎資料，為二水平通風系統模擬和改造提供基礎數據，對通風系統現狀進行調查與技術測定。一是完成通風系統調查，二是進行東風井、丁一風井、西一風井和西二四個通風系統的阻力測定，三是對主要通風機性能進行測定。在此基礎上，建立礦井通風網絡數據庫和可靠性評價數據庫，為通風系統模擬和可靠性評價奠定基礎。

當用戶建立此表之后就可以對模擬數據表進行操作。用戶可以將數據輸入表內，實現仿真數據的備份與結論分析。