利用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)

白　偉

(貴州省思南縣煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)管理站)

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利用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)

白偉

(貴州省思南縣煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)管理站)

摘要針對(duì)貴州省安能煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，分別利用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法，對(duì)礦井現(xiàn)有的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了解算，計(jì)算出礦井的實(shí)際通風(fēng)阻力和所需的最佳風(fēng)量、風(fēng)壓，優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)，重點(diǎn)解決了1#風(fēng)井通風(fēng)難的問題，對(duì)于確保礦井總體通風(fēng)安全和經(jīng)濟(jì)效益的提升有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞礦井通風(fēng)AVENT軟件Scott-Hinsley迭代法網(wǎng)絡(luò)解算

隨著礦井開采深度的不斷增加，通風(fēng)系統(tǒng)愈加復(fù)雜，傳統(tǒng)的解算方法已經(jīng)難以滿足風(fēng)網(wǎng)解算的要求[1-3]。為此，本研究分別采用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法，對(duì)貴州安能煤礦的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算，為確保該礦礦井通風(fēng)安全提供可靠依據(jù)。

1礦井概況

2Scott-Hinsley迭代法解算

Scott-Hinsley迭代法在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算時(shí)需建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論和風(fēng)流基本定律，即風(fēng)網(wǎng)獨(dú)立回路風(fēng)壓平衡定律和節(jié)點(diǎn)質(zhì)量流量守恒定律，可建立礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)模擬的一般數(shù)學(xué)模型，如下式所示：

(1)

式中，C為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立回路矩陣；Rdiag為關(guān)于風(fēng)阻值的對(duì)角矩陣且非對(duì)角元素全為0；Qy=[qy1,qy2,qy3,…,qyN]T，為由網(wǎng)絡(luò)中余樹分支組成的風(fēng)量列向量；Pf=[pf1, pf2,pf3,…,pfi]T，為風(fēng)機(jī)風(fēng)壓列向量；Q=[q1,q2,q3,…,qn]T，為由網(wǎng)絡(luò)中全部分支組成的風(fēng)量列向量。

(2)

(3)

使用Scott-Hinsley迭代法解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的步驟：①輸入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分支分組排序；②選擇余樹分支，即選最小生成樹，確定獨(dú)立回路的分支構(gòu)造；③擬定初始風(fēng)量，首先給余樹分支賦一組初值，然后計(jì)算各樹枝初始風(fēng)量，且擬定的初始風(fēng)量應(yīng)接近真實(shí)風(fēng)量，以加快迭代收斂速度；④計(jì)算修正風(fēng)量；⑤檢查精度是否符合要求。

為對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算，須建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，確定分支中風(fēng)流的方向，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)檢查。根據(jù)安能煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)和分支編號(hào)，對(duì)井下通風(fēng)巷道的基本參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化處理，部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

表1　主要巷道和采掘面通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算部分?jǐn)?shù)據(jù)

3 AVENT軟件解算

“風(fēng)丸forwindows1.01”(簡(jiǎn)稱“AVENT”)軟件是由日本九州大學(xué)工學(xué)研究院井上雅弘博士編制的軟件，界面簡(jiǎn)單，操作方便，源代碼完全公開，是一款優(yōu)秀的風(fēng)網(wǎng)解算軟件，故本研究采用該軟件解算安能煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。在AVENT軟件中繪制礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，進(jìn)行巷道參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和風(fēng)機(jī)的增加、變更或刪除，還可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)圖所需的相關(guān)參數(shù)、進(jìn)行頁面設(shè)計(jì)、解析計(jì)算結(jié)果等。利用AVENT軟件繪制和解算的安能煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)見圖1。

圖1　礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

通過AVENT軟件的解算，獲得了安能煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)壓、風(fēng)量、迭代次數(shù)、收斂程度等信息。迭代次數(shù)為511次，誤差0.000 993，與設(shè)定的誤差(0.001)相近，符合Scott-Hinsley迭代法中關(guān)于風(fēng)網(wǎng)獨(dú)立回路風(fēng)壓平衡定律和節(jié)點(diǎn)質(zhì)量流量守恒定律，且解算結(jié)果完全收斂，詳細(xì)解算結(jié)果見圖2。

由AVENT軟件解算結(jié)果可知：①1#風(fēng)井的風(fēng)壓為625.16Pa, 風(fēng)量為2 200.69m3/min，2#風(fēng)井的風(fēng)壓為1 128.15Pa, 風(fēng)量為1 945.61m3/min，迭代次數(shù)均為511次，誤差0.000 993，解算結(jié)果完全收斂；②1#、2#風(fēng)井的等級(jí)孔截面積分別為1.744，1.148m2，屬于中等阻力礦井，根據(jù)通風(fēng)費(fèi)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(4.158元/t)，井巷工程維護(hù)費(fèi)估算為78 819.26元/(m·a)。

根據(jù)上述解算結(jié)果，建議1#風(fēng)井風(fēng)機(jī)選用FBCDZ-№22(C)型礦用防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，裝配電機(jī)功率為2×220kW，額定風(fēng)量為2100～7200m3/min。根據(jù)礦井瓦斯涌出量情

圖2　AVENT軟件解算結(jié)果

況和現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，建議二盤區(qū)充分利用原廢棄老窯巷道改造后作為新增3#回風(fēng)井，縮短二盤區(qū)的回風(fēng)路線，以解決1#風(fēng)井回風(fēng)難的問題。

4結(jié)語

為有效解決貴州省安能煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，對(duì)其現(xiàn)有的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分別采用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法進(jìn)行了解算，兩者解算結(jié)果基本吻合，根據(jù)解算結(jié)果，對(duì)風(fēng)機(jī)選型以及回風(fēng)井設(shè)置給出了建議，對(duì)于進(jìn)一步優(yōu)化該礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、確保井下安全生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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(收稿日期2016-03-30)

白偉(1983—)，男，工程師，565100 貴州省思南縣。