基于網(wǎng)格的礦井通風計算并行處理模式

洪寧波

（山西陽煤集團礦山救護大隊， 山西　陽泉　045000）

引言

目前我國煤礦的安全生產(chǎn)存在一定的問題，對礦井通風的計算存在一定的誤差。為對其進行統(tǒng)籌管理，使用網(wǎng)格來對其進行整體的把握。因此，將軟件和硬件有機地結(jié)合起來，從這兩方面來促進煤礦的安全生產(chǎn)，目前使用網(wǎng)格技術(shù)來對礦井通風計算進行處理還處于研究階段，對其進行研究對煤礦的各項計算都有很大的促進作用，由此可見網(wǎng)格技術(shù)對煤礦的安全生產(chǎn)具有重要意義。

1　并行處理

結(jié)合當前并行處理發(fā)展的情況來看，相關科研人員對并行系統(tǒng)和并行計算的研究數(shù)不勝數(shù)，其發(fā)展速度迅猛。結(jié)合全球在此方面的研究來看，其還是一個新興的領域，各國科研人員對其進行了大量的研究。

互聯(lián)網(wǎng)信息時代的崛起使并行計算的級別有進一步的提升，在不同行業(yè)和不同領域并行計算都發(fā)揮著重要的作用，并行計算以計算高性能為目標不斷發(fā)展，其計算速度也是十分可觀，在礦井通風計算中進行廣泛使用，能夠使礦井通風機制更加科學合理[1]。

2　網(wǎng)格計算

目前，在計算機網(wǎng)絡計算中，網(wǎng)格計算以其超前的技術(shù)思維和強大的發(fā)展前景占據(jù)著網(wǎng)絡計算中的重要地位，其中心內(nèi)容是實現(xiàn)資源的共享，使多個計算機能夠進行聯(lián)合，進而組成一個可控的計算系統(tǒng)，使用這個系統(tǒng)對相關數(shù)據(jù)進行計算，使其為各項技術(shù)的研發(fā)提供數(shù)據(jù)的計算支持。

通常來說，網(wǎng)格不僅僅是一種結(jié)構(gòu)，其更是一種思維。就目前來看，科研人員對網(wǎng)格的研究還處于不斷探索的階段，雖說有相關領域已有成功實現(xiàn)對網(wǎng)格應用的經(jīng)驗，但其在應用的過程中還存在一些問題亟待解決，例如網(wǎng)絡標準化和網(wǎng)格關鍵技術(shù)的問題。除此之外，網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展還需要相關的市場模式來刺激其發(fā)展，使其受到科研人員的重點研究[2]。

3　礦井通風并行計算體系

在礦井生產(chǎn)中，人們最關注的問題就是安全，安全是一切生產(chǎn)的前提。信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為礦井生產(chǎn)安全提供了技術(shù)的支持，使礦井的生產(chǎn)更加安全。使用信息技術(shù)來為礦井通風的安全提供良好的平臺，使煤礦的通風能夠達到相關的規(guī)定標準，改善煤塊通風安全。通過科研人員的努力，盡快實現(xiàn)礦井通風計算網(wǎng)格體系，使礦井通風系統(tǒng)更加完善，促進煤塊的生產(chǎn)安全。

通過實踐探索得知，對煤礦的安全網(wǎng)格介紹應分為四個方面，具體如下頁圖1所示，經(jīng)過對煤礦安全網(wǎng)格進行分析得出與其結(jié)構(gòu)相對應的技術(shù)層次，分別對應為網(wǎng)格的應用技術(shù)、編程技術(shù)、核心管理技術(shù)和底層支撐技術(shù)。相關研發(fā)部門可以根據(jù)煤礦的具體情況來進行研究，研究的側(cè)重點各不相同，主要研究應為其底層支撐和上層應用，對這些問題進行研發(fā)能夠充分地對礦井通風的各項資源進行整合，結(jié)合新技術(shù)的應用，使礦井通風計算更加精準。

4　礦井通風計算并行處理模式

4.1　礦井通風計算

礦井通風計算所包含的內(nèi)容主要為掘進通風、硐室通風、礦井風量和風壓及等積孔的計算。在進行計算時要針對井下最大工作人數(shù)進行考量，除此之外還要對礦井之中各項溫度進行計算。在掘進工作面所具有的風量進行計算時，要對瓦斯涌出量、通風機吸風量和風速進行計算并對其進行相應的驗算。在對風速進行計算時其中包括獨立硐室、巷道風量和備用工作面。對風壓的分配和通風負壓進行計算，讓通風效率得到最佳，進而使礦井的通風性達到最高。

圖1　煤礦安全應用網(wǎng)格層次結(jié)構(gòu)

在對這些方面進行計算時，采用并行處理模式能夠使其精準度得到提升，對各項通風設備進行實時監(jiān)測，使其具備完善的性能。

4.2　基于網(wǎng)格的并行處理

根據(jù)網(wǎng)格的相關思想，使用網(wǎng)格來實現(xiàn)對大規(guī)模數(shù)據(jù)的計算，其主要解決的內(nèi)容包括遠程沉浸、分布式超級計算和儀器系統(tǒng)的計算。通過對相關技術(shù)進行研究，對數(shù)據(jù)的存儲和處理進行科學的研究，對這兩個方面進行技術(shù)創(chuàng)新使其能夠有機地結(jié)合在一起，使數(shù)據(jù)的存儲和傳輸更具效率，促進數(shù)據(jù)處理更加得精確。處理的模式為由HPSS做支撐對礦井通風計算的相關數(shù)據(jù)進行存儲，進而使用分布計算模式對其進行計算[3]，其具體架構(gòu)如圖2所示。

圖2　HPSS架構(gòu)

4.3　并行存儲處理模式

在對礦井通風進行計算時，由HPSS做支撐對礦井通風計算的相關數(shù)據(jù)進行存儲，進而使用分布計算模式對其進行計算。其中HPSS能夠為計算提供龐大的數(shù)據(jù)，換句話說其在并行存儲處理中的工作就是對數(shù)據(jù)進行儲存，除此之外與其他計算設備之間進行數(shù)據(jù)的傳遞。

HPSS的相關特點和煤炭生產(chǎn)工序環(huán)環(huán)相扣形成了一個相互融合的狀態(tài)，HPSS在運作中依靠網(wǎng)絡來進行對數(shù)據(jù)的并行處理，對數(shù)據(jù)進行相應的模塊化整理，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€計算系統(tǒng)當中，其具有一定的擴展性，針對煤炭在進行生產(chǎn)時形成的大規(guī)模數(shù)據(jù)，對其進行三維的空間分析，使其操作更加規(guī)范，將二者動態(tài)地結(jié)合在一起，為礦井通風的計算提供技術(shù)支持[4]。

4.4　煤礦安全應用服務器

通過對并行處理系統(tǒng)和HPSS模型及相關技術(shù)進行組合建立起煤礦安全應用服務系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的系統(tǒng)對其各個組件進行管理，使各個組成部分能夠協(xié)調(diào)運作，通過對系統(tǒng)的整體管理使各個部門能夠形成進行自主管理，在進行整體運作的時候，使用安全分析平臺來對其進行科學合理的分析，通過可視化平臺來對其計算結(jié)果進行展示。在系統(tǒng)中入礦井通風所需要用到的專業(yè)理論，在進行計算時導入相關的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)計算自動一體化，對礦井的通風和礦井瓦斯的含量進行直觀展現(xiàn)，通過高效率的工作，使煤礦礦井通風更加安全，促進煤礦的發(fā)展。

4.5　煤礦安全應用網(wǎng)格

建立煤礦安全應用網(wǎng)格，使用其對礦井的通風進行計算，對礦井的安全性進行評估。此網(wǎng)格對礦井通風的計算從理論的建立推向了軟件和硬件的有機結(jié)合，此網(wǎng)格真正實現(xiàn)對礦井通風安全的計算的一大突破，此項目的研究對礦井通風計算有著重大的意義[5]。在未來科研人員還將對此項目進行更加深入的研究，使此項目成為煤礦安全應用網(wǎng)格中的新生能量。立足長遠發(fā)展來看，在對此項目進行研究時可以對網(wǎng)格中間件和網(wǎng)格底層技術(shù)來進行針對性的研究，對這方面進行研究對網(wǎng)格計算也有著很大的促進作用，不僅能夠推動煤礦安全應用網(wǎng)格的發(fā)展，還能夠在一定程度上推動網(wǎng)格計算的發(fā)展，進而促進二者的共同發(fā)展。

5　具體應用

5.1　組件設計

在對整體系統(tǒng)進行設計時需要針對礦井的具體狀況來進行設計，進而使其行之有效。對礦井的規(guī)模、大氣狀況和風壓差進行統(tǒng)計，在系統(tǒng)中設立監(jiān)測系統(tǒng)，使其更加智能化。此系統(tǒng)中，安全應用服務器是中心架構(gòu)，將信息中心、基層區(qū)隊、井口、調(diào)度室和監(jiān)察進行組合，形成一個完善的結(jié)構(gòu)。

5.2　系統(tǒng)設計

通過對風壓和阻力進行計算，建立可視化模型，具體設計下頁圖3。

6　結(jié)語

通過對網(wǎng)格技術(shù)和并行處理模式的探究得知，使用此系統(tǒng)來對礦井通風進行計算具有十分重要的意義。對煤礦安全應用網(wǎng)格的構(gòu)建需要更多科研人員的共同努力，這項技術(shù)必定會對煤礦的發(fā)展起到積極的促進作用。由于其各項技術(shù)還未完全成熟，需要科研人員對相關項目進行研發(fā)，使硬件和軟件核能有機地結(jié)合起來，對此系統(tǒng)進行強有力的支持，針對不同的網(wǎng)格技術(shù)模式來進行探究，研發(fā)出穩(wěn)定可靠的計算系統(tǒng)，為礦井通風計算提供強大的支持。

圖3　礦井通風系統(tǒng)

[1]張坤.礦井通風設備選型及其計算[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2016（1）：131.

[2]劉鋒.基于兩種算法下的礦井通風系統(tǒng)設計研究[J].江西建材，2017（5）：65.

[3]李曉朝.礦井通風計算與通風措施的探討[J].山東煤炭科技，2015（7）：70-72.

[4]劉永紅，張娜，劉劍，等.礦井通風構(gòu)筑物失效與通風系統(tǒng)功能失效的關系[J].世界科技研究與發(fā)展，2016（3）：536-543.

[5]吳霞，蘇世標，王爍，等.某鐵礦礦井通風系統(tǒng)的設計[J].采礦技術(shù)，2017，17（1）：10-12.