通风安全三维数字化管理及优化技术1.ppt

,金码软件（北京）有限公司朱方平副总经理,通风安全三维数字化管理及优化技术,,,通风数字化模拟仿真技术,内容提纲,矿井三维通风动态仿真模拟系统,非煤矿井通风系统管理现状,开采深度加深、通风网络日益复杂；风机数量多，风机工况不明，运行效率低下；通风设施缺乏有效的管理、导致风流紊乱，循环风普遍存在，部分矿井漏风严重；矿井深部区域容易形成新风无法到达的区域，导致炮烟、柴油设备尾气、粉尘排散困难，为尘肺病等职业病的形成埋下隐患；非煤矿井相对不重视通风管理，通风数字化管理技术和方法还在起步阶段；,数字化通风模拟技术,20世纪80年代以后，数字化通风模拟技术开始在我国得到研究和应用，它通过将矿井通风系统数字化，使用网络以及分支、节点上的属性来代替真实的矿井通风系统，构建矿井通风系统的数值模型，从而进行矿井通风的数值仿真。这种方法基于完善的矿井通风数学模型和可靠的数值计算方法，经过国内外广泛的实践应用，证明是可靠的、科学的，是矿井走向科学化、数值化管理的必经之路。,数字化通风模拟技术,2000年以来，随着计算机技术的飞速发展，该方法得到越来越广泛的应用，国内在网络解算通风仿真方面的研究取得了一系列的成果，主要有中国矿业大学研究的矿井通风网络解算、火灾动态模拟系统软件，西安建筑科技大学应用面向对象的高级语言UC开发的矿井通风系统模拟平台，辽宁工程技术大学开发的矿井通风系统仿真软件、北京龙软技术公司开发的基于GIS的矿井通风解算软件等等。,金码公司-三维通风动态仿真模拟技术,应用先进的“矿井三维通风动态仿真模拟系统”软件平台，建立矿井三维通风系统模型，通过模拟检验，保障基础数据的可靠性。应用建立的数值模型，进行系统现状改造方案模拟、多级机站通风效率分析、风机工况点分析、矿井中远期通风方案预先模拟分析，建立的三维通风系统模型将为矿井通风数字化科学化管理奠定基础。该技术2009年起开始在矿井推广应用，目前越来越多的非煤矿井采用该技术管理通风。,三维通风动态仿真模拟技术（效果图）,,对当前通风系统现状的三维数字化展现对未来通风系统调整方案的预先仿真模拟分析矿井灾害分析及应急救援调度分析具体而言，系统主要可应用于矿井通风系统优化、通风系统薄弱环节三维可视化展现与预警、通风系统改造方案设计、多级机站通风网络分析、风机工矿点分析、通风措施预先仿真模拟分析、应急预案制定及避灾线路分析、井下风温岩温及矿井降温定量分析、通风系统培训、以及通风管理决策支持等领域。,三维通风仿真模拟技术的实用性,系统主要功能-通风系统管理,★建立真三维通风立体模型，自动识别通风网络变化并动态解算，显示风向、风量、风速、阻力等参数，兼容现有AutoCAD图形；★矿井通风网络系统优化设计、解算和通风系统风流动态模拟；★支持自然分风解算和强制分风解算，可对任意风路固定风量、固定风压，实现风流按需分配解算与系统动态仿真模拟；★可对任意风路进行定点优化调节，自动根据风量要求反算调节风阻大小或调节风窗面积，模拟风门、风窗、密闭对应风量调节效果；★井下风温、岩温、空气湿度计算，可对井下热源、冷源和湿源进行建模，可对矿井加热/降温效果进行定量分析和动态模拟，定量分析热交换对风机性能和通风系统的影响；★系统可进行定制开发，接入安全监测监控系统实时数据和其他井下实时监测数据（如风量、风速、CO、风压、烟雾等）；,系统主要功能-通风方案分析,★矿井通风现状三维可视化展现，通风系统调整方案设计与分析，通风措施可行性预先动态仿真模拟；★可动态解算和模拟巷道贯通、延伸、新掘或废弃巷道分支后通风系统的风量分配和风机工况点；★模拟井巷断面或风机叶片角变化对通风系统稳定性的影响；★在三维可视化平台上辅助进行短期和长期通风系统规划；★主要巷道经济断面选型、风网通风经济性评价；★可对通风系统进行全局优化，推荐优化模式下的关键巷道断面尺寸，支持对高损耗风路设计多种断面尺寸并对相应的通风成本和通风能力进行曲线分析；,系统主要功能-风机运行管理,★系统自带常用摩擦阻力系数表和主流风机特性曲线数据库，数据库可任意扩充，可在风网优化设计的基础上自动进行风机选型和风机运行工况点分析；★可对主辅扇、局扇进行建模和动态运行模拟，可进行多级机站通风方案设计、解算、动态模拟和风网运行效率分析★可进行风机开停、调速、反风计算和动态运行模拟；★对深井通风进行空气可压缩性分析，基于质量流量进行网络解算,系统主要功能-辅助灾害决策,★动态模拟井下烟雾、粉尘、有害气体浓度和扩散路径，辅助进行灾害应急预案制定和紧急情况下人员撤退路径分析；★可进行串联通风、污风循环预测和模拟；★基于“非稳态算法”对井下火灾时期通风系统的影响变化进行定量分析，可对爆破排烟和粉尘扩散进行动态模拟；,建立三维通风数字模拟分析系统的方法,建立一套先进的矿井通风三维可视化数值分析软件平台；建立本矿真三维通风仿真模型，该模型真实有效的反应矿井通风现状，并可随矿井通风系统的变化动态进行调整。基于矿井真三维通风仿真模型，可进行通风系统调整方案制定及合理性分析，矿井中、长期通风系统预测，反分演习模拟及应急预案动态模拟等。定制开发矿井三维通风仿真模拟系统与井下环境监测系统数据通信接口，在三维模拟分析平台中接入传感器实时参数，实现从模拟分析拓展到动态预警和实时决策；培养23名能熟练使用三维通风软件平台进行通风网络解算、通风系统预测分析和矿井日常通风管理专业技术人员；,一）节点风量平衡方程通风网络中的任一节点，流入该节点的风量之和等于流出该节点的风量之和。bij－节点分支关联系数，当j分支风流流入I节点时为1；当j分支风流流出I节点时为－1，当j分支不与I节点相连接时为0。qj－分支j的风量。M,N为M个节点，N条分支的一个通风网络,通风数字模拟技术的基本原理,二）回路风压平衡方程Cij－分支回路关联系数。当j分支与I回路同向时为1；当j分支与I回路反向时为－1；当j分支不包含在I回路中时为0。Hj－分支j上的综合风压；Hni－回路I上自然风压的值。N-M1通风网络中独立回路的个数,通风数字模拟技术的基本原理,三）矿井通风基本方程反映分支风量－阻力之间的关系。考虑风机风压、通风调节设施等局部阻力对通风的作用，风网中任一分支的通风阻力可以用下式表示Rj-分支J的摩擦风阻；hrj-分支J中调节风窗等局部风阻造成的阻力；hfj-分支J中安设有风机时风机提供的风压。,通风数字模拟技术的基本原理,矿井总风阻对于一个确定的矿井通风网路，其总风阻值就叫做矿井总风阻。当矿井通风网路的风量分配后，其总风阻值则是由网路结构、各支路风阻值所决定的。矿井总风阻值可以通过网路解算得到。它和矿井总阻力、矿井总风量的关系是,式中R矿矿井总风阻，Kg/m7或表示矿井通风的难易程度，是评价矿井通风系统经济性的一个重要指标，也是衡量一个矿井通风安全管理水平的重要尺度。h矿矿井总阻力，Pa对于单一进风井和单一出风井，其值等于从进风井到主要通风机入口，按顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来的值。对于多风井进风或多风井出风的矿井通风系统，矿井总阻力是根据全矿井总功率等于各台通风机工作系统功率之和来确定的。Q矿矿井总风量，m3/s。,通风数字模拟技术的基本原理,通风数字模拟技术的基本原理,金码三维通风仿真系统热力学计算采用的是MalcolmJ.McPherson编写的SubsurfaceVentilationEngineering上的算法，热力学计算主要考虑围岩、地下水与巷道风流的双向热交换；机械设备放热，如铲运机设备、皮带输送机设备、凿岩台车、电动机设备以及矿石的氧化热；空气自压缩产生的热量；空气制冷和局部降温热交换；矿井随深度、温度和通风压力变化而变化的空气密度考虑空气密度变化的自然风压诸如除尘水雾类的人工加湿饱和空气的冷凝作用等,什么是三维通风数字模型,三维通风模型是对矿井通风系统的真三维图形描述。,建立真三维模型的重要性,三维立体显示1.动态显示风流方向2.三维立体模型可任意角度旋转、缩放、平移等。3.可以直观显示复杂的空间关系，便于人员快速理解,可随时进行预测分析。风网和风机长期通风能力规划。辅助制定短期采掘通风计划。,例如是否能够掘进预定距离,建立真三维模型的重要性,可预知一台主通风机停止工作的结果。如果一台风机需要停止工作一段时间，模型可以指导如何安全的进行通风调节。这样可以保证重点区域的生产工作不中断。,建立真三维模型的重要性,此图显示的是一个简单回路中的风量分配。,建立真三维模型的重要性,70多种不同的通风数据都能被自动着色和显示在不同的范围内。可以很直观的查看通风薄弱环节。例如可用颜色标注巷道风速的高低。,建立真三维模型的重要性,例如可用颜色标注巷道摩擦阻力。,建立真三维模型的重要性,例如可用颜色标注巷道过高风阻。,建立真三维模型的重要性,例如可用颜色标注低风量。,建立真三维模型的重要性,此图显示的是传输带起火时整个回路中污染物的浓度％。,建立真三维模型的重要性,此图显示的是回路中污染物扩散的时间。,建立真三维模型的重要性,系统自带常用风机数据库，可以添加新风机数据，并自动生成风机特性曲线。从数据库中选取不同的风机及不同的叶片角度进行模拟，查看风机的工况点，最终通过比较，选择最合适的风机及叶片角度，达到最满意的效果。,建立真三维模型的重要性,不可控的循环风常容易导致热量、有毒有害气体的积聚，易发生事故。系统运用传统算法追踪整个矿井每一条风流路径，报告出存在循环风流的位置及风量。,建立真三维模型的重要性,可模拟污染物扩散的路径和时间，协助应急准备工作的规划。如果发生事故，如何快速撤离到安全位置,建立真三维模型的重要性,经济性模拟工具综合考虑巷道掘进成本、巷道维护成本、巷道服务周期内的通风成本以及资金贴现率，可为一条或一组风路模拟在10种不同巷道断面尺寸条件下的成本变化曲线，帮助确定新掘巷道经济断面。,建立真三维模型的重要性,建立真三维模型的重要性-方案模拟,巷道贯通模拟能准确预测巷道贯通后，巷道的风流方向、风量大小。并能反映整个通风网络的变化。便于人员采措相应措施，确保安全。,贯通前,贯通后,六大系统实时参数三维平台整合,通过定制开发数据接口，可在三维通风数字模拟分析平台中接入井下环境监测数据（如CO、温度、风速等）及其他六大系统实时数据。,粉尘浓度,温度,虚拟现实技术,可以用图片显示井下具体位置的情况,参照图形，可导入的外部图形如地表模型、矿体、实测巷道模型和矿区基础设施等。,巷道漫游,系统的主要技术优势,真三维系统，直观真实反映矿井实际数据；系统简单易学、容易上手；通风网络解算快速、且直观易懂；系统维护方便，便于数据动态更新；通风数值分析功能完善，产品成熟；系统得到行业权威机构认可，目前已在非煤矿山高校和设计院大规模推广使用；,中国煤炭工业协会科技成果鉴定报告（鉴定结果国际领先）,中国煤炭工业协会科技成果鉴定报告（鉴定结果国际领先）,,实例演示,金码软件（北京）有限公司电话010-51734506手机18612261166网址QQ1330878115,