矿井通风网络模拟解算.ppt

矿井通风网络模拟解算,VentilationNetworkSimulationofCoalmine,一、什么是矿井通风系统,矿井开采作业是在井下巷道中完成的作业环境必需供给足够的新鲜风流矿井通风系统是保障供风的机构组成巷道系统，调节装置，通风机,系统图,通风机,二、什么是矿井通风网络解算,使用网络图的形式表示矿井通风系统分支代表巷道，节点代表交叉点，分支的方向代表风流流动的方向给分支赋予属性风阻、风量、阻力、风机特性等；给节点赋予属性温度、标高、有害气体浓度等根据矿井通风网络的基础数据，提出解算的目标，通过计算机数值计算，获得可靠的结果。,通风系统网络图,,,三、为什么进行通风网络解算,通风管理是矿井安全的基础瓦斯爆炸的主要原因－通风不足、不稳定。案例2000年9月27日，贵州省水城矿务局木冲沟煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，死亡160多人，直接经济损失1227万元。事故原因排放瓦斯过程中，巷道内风流不稳定和产生循环风，瓦斯浓度达到爆炸界限。现场人员违章拆卸矿灯引起瓦斯爆炸。通风测量和通风调节是通风管理的主要内容模拟解算是通风调节、通风设计、通风改造的依据。,四、怎样做,依据矿井通风理论建立数学模型，确定数值计算方法，开发程序，输入实际矿井数据，进行数值计算。矿井通风的基本特性－物理模型在一定时期内，巷道系统基本不变，风流稳定，可以应用稳态通风的理论进行通风解算。流过巷道的风量与阻力之间的关系为HRQ2统一参考温度，则节点处风量守恒定律成立。沿任意回路，大气压力的变化为零。,五、通风网络解算的数学模型,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,五、通风网络解算的数学模型,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,五、通风网络解算的数学模型,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。,五、通风网络解算的数学模型,变量、方程组的特征及其封闭性分析方程数目与变量的数目相等，则可以得出唯一的定解。本数学模型含有风量qj和风压hj两种变量。方程3-5确定了风压与风量之间的函数关系。风量平衡方程有M-1个独立方程；回路风压平衡方程则有N-M1个；构成含有N个方程的方程组，求解N个变量；方程组是封闭的，可得出唯一解。由于风压与风量之间的关系是非线性的，因此，是一个求解多维非线性方程的数学问题。,六、通风网络解算的数值方法,一个例子求,要求精度为0.0001。则Fxx210根据泰勒级数展开略去二次项有10＝x02＋2x0（x－x0）,,六、矿井通风网络解算的数值方法,得设初始值x0＝1，迭代计算如下,,六、矿井通风网络解算的数值方法,选取一组独立回路方程组；利用泰勒级数展开非线性方程；略去二次以上的高次项使方程转化为线性化迭代方程组；对风量赋初始值，应用修正公式求出修正值，对各分支的风量进行修正；将修正后的风量代入下一次的迭代计算中，直到修正值满足要求的精度；计算完成。,六、通风网络解算的数值方法,同样，对通风网络解算数学模型，设略去二次以上的高阶项，得,六、通风网络解算的数值方法,写成矩阵形式为,六、通风网络解算的数值方法,除主对角线上的值以外，其它偏导数均忽略为0，上式变为,六、通风网络解算的数值方法,求解上式最终得利用此式和赋予分支的风量初始值即可进行风网的迭代运算。当所有回路的风量修正值小于预定的精度ε时，迭代过程结束，则风网模拟解算完成。,风网解算实例,数值方法的程序实现,,定向圈划回路法,节点合成法计算矿井通风总参数,,矿井通风阻力测定及数据处理,一、测定路线的选择选择测定路线的原则是根据测定的要求和目的，结合本矿的生产布局和通风系统的现状，选择一条（或几条）风流路线长，风量大且包含采煤工作面，能反映本矿通风系统特征的路线作为测定路线。,矿井通风阻力测定及数据处理,二、测点布置测定路线选定后，即可按照通风阻力测定的要求，结合本矿巷道布置的具体条件，在通风系统示意图上确定测定点的位置和数量，并沿测定路线将测点依次编号。一般应遵守下述原则。1、测点布置在风流稳定，巷道规整的地点，测点前后支护完好，巷道内无堆积物；2、在风流分叉、汇合及局部阻力大的地点；3、测点与风流变化点之间应有一定的距离；4、测点应尽可能选在标高控制点附近；在井下实测时，还应据现场的实际情况对个别测点进行调整，甚至临时性的增加或减少一些测点。以便使测点的选择能有效的控制主要巷道和工作面的阻力分布情况。,矿井通风阻力测定及数据处理,三、人员组织与分工为使测定工作能够顺利进行，在测前须对参与测定的人员进行认真的组织与安排，做到分工明确，各尽其职，协调配合，统一指挥。测定小组在测定前要充分讨论测量路线和分工，并对测定需要使用的仪器进行检验。,矿井通风阻力测定及数据处理,每个测定小组人员及分工如下数据记录和指挥1人，负责记录所有的测定数据和指挥测定工作；气压和温度测定1人，负责测定各个测点的绝对压力和风流干湿温度；风量和巷道断面测量1人，负责测定各测点的风速和巷道断面尺寸；测定点标高确定1人，负责查找测点标高并辅助进行断面测定。另外安排基点气压测定1人,矿井通风阻力测定及数据处理,四、基点法测定矿井通风阻力将一台精密气压计放置在地面井口附近，作为基点气压计，监视地面气压变化情况。另将一台气压计沿测定路线按选定的测点进行测定，称为测点气压计。基点气压计每隔5分钟读数，反映地面气压变化对测点读数的影响。各测点测定风流压力的同时，应测量巷道的风速、断面尺寸、气象条件等。依次测定全部的测点，待测点气压计回到井口时再重新校对仪器读数，以检查仪器的误差。至此测定完毕。,矿井通风阻力测定及数据处理,五、测定资料整理1、空气密度用风扇湿度计和精密气压计分别测定各测点的干、湿球温度与大气压力，计算测点的空气密度。2、巷道断面积3、测点间风量的确定4、测点速压5、测点间巷道通风阻力计算6、巷道风阻、百米风阻计算,矿井通风阻力测定及数据处理,六、测定结果可靠性检验矿井进行通风阻力测定，获得矿井通风系统主要通风路线的风量和阻力值，通过计算，可以得到测定分支的风阻、百米风阻、分支摩擦阻力系数等基础参数，但是，这些数据需要经过处理和验证后才能用于矿井通风改造方案的模拟，以保证通风改造方案模拟结果的可靠性和准确性。数据处理的过程如下所示,矿井通风阻力测定及数据处理,通过对矿井全风网分支风阻计算值的模拟解算，可以获得模拟的风量分布、阻力分布和风机工况点参数。对比矿井主要用风地点的模拟结果和测定结果，误差在合理的范围内5～15时，可以认为所使用的风网基础参数－分支风阻和主要通风机性能是符合实际的，能够用于矿井通风优化方案的模拟解算。,矿井通风阻力测定及数据处理,需要注意以下问题测定和模拟都是针对矿井某一时期的，所以，随着开掘工作的推进，某些分支的风量和风机工况可能发生变化，因此，符合测定期间的矿井通风参数是首先要求达到目的。由于通风阻力测定时的误差，矿井通风系统的风量分布需要参考测定期间通风日常测定的风量分布数据和主要通风机的工况数据。衡量模拟使用的分支风阻是否可靠的最重要依据是矿井通风风量分布，因此，测定的通风系统风量分布最好得到矿方通风工程技术人员的肯定。,,对于风量、阻力不符合测定结果的分支风阻需要进行人工调整。调整的方法目前尚不能自动完成，因此，应当遵循由大到小，保障重点的原则进行，直至矿井主要通风分支的风量分布符合误差要求为止。,