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Δɑɑ粗-ɑ细 gcosa μ滚动-μ滑动 - 6cosa 由上述推导可以看出,在布料辊向上转时,粗粒级加 速度大于细粒级;在布料辊向下转时,粗粒级加速度小于 细粒级。因此,在实际生产中为实现物料粒级的合理偏析, 应以布料辊向上转为宜。 7 结语 以上述分析为基础,石钢炼铁厂对4 机布料器进行了 改造,改造后的布料效果明显改善,证明了理论分析的正 确性。改造前后的数据列于表1 6月份3 、4 机6辊布 料器采用布置方式3 ,并且辊向下转;7月份改造4 机6 辊布料器,采用布置方式4并且辊向上转。 表1 2005年6～7月混合料料层及负压对比统计 时间 料层/ mm 3 机 4 机 负压/ Pa 3 机 4 机 6月55055015 10015 000 7月55058015 30014 300 注 3 、4 机在7月份大修时, 机头、机尾密封同时进行了 改造,漏风减少, 3 机负压稍有增加。 综上所述,多辊布料器的使用以配置方式4并使布料 辊向上转为科学合理的最佳方案。 Application of multi - roll material distributor WANGJin2hu Iron Making Plant of Shijiazhuang Iron mode of arrangement ; angle of inclination; rate of space utilization 安全与环保 收稿日期 2006 - 04 - 26 作者简介林建广1980 - ,男汉族 , 河北唐山人,北京科技 大学土木与环境工程学院,安全技术及工程硕士。 矿井通风网络图绘制与解算一体化系统的研制 林建广1 赵恩平2 蒋仲安1 陈 宙1 1 1 北京科技大学,北京100083 ; 21 邯邢矿山管理局北 河铁矿,河北 邯郸056300 摘要针对目前在通风网络解算方面一系列软件存在的缺点与不足,基于矿井通风网络、集合论、线 性代数等理论,运用面向对象Visual C 610作为开发工具、Access作为后台数据库开发研制一套集网 络图绘制与网络解算一体化系统。 关键词通风系统;网络解算;网络图绘制 中图分类号 TD 722/ 672 文献标识码 A 文章编号 1671 - 8550 2006 06 - 0056 - 03 0 引言 关于矿井通风系统的软件,国内外许多专家和学者进 行了广泛的研究,并取得了很多成果。在矿井通风日常安 全管理信息、通风系统优化、通风网络解算和通风系统图 建立等方面都有应用软件投入使用,为矿井通风管理带来 极大方便,也为矿山带来较大的经济效益。但随着计算机 软、硬件的飞速发展,以前在通风方面开发应用软件的不 足逐渐显现出来。如已有的软件不是很系统,未能形成一 套完整的应用软件,这使其可维护性和可扩展性差。已有 的软件不能把通风网络图、网络解算、数据管理等功能有 机地结合起来,实现的功能比较单一。这些缺点极大地制 约了矿井通风网络解算软件的推广和使用。 针对这种情况,研究开发了一套集矿井通风网络图绘 制与解算一体化系统,实现了通风网络图的绘制、解算和 数据管理一体化功能,该系统界面简单、易懂、方便、友 好,基本上弥补了现有通风系统软件的缺陷。 1 矿井通风网络解算方法 通风网络解算方法较多,但目前国内外应用计算机对 通风网络解算的方法主要有斯考德-恒斯雷 D 1Scott - F1Hinslye法,其 次 是 牛 顿-拉 夫 森 Newton - Raphson和节点法。每一种算法各具特点, 各有优势与不 足,本文采用的是斯考德-恒斯雷法。 111 斯考德-恒斯雷法的解算原理 斯考德-恒斯雷近似计算法,实质上是利用方程中一 个近似值为已知时,用泰勒级数展开,求风量校正值,然 后逐步逼近求出真实值。数学模型建立如下 65 矿 业 工 程 Mining Engineering 第4卷 第6期 2006年12月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 余枝数即独立回路数b n - m 1 ,由独立回路风 压平衡方程得到非线性方程组 ∑ n j 1 CijRjQj| Qj| ∑ n j 1 CijPj j 1,2,⋯, n i 1,2,⋯,b1 式中 Rj 第j分支的风阻, Ns2/ m3;Qj 第j分 支的风量, m3/ s;Pj 第j分支通风能量的代数和即Pj Pf Pn,其中Pf为风机工作风压,Pn为自然风压。 以函数形式表示 fi fi Q 1,Q2,⋯,Qn ∑ n j 1 CijRjQj| Qj| - ∑ n j CijPj02 利用非线性方程组线性化的方法解算方程组 2 , 将 其按泰勒级数展开,忽略二次及二次以上的高阶微分部分, 得到方程组第k 1次线性化近似式 fi fi Q k1 1,Qk12,⋯,Qk1n fi Q k 1,Qk2,⋯,Qkn ∑ n j 9fi 9Qj QjQk j Δ Qkj fi ∑ n j 9fi 9Qj Qj Qk j Δ Qkj03 进一步简化得到斯考德-恒斯雷法的回路风量计算公 式 ΔQkri - ∑ n j 1 Cij R jQkj| Qkj| -Pj 2 ∑ n j 1 CijRjQkj- dPj dQj Qj Qk j i 1,2,⋯,b j 1,2,⋯, n4 式中 dPj dQj Qj Qkj 第j条分支上扇风机曲线的斜率。 Qk1j QkjΔQk1j Qkj ∑ n i 1 CijΔQk1ri i 1,2,⋯,b j 1,2,⋯, n5 当迭代求出的独立回路风量校正值满足给定条件 max{|ΔQk1 ri| } ≤ ε 式中 ε 解算过程中给定的精度,一般取ε 0101～ 0100001 m3/ s。 此时可停止计算,第k 1次近似风量值就是解算后的 风量。 112 矿井通风网络解算方法的计算机实现 用计算机编制风网解算程序时,除应按照算法逻辑进 行外,还要结合矿井通风的实际情况。在生产实践中,有 许多巷道要求固定风量,同时又有许多巷道要求安装风机, 这些特殊的分支利用一个布尔类型的以维数组来标记,在 选择完回路后,当回路中包含有这些被标记的分支时,编 写了特殊处理的子程序模块,单独进行处理。 斯考德-恒斯雷法的计算机实现步骤如下 1 输入需 要的网络初始信息包括网络拓扑关系、分支参数等 , 设 定分支风量初值Q0j j 1,2,⋯ , n; 2 对包含有风机的 分支进行风机数据输入或进行风机选型 ; 3 生成网络拓扑 结构矩阵AL ,分支风阻R,分支初始风量矩阵Q ; 4 求 在近似分支风量条件下的分支通风动力Pj j 1,2,⋯, n ; 5 计算最小生成树,构造基本回路矩阵C; 6风网 解算,进行风量迭代,对含有固定风量分支和风机的分支 进行特殊处理,求迭代后的分支风量Qj j 1,2,⋯ , n ; 7 判断j是否等于分支数,若等于该次迭代全部完成,继 续下一步,否则返回第六步进行下一分支的风量迭代 ; 8 判断是否满足max{|ΔQk1ri| } ≤ ε ,满足条件跳至9 ,否 则继续6 ; 9由最后迭代结果Qj j 1,2,⋯ , n 计算各 分支风阻、风压等参数。 2 矿井通风网络图的绘制 211 矿井通风网络图的绘制原理 通风网络图是点和线的组合图,仅表示风网中各分支 的风流方向联接形式,不按比例、不表示空间关系的单线 绘制。为准确绘制反映风路结构的通风网络图,必须熟悉 通风系统图和开拓开采的巷道布置,并与通风系统图相对 照,认真了解各井巷之间的连接关系和主要漏网通路。绘 制通风网络图的步骤和要点归纳如下 在矿井通风系统图上确定风流分合点的位置,并 从进风井口开始沿风流流动方向直到出风井口为止,对各 节点进行编号。其顺序通常是沿风流方向从小到大,也可 按进回风段系统、按翼分采区进行编号,节点编号不能重 复。 绘制草图。沿风流方向从进风井口至出风井逐个 节点、逐个分支地进行绘制,将有风流连通的节点用单线 条联接。在绘制的过程中先连主干风路,后连支流,遇到 风流流入或流出时,在节点处应留有分叉,并在分叉上标 明流入或流向节点的号码。 图形整理。绘制复杂通风系统的网络图,需先画 草图和框架,再经过整理变形才能完成。整形的目的是把 图形画美观,更主要的是设法将通风系统各独立单元和结 构特点显现出来,便于运用。在将风流的联接关系清楚地 表达出来的同时,根据网络图同构的特性,利用点可以位 移及分支可以变形、翻转和伸缩的特点,尽量避免或减少 交叉分支的出现,将网络图画成最简单清晰的形状。 212 通风网络图在计算机内的表示及存储 21211 矩阵的存储方法 基本回路和关联矩阵等都是稀疏矩阵。以关联矩阵为 例,当风网有n条分支m个节点时,关联矩阵的非零元素只 有2n个,其它的n - 2 m个元素都为零,n、m值越大, 为零的元素就越多。将这些稀疏矩阵直接存入计算机中将 会大量浪费计算机的存储空间,而且在矩阵运算中会多次出 现没有意义的加零运算,使计算机速度显著降低。现定义一 个3n矩阵,当j分支始节点为k1时,al[0][j- 1] k1; 当j分支末节点为k2时,al[1][j- 1] k2。al[2][j- 1] 中元素的值为分支编号,也就是说第一行对应于分支的始节 点,第二行对应于分支的末节点,第三行对应相应的分支号。 因此,可由存储al来存储关联矩阵的信息,所占的计算机存 储空间由mn减少到2n。 与关联矩阵相似,其它的几个矩阵都分别以二维数组 的形式来存储,基本回路矩阵的数据c[b][ n],共有b行, 每一行对应一个回路,当一个回路中有k条分支时,对应 于前k个元素为非零元素,元素绝对值为分支号,当分支 与回路方向相同时元素为正;否则为负。 21212 通风网络权函数的存储方法 对于通风网络所具有的权函数,用一维数组来表示。 752006年第6期 林建广等 矿井通风网络图绘制与解算一体化系统的研制 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 通风网络中按分支行向量中的各元素排列顺序,可以形成 与之相对应的一维数组如,风阻行向量R[ n] { R1, R2, R3,⋯, Rn};风 量 行 向 量Q[ n] { Q1,Q2,Q3,⋯, Qn};风压行向量H[ n] { H1, H2, H3,⋯, Hn};其中n 为风网中的分支数。 对于装有风机和固定风量的分支,存储的标志、存储 矩阵分别为FJ [ n]和FG[ n],通风机特性曲线 Hf a0 a1Q a2Q26 式中 a0、a1、a2 通风机特性参数;Q 通风机所在 分支的风量, m3/ s;Hf 通风机静压, Pa。 可由下列几个数组来存储a0、a1、a2通风机参数 m1[ n] { m11, m12,⋯, m1n} ; m2[ n] { m21, m22,⋯, m2n} ; m3[ n] { m31, m32,⋯, m3n}。m1、m2、m3分别存储通 风机参数a0、a1、a2。 通过把表示通风网络结构的各矩阵、各行向量及通风 网络相应的权函数输入到计算机中,其内就存储了通风网 络的全部信息。利用以上信息可较方便地进行网络解算。 3 集矿井通风网络图绘制和解算一体化系 统的研制 311 系统的总体模块设计 集矿井通风网络绘制与解算一体化系统的设计结构见 图1。 图1 系统总体设计结构图 312 系统中主要功能模块的实现 网络图绘制子系统中包含了两类数据 1 图的结构数 据,即分支与节点的连接关系 ; 2 物理图形数据,即网络 图的节点坐标和分支形状等,也就是网络图的视觉效果。 对于一个给定的通风网络,其结构数据是惟一的,但其图 形数据可以千变万化。图形数据采用文件形式进行存储。 网络图绘制子系统的功能如图2所示。 图2 网络图绘制子系统的功能组成 在集矿井通风网络图绘制和解算一体化的应用研究中, 网络解算子系统是核心的部分。在该子系统中实现了网络 解算及风机选型及曲线拟合等一系列功能。网络解算子系 统主要的组成如图3所示。 图3 网络解算子系统的功能组成 4 结语 集矿井通风网络图绘制与解算一体化系统的研制,将 网络解算结果和网络图相互关联起来,实现图形和数据的 集成,界面明了、直观,使矿山技术人员操作简单,有利 于矿山企业的应用和推广。集图形和数据于一体的系统不 仅可实时监控,而且为矿山企业高管层提供了决策的依据。 该系统解决了实际工作中的绘制网络图的困难,减少了烦 琐的重复的手工程序,实现了计算机绘制图形,提高了劳 动生产效率。并且实现了图形与数据库的关联,形成了一 个数据与图形的基本系统。该系统不仅优化了通风系统网 络解算,而且实现了图形与网络数据的有机结合,方便了 现场的使用,实现了网络图绘制、解算与数据管理的一体 化,体现了生产过程中的数据变动的灵活性,实现了矿山 企业的管理现代化。 参考文献 [1] 李湖生1 由通风网络结构数据自动生成曲线网络图1 煤矿 安全, 1998 1 9～111 [2] 于耀国1 矿井通风网络数据模型-计算机软件系统的应用1 国外金属矿山, 2002 41 [3] 王德明,周福宝1 基于WINDOWS的矿井通风网络解算软 件的研制1中国矿业大学学报, 2000 1 41～441 [4] 李湖生1 矿井通风网络图CAD软件的研制1 煤矿安全, 1996 1 1～41 Study of integrating mine ventilation network graphics drawing with network solution LIN Jian2guang1, ZHAO En2ping2, JIANG Zhong2an1, CHEN Zhou1 1 1Bijing Science 21Beiminghe Iron Ore of Hanxing Metallurgical Mine Administration , Handan 056300 , China Abstract Considering the deficiency of present ventilation network solution software , this article , based on the theory of mine ventilation , set theory and linear algebra , developed the system of integrating mine ventilation network graphics drawing with network solution by using object oriented Visual C 610 program language and Access as background database. Key words ventilation system; network solution; network graphics drawing 85 矿 业 工 程 第4卷 第6期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.