矿井风温预测与降温效果分析专家系统应用.pdf

矿井风温预测与降温效果分析专家系统应用 朱红青 1, 2 ,于之江 3 ,谭 波 2 1 1中国矿业大学北京煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083; 21中国矿业大学北京 资源与安全工程学院,北京 100083; 31开滦集团有限责任公司 钱家营矿,河北 唐山 063301 摘 要随着开采深度的增加,原始岩温升高,加上机械化设备的大量应用,设备运行过程中大量 放热,致使有些煤矿井下作业环境气候条件恶化,高温成为制约生产的瓶颈。但针对温度变化规律 和降温措施的研究,现场实践中热源分析、计算繁杂,巷道和全矿井风温预测困难,降温措施的确 定缺乏系统性,且缺乏降温措施的效果分析及其改进,针对这些问题,研究了风温预测及效果分析 专家系统,并结合开滦钱家营矿的实际情况进行了应用。 关键词矿井高温;热源分析;风温预测;降温效果分析 中图分类号TD72712 文献标志码 B 文章编号 0253 - 2336 2007 03 - 0080 - 03 Application on expert system of a irflow temperature prediction and drop2temperature effect analysis in coalm ine ZHU Hong2qing 1, 2 , YU Zhi2jiang 3 , TAN Bo 2 1.National Key Lab of Coal Resources and Safety M ining, China University of M ining and Technology Beijing , Beijing 100083,China; 2.School of Resources and Safety Engineering , China University of M ining and Technology Beijing , Beijing 100083,China; 3.Qianjiaying M ine,Kailuan Group Corporation Ltd. ,Tangshan 063301,China 1 概 述 随着矿井开采深度的增加,地下原始岩温升 高;同时,随着高产高效的普及,井下机械化设备 大量应用,因设备运行过程中大量放热,致使有些 煤矿井下作业环境气候条件恶化,高温已成为制约 煤矿安全生产的另一瓶颈。我国一些学者对此进行 了研究,也取得了一些成果,但针对高温问题中一 些关键理论和技术的研究相对现场实践还滞后,主 要包括以下方面的问题 1热源分析、计算繁杂,使得现场实践中 在进行降温措施确定时没有专门去计算。 2风温变化规律、风温与岩温的耦合关系、 风温预测研究不充分,计算公式繁多,使得现场应 用时难以选择和正确应用。 3对采用通风降温的极限开采岩温确定以 及在何种条件下应该采用机械降温措施研究不够沉 入。 4采取机械降温措施时,因配送点和配风 量设计不合理,往往导致矿井空调负荷增大,且未 能发挥机械降温效果。 5未能从降温效果和热源分析角度,提出 综合降温途径,降温措施的确定缺乏系统性。 针对上述问题,研究开发了矿井风温预测与降 温效果分析专家系统,实现井下热源自动分析、计 算,风温预测和降温效果分析等功能,为现场探索 温度分布规律和提高降温措施效果提供技术支持。 2 矿井风温预测与降温效果分析专家系统 介绍 矿井风温预测与降温效果分析专家系统采用面 向对象计算机语言Visual BASIC 610和数据库技术 共同开发,采用组件式开发方式,界面图块化显 示,便于现场人员应用和掌握。 主要功能包括矿井热源分析计算,采掘工作 面、巷道和井筒风温预测,单一风流通路风温预 测,矿井全网络风温预测,降温措施效果分析,降 温措施专家系统等几大部分,系统结构如图1所 示,各部分的功能详细介绍如下 1矿井热源分析计算模块。主要包括风 08 第35卷第3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年3月 图1 矿井风温预测与降温效果分析专家系统结构 流自压缩热计算、围岩散热计算、机电设备散热计 算、煤矸石散热计算、热水放热计算、氧化放热计 算、人员放热计算。该部分不但可为风温预测提供 有效、可靠的物理计算基础参数,而且可实现各种 放热热源计算,以确定井下不同部分的主要热源, 为热的 “ 分源治理 ”打下基础。 2采掘工作面、巷道和井筒风温预测模块。 主要包括采掘工作面风温预测、巷道风温预测及 井筒风温预测,空气压力、空气湿度预测。该模块 实现了不同类型的巷道风温预测功能,现场应用技 术人员可分步骤、按现场要求进行风温预测,有助 于按照现场实际情况实现准确的、合理的风温计 算。 3单一风流通路和矿井全网络风温预测模 块。基于矿井热源分析计算,采掘工作面、巷道和 井筒风温预测模块功能,采用VisualBASI C编写的 界面输入数据界面,结合Excel数据库储存基础数 据单元,运用工程数学牛顿迭代法,实现不同巷道 风温预测的目的;基于单一巷道风温预测和矿井通 风网络化,实现全风网风温预测。 4降温措施效果分析模块。根据热源、风 温预测情况,针对不同降温措施效果进行分析,提 出降温措施待改进的物理参数组。 5降温措施专家系统模块。将国内外各类 降温措施保存到数据库,然后运用SQL语句对输 入关键字进行搜索,实现降温措施的查询。 3 风温预测方法程序实现原理 矿井风温预测与降温效果分析专家系统采用 VB Active DLL技术 [1] ,能保护程序代码安全性, 减少代码的复杂性,加快代码的执行速度,节省计 算机的资源。 风路风温预测程序方法是将风流通路划分成井 筒、巷道、采煤工作面及掘进工作面4个部分,根 据不同井巷类型采用相对应的公式和解算方法进行 预测,然后整个过程采用牛顿迭代法将整个风路各 段间风温计算出来。 对于井筒段风温公式采用舍尔巴尼法 [2 ]或 用K值显热比法 [3 ] ,解算方法采用一种近似数学 法差分法进行井筒风温计算。其基本原理是 把进风井沿井深自上而下划分成井段 Z 1, Z2, ⋯,Zn , 然后把风温从井口逐段接力计算到井 底;每个井段原始岩温采用该段平均原始岩温。同 理,巷道段划分为采用风流焓值方程建立的风流末 端断面上的气温模型 [4 ] ,解算方法采用二分法 迭代法 [1 ] ;采煤工作面段,由于热源比较繁琐, 计算公式采用舍尔巴尼法 [2 ] ,并分为倾斜工作面 和急倾斜工作面,解算方法同风井的解算方法;掘 进工作面风温预测所需的参数比较繁琐,给编程带 来一定问题,所以采用温度交换法实现 [3 ]。 风温预测计算程序如图2所示。 图2 风路风温预测程序 4 矿井风温预测与降温效果分析专家系统 应用 开滦钱家营矿- 850 m水平,掘进工作面出现 高于26℃ 以上高温。目前掘进工作面风速在013～ 014 m /s,且进风温度低于工作面温度,经软件效 18 第35卷第3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年3月 果分析模块分析,采用增加风量比较好。矿井井筒 20 ℃到850东大巷道掘进工作面程序风温预测 效果和实测情况的汇总见表1。 表1 预测效果和实测情况比较 巷道段 实测末点 温度/℃ 计算末点 温度/℃ 井口- 850 m井底井筒21102018 850 m井底 火药库巷道26102516 火药库- 850 m掘进头工作面28142813 根据表1计算结果,采用矿井风温预测与降温 效果分析专家系统风温预测模块计算,计算结果与 实测结果基本一致,误差在5以内,符合现场实 践要求。 5 结 论 1因热源分析计算繁杂,风温预测困难, 计算公式众多,使得现场应用时难以选择和正确应 用,所以为了能选择恰当的计算公式和减少计算工 作量,达到计算精确的目的,有必要开发包括热源 计算和风温预测的模拟分析系统。 2采取机械降温措施时,因配送点和配风 量设计不合理,往往导致矿井空调负荷增大,且未 能发挥机械降温效果,所以有必要开发能实现降温 效果分析的分析系统。 3针对上述问题,研究开发了矿井风温预 测与降温效果分析专家系统,实现井下热源自动分 析、计算,风温预测和降温效果分析等功能,为现 场探索温度分布规律和提高降温措施效果提供了技 术支持。 参考文献 [1] 龚沛曾.VisualBasic程序设计教程 6 10版[M ].北京 高等教育出版社, 2004. [2] 舍尔巴尼A H1矿井降温指南[M ].北京煤炭工业出版 社, 1982. [3] 岑衍强,侯祺棕 1矿内热环境工程[M ].武汉武汉工业 大学出版社, 1989. [4] 严荣林,侯贤文.矿井空调技术[M ].北京煤炭工业出 版社, 1993. 作者简介朱红青1969 - ,男,湖南双峰人,副教授,国 家煤矿安全生产专家,一直从事煤矿通风与安全技术研究、教学工 作。Tel 13701131805,E - mailzhqhddcumtb1edu1cn 收稿日期 2006 - 10 - 09;责任编辑朱拴成 上接第61页 图2 回风隅角埋管抽放示意 3采取在采面进、回风隅角堆砌隔离墙、 吊挂风障等方法,减小回采工作面向采空区漏风, 提高高位钻场的瓦斯抽放浓度,防止采空区瓦斯涌 出引起回风瓦斯和回风隅角瓦斯超限。 5 结 论 1针对工作面较长的特点,通过合理确定 工作面主要设备配套、回采工艺及其它技术保障措 施,实现了超长高档普采工作面高产高效,最高月 产达到516万t,为高档普采工作面高产高效开采 提供了借鉴。 2超长高档普采工作面的设计、布置必须 充分考虑到煤层的顶底板岩性、工作面主要设备配 套、瓦斯治理技术等因素,如果回采工作面无法实 现正规循环作业快速开采,容易造成工作面切顶而 影响安全生产和单产水平的提高。 参考文献 [1] 钱鸣高,刘听成 1矿山压力及其控制[M ].北京煤炭工 业出版社, 1984. 作者简介姚建平1967 - ,男,贵州赫章人,工程师,现 任水城矿业集团有限责任公司大湾煤矿副矿长。Tel0858 - 8174382,E - mail dwmkaqkz1631com 收稿日期 2006 - 10 - 09;责任编辑曾康生 28 第35卷第3期 煤 炭 科 学 技 术 2007年3月