利用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法解算礦井通風網絡

白　偉

(貴州省思南縣煤礦監測監控技術管理站)

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利用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法解算礦井通風網絡

白偉

(貴州省思南縣煤礦監測監控技術管理站)

摘要針對貴州省安能煤礦通風系統存在的問題，分別利用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法，對礦井現有的通風網絡進行了解算，計算出礦井的實際通風阻力和所需的最佳風量、風壓，優化了通風系統，重點解決了1#風井通風難的問題，對于確保礦井總體通風安全和經濟效益的提升有一定的參考價值。

關鍵詞礦井通風AVENT軟件Scott-Hinsley迭代法網絡解算

隨著礦井開采深度的不斷增加，通風系統愈加復雜，傳統的解算方法已經難以滿足風網解算的要求[1-3]。為此，本研究分別采用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法，對貴州安能煤礦的礦井通風網絡進行解算，為確保該礦礦井通風安全提供可靠依據。

1礦井概況

2Scott-Hinsley迭代法解算

Scott-Hinsley迭代法在通風網絡解算時需建立數學模型。根據通風網絡理論和風流基本定律，即風網獨立回路風壓平衡定律和節點質量流量守恒定律，可建立礦井通風系統運行狀態模擬的一般數學模型，如下式所示：

(1)

式中，C為通風網絡的獨立回路矩陣；Rdiag為關于風阻值的對角矩陣且非對角元素全為0；Qy=[qy1,qy2,qy3,…,qyN]T，為由網絡中余樹分支組成的風量列向量；Pf=[pf1, pf2,pf3,…,pfi]T，為風機風壓列向量；Q=[q1,q2,q3,…,qn]T，為由網絡中全部分支組成的風量列向量。

(2)

(3)

使用Scott-Hinsley迭代法解算通風網絡的步驟：①輸入網絡結構及數據，并進行分支分組排序；②選擇余樹分支，即選最小生成樹，確定獨立回路的分支構造；③擬定初始風量，首先給余樹分支賦一組初值，然后計算各樹枝初始風量，且擬定的初始風量應接近真實風量，以加快迭代收斂速度；④計算修正風量；⑤檢查精度是否符合要求。

為對礦井通風網絡進行解算，須建立通風網絡圖，確定分支中風流的方向，進行參數設置和網絡檢查。根據安能煤礦通風網絡圖，進行節點和分支編號，對井下通風巷道的基本參數進行了優化處理，部分數據見表1。

表1　主要巷道和采掘面通風網絡解算部分數據

3 AVENT軟件解算

“風丸forwindows1.01”(簡稱“AVENT”)軟件是由日本九州大學工學研究院井上雅弘博士編制的軟件，界面簡單，操作方便，源代碼完全公開，是一款優秀的風網解算軟件，故本研究采用該軟件解算安能煤礦通風網絡。在AVENT軟件中繪制礦井通風網絡圖，進行巷道參數、網絡節點和風機的增加、變更或刪除，還可設置網絡圖所需的相關參數、進行頁面設計、解析計算結果等。利用AVENT軟件繪制和解算的安能煤礦通風網絡見圖1。

圖1　礦井通風網絡解算結果

通過AVENT軟件的解算，獲得了安能煤礦通風網絡的風壓、風量、迭代次數、收斂程度等信息。迭代次數為511次，誤差0.000 993，與設定的誤差(0.001)相近，符合Scott-Hinsley迭代法中關于風網獨立回路風壓平衡定律和節點質量流量守恒定律，且解算結果完全收斂，詳細解算結果見圖2。

由AVENT軟件解算結果可知：①1#風井的風壓為625.16Pa, 風量為2 200.69m3/min，2#風井的風壓為1 128.15Pa, 風量為1 945.61m3/min，迭代次數均為511次，誤差0.000 993，解算結果完全收斂；②1#、2#風井的等級孔截面積分別為1.744，1.148m2，屬于中等阻力礦井，根據通風費計算標準(4.158元/t)，井巷工程維護費估算為78 819.26元/(m·a)。

根據上述解算結果，建議1#風井風機選用FBCDZ-№22(C)型礦用防爆對旋軸流式通風機，裝配電機功率為2×220kW，額定風量為2100～7200m3/min。根據礦井瓦斯涌出量情

圖2　AVENT軟件解算結果

況和現有通風系統存在的問題，建議二盤區充分利用原廢棄老窯巷道改造后作為新增3#回風井，縮短二盤區的回風路線，以解決1#風井回風難的問題。

4結語

為有效解決貴州省安能煤礦通風系統存在的問題，對其現有的通風網絡分別采用AVENT軟件和Scott-Hinsley迭代法進行了解算，兩者解算結果基本吻合，根據解算結果，對風機選型以及回風井設置給出了建議，對于進一步優化該礦通風網絡、確保井下安全生產有一定的參考價值。

參考文獻

[1]鐘德云，王李管，畢林，等.基于回路風量法的復雜礦井通風網絡解算算法[J].煤炭學報，2015，40(2):365-370.

[2] 陳開巖.礦井通風系統優化理論及應用[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[3] 鐘德云，王李管，畢林，等.復雜礦井通風網絡解算風網有效性分析[J].中國安全生產科學技術，2014，10(11)：11-14.

[4] 楊鑫祥，肖偉，武猛猛，等.礦井通風網絡解算軟件的改進研究與實現[J].礦業研究與開發，2015，35(4):80-83.

[5] 周仕來，劉勇，江澤標.貴州某礦通風網絡解算及整改措施[J].煤礦安全，2013，44(2):172-174.

[6] 楊樹民，張興華.計算機風網解算在礦井通風系統優化中應用[J].能源技術管理，2007(3):108-109.

(收稿日期2016-03-30)

白偉(1983—)，男，工程師，565100 貴州省思南縣。