礦井通風網絡分析方法研究現狀與發展趨勢

楊凱

摘?要：本文介紹了礦井通風網絡分析方法的基本分類，對幾種分析方法進行了研究現狀的陳列，討論了三者之間的關系，最后闡釋了礦井通風網絡分析方法的發展趨勢。

關鍵詞：礦井通風?網絡分析?研究現狀

由于煤礦工作環境的特殊性，很多國家地區的煤礦工作環境并不是很安全，時常會有事故發生，威脅著煤礦企業人員的生面健康與財產安全。而礦井網絡分析方法在煤礦安全中占據著重要的地位。各國的學者們也在一直對他進行研究，目前已經研究出了很多種方法，可以大致非為圖解法、物理模擬法以及數學解析法。下面將詳細對其進行描述。

一、礦井通風網絡分析方法

（一）圖解法

圖解法簡單、直觀，是應用比較早的方法。在通風網絡進行調整時，運用圖解法分析調風方案，可以在圖上把調整過程和調風結果完整地顯示出來。1938年，英國學者S. Weeks 利用了圖解法將礦井通風網絡的特性曲線以及通風機的性能曲線作為其基礎做了簡單的分析。1974年，唐海清提出了“實測—筆算—圖解法”。1975年，宋化沂提出了極為簡便的逐孔圖解法。1984年，楊運良提出了一種直線圖解法，這種方法適用于復雜通風網絡分析，并且運用于平頂山礦務局，取得的效果非常明顯。

（二）物理模擬法

物理模擬法在20世紀50年代比較的流行，曾經是通風網絡分析的重要方法。1950年，美國的M.Mcllrog和荷蘭的W.Maas利用鎢絲燈泡研制出通風網絡電氣模型，并提出相應解算方法。1953年，日本平松良雄研制出配套電氣模擬解算裝置。之后，日本資源技術研究所研制出“FLUAC”裝置，用于分析礦井通風網絡的，德國煤炭協會也研制出礦井通風網絡解算裝置。

（三）數學解析

我國對數學解析法的研究起步較晚，但經過我國科研人員的不懈努力，近年來提出了很多具有較強實用性的方法。1992年，劉志剛提出把通風網絡中巷道劃分為四種類型進行解算，只要網絡中雅克比矩陣滿足相應條件，即可求得通風網絡唯一解。1998年，西南工學院陳海焱等建立了一種實用的節點壓力分析方法。1999年，王中兵等提出了相應的收斂解算方法。同年，謝賢平等提出了礦井通風網絡的模糊優化數學模型，這種方法為更加符合礦井的實際情況提供了新的思路。2001年，沈漢年等提出了一種省時間的新算法，而且程序簡單。2003年，王樹剛等建立了礦井正常和災變時期通風網絡解算的統一數學模型。2004年，黃光球等提出了一種新的全回路調節方法，適用于存在固定風量分支的通風網絡，可實現所有回路的調節和按需分配歸零誤差。2005年，王剛等提出了應用貪心算法解算通風網絡，以期縮短計算時間，提高程序運行速度。2008年，黃光球等獲得了一種新的通用節點風壓法。數學解析法共有六種基本方法，其他所有方法均派生于這六種基本方法，其中分支風量法不利用圖論，容易建立方程組，也易于接受掌握，但是由于未知量較多，求解復雜;回路風量法穩定可靠，適用于各種規模的風網解算，是目前應用最多，也是最有效的算法，斯考德—恒斯雷法、牛頓法、京大一試法和京大二試法均屬于回路風量法;網孔風量法是回路風量法的一種特例，只適用于平面風網;分支風壓法與分支風量法類似，掌握容易，但計算較為復雜;割集風壓法計算十分復雜，目前較少使用此類方法;節點風壓法在小型風網解算中計算速等：礦井通風網絡分析方法研究現狀與發展趨勢，但不適用于大型風網解算。

（四）三類方法之間的關系

這三種方法都各自有各自的特點，但是這三者在本山跟上相通的。圖解法首先要完成的就是將礦井通風網絡特性曲線與通風機性能曲線繪制在同一平面圖上，這二者的建立都離不開曲線方程的設定。而數學解析法就是將這些方程解出來。物理模擬法是利用水電網絡方程替代了通風網絡方程，但是同樣需要求解方程組。因此，我們可以從中看出，圖解法與物理模擬法分別就是數學解析法在圖和水電模型上的特殊的表達方式。

二、發展趨勢

就目前來說，經過了一個多世紀各個國家的學者研究，如今的礦井通風網絡分析的理論都已經非常的清晰與系統，分析方法也十分地豐富，可以對任何形式和任何規模的通風網絡進行分析，并且找到理想的算法。目前的計算一般主要采用圖解法和數學分析法，二者之間是相互配合的，圖解法用于分析簡單的網絡，數學分析法用來解決一些復雜的問題，他們兩者之間是相輔相成的，二者也是缺一不可的。將圖解法運用到計算機中，構建數學函數，使得其不再簡單地運用于容易的通風網絡，而是將其簡單和直觀的優勢一直挖掘下去，是以后研究學者進行研究的主要重點。物理模擬法將會慢慢地被淘汰，因為其在應用的過程中需要建立復雜的物理模型，步驟多，而且成本高。數值模擬也被稱作計算機模擬，它可以借助電子計算機，通過數值地計算以及圖像的顯示等方法來解決各種行業的問題，如工程方面地，物理方面地甚至生態自然環境等方面的問題。因此，在以后的研究中數值模擬將會取代其進一步發展下去。

三、結語

作為18世紀以來人類運用最為廣泛地能源之一，煤炭的采集一直是人們關注的焦點。因為其作業環境比較復雜，而且容易發生安全事故，這些不穩定因素一直威脅著人類的生命健康安全以及財產安全。本文主要闡釋了幾種礦井通風網絡的分析方法，如圖解法、物理模擬法以及數學解析法介紹了它們之間的關系以及在之后的研究中主要的發展趨勢，希望這些方法能夠使得將來的煤礦多一分安全，少一分事故，保障人類的生命財產安全。