動(dòng)態(tài)管理模型監(jiān)測(cè)技術(shù)在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

王思潔

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 前言

礦井深部開采對(duì)設(shè)備以及技術(shù)要求越來(lái)越嚴(yán)格，原來(lái)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足要求，新的通風(fēng)系統(tǒng)隨著開采深度的增加，也面臨調(diào)控效率低下、風(fēng)量小、風(fēng)流短路等情況[1-4]。針對(duì)上述情況，將巷道風(fēng)機(jī)、風(fēng)路、通風(fēng)節(jié)點(diǎn)集成一體，建立動(dòng)態(tài)管理模型，該模型檢測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)各個(gè)部件，對(duì)軟件解算值和監(jiān)測(cè)值對(duì)比分析，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)差異且達(dá)到一定的程度，就會(huì)預(yù)報(bào)，保證礦井施工安全，降低損失。

2 工程概述

南凹寺煤業(yè)由于礦井開采延伸，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。為實(shí)現(xiàn)礦井進(jìn)出風(fēng)的良性循環(huán)，需要針對(duì)礦井的實(shí)際情況，制定可行性通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)方案。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀為豎井與斜坡較多，且分散，原來(lái)的系統(tǒng)無(wú)法滿足風(fēng)量要求，調(diào)控也較難進(jìn)行。另外，由于工作面分散，掘進(jìn)過(guò)程中，井下的部分風(fēng)機(jī)安裝的最佳位置被固定設(shè)施以及運(yùn)輸設(shè)備占用。由于以上種種原因，導(dǎo)致主通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量不滿足要求，因此，工作面易受自然風(fēng)壓影響，損失率居高不下。

3 礦井方案設(shè)計(jì)

通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要權(quán)衡礦井的承載能力，不僅滿足各方需求，同時(shí)要減少資源浪費(fèi)，確保安全生產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)有的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，考慮到通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的變化與系統(tǒng)的成本，在原來(lái)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加接入節(jié)點(diǎn)，以適應(yīng)目前巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀。圖1 為簡(jiǎn)化通風(fēng)示意圖。因?yàn)槟壳巴L(fēng)系統(tǒng)不符合整個(gè)礦井的要求，因此對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)提出改進(jìn)方案：（1）在西回副井、風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道內(nèi)安裝風(fēng)門，使其組成獨(dú)立通風(fēng)回路，達(dá)到風(fēng)量要求；（2）在210m 中部設(shè)置局部風(fēng)機(jī)，以補(bǔ)充西風(fēng)井回風(fēng)效應(yīng)；（3）東回風(fēng)井同樣設(shè)置風(fēng)機(jī)，使其達(dá)到該區(qū)風(fēng)量要求。考慮大氣壓、溫度、自然風(fēng)壓影響，防止出現(xiàn)新鮮空氣短路和污氣循環(huán)，在交叉口增設(shè)風(fēng)門與空氣幕，使分流調(diào)控水平得到加強(qiáng)。上述方案的實(shí)施，不必再掘進(jìn)斜井進(jìn)行連通，減少工程量和工程耗費(fèi)。另外，復(fù)雜區(qū)域被空氣幕、風(fēng)機(jī)與風(fēng)門分割成較獨(dú)立的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，后期動(dòng)態(tài)管理時(shí)各層的通風(fēng)狀況便于獨(dú)立控制，對(duì)工程進(jìn)展提供較好的安全保證。

圖1 通風(fēng)示意圖

4 動(dòng)態(tài)模型檢測(cè)技術(shù)

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)

表1為通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)表，主要包括網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)筑物、通風(fēng)機(jī)、環(huán)境、工作面等參數(shù)。上述參數(shù)與解算的速度和精準(zhǔn)度有關(guān)，是動(dòng)態(tài)模型創(chuàng)建的基本要素。根據(jù)參數(shù)能夠得到各部分風(fēng)壓與風(fēng)量，通過(guò)這些參數(shù)能夠?qū)Ψ桨赋尚ьA(yù)判。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)表

4.2 回路風(fēng)量解算

目前應(yīng)用最為廣泛的一種風(fēng)網(wǎng)解算算法是回路風(fēng)量法，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)方便、運(yùn)行速度快、收斂性較好等方面。由于礦井網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，回路多，易發(fā)生回路復(fù)雜化及誤判。所以對(duì)BFS 生成樹進(jìn)行優(yōu)化，從而保證雙通路法解算，提升解算精確度與效率。圖2 是BFS 算法流程。BFS 算法步驟如下：（1）從網(wǎng)絡(luò)的初始節(jié)點(diǎn)開展排序與層次的劃分；（2）判斷關(guān)聯(lián)分支數(shù)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行排序與等級(jí)的劃分；（3）把各分支當(dāng)成起點(diǎn)，開展排序與層次的劃分，給第二層進(jìn)行排序與等級(jí)的劃分；（4）訪問(wèn)流程隨著每個(gè)分支劃到最終節(jié)點(diǎn)進(jìn)而終止。 另外，回路解算時(shí)，依據(jù)不同等級(jí)與層次給對(duì)應(yīng)權(quán)重進(jìn)行設(shè)置，從而對(duì)風(fēng)壓與風(fēng)量模型精確分析。

圖2 BFS 算法流程

4.3 動(dòng)態(tài)模型的建立與可視化

確定各種參數(shù)、解算方法及設(shè)計(jì)完通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)方案之后，對(duì)其進(jìn)行封裝，從而成為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速解算，成為動(dòng)態(tài)管理模型，進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井通風(fēng)情況。SQLServer 數(shù)據(jù)庫(kù)包括風(fēng)路、節(jié)點(diǎn)、風(fēng)機(jī)等基本參數(shù)，使用BFS 生成樹，解算節(jié)點(diǎn)風(fēng)量。為確保動(dòng)態(tài)管理模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與可靠，需分析比較現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值和軟件模擬值。若兩者誤差大于12%，就會(huì)預(yù)報(bào)，如果不大于12%，會(huì)依據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)，調(diào)整解算參數(shù)。圖3 是動(dòng)態(tài)模型處理流程。

圖3 處理流程

在動(dòng)態(tài)模型里，可在系統(tǒng)中對(duì)礦井工作狀態(tài)、風(fēng)阻與風(fēng)量開展判斷驗(yàn)證之后，進(jìn)而對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正。該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以根據(jù)礦井通道的變化調(diào)整解算參數(shù)，更好地適應(yīng)礦井不同規(guī)律；（2）可以檢測(cè)出，在不同氣候環(huán)境中，深部開采部分受自然風(fēng)壓的作用；（3）使人員對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的盲目判斷得到有效降低，能夠使工作人員快速了解通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀況，提高工程進(jìn)速度。

5 動(dòng)態(tài)模型應(yīng)用分析

通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)作為動(dòng)態(tài)管理模型的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)，被全程不間斷的監(jiān)測(cè)。依據(jù)設(shè)計(jì)方案，通風(fēng)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)置放空氣幕、風(fēng)機(jī)和風(fēng)門。主聯(lián)通道路和豎井以及斜井相互關(guān)聯(lián)，并依據(jù)層次和等級(jí)的差異對(duì)不同段的豎井和斜井的風(fēng)量進(jìn)行分配，為進(jìn)一步保證風(fēng)量的平穩(wěn)性，相應(yīng)數(shù)量的通風(fēng)機(jī)被置放在交叉口的風(fēng)機(jī)上。布置南凹寺煤業(yè)的通風(fēng)系統(tǒng)且對(duì)比分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)管理模型的數(shù)據(jù)，結(jié)果如表2所示。

為對(duì)動(dòng)態(tài)管理模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)判，南凹寺煤業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)需要持續(xù)監(jiān)測(cè)。由表2 的對(duì)比分析數(shù)據(jù)可得：關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)道的風(fēng)量需求在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的布置下被持續(xù)滿足。通過(guò)對(duì)比分析動(dòng)態(tài)管理模擬數(shù)據(jù)和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得，兩者的結(jié)果和變化趨勢(shì)極為相近，由此可見，基于動(dòng)態(tài)管理模型對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的風(fēng)量變化模擬是較為準(zhǔn)確的。進(jìn)行一段時(shí)間不間斷的監(jiān)測(cè)，空氣幕調(diào)控風(fēng)流的作用有了進(jìn)一步的增強(qiáng)，通過(guò)對(duì)供風(fēng)器的位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，小范圍污風(fēng)串聯(lián)的難題得到有效解決，削弱了自然風(fēng)壓因素對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的影響，使通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了極大的提升。

表2 模擬值、實(shí)際風(fēng)量、實(shí)測(cè)值對(duì)比表

6 結(jié)論

（1）通過(guò)分析礦井通風(fēng)系統(tǒng)，將風(fēng)門、風(fēng)機(jī)安置于210m 處聯(lián)絡(luò)道交叉口，使其成為較獨(dú)立的子循環(huán)系統(tǒng)，從而達(dá)到風(fēng)量相關(guān)要求。為控制風(fēng)流，使系統(tǒng)穩(wěn)定性受到自然風(fēng)壓的影響降到最低，對(duì)供風(fēng)器角度進(jìn)行了調(diào)整，從而使通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性得到了加強(qiáng)。

（2）測(cè)定通風(fēng)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)、確定回路風(fēng)向解算法之后，把參數(shù)以及內(nèi)容進(jìn)行封裝，計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速解算，成為動(dòng)態(tài)管理模型，進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井通風(fēng)情況，得到較好外部環(huán)境。

（3）使用分等級(jí)、分層的形式對(duì)復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)開展風(fēng)量布置與分配，增強(qiáng)通風(fēng)管理力度， 減弱自然風(fēng)壓與污風(fēng)串聯(lián)造成的不良后果。并且對(duì)參數(shù)管理設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，可以較好應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)變化及其相關(guān)網(wǎng)絡(luò)需求。

（4）采用優(yōu)化BFS 生成樹對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)回路風(fēng)量進(jìn)行解算，提升解算精度與速度，使失敗概率降到最低。