CN102465708A - 矿井通风信息处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井通风信息处理系统和方法。其中，该矿井通风信息处理系统，包括：通风图管理子系统，用于根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图；风量风阻测量子系统，用于根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息；通风解算子系统，用于根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值。本发明可以根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，再根据通风系统图生成通风网络图，得到的通风系统图、通风网络图准确性高，提高工作效率，减少工作量，可以根据通风网络图解算得到矿井通风状况的模拟值。

Description

矿井通风信息处理系统和方法

技术领域

本发明实施例涉及矿井通风技术领域，尤其涉及一种矿井通风信息处理系统和方法。

背景技术

矿井通风工作的重点是了解矿井通风情况，设计最优最合理的通风方案，保证采煤工作人员的生命安全。如何实时、真实的反映矿井通风相关信息，正确的设置通风方案，对矿井安全生产起到了至关重要的作用。目前，国内采用设计通风方案的方法为先对矿井的通风状况进行人工测定，再手动录入反应矿井通风状况的数据，然后手工绘制通风图。

现有人工测定通风状况、手工绘制通风系统图耗时费工、准确性低。

发明内容

本发明提供一种矿井通风信息处理系统和方法，用以解决现有技术中手工绘制通风系统图耗时费工、准确性低的缺陷，可以提高通风图准确性，减少工作量。

本发明实施例提供一种矿井通风信息处理系统，包括：

通风图管理子系统，用于根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图；

风量风阻测量子系统，用于根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息；

通风解算子系统，用于根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值。

本发明实施例提供一种矿井通风信息处理方法，包括：

根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图；

根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息；

根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值。

本发明提供的矿井通风信息处理系统和方法，可以根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，再根据通风系统图生成通风网络图，得到的通风系统图、通风网络图准确性高，提高了绘制通风图的工作效率，减少了工作量，还可以根据通风网络图解算得到矿井通风状况的模拟值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的矿井通风信息处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中通风系统图的一种示意图

图4为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中通风网络图的一种示意图

图5为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中获取解算数据的示意图；

图6为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中通风压能图的示意图；

图7为本发明实施例三提供的矿井通风信息处理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的矿井通风信息处理系统的结构示意图，如图1所示，该矿井通风信息处理系统包括：通风图管理子系统11、风量风阻测量子系统12和通风解算子系统13。

其中，通风图管理子系统11，用于根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图；

风量风阻测量子系统12，用于根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息；

通风解算子系统13，用于根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值。

具体地，通风图可以包括采掘工程平面图、通风系统图、通风网络图和通风压能图等。通风系统图是反映矿井的通风网络、通风设施、风流的方向和风量等矿井的实际通风状况的开拓开采工程图，是进行通风系统方案设计、网络分析和管理决策的基础性资料。在矿井通风信息处理系统生成通风系统图的过程中，通过通风图管理子系统11可以利用该矿井的采掘工程平面图的巷道信息，在采掘工程平面图上设置通风节点，绘制生成通风系统图，并可以设置每个通风节点的通风属性，其中，通风图管理子系统11可以自动进行数据采集、完成图形编辑以及错误检查等操作。通风图管理子系统11绘制生成的通风系统图可以反映整个矿井的通风状况，有利于分析通风系统和风量分配的合理性、加强通风管理、编制通风计划、在发生灾害时为正确处理事故进行指导。通风图管理子系统11绘制生成的通风网络图可以采用不按比例、不反映空间关系的单线条表示矿井的通风网络拓扑结构。通风网络图可以从通风系统图的图形中抽象出来，表征矿井通风系统的各个巷道的通风情况，清晰地表示某一矿井各通风巷道之间的关系和风流流动情况，便于分析、研究矿井通风系统的合理性，进行矿井通风网路解算，改善和加强通风管理。

本实施例中，矿井通风信息处理系统可以根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，再根据通风系统图生成通风网络图，得到的通风系统图、通风网络图准确性高，提高了绘制通风图的工作效率，减少了工作量，还可以根据通风网络图解算得到矿井通风状况的模拟值。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统的结构示意图，在实施例一的基础上，如图2所示，该矿井通风信息处理系统的通风图管理子系统11可以包括：通风系统图生成模块21和通风网络图生成模块23。

其中，通风系统图生成模块21，用于根据矿井的采掘工程平面图上设置的通风节点和分支，生成通风系统图；

通风网络图生成模块23，用于根据在所述通风系统图中选定的通风节点和分支，生成通风网络图。

具体地，通风系统图可以为立体图也可以为平面图。图3为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中通风系统图的一种示意图，其中，利用通风图管理子系统绘制与矿井的图例相关的通风系统图的过程可以包括：矿井通风信息处理系统的通风图管理子系统加载该矿井最新的采掘工程平面图，在采掘工程平面图上相应的位置绘制通风图例，例如：图3中煤层一与煤层二之间的回风石门T1、运输石门T2、运输大巷T3、主井T5、副井T6。利用已经绘制的通风图例绘制通风系统图的过程可以包括：矿井通风信息处理系统的通风图管理子系统入数字化图件即采掘工程平面图，关闭与通风管理无关的图层，突显整个通风系统的巷道信息，选取图例库中已经预先建立的通风图例逐个加载到采掘工程平面图的相应位置，调整通风图例的大小和矢量方向。

图4为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中通风网络图的一种示意图，利用通风图管理子系统绘制通风网络图的方法具体可以包括：根据通风系统图例如：已经标记过分支和节点的巷道布置图，绘制各个巷道的交叉连接关系，对各个巷道中布置的节点进行标注，如图4中的N1到N13；对选取的分支进行标注，如图4中的B1到B19；并记录这些分支和节点的连接关系，例如：一个分支B3对应一个前节点N3和一个后节点N4。最后，可以根据这些巷道的节点、分支及其连接关系，得到通风网络图。其中，如果建立了分支与节点之间的拓扑关系，将每一个分支对应的节点、分支、注记作为一个整体对象，通过鼠标进行调整节点的位置和分支的曲率两个因子，就可以方便的绘制通风网络图形。此外，通风图管理子系统11中还可以支持一些常用的编辑功能如：贯通、打断分支等，从而方便对通风网络图进行调整和修改。与手工绘制通风网络图的过程相比，利用通风图管理子系统11绘制通风网络图不需要反复修改，调整和修改方便，绘制速度快且显示效果好。在生成通风网络图的过程中，会生成一些虚拟分支，虚拟分支的所有出风节点跟大气基点节点相连(由出风节点流向大气基点)，所有进风节点(大气基点除外)跟大气基点节点相连(由大气基点流向进风节点)。例如，图4中进风节点N1；出风节点N8、N13，假设设定的大气基点为N1，则虚拟分支应连成：N8→N1；N13→N1。

进一步地，如图2所示，风量风阻测量子系统12可以包括：风量平差模块31和风阻测定模块33。

其中，风量平差模块31，用于根据通风网络图，采用条件平差或间接平差测量每个通风节点对应的分支的风量信息；

风阻测定模块33，用于根据通风网络图，测量每个通风节点的风阻信息。

其中，风量平差模块31测量每个通风节点对应的分支的风量的方式可以为条件平差或间接平差。根据节点风量平衡原理，若风量平差模块31采用条件平差，需测量n-m+1条分支的风量，其中，测量的分支选取为余支，可以求出其它分支的风量。而多于余支数目的测量为多余观测，一般可以认为多余观测数越多，风量平差值越接近真值。因此，假设测得全部分支风量为n个，则多余观测数即条件方程的个数为m-1个。此时条件平差方程的系数矩阵A(M×n)为节点独立关联矩阵(M＝m-1)，W(M×1)为节点风量不符值矩阵，P(n×n)为权对角线矩阵。根据节点风量平衡原理，若风量平差模块31采用间接平差，也需要测量n-m+1条分支风量，即风量间接平差方程数最少应大于n-m+1。假设测得全部分支风量n个，则系数矩阵A(M×n)为节点独立关联矩阵，P(n×n)为权对角线矩阵，向量X的维数为n-m+1。

风阻测定模块33进行风阻测定的方法也可以为条件平差或间接平差。当空气沿矿井巷道运动时，风流的粘滞性、惯性以及矿井巷道壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，也叫风阻，风阻是造成风流能量损失的原因。矿井巷道的通风阻力可分为三类：摩擦阻力(也称为沿程阻力)、局部阻力和正面阻力。可以采用气压计基点测量法读数测定风阻。此外，在风阻测定模块33在进行通风阻力测定的过程中，可以直接对矿井下测定数据可以通过导入和手工输入的方式进行汇总，自动处理通风系统的各种实测值，得到通风系统的风阻计算参数包括：固有参数(如风阻)和状态量(如风量、风压、自然风压、风流密度、测点风速、测点间距、干湿温度、相对湿度等)。对通风系统的固有参数进行再处理，消除各种因素引起的错误数据和噪声，得到准确的固有参数，减少工作量和人为计算失误所导致的计算结果不精确。然后风阻测定模块33根据风阻计算参数计算每个通风节点的风阻信息，风阻信息包括测定后风阻、百米风阻、通风阻力、标准阻力系数等。

进一步地，通风解算子系统13根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值的具体过程可以包括：在通风系统图上对通风网络进行划分，设置相应的节点和分支例如：增加了风机后，进行网络模拟解算，计算出通风系统新的风量、风阻、风压等矿井通风状况的模拟值，再生成通风网络图。其中，初始化解算数据是在通风系统图上解算的前提条件，可以确定需要解算的通风网络，以及该通风网络中各节点及分支的数据信息，其中，节点(始节点、末节点)的数据信息可以包括：编号、圆半径、温度、节点标高、相对湿度等；分支(巷道)的数据信息可以包括：编号、巷道名称、类型、初始风量及风阻、摩阻系数、巷道长度、断面积、周长等。

初始化这些解算数据有多种方式，如在已有的图上选择设定或手动绘制新图或从固定格式的数据文件中导入数据等，如果已有完整的通风系统图，则可以直接在图上指定需要解算的通风网络。首先，通风解算子系统13需要获取解算所需的相关数据，如图5所示，为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中获取解算数据的示意图，具体可以包括：

步骤S1、选择通风网络的始节点，具体操作方法可以为：打开捕捉功能，在通风系统图上捕捉一个节点作为通风网络的始节点。

步骤S2、选择通风网络的末节点，具体方法与选择始节点相似。

步骤S3、自动计算始节点与末节点之间的拓扑关系。

步骤S4、判断始节点与末节点之间是否连通，如果是，执行步骤S5，否则可以返回执行步骤S1，要求重新选择始末节点，重复上述操作。

步骤S5、将始节点与末节点之间的通风网络图确定为需要解算的通风网络。

步骤S6、从数据库中提取该通风网络图中所有节点和分支的相关数据，完成解算数据的初始化工作；获取解算所需的相关数据。

此外，网络解算的分支可以预先设定为以下五类巷道，具体类型的标识如下：

“-2”为漏风巷道。漏风巷道通常漏过的风量已知，但风阻未知。在模拟解算成功后，优选为将解算获得风阻代入漏风巷道，并将漏风巷道的类型修改为“0”。

“-1”为固定风量巷道。固定风量巷道上通常安设有调节风窗等风流调节装置。在进行实际优化调节解算时，可将按需供风的巷道设置为固定风量巷道。

“0”为自然分风巷道。自然分风巷道的分风阻值固定，风量值需通过解算获得。

“1”为风机巷道。风机巷道为安设有通风机的巷道。风机巷道在通风解算时需要给出相应的风机特性点数据，以进行风机工况点的解算。其中，矿井下的局部通风机不应设置为风机巷道，因为局部通风机提供的压力主要用于克服风筒内的通风阻力，对巷道中的风压影响可忽略不计。辅助通风机则可以设置为风机巷道，并提供相应的风机特性。

“2”为虚拟巷道。虚拟巷道是虚拟的连接大气节点的巷道，其风阻值为零。

上述巷道的风量可以按如下方法设定：漏风巷道和固定风量巷道的风量可以为预先确定的风量值，该风量值由实际情况确定。按需供风巷道的风量可以为要求的风量值，漏风巷道的风量则可以为测量或估计的风量值。自然分风巷道、风机巷道及虚拟巷道的风量可以为“10”或实际测量的风量值。

上述巷道的风阻可以使用标准的国际单位N·S2/m8(即Kg/m7)。漏风巷道及虚拟巷道的风阻可以设置为“0”，固定风量巷道的风阻可以设置为“0”，最好设置其不含调节装置时的实际风阻。其它类型巷道的风阻可以设置为实际值。在根据风阻参数如：风阻系数、巷道长度、周长、断面积等计算巷道风阻时，若该巷道的风阻值设置为大于“0”，则使用该设定的风阻值作为该巷道的风阻值而不进行计算；若巷道风阻值设定为“0”，则使用该巷道的风阻参数计算巷道风阻。

再进一步地，如图2所示，通风图管理子系统11还可以包括：

通风压能图生成模块25，用于根据所述通风解算子系统解算得到的每个通风节点的通风状况的模拟值，生成系统分支的通风压能图。

通风网络的通风压能图也叫平衡图，图6为本发明实施例二提供的矿井通风信息处理系统中通风压能图的示意图，如图6所示，可以将通风网络中的每一条分支例如：B1到B10分别采用一对应的矩形块表示，并按照通风网络的拓扑关系将所有分支的矩形块排列起来，其中每个矩形块的宽度表示分支风量，高度表示分支的风阻。通风压能图可以反映通风网络所有特性，根据通风压能图可以直观地分析矿井通风网络中各个分支的功耗和阻力状况。具体地，根据矿井的通风压能图，可以分析矿井功耗，确定矿井的通风网络中能耗最大的分支，为降低矿井通风能耗、降低矿井通风阻力提供指导；还可以为矿井均压通风提供依据，通过分析相关区域内分支阻力和相对压力的情况，分析考察区域的漏风通道和均压的可能性。

再进一步地，如图2所示，该矿井通风信息处理系统还可以包括：

需风量计算子系统14，用于计算矿井配风标准、采煤工作面需风量、掘进工作面需风量、硐室及备用工作面需风量、矿井总风量中的至少一种。

在井下生产过程中，可以将矿井的需风量划分为采煤工作面需风量、掘进工作面需风量、峒室/备用工作面需风量和矿井总风量等，需风量计算子系统14可以根据实际情况带入相应数据计算上述各种需风量的值。

本实施例矿井通风信息处理系统可以根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，再根据通风系统图生成通风网络图，其中，得到的通风系统图、通风网络图、通风压能图准确性高，提高了绘制通风图的工作效率，减少工作量，还可以根据通风网络图解算得到矿井通风状况的模拟值；此外，还可以通过需风量计算子系统计算矿井配风标准、采煤工作面需风量、掘进工作面需风量、硐室及备用工作面需风量、矿井总风量等参数，为制定矿井通风策略提供准确依据。

实施例三

图7为本发明实施例三提供的矿井通风信息处理方法的流程图，如图7所示，该矿井通风信息处理方法包括：

步骤101、根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图；该步骤可以参见上述实施例一和二中的通风图管理子系统的相关描述，具体可以包括：

根据矿井的采掘工程平面图上设置的通风节点和分支，生成通风系统图；参见上述实施例二中通风系统图生成模块的相关描述；

根据在所述通风系统图中选定的通风节点和分支，生成通风网络图

步骤102、根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息；该步骤可以参见上述实施例一和二中的风量风阻测量子系统的相关描述，具体可以包括：

根据所述通风网络图，采用条件平差或间接平差测量每个通风节点对应的分支的风量信息；参见上述实施例二中风量平差模块的相关描述；

根据所述通风网络图，测量每个通风节点的风阻信息。参见上述实施例二中风阻测定模块的相关描述。

步骤103、根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值。该步骤可以参见上述实施例一和二中的通风解算子系统的相关描述。得到风压之后，还可以根据解算得到的每个通风节点的通风状况的模拟值，生成通风压能图。该步骤可以参见上述实施例一和二中的通风压能图生成模块的相关描述。

进一步地，该矿井通风信息处理方法还可以包括需风量计算的步骤，具体为：计算矿井配风标准、采煤工作面需风量、掘进工作面需风量、硐室及备用工作面需风量、矿井总风量中的至少一种。该步骤可以参见上述实施例一和二中的需风量计算子系统的相关描述。

本实施例矿井通风信息处理方法可以根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，再根据通风系统图生成通风网络图，其中，得到的通风系统图、通风网络图、通风压能图准确性高，提高了绘制通风图的工作效率，减少工作量，还可以根据通风网络图解算得到矿井通风状况的模拟值；此外，还可以计算矿井配风标准、采煤工作面需风量、掘进工作面需风量、硐室及备用工作面需风量、矿井总风量等参数，为制定矿井通风策略提供准确依据。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种矿井通风信息处理系统，其特征在于，包括：

通风图管理子系统，用于根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图；

风量风阻测量子系统，用于根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息；

通风解算子系统，用于根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值。

2.根据权利要求1所述的矿井通风信息处理系统，其特征在于，所述通风图管理子系统包括：

通风系统图生成模块，用于根据矿井的采掘工程平面图上设置的通风节点和分支，生成通风系统图；

通风网络图生成模块，用于根据在所述通风系统图中选定的通风节点和分支，生成通风网络图。

3.根据权利要求2所述的矿井通风信息处理系统，其特征在于，所述通风量风阻测量子系统包括：

风量平差模块，用于根据通风网络图，采用条件平差或间接平差测量每个通风节点对应的分支的风量信息；

风阻测定模块，用于根据通风网络图，测量每个通风节点的风阻信息。

4.根据权利要求1-3任一所述的矿井通风信息处理系统，其特征在于，所述通风图管理子系统还包括：

通风压能图生成模块，用于根据所述通风解算子系统解算得到的每个通风节点的通风状况的模拟值，生成通风压能图。

5.根据权利要求1-3任一所述的矿井通风信息处理系统，其特征在于，还包括：

需风量计算子系统，用于计算矿井配风标准、采煤工作面需风量、掘进工作面需风量、硐室及备用工作面需风量、矿井总风量中的至少一种。

6.一种矿井通风信息处理方法，其特征在于，包括：

根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图；

根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息；

根据所述通风网络图，对设置的矿井通风设施条件进行解算，得到矿井通风状况的模拟值。

7.根据权利要求6所述的矿井通风信息处理方法，其特征在于，所述根据矿井的采掘工程平面图，生成通风系统图，根据所述通风系统图，生成通风网络图，包括：

根据矿井的采掘工程平面图上设置的通风节点和分支，生成通风系统图；

根据在所述通风系统图中选定的通风节点和分支，生成通风网络图。

8.根据权利要求7所述的矿井通风信息处理方法，其特征在于，所述根据所述通风网络图，测量每个通风节点对应的分支的风量信息和所述通风节点的风阻信息，包括：

根据所述通风网络图，采用条件平差或间接平差测量每个通风节点对应的分支的风量信息；

根据所述通风网络图，测量每个通风节点的风阻信息。

9.根据权利要求6-8任一所述的矿井通风信息处理方法，其特征在于，还包括：根据所述通风解算子系统解算得到的每个通风节点的通风状况的模拟值，生成通风压能图。

10.根据权利要求6-8任一所述的矿井通风信息处理方法，其特征在于，还包括：

计算矿井配风标准、采煤工作面需风量、掘进工作面需风量、硐室及备用工作面需风量、矿井总风量中的至少一种。

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