CN114611428A - 一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法 - Google Patents

一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法 Download PDF

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CN114611428A CN202210247214.3A CN202210247214A CN114611428A CN 114611428 A CN114611428 A CN 114611428A CN 202210247214 A CN202210247214 A CN 202210247214A CN 114611428 A CN114611428 A CN 114611428A
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Abstract

本发明提供一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，包括以下步骤：形成原风网；对原风网进行简化，生成简化风网；对简化风网进行模拟分析：给定每台通风机的风机特性曲线，采用简化风网进行分风解算，得到每条虚拟用风风道的风量，与采用原风网进行分风解算，得到每条实际用风风道的风量等效。本发明可以简化风网模拟各种风机选型和调节方案对实际用风风道风量的影响，大幅度地减少风网解算计算量。本发明对减少通风管理的工作量，降低风网解算和模拟分析的难度，提高矿井通风管理效率，实现合理供风具有非常大的实用价值。

Description

一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法
技术领域
本发明属于矿井通风与安全技术领域，具体涉及一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法。
背景技术
矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段之一。在矿井生产过程中，必须源源不断地将地面新鲜空气输送到井下各作业地点，以供给人员呼吸，并稀释和排除井下各种有毒、有害的气体和矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。
矿井通风的主要任务是根据井下各个地点的温度、湿度、有害气体和矿尘浓度，选择合适的风机，实时保证供风质量，满足正常时期和灾变时期各用风地点按时按需供风。
现有技术中，需要选择不同风机特性曲线的风机，并研究风机与各个用风风道风量的关系，从而判断所选择的风机能否满足用风风道的风量需求。然而，由于大中矿井的通风系统是由几百条，甚至上千条风道组成的非线性网络流体网络，因此，研究风机与各个用风风道风量的关系非常复杂和耗时，难以快速准确的选择出满足用风风道风量的最优风机。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，包括以下步骤：
步骤1，建立复杂矿井通风网络拓扑结构图并编号，形成原风网；
具体的，所述复杂矿井通风网络拓扑结构图包括多个实际节点和多个实际风道；其中，风流相交汇地点形成一个所述实际节点；按照风流流动方向，两个实际节点的连线形成一条所述实际风道；
对各个所述实际节点和各个所述实际风道依次编号，形成原风网；
在原风网中，具有M条实际进风井风道，W条实际进风风道，K条实际用风风道、G条实际回风风道和N条实际回风井风道；
其中：
K条实际用风风道表示为：
Figure BDA0003545513990000021
N条实际回风井风道表示为：
Figure BDA0003545513990000022
M条实际进风井风道构成进风井区；W条实际进风风道构成进风区；K条实际用风风道构成用风区；G条实际回风风道构成回风区；N条实际回风井风道构成回风井区；
在每个实际回风井风道的井口安装一台通风机，因此，共安装N台通风机；
步骤2，对所述原风网进行简化，生成简化风网；
步骤2.1，生成一条虚拟进风井风道V1 1：
将M条实际进风井风道和W条实际进风风道合并，形成一条虚拟进风井风道V1 1，虚拟进风井风道V1 1的起始节点表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000023
终止节点表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000024
步骤2.2，生成N条虚拟回风井风道，表示为：
Figure BDA0003545513990000025
步骤2.2.1，将G条实际回风风道合并形成一个虚拟节点，表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000026
步骤2.2.2，N条实际回风井风道Pj 0,j＝1,2,...,N，其实际终止节点为：
Figure BDA0003545513990000027
将每个实际终止节点
Figure BDA0003545513990000031
在简化风网中等效为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000032
则：虚拟节点
Figure BDA0003545513990000033
到虚拟节点
Figure BDA0003545513990000034
的连线，形成与实际回风井风道
Figure BDA0003545513990000035
对应的虚拟回风井风道
Figure BDA0003545513990000036
由此生成N条虚拟回风井风道
Figure BDA0003545513990000037
步骤2.3，生成K条虚拟用风风道，表示为：
Figure BDA0003545513990000038
以虚拟节点
Figure BDA0003545513990000039
为起点，以虚拟节点
Figure BDA00035455139900000310
为终点，在虚拟节点
Figure BDA00035455139900000311
和虚拟节点
Figure BDA00035455139900000312
之间，并列绘制K条虚拟用风风道，得到K条虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000313
其中，每条虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000314
与实际用风风道
Figure BDA00035455139900000315
对应；
步骤2.4，由此生成简化风网；
在简化风网中，具有N+3个虚拟节点，分别为：虚拟节点
Figure BDA00035455139900000316
Figure BDA00035455139900000317
其中，j＝1,2,...,N；
在简化风网中，具有1+K+N条虚拟风道，分别为：
1条虚拟进风井风道V1 1；
N条虚拟回风井风道
Figure BDA00035455139900000318
K条虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000319
步骤3，对简化风网进行模拟分析：
给定每台通风机的风机特性曲线，采用简化风网进行分风解算，得到每条虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000320
的风量
Figure BDA00035455139900000321
与采用原风网进行分风解算，得到每条实际用风风道
Figure BDA00035455139900000322
的风量
Figure BDA00035455139900000323
等效。
优选的，步骤3具体为：
步骤3.1，在原风网中，选定每台通风机的一种风机特性曲线作为风机特性参考曲线；
将原风网中每台通风机调节到风机特性参考曲线的工况；在此种工况下，结合原风网和简化风网，确定简化风网中每条虚拟风道的虚拟风阻，即：确定虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)、确定虚拟回风井风道
Figure BDA0003545513990000041
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000042
确定虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000043
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000044
作为简化风网基础数据；
步骤3.2，以简化风网基础数据作为已知固定值，给定每台通风机的风机特性曲线作为测试曲线，进行分风解算，得到简化风网中每条虚拟用风风道Ei 1的风量
Figure BDA0003545513990000045
优选的，步骤3.1具体为：
步骤3.1.1，在K条虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000046
中，选择任意一条虚拟用风风道为风阻已知虚拟用风风道，假设选择虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000047
为风阻已知虚拟用风风道，其虚拟风阻为
Figure BDA0003545513990000048
Figure BDA0003545513990000049
均为风阻未知虚拟用风风道；
步骤3.1.2，采用下式，确定虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000410
的风阻
Figure BDA00035455139900000411
Figure BDA00035455139900000412
其中：
Figure BDA00035455139900000413
为实际用风风道
Figure BDA00035455139900000414
的风阻，在将原风网中每台通风机调节到风机特性参考曲线的工况时，实际测量得到；
步骤3.1.3，采用下式，确定每条虚拟回风井风道Pj 1的风阻
Figure BDA00035455139900000415
Figure BDA00035455139900000416
其中：
Figure BDA00035455139900000417
表示实际回风井风道
Figure BDA00035455139900000418
的风阻，实际测量得到；
步骤3.1.4，采用下式，确定虚拟进风井风道V1 1的风量Q(V1 1):
Figure BDA00035455139900000419
其中：
Figure BDA0003545513990000051
分别为N条实际回风井风道
Figure BDA0003545513990000052
的风量，实际测量得到；
步骤3.1.5，采用下式，确定虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000053
的风量，分别为：风量
Figure BDA0003545513990000054
Figure BDA0003545513990000055
...
Figure BDA0003545513990000056
其中：
Figure BDA0003545513990000057
实际用风风道
Figure BDA0003545513990000058
的风量，实际测量得到；
Figure BDA0003545513990000059
实际用风风道
Figure BDA00035455139900000510
的风量，实际测量得到；
步骤3.1.6，采用下式，确定原风网中每一台通风机，在风机特性参考曲线的工况时的风机风压：
Figure BDA00035455139900000511
其中：
hfj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的风机风压；
Aj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线二次项系数，为已知值；
Bj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线一次项系数，为已知值；
Cj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线常数项系数，为已知值；
qfj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的所在风道的工况风量，实际测量得到；
由于原风网中每一台通风机的风机风压，与简化风网中通风机的风机风压相同，由此确定简化风网中每一台通风机的风机风压；
步骤3.1.7，根据步骤3.1.2到步骤3.1.6确定的工况数据，反算简化风网中风道风阻，包括：虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)，虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000061
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000062
另外，虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000063
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000064
为已知值，由此确定简化风网中所有虚拟风道的虚拟风阻。
本发明提供的一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法具有以下优点：
本发明提供的一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，将复杂矿井通风原风网，简化为简化风网，对于任意给定的通风机特性曲线，采用简化风网解算出的虚拟用风风道风量，和采用原风网解算出的实际用风风道风量等效，从而可以简化风网模拟各种风机选型和调节方案对实际用风风道风量的影响，避免了实际进风区和实际回风区的阻力测定和求阻工作，而且可大幅度地减少风网解算计算量。因此，本发明对减少通风管理的工作量，降低风网解算和模拟分析的难度，提高矿井通风管理效率，实现合理供风具有非常大的实用价值。
附图说明
图1为本发明提供的一种原风网的拓扑结构图；
图2为对图1原风网进行简化，得到的简化风网的拓扑结构图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对矿井通风的目的是有效控制用风地点的供风量的需求，本发明提供一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，对于任意一个具有多实际进风井、多实际回风井以及复杂实际进风区和实际回风区的通风网络，简称原风网，本发明方法可以通过风阻等效转移技术，将复杂的原风网简化成只有一个虚拟进风井、多个虚拟用风风道和多个虚拟回风井的简单通风网络，简称简化风网。对于任意给定的通风机特性曲线，采用简化风网解算出的虚拟用风风道风量，和采用原风网解算出的实际用风风道风量等效，从而可以简化风网模拟各种风机选型和调节方案对实际用风风道风量的影响，避免了实际进风区和实际回风区的阻力测定和求阻工作，而且可大幅度地减少风网解算计算量。因此，本发明对减少通风管理的工作量，降低风网解算和模拟分析的难度，实现合理供风具有非常大的实用价值。
本发明提供一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，包括以下步骤：
步骤1，建立复杂矿井通风网络拓扑结构图并编号，形成原风网；
具体的，所述复杂矿井通风网络拓扑结构图包括多个实际节点和多个实际风道；其中，风流相交汇地点形成一个所述实际节点；按照风流流动方向，两个实际节点的连线形成一条所述实际风道；
对各个所述实际节点和各个所述实际风道依次编号，形成原风网；
在原风网中，具有M条实际进风井风道，W条实际进风风道，K条实际用风风道、G条实际回风风道和N条实际回风井风道；
其中：
K条实际用风风道表示为：
Figure BDA0003545513990000071
N条实际回风井风道表示为：
Figure BDA0003545513990000072
M条实际进风井风道构成进风井区；W条实际进风风道构成进风区；K条实际用风风道构成用风区；G条实际回风风道构成回风区；N条实际回风井风道构成回风井区；
步骤2，对所述原风网进行简化，生成简化风网；
步骤2.1，生成一条虚拟进风井风道V1 1：
将M条实际进风井风道和W条实际进风风道合并，形成一条虚拟进风井风道V1 1，虚拟进风井风道V1 1的起始节点表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000081
终止节点表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000082
步骤2.2，生成N条虚拟回风井风道，表示为：
Figure BDA0003545513990000083
步骤2.2.1，将G条实际回风风道合并形成一个虚拟节点，表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000084
步骤2.2.2，N条实际回风井风道
Figure BDA0003545513990000085
其实际终止节点为：
Figure BDA0003545513990000086
将每个实际终止节点
Figure BDA0003545513990000087
在简化风网中等效为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000088
则：虚拟节点
Figure BDA0003545513990000089
到虚拟节点
Figure BDA00035455139900000810
的连线，形成与实际回风井风道
Figure BDA00035455139900000811
对应的虚拟回风井风道
Figure BDA00035455139900000812
由此生成N条虚拟回风井风道
Figure BDA00035455139900000813
步骤2.3，生成K条虚拟用风风道，表示为：
Figure BDA00035455139900000814
以虚拟节点
Figure BDA00035455139900000815
为起点，以虚拟节点
Figure BDA00035455139900000816
为终点，在虚拟节点
Figure BDA00035455139900000817
和虚拟节点
Figure BDA00035455139900000818
之间，并列绘制K条虚拟用风风道，得到K条虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000819
其中，每条虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000820
与实际用风风道
Figure BDA00035455139900000821
对应；
步骤2.4，由此生成简化风网；
在简化风网中，具有N+3个虚拟节点，分别为：虚拟节点
Figure BDA00035455139900000822
Figure BDA00035455139900000823
其中，j＝1,2,...,N；
在简化风网中，具有1+K+N条虚拟风道，分别为：
1条虚拟进风井风道V1 1；
N条虚拟回风井风道
Figure BDA00035455139900000824
K条虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000825
步骤3，对简化风网进行模拟分析：
给定每台通风机的风机特性曲线，采用简化风网进行分风解算，得到每条虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000091
的风量
Figure BDA0003545513990000092
与采用原风网进行分风解算，得到每条实际用风风道
Figure BDA0003545513990000093
的风量
Figure BDA0003545513990000094
等效。
步骤3具体为：
步骤3.1，在原风网中，选定每台通风机的一种风机特性曲线作为风机特性参考曲线；
将原风网中每台通风机调节到风机特性参考曲线的工况；在此种工况下，结合原风网和简化风网，确定简化风网中每条虚拟风道的虚拟风阻，即：确定虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)、确定虚拟回风井风道
Figure BDA0003545513990000095
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000096
确定虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000097
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000098
作为简化风网基础数据；
步骤3.1具体为：
步骤3.1.1，在K条虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000099
中，选择任意一条虚拟用风风道为风阻已知虚拟用风风道，假设选择虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000910
为风阻已知虚拟用风风道，其虚拟风阻为
Figure BDA00035455139900000911
Figure BDA00035455139900000912
均为风阻未知虚拟用风风道；
步骤3.1.2，采用下式，确定虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900000913
的风阻
Figure BDA00035455139900000914
Figure BDA00035455139900000915
其中：
Figure BDA00035455139900000916
为实际用风风道
Figure BDA00035455139900000917
的风阻，在将原风网中每台通风机调节到风机特性参考曲线的工况时，实际测量得到；
步骤3.1.3，采用下式，确定每条虚拟回风井风道
Figure BDA00035455139900000918
的风阻
Figure BDA00035455139900000919
Figure BDA00035455139900000920
其中：
Figure BDA0003545513990000101
表示实际回风井风道
Figure BDA0003545513990000102
的风阻，实际测量得到；
步骤3.1.4，采用下式，确定虚拟进风井风道V1 1的风量Q(V1 1):
Figure BDA0003545513990000103
其中：
Figure BDA0003545513990000104
分别为N条实际回风井风道
Figure BDA0003545513990000105
的风量，实际测量得到；
步骤3.1.5，采用下式，确定虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000106
的风量，分别为：风量
Figure BDA0003545513990000107
Figure BDA0003545513990000108
...
Figure BDA0003545513990000109
其中：
Figure BDA00035455139900001010
实际用风风道
Figure BDA00035455139900001011
的风量，实际测量得到；
Figure BDA00035455139900001012
实际用风风道
Figure BDA00035455139900001013
的风量，实际测量得到；
步骤3.1.6，采用下式，确定原风网中每一台通风机，在风机特性参考曲线的工况时的风机风压：
Figure BDA00035455139900001014
其中：
hfj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的风机风压；
Aj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线二次项系数，为已知值；
Bj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线一次项系数，为已知值；
Cj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线常数项系数，为已知值；
qfj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的所在风道的工况风量，实际测量得到；
由于原风网中每一台通风机的风机风压，与简化风网中通风机的风机风压相同，由此确定简化风网中每一台通风机的风机风压；
步骤3.1.7，根据步骤3.1.2到步骤3.1.6确定的工况数据，反算简化风网中风道风阻，包括：虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)，虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000111
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000112
另外，虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000113
的虚拟风阻
Figure BDA0003545513990000114
为已知值，由此确定简化风网中所有虚拟风道的虚拟风阻。
步骤3.2，以简化风网基础数据作为已知固定值，给定每台通风机的风机特性曲线作为测试曲线，进行分风解算，得到简化风网中每条虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000115
的风量
Figure BDA0003545513990000116
本步骤中，具体采用的分风解算方法，属于现有技术方案，在此不再赘述。
下面以图1为例说明本发明的实施方式。
步骤1：建立复杂矿井通风网络拓扑结构图并编号，形成原风网；
具体的，图1为一种原风网。在图1中，具有12个实际节点，分别为：实际节点N1～N12(见圆圈内的编号)；在图1中，共有14条实际风道，分别为：实际风道C1～C14(箭头旁的编号)。
其中：
实际风道C1和C2，为实际进风井风道，构成进风井区；
实际风道C3和C5，为实际进风风道，构成进风区；
实际风道C4、C6和C7，为实际用风风道，构成用风区；
实际风道C8、C9、C10、C11和C12，为实际回风风道，构成回风区；
实际风道C13和C14，为实际回风井风道，构成回风井区；
因此，将一个矿井通风网络的所有实际风道，分为进风井区、进风区、用风区、回风区和回风井区五个部分，其中用风区的实际用风风道，恰好构成进风区到回风区的一个割集。
由此可见，在图1中，实际进风井风道数M＝2，实际用风风道数K＝3，实际回风井风道数N＝2，实际回风风道数G＝5,实际进风风道数W＝2。
步骤2，对图1所示原风网进行简化，生成图2所示简化风网；
步骤2.1，把原风网中的2条实际进风井风道C1和C2、2条实际进风风道C3和C5合并，形成一条虚拟进风井风道V1 1，虚拟进风井风道V1 1的起始节点表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000121
终止节点表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000122
步骤2.2，将5条实际回风风道C8、C9、C10、C11和C12合并形成一个虚拟节点，表示为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000123
两条实际回风井风道C13和C14，其实际终止节点为：
Figure BDA0003545513990000124
和
Figure BDA0003545513990000125
将实际终止节点
Figure BDA0003545513990000126
在简化风网中等效为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000127
将实际终止节点
Figure BDA0003545513990000128
在简化风网中等效为虚拟节点
Figure BDA0003545513990000129
因此，虚拟节点
Figure BDA00035455139900001210
到虚拟节点
Figure BDA00035455139900001211
的连线，形成与实际回风井风道C13对应的虚拟回风井风道P1 1；
虚拟节点
Figure BDA00035455139900001212
到虚拟节点
Figure BDA00035455139900001213
的连线，形成与实际回风井风道C14对应的虚拟回风井风道
Figure BDA00035455139900001214
步骤2.3，以虚拟节点
Figure BDA00035455139900001215
为起点，以虚拟节点
Figure BDA00035455139900001216
为终点，在虚拟节点
Figure BDA00035455139900001217
和虚拟节点
Figure BDA00035455139900001218
之间，并列绘制3条虚拟用风风道，得到K＝3条虚拟用风风道，分别为：
Figure BDA00035455139900001219
和
Figure BDA00035455139900001220
步骤2.4，由此生成简化风网；
在简化风网中，具有5个虚拟节点，分别为：虚拟节点
Figure BDA0003545513990000131
Figure BDA0003545513990000132
在简化风网中，具有1+K+N条虚拟风道，分别为：
1条虚拟进风井风道V1 1；
2条虚拟回风井风道P1 1和P2 1；
3条虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000133
和
Figure BDA0003545513990000134
也就是说，本发明生成的简化风网，只具有1个虚拟进风井风道，与原风网实际用风风道数量相同的K条虚拟用风风道，与原风网实际回风井风道数量相同的N条虚拟回风井风道。
步骤3，对简化风网进行模拟分析：
步骤3.1，在原风网中，选定每台通风机的一种风机特性曲线作为风机特性参考曲线；
假设通过人工测试获取全部14条实际风道的风阻、风量、风压，以及2条风机的风机特性曲线系数见表1。
表1原风网基础数据表
Figure BDA0003545513990000135
Figure BDA0003545513990000141
根据表1和
Figure BDA0003545513990000142
计算出实际风道C13和实际风道C14的风机风压。
Figure BDA0003545513990000143
Figure BDA0003545513990000144
在此种工况下，结合原风网和简化风网，确定简化风网中每条虚拟风道的虚拟风阻，即：确定虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)、确定虚拟回风井风道P1 1和
Figure BDA0003545513990000145
的虚拟风阻，确定虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000146
和
Figure BDA0003545513990000147
的虚拟风阻，作为简化风网基础数据；
本步骤具体为：
步骤3.1.1，在虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000148
和
Figure BDA0003545513990000149
中，假设选择虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900001410
为风阻已知虚拟用风风道，其虚拟风阻
Figure BDA00035455139900001411
虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900001412
和
Figure BDA00035455139900001413
均为风阻未知虚拟用风风道；
步骤3.1.2，令虚拟风阻
Figure BDA00035455139900001414
和实际用风风道C4的风阻相同，即：
Figure BDA00035455139900001415
为0.2。
步骤3.1.3，虚拟回风井风道P1 1和P2 1的风阻，分别与实际回风井风道C13和C14的风阻相同，因此，虚拟回风井风道P1 1的风阻为0.2；虚拟回风井风道P2 1的风阻为0.3。
步骤3.1.4，确定虚拟进风井风道V1 1的风量Q(V1 1)：
令虚拟进风井风道V1 1的风量Q(V1 1)，为原风网的总进风量162.128。
步骤3.1.5，确定虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900001416
的风量
令虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900001417
的风量，和实际用风风道C6的风量相同，为43.343；
令虚拟用风风道
Figure BDA00035455139900001418
的风量，和实际用风风道C7的风量相同，为39.188；
步骤3.1.6，确定简化风网中每一台通风机的风机风压，分别与原风网中通风机的风机风压相同，即：虚拟回风井风道P1 1的风机风压为4317.4964；虚拟回风井风道P2 1的风机风压为4505.2398。
从而得到原风网等效简化风网的状态数据见表2。
表2简化风网基础数据
Figure BDA0003545513990000151
步骤3.1.7，根据表2确定的工况数据，反算简化风网中风道风阻，包括：虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)，虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000154
和
Figure BDA0003545513990000153
的虚拟风阻，从而得到原风网等效简化风网的状态数据见表3。
表3原风网等效简化风网的状态数据
Figure BDA0003545513990000152
采用各风机特性曲线和反算的各虚拟风道的虚拟风阻，解算简化风网的计算结果见表4。
表4简化风网计算结果
Figure BDA0003545513990000161
步骤3.2，以简化风网基础数据作为已知固定值，即简化风网中各个虚拟风道的虚拟风阻为已知固定值，给定每台通风机的风机特性曲线作为测试曲线，进行分风解算，得到简化风网中每条虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000162
的风量
Figure BDA0003545513990000163
与采用原风网进行分风解算，得到每条实际用风风道
Figure BDA0003545513990000164
的风量
Figure BDA0003545513990000165
等效。
下面分别采用数字验证法和现场验证法，验证本发明简化风网解算到的每条虚拟用风风道的风量，和采用原风网得到的每条实际用风风道的风量等效。
(一)采用数字验证法进行等效性验证
本例选择数字验证法，数字验证法的条件是已知原风网中每条实际风道的风阻(见表1)，将风道C13的风机特性曲线改为：
Figure BDA0003545513990000166
风道C14的风机特性曲线同表1，采用原风网进行解算，解算结果见表5。
表5原风网改变一个风机的风机特性曲线的解算结果
Figure BDA0003545513990000167
Figure BDA0003545513990000171
作为对比，将简化风网的虚拟风道P1 1的风机特性曲线改为：
Figure BDA0003545513990000172
虚拟风道P2 1的风机特性曲线同表3，解算结果见表6。
表6简化风网改变一个风机的风机特性曲线的计算结果
Figure BDA0003545513990000173
从表5可以看出，采用原风网得到的实际用风风道C6、C7和C4的风量分别为：44.988、40.694和83.689。
从表6可以看出，采用简化风网得到的虚拟用风风道
Figure BDA0003545513990000174
和
Figure BDA0003545513990000175
的风量分别为：45.286、40.945和83.165。
因此，对于该组风机特性曲线，简化风网和原风网用风风道风量的解算误差满足：
Figure BDA0003545513990000181
由此证明简化风网和原风网对于用风风道风量的解算是等效的，可以利用简化风网进行风网模拟分析。
(二)采用现场验证法进行等效性验证
现场验证法的条件是每条实际用风风道均安装有风量监测装置，对于给定的一组风机特性曲线
Figure BDA0003545513990000182
将风机调节到该组曲线工作模式，通过风量监测装置采集到每条实际用风风道的实际风量
Figure BDA0003545513990000183
利用该组风机特性曲线
Figure BDA0003545513990000184
对简化风网进行风网解算，求出每条虚拟用风风道的风量
Figure BDA0003545513990000185
本发明经验证，满足以下关系式：
Figure BDA0003545513990000186
由此证明简化风网和原风网对于用风风道风量的解算是等效的，可以利用简化风网进行风网模拟分析。
本发明提供一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，对于任意一个具有多实际进风井、多实际回风井以及复杂实际进风区和实际回风区的通风网络，简称原风网，本发明方法可以通过风阻等效转移技术，将复杂的原风网简化成只有一个虚拟进风井、多个虚拟用风风道和多个虚拟回风井的简单通风网络，简称简化风网。其中虚拟进风井的风量等于各主要通风机的风量(即：各个实际回风井的风量)之和，再利用各通风机的风压、每条回风井风阻和每条用风风道的风量，计算出虚拟进风井的风阻和K条虚拟用风风道的风阻，构成一个虚拟的对风机和用风风道分风解算结果等效的简化风网。
对于任意给定的通风机特性曲线，采用简化风网解算出的虚拟用风风道风量，和采用原风网解算出的实际用风风道风量等效，从而可以简化风网模拟各种风机选型和调节方案对实际用风风道风量的影响，避免了实际进风区和实际回风区的阻力测定和求阻工作，而且可大幅度地减少风网解算计算量。因此，本发明对减少通风管理的工作量，降低风网解算和模拟分析的难度，提高矿井通风管理效率，实现合理供风具有非常大的实用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立复杂矿井通风网络拓扑结构图并编号，形成原风网；
具体的，所述复杂矿井通风网络拓扑结构图包括多个实际节点和多个实际风道；其中，风流相交汇地点形成一个所述实际节点；按照风流流动方向，两个实际节点的连线形成一条所述实际风道；
对各个所述实际节点和各个所述实际风道依次编号，形成原风网；
在原风网中，具有M条实际进风井风道，W条实际进风风道，K条实际用风风道、G条实际回风风道和N条实际回风井风道；
其中：
K条实际用风风道表示为：
Figure FDA0003545513980000011
N条实际回风井风道表示为：
Figure FDA0003545513980000012
M条实际进风井风道构成进风井区；W条实际进风风道构成进风区；K条实际用风风道构成用风区；G条实际回风风道构成回风区；N条实际回风井风道构成回风井区；
在每个实际回风井风道的井口安装一台通风机，因此，共安装N台通风机；
步骤2，对所述原风网进行简化，生成简化风网；
步骤2.1，生成一条虚拟进风井风道V1 1：
将M条实际进风井风道和W条实际进风风道合并，形成一条虚拟进风井风道V1 1，虚拟进风井风道V1 1的起始节点表示为虚拟节点
Figure FDA0003545513980000013
终止节点表示为虚拟节点
Figure FDA0003545513980000014
步骤2.2，生成N条虚拟回风井风道，表示为：
Figure FDA0003545513980000015
步骤2.2.1，将G条实际回风风道合并形成一个虚拟节点，表示为虚拟节点
Figure FDA0003545513980000016
步骤2.2.2，N条实际回风井风道
Figure FDA0003545513980000021
其实际终止节点为：
Figure FDA0003545513980000022
将每个实际终止节点
Figure FDA0003545513980000023
在简化风网中等效为虚拟节点
Figure FDA0003545513980000024
则：虚拟节点
Figure FDA0003545513980000025
到虚拟节点
Figure FDA0003545513980000026
的连线，形成与实际回风井风道
Figure FDA0003545513980000027
对应的虚拟回风井风道
Figure FDA0003545513980000028
由此生成N条虚拟回风井风道
Figure FDA0003545513980000029
步骤2.3，生成K条虚拟用风风道，表示为：
Figure FDA00035455139800000210
以虚拟节点
Figure FDA00035455139800000211
为起点，以虚拟节点
Figure FDA00035455139800000212
为终点，在虚拟节点
Figure FDA00035455139800000213
和虚拟节点
Figure FDA00035455139800000214
之间，并列绘制K条虚拟用风风道，得到K条虚拟用风风道
Figure FDA00035455139800000215
其中，每条虚拟用风风道
Figure FDA00035455139800000216
与实际用风风道
Figure FDA00035455139800000217
对应；
步骤2.4，由此生成简化风网；
在简化风网中，具有N+3个虚拟节点，分别为：虚拟节点
Figure FDA00035455139800000218
Figure FDA00035455139800000219
其中，j＝1,2,...,N；
在简化风网中，具有1+K+N条虚拟风道，分别为：
1条虚拟进风井风道V1 1；
N条虚拟回风井风道
Figure FDA00035455139800000220
K条虚拟用风风道
Figure FDA00035455139800000221
步骤3，对简化风网进行模拟分析：
给定每台通风机的风机特性曲线，采用简化风网进行分风解算，得到每条虚拟用风风道
Figure FDA00035455139800000222
的风量
Figure FDA00035455139800000223
与采用原风网进行分风解算，得到每条实际用风风道
Figure FDA00035455139800000224
的风量
Figure FDA00035455139800000225
等效。
2.根据权利要求1所述的一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，其特征在于，步骤3具体为：
步骤3.1，在原风网中，选定每台通风机的一种风机特性曲线作为风机特性参考曲线；
将原风网中每台通风机调节到风机特性参考曲线的工况；在此种工况下，结合原风网和简化风网，确定简化风网中每条虚拟风道的虚拟风阻，即：确定虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)、确定虚拟回风井风道
Figure FDA0003545513980000031
的虚拟风阻
Figure FDA0003545513980000032
确定虚拟用风风道
Figure FDA0003545513980000033
的虚拟风阻
Figure FDA0003545513980000034
作为简化风网基础数据；
步骤3.2，以简化风网基础数据作为已知固定值，给定每台通风机的风机特性曲线作为测试曲线，进行分风解算，得到简化风网中每条虚拟用风风道
Figure FDA0003545513980000035
的风量
Figure FDA0003545513980000036
3.根据权利要求2所述的一种复杂矿井通风网络的模拟分析方法，其特征在于，步骤3.1具体为：
步骤3.1.1，在K条虚拟用风风道
Figure FDA0003545513980000037
中，选择任意一条虚拟用风风道为风阻已知虚拟用风风道，假设选择虚拟用风风道
Figure FDA0003545513980000038
为风阻已知虚拟用风风道，其虚拟风阻为
Figure FDA0003545513980000039
Figure FDA00035455139800000310
均为风阻未知虚拟用风风道；
步骤3.1.2，采用下式，确定虚拟用风风道
Figure FDA00035455139800000311
的风阻
Figure FDA00035455139800000312
Figure FDA00035455139800000313
其中：
Figure FDA00035455139800000314
为实际用风风道
Figure FDA00035455139800000315
的风阻，在将原风网中每台通风机调节到风机特性参考曲线的工况时，实际测量得到；
步骤3.1.3，采用下式，确定每条虚拟回风井风道
Figure FDA00035455139800000316
的风阻
Figure FDA00035455139800000317
Figure FDA00035455139800000318
其中：
Figure FDA00035455139800000319
表示实际回风井风道
Figure FDA00035455139800000320
的风阻，实际测量得到；
步骤3.1.4，采用下式，确定虚拟进风井风道V1 1的风量Q(V1 1):
Figure FDA0003545513980000041
其中：
Q(V1 0),Q(V2 0),...,
Figure FDA0003545513980000042
分别为N条实际回风井风道
Figure FDA0003545513980000043
的风量，实际测量得到；
步骤3.1.5，采用下式，确定虚拟用风风道
Figure FDA0003545513980000044
的风量，分别为：风量
Figure FDA0003545513980000045
Figure FDA0003545513980000046
...
Figure FDA0003545513980000047
其中：
Figure FDA0003545513980000048
实际用风风道
Figure FDA0003545513980000049
的风量，实际测量得到；
Figure FDA00035455139800000410
实际用风风道
Figure FDA00035455139800000411
的风量，实际测量得到；
步骤3.1.6，采用下式，确定原风网中每一台通风机，在风机特性参考曲线的工况时的风机风压：
Figure FDA00035455139800000412
其中：
hfj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的风机风压；
Aj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线二次项系数，为已知值；
Bj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线一次项系数，为已知值；
Cj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的特性曲线常数项系数，为已知值；
qfj代表第j台通风机在风机特性参考曲线工况时的所在风道的工况风量，实际测量得到；
由于原风网中每一台通风机的风机风压，与简化风网中通风机的风机风压相同，由此确定简化风网中每一台通风机的风机风压；
步骤3.1.7，根据步骤3.1.2到步骤3.1.6确定的工况数据，反算简化风网中风道风阻，包括：虚拟进风井风道V1 1的虚拟风阻R(V1 1)，虚拟用风风道
Figure FDA0003545513980000051
的虚拟风阻
Figure FDA0003545513980000052
另外，虚拟用风风道
Figure FDA0003545513980000053
的虚拟风阻
Figure FDA0003545513980000054
为已知值，由此确定简化风网中所有虚拟风道的虚拟风阻。
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