成果簡(jiǎn)介
1．立項(xiàng)背景 1.1 礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)尚存在許多理論和應(yīng)用技術(shù)問題未解決
《礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)及其應(yīng)用研究》課題分為兩個(gè)部分，一是研制一套礦井通風(fēng)數(shù)值仿真系統(tǒng)；二是將仿真系統(tǒng)應(yīng)用在礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)改造、新井優(yōu)化設(shè)計(jì)、老井改擴(kuò)建設(shè)計(jì)上。
1854年J.J.Atkinson在北英格蘭采礦工程師學(xué)會(huì)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文作為礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雛形，到20世紀(jì)20年代在波蘭學(xué)者H.Czeczott、S.Barczyk等人的推動(dòng)下研究進(jìn)入高潮，至50年代以Scott－Hinsley法的出現(xiàn)為標(biāo)志，數(shù)學(xué)模型研究基本趨于成熟。代表國(guó)際領(lǐng)先水平的是波蘭科學(xué)院的WENTGRAF系統(tǒng)，在全波70％的煤礦推廣應(yīng)用。
20世紀(jì)70年代以來，我國(guó)也進(jìn)行了大量的類似研究，雖然也取得了一定的成果，但是并未得到真正的推廣應(yīng)用。究其原因：(1)在理論體系上，影響網(wǎng)絡(luò)靈敏性、穩(wěn)定性、可靠性的體系沒有建立，缺少直觀定量的評(píng)價(jià)方法和技術(shù)；(2)在算法和軟件開發(fā)上尚有很多未被解決的問題,如WENTGRAF系統(tǒng)并不能模擬金川二礦區(qū)這樣的采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，而且存在循環(huán)風(fēng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樵赪ENTGRAF系統(tǒng)中沒有單向回路算法；(3)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的結(jié)合上一些應(yīng)用技術(shù)尚不成熟，如仿真結(jié)論的可靠性不能得到驗(yàn)證。1.2 礦井通風(fēng)安全問題的嚴(yán)重局面要求立項(xiàng)研究對(duì)全國(guó)525個(gè)統(tǒng)配煤礦中的907處風(fēng)井統(tǒng)計(jì)，總需風(fēng)量為3498915立方米/分，而實(shí)際供風(fēng)量為4028680立方米/分，供大于求，同時(shí)又有48處礦井風(fēng)量嚴(yán)重不足，有的礦井負(fù)壓達(dá)4892Pa，風(fēng)機(jī)喘振，配風(fēng)困難等現(xiàn)象普遍，通風(fēng)效率極其低下。金川有色金屬公司二礦區(qū)尤為突出。在此背景下進(jìn)行立項(xiàng)研究，對(duì)確保礦井安全生產(chǎn)，推動(dòng)礦山行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有極其重要的意義。
2．成果特點(diǎn)
1）實(shí)用性：可視化系統(tǒng)適合現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員使用，無需掌握通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)專門知識(shí)。在屏幕上操作礦井通風(fēng)系統(tǒng)的各種變化方便自如，如：擦除巷道、新添巷道等，各種系統(tǒng)及參數(shù)改變后，通風(fēng)狀況的變化立刻顯現(xiàn)；
2）理論創(chuàng)新性：用數(shù)值仿真技術(shù)，并配合角聯(lián)結(jié)構(gòu)分析、可靠性分析及風(fēng)網(wǎng)特征圖等技術(shù)手段，可以科學(xué)、準(zhǔn)確地分析通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，并找出解決問題的最優(yōu)方案。3）理論計(jì)算和測(cè)試數(shù)據(jù)極其吻合。
3．發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)：
A. 在通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)方面的創(chuàng)新有：
(1) 提出了網(wǎng)特征圖的概念、性質(zhì)、功能、用途、繪制算法。
(2) 提出了基于無向圖的角聯(lián)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，給出了角聯(lián)風(fēng)路的廣義定義。
(3) 提出了"通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)"不是通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，通風(fēng)系統(tǒng)本身是網(wǎng)絡(luò)，其可靠性計(jì)算網(wǎng)絡(luò)是帶有通風(fēng)動(dòng)力和構(gòu)筑物的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的"導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)"。
(4)提出的網(wǎng)絡(luò)極值流獨(dú)立通路法在復(fù)雜度上比Dinic法少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
B. 在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)算法改進(jìn)方面的創(chuàng)新有：
(1) 采用人工智能理論中的深度優(yōu)先和寬度優(yōu)先搜索技術(shù)，解決了含有單向回路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系算法。
(2) 解決了迭代法中的人工賦初值問題。
(3) 扇風(fēng)機(jī)特性曲線5次擬合，較為真實(shí)地模擬了包括風(fēng)流逆轉(zhuǎn)在內(nèi)的扇風(fēng)機(jī)各種可能工況，避免了網(wǎng)絡(luò)解算假收斂。
C. 提出了基于最小功耗的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)節(jié)通路法。
D. 仿真系統(tǒng)的工業(yè)試驗(yàn)作為解決仿真結(jié)論是否可靠的技術(shù)途徑，解決了推廣應(yīng)用的核心問題。
4 成果水平 經(jīng)專家評(píng)審，該成果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
5 應(yīng)用效果 利用MVSS系統(tǒng)制定的金川二礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案分為一期和二期工程兩部分。一期工程已于2000年結(jié)束，二期工程于2002年10月也順利完成。取得了比預(yù)期還要好得多的實(shí)施效果。一期改造實(shí)施僅2年，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)新增利稅1.9681億元。沈陽礦務(wù)局紅菱煤礦由于礦井生產(chǎn)布局所至，礦井通風(fēng)路線增加，部分巷道斷面過小，調(diào)節(jié)位置和調(diào)節(jié)量不盡合理，導(dǎo)致北風(fēng)井主扇工作風(fēng)阻過大，出現(xiàn)風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象。2000年省煤管局已經(jīng)批復(fù)了更改風(fēng)機(jī)計(jì)劃，原項(xiàng)目的目的是優(yōu)化風(fēng)機(jī)選型。通過對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的全面測(cè)試，并利用MVSS進(jìn)行仿真模擬分析，發(fā)現(xiàn)不需更改風(fēng)機(jī)，只要拆除紅菱礦北四采區(qū)322工作面回風(fēng)道通北回風(fēng)上山的-450底板回風(fēng)道人為設(shè)置的兩道風(fēng)門，即可消除喘振問題。結(jié)合該礦的改擴(kuò)建，又對(duì)全礦的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化與改造，也取得了非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益。該成果目前已經(jīng)在金川有色金屬公司二礦區(qū)、平頂山十二礦、沈陽紅菱礦、鐵法小青、小康、曉明、大明一礦推廣應(yīng)用，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。綜上，該成果對(duì)提高礦井"一通三防"的管理決策水平，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)和行業(yè)技術(shù)跨越式進(jìn)步具有積極的促進(jìn)作用。
6 推廣前景 該成果目前正在金川龍首礦、三礦區(qū)，大同四臺(tái)礦，淮南潘三、潘一礦，阜新礦務(wù)局等地推廣應(yīng)用。
申報(bào)單位 名稱 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
通迅地址 遼寧省阜新市遼寧工程技術(shù)大學(xué) 郵政編碼 123000
聯(lián)系人 劉劍 電話（區(qū)號(hào)） 0418-3350472
電子信箱 liujian@mail.fxptt.ln.cn 傳真（區(qū)號(hào)） 0418-2828772
成果完成單位 1．遼寧工程技術(shù)大學(xué)2．金川公司二礦區(qū)3．
成果類別 √新技
成果水平 國(guó)際領(lǐng)先 國(guó)際先進(jìn) √國(guó)內(nèi)領(lǐng)先 國(guó)內(nèi)先進(jìn)
成果來源 國(guó)家計(jì)劃 √省部計(jì)劃 其 他
成果評(píng)價(jià)方式 √鑒 定 驗(yàn) 收 專 利 其 他