成果簡介
1．立項背景 1.1 礦井通風仿真系統尚存在許多理論和應用技術問題未解決
《礦井通風仿真系統及其應用研究》課題分為兩個部分，一是研制一套礦井通風數值仿真系統；二是將仿真系統應用在礦井通風系統優化調節改造、新井優化設計、老井改擴建設計上。
1854年J.J.Atkinson在北英格蘭采礦工程師學會發表的學術論文作為礦井通風仿真系統的數學模型雛形，到20世紀20年代在波蘭學者H.Czeczott、S.Barczyk等人的推動下研究進入高潮，至50年代以Scott－Hinsley法的出現為標志，數學模型研究基本趨于成熟。代表國際領先水平的是波蘭科學院的WENTGRAF系統，在全波70％的煤礦推廣應用。
20世紀70年代以來，我國也進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用。究其原因：(1)在理論體系上，影響網絡靈敏性、穩定性、可靠性的體系沒有建立，缺少直觀定量的評價方法和技術；(2)在算法和軟件開發上尚有很多未被解決的問題,如WENTGRAF系統并不能模擬金川二礦區這樣的采用多級機站通風方式，而且存在循環風的通風網絡，因為在WENTGRAF系統中沒有單向回路算法；(3)與現場實踐的結合上一些應用技術尚不成熟，如仿真結論的可靠性不能得到驗證。1.2 礦井通風安全問題的嚴重局面要求立項研究對全國525個統配煤礦中的907處風井統計，總需風量為3498915立方米/分，而實際供風量為4028680立方米/分，供大于求，同時又有48處礦井風量嚴重不足，有的礦井負壓達4892Pa，風機喘振，配風困難等現象普遍，通風效率極其低下。金川有色金屬公司二礦區尤為突出。在此背景下進行立項研究，對確保礦井安全生產，推動礦山行業技術進步具有極其重要的意義。
2．成果特點
1）實用性：可視化系統適合現場工程技術人員使用，無需掌握通風網絡及計算機專門知識。在屏幕上操作礦井通風系統的各種變化方便自如，如：擦除巷道、新添巷道等，各種系統及參數改變后，通風狀況的變化立刻顯現；
2）理論創新性：用數值仿真技術，并配合角聯結構分析、可靠性分析及風網特征圖等技術手段，可以科學、準確地分析通風系統存在的問題，并找出解決問題的最優方案。3）理論計算和測試數據極其吻合。
3．發現、發明及創新點：
A. 在通風系統評價技術方面的創新有：
(1) 提出了網特征圖的概念、性質、功能、用途、繪制算法。
(2) 提出了基于無向圖的角聯結構數學模型，給出了角聯風路的廣義定義。
(3) 提出了"通風網絡"不是通風系統可靠性的計算網絡，通風系統本身是網絡，其可靠性計算網絡是帶有通風動力和構筑物的通風網絡的"導出網絡"。
(4)提出的網絡極值流獨立通路法在復雜度上比Dinic法少一個數量級。
B. 在通風網絡算法改進方面的創新有：
(1) 采用人工智能理論中的深度優先和寬度優先搜索技術，解決了含有單向回路的網絡拓撲關系算法。
(2) 解決了迭代法中的人工賦初值問題。
(3) 扇風機特性曲線5次擬合，較為真實地模擬了包括風流逆轉在內的扇風機各種可能工況，避免了網絡解算假收斂。
C. 提出了基于最小功耗的網絡優化調節通路法。
D. 仿真系統的工業試驗作為解決仿真結論是否可靠的技術途徑，解決了推廣應用的核心問題。
4 成果水平 經專家評審，該成果達到國內領先水平。
5 應用效果 利用MVSS系統制定的金川二礦區通風系統優化改造方案分為一期和二期工程兩部分。一期工程已于2000年結束，二期工程于2002年10月也順利完成。取得了比預期還要好得多的實施效果。一期改造實施僅2年，據不完全統計新增利稅1.9681億元。沈陽礦務局紅菱煤礦由于礦井生產布局所至，礦井通風路線增加，部分巷道斷面過小，調節位置和調節量不盡合理，導致北風井主扇工作風阻過大，出現風機喘振現象。2000年省煤管局已經批復了更改風機計劃，原項目的目的是優化風機選型。通過對通風系統的全面測試，并利用MVSS進行仿真模擬分析，發現不需更改風機，只要拆除紅菱礦北四采區322工作面回風道通北回風上山的-450底板回風道人為設置的兩道風門，即可消除喘振問題。結合該礦的改擴建，又對全礦的通風系統進行了優化與改造，也取得了非常明顯的經濟效益。該成果目前已經在金川有色金屬公司二礦區、平頂山十二礦、沈陽紅菱礦、鐵法小青、小康、曉明、大明一礦推廣應用，并取得了很好的經濟和社會效益。綜上，該成果對提高礦井"一通三防"的管理決策水平，產業結構優化升級和行業技術跨越式進步具有積極的促進作用。
6 推廣前景 該成果目前正在金川龍首礦、三礦區，大同四臺礦，淮南潘三、潘一礦，阜新礦務局等地推廣應用。
申報單位 名稱 遼寧工程技術大學
通迅地址 遼寧省阜新市遼寧工程技術大學 郵政編碼 123000
聯系人 劉劍 電話（區號） 0418-3350472
電子信箱 liujian@mail.fxptt.ln.cn 傳真（區號） 0418-2828772
成果完成單位 1．遼寧工程技術大學2．金川公司二礦區3．
成果類別 √新技
成果水平 國際領先 國際先進 √國內領先 國內先進
成果來源 國家計劃 √省部計劃 其 他
成果評價方式 √鑒 定 驗 收 專 利 其 他