矿井通风网络拓扑结构优化分析

矿井通风网络拓扑结构优化分析

网络的lan网络模拟解是lan调节、lan设计和lan转换的基础。在网络解算方面有许多研究。18世纪,LenohardEuler从对“Konigsberg七桥问题”研究中开始了图形理论的研究,到20世纪60年代PaulErdos和AlfredRenyi共同提出了随机图理论后,这一理论成为了后来研究复杂网络的基本模型。通过近年来众多学者对复杂的自然或者人造网络的研究,复杂网络理论研究得到了快速发展,成为研究复杂通风网络的有效工具。但是目前对复杂与极复杂矿井通风网络的风网解算、网络图的绘制、通风系统可靠性灵敏性及多风机耦合运转模拟等问题难度较大。中国矿业大学对此进行了深入研究,提出的最简准等效拓扑通风网络与最简模糊拓扑通风网络理论,进一步丰富和完善了复杂通风网络拓扑理论,提高了在复杂与极其复杂矿井通风网络模拟中的分析效率。矿井通风系统安全运行是煤矿安全生产的基本保障,随着我国经济的快速发展,对能源,特别是煤炭需求的不断增大,矿井面临向高产、高效型矿井转型。同时随着矿山生产规模的不断扩大、开采深度的增加和机械化程度的提高,矿井通风系统日趋庞大,通风网络拓扑结构也更加复杂,给矿井通风系统分析、优化和预测工作增加了很大难度。因此,开展对给定条件下的复杂通风网络的简化研究,显得具有重要意义。对复杂与极其复杂通风网络的简化主要有等效简化和模糊简化两种方法。针对复杂通风网络拓扑简化过程中的等效简化中存在的通风网络简化和参数等效变换等问题,进行深入研究具有重要意义。笔者在坚持简化后的系统不失真的基础上,对网络等效简化过程中的原则和参数等效变换进行了深入研究。1简化复杂通风系统的方法和原则1.1模糊简化和等效简化对矿井通风网络的简化大致可分为三种:1)将阻力很小(小于10Pa)的分支的局部风网并为一个节点处理,它忽略了通风网络的细节和不重要的特征,在进行通风网络宏观特性的研究中很有效,笔者将这种方法称为模糊简化。2)将串联、并联子网按一定原则复合成一条等效分支,同时将参数进行等效变换,它没有引入任何误差,同时又简化通风网络,可以降低计算复杂度,有效提高计算效率,这种方法称为等效简化。3)在完成模糊简化后,可再进行等效简化,得到更为简单的模型,它能够满足精度要求,并可以大幅提升计算效率,可用于研究系统各分支的灵敏度等,笔者将这种方法称之为复合简化。1.2组合子网的简化为了提高对复杂与极其复杂通风网络的模拟解算的效率,在目标对象不参与简化的基本原则下,可将简单的串联和并联子网简化为一条等效分支,并对其参数进行等效变换。在简化过程中应坚持以下原则:1)串联子网简化。若串联子网中不包括固定风量分支及无风机时,则该串联子网可简化为一条等效分支;若串联子网中包括固定风量分支时,则该串联子网可简化为一条固定风量等效分支;若串联子网中含有风机,则先将若干无风机分支简化成一条等效分支,再将若干有风机分支简化为一条等效分支,动力效果按风机串联方式合成。2)并联子网简化。若并联子网中不包括固定风量分支且无风机时,则该并联子网可简化为一条等效分支;若并联子网中全为固定风量分支时,则该并联子网可简化为一条固定风量等效分支;若不全为固定风量分支时,则将各固定风量分支简化为一条固定风量等效分支,将其它各分支简化为另一条等效分支;若并联子网中含有风机,则需先去掉风机分支,再按上述两个方法将剩余分支简化。3)复合子网。对于分支串联后又与另一分支并联或分支并联后又与另一分支串联的情况称为复合子网。复合子网的简化要有层次性,一个复杂的子网简化后又与其他分支形成串联或者并联关系,应按照串、并联子网的简化原则,不断地简化下去,直到不能再简化为止。2网络的等级分布在串联、并联、复合子网的等效简化过程中,对应的参数也应进行等效变换。参数变换主要是风阻和风机性能的变换。2.1等效支点量的确定包括固定风量的简化分支则按其中一个固定风量确定等效分支风量;有风机的串联子网则将各风机性能按风机串联方式合成;不包括固定风量分支且无风机的子网中,简化后的等效分支的风阻按风阻串联公式计算。1等效于风阻值rsRs=R1+R2+⋯Rn=∑i=1nRi(1)Rs=R1+R2+⋯Rn=∑i=1nRi(1)式中Rs——等效分支风阻值;Rn——串联子网中各分支的风阻值。2风机工作全压的计算风机串联工作的特点是:通过任一分支的风量等于每台风机的风量(没有漏风),风机串联合成的工作全压等于两台风机的工作全压之和,即:h串=Hs1+Hs2Q=Q1=Q2h串=Ηs1+Ηs2Q=Q1=Q2式中,h串为风机串联后的工作全压;Hs1和Hs2分别为两台风机的工作全压;Q为等效分支的风量;Q1,Q2分别为1、2两台风机的风量。2.2风机、风机联用子网全为固定风量分支的子网的等效分支风量为各分支固定风量之和;有风机的并联子网则分别将有、无风机两部分分支进行简化,最后简化为简单的并联子网,其中风机性能按风机并联方式进行合成;不包括固定风量分支及无风机的子网中,简化后的等效分支的风阻按风阻并联公式计算。1rs评分2+1r1Rs=1(1R1√+1R2√+⋯+1Rn√)2(2)Rs=1(1R1+1R2+⋯+1Rn)2(2)式中Rs——等效分支风阻值;Rn——并联子网中各分支的风阻值。2风机维护装置加的应用特点,将h在同一巷道中两台风机的并联性能可按风机并联方式进行合成,即按照风压相等,风量相加的原理进行合成,即:h并=Hs1=Hs2Q=Q1+Q2h并=Ηs1=Ηs2Q=Q1+Q2式中,h并为风机并联后的工作全压。在不同巷道中风机并联的合成较复杂,工作量大,且在井下实际中风机按此方式并联的情况较少,在简化过程中可不对其进行简化。3网络解算简化孔庄煤矿采用立井多水平开拓方式,井田内现有四个立井,分别为主、副井和东、南两个风井,利用主石门把主、副井与主要运输大巷相联。该矿通风网络中共有103个节点、158条分支;通风系统十分复杂,网络解算工作量非常大,因此必须简化。通过模糊简化后,剩余87个节点,134条分支;再进行等效简化,剩余66个节点,97条分支。可以看出:通过复合简化后,节点数减少了37个,占原有比例35.9%,分支数减少了61条,占原有比例38.6%。通过简化可以大大提高了网络解算的效率,且误差不超过5%,有很高的精度,解算结果见表1、表2。若只进行通风网络等效简化,则剩余75个节点,112条分支。减少节点数28个,占原有比例27.2%;减少分支数46个,占原有比例29.1%。由于在等效简化过程中,参数是进行等效变换的,所以该简化过程不会产生误差。4网络模拟简化文章分析了复杂矿井通风网络中的简化方法,提出了等效简化、模糊简化和复合简化的概念及等效简化过程中的应遵循的原则和参数等效变换的方法,并将网络简化方法应用于孔庄煤矿网络模拟解算。当进行复合简化时,减少节点比例为35.9%,减少