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风丸说明书
1通风网络解算软件简介
通风网络解算在矿井通风安全管理中发挥着十分重要的作用。
新矿井的通风设计、主要通风机的选型、老矿井通风系统的优化改造等都离不开准确的风网解算。
网络解算从解算的方式分为人工解算和计算机解算。
对于简单的通风网络,可采用人工解算,对于实际矿井复杂的通风网络,人工解算则既烦琐又费时,且容易出错。
计算机在解算时具有无可比拟的速度和精确度。
1.1软件简介
1.1.1概述
矿井通风的主要任务是根据各用风地点的需要供给新鲜风流。
新风在被送到各用风地点直至排出地面要经过许多巷道,这些进回风巷与用风巷地点形成矿井通风系统,按矿井的风流方向,依次相联而成的网状线路叫做通风网路。
在进行通风管理及设计工作中或改善矿井通风系统时,往往要进行网路解算。
解算网路的原理是依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律及已知参数列出方程组(独立方程的个数要和独立未知数的个数相等),然后求解。
由于未知数的个数众多,阻力定律又是二次方程,利用代数法解算甚为困难。
1931年,H·柴操德提出几何法计算θ型网路风量;1938年,S·威克斯提出了简单网路图解法;50年代,W·马斯等提出了电力模拟法解算复杂的通风网路,后来又经历了通风网路(迭代)试算法。
以后这种试算法在使用中不断完善,特别是六十年代应用数字电子计算机解算通风网路以来,复杂网路迭代试算法得到了迅速发展和广泛的使用。
解算复杂的通风网路的迭代试算法可分为两类:
一类是回路法,即由假定回路内分支风向和风量开始,逐步修正,使之满足风压平衡定律;一类是节点法,由假定风流节点的压力值,逐步修正压力分布值,使之满足风量平衡定律。
1.1.2软件简介
目前我矿使用的矿井通风网络解算软件原名"风丸"(以下皆称之为风丸),是由日本九州大学工学研究院井上雅弘博士编制,编制的主要计算机语言为V-Basic,它的主要工作原理:
利用风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律及已知参数进行模拟解算,首先给出网路中各个回路风量的近似值,使它们满足风量平衡定律,然后利用风压平衡定律对初拟的回路风量逐一进行修正,这样经过多次反复迭代计算、修正,使风压逐渐平衡,风量逐渐接近于真值。
1.2风丸软件的界面
1.2.1软件应用环境
风丸软件支持Windows98以上计算机操作系统,对计算机的内存、CPU、硬盘、CD-ROM、打印机无特殊要求。
1.2.2安装
启动计算机,进入windows98(或以上)操作系统,插入软盘(带风丸软件的),直接将其拷进硬盘某一目录下即可,或者直接在软盘中使用。
1.2.3风丸界面
在存放风丸的目录下,找到名称为Avwine的文件,然后双击图标即可打开风丸,进入人机对话界面,如图(图1-1)所示。
界面包括标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、工作区、滚动条和滚动按钮等,以下逐个进行介绍。
1.2.3.1标题栏
位于屏幕最上端的蓝色横条,它给出当前活动文档的名字,如果是刚打开的新Avwine文件,您看到的将是“Network1”,如果是打开已经存在的文件,则显示“Sampledata”文件。
1.2.3.2菜单栏
在菜单栏中共有六个菜单项,分别为“文件、编辑、解析、查看、窗口、帮助”。
每个菜单都包含多种命令,有的还包含子菜单。
下面重点介绍这些菜单的功能及使用方法。
1.2.3.2.1“文件”菜单
单击菜单栏里的“文件”项,将会打开文件菜单,如图1-2所示。
其中包含命令及作用如下。
▲
新建:
建立新的Network文件(以下称为网络图文件)。
▲打开:
打开已有的网络文件。
▲另存为:
把当前的网络文件以不同的文件名或不同的文件位置保存。
▲保存:
以当前的文件名、文件位置保存。
▲打印:
打印当前活动区网络文件(图)。
只有选定打印时,相应的“打印开始”、“打印机设定”命令才处于活动状态。
▲文件信息:
只有打开已有的网络文件才能显示
Sampledata。
▲
退出:
系统将提示未保存文件是否保存,选择确定后即可退出风丸软件。
1.2.3.2.2“编辑”菜单
单击菜单栏里的“编辑”项,将会打开编辑菜单,如图1-3所示。
其中包含命令及作用如下。
▲增加节点:
增加巷道终点或起始点,并填写相应的参数。
▲节点变更:
改变节点位置或参数。
▲节点删除:
删除节点。
▲增加巷道:
在选择的两节点间增加巷道,并填写相关参数。
▲巷道变更:
改变巷道参数,或巷道形式。
▲巷道删除:
删除所选定两节点间的巷道。
▲增加风机:
在选定的两节点间或某一节点,插入风机,并填写相关风机性能参数。
▲风机变更:
改变风机工作方式或改变风机性能参数。
▲风机删除:
删除选定两节点间的风机或某一节点风机。
1.2.3.2.3“解析”菜单
单击菜单栏里的“解析”项,将会打开解析菜单,如图1-4所示。
其中包含命令及作用如下。
▲风量:
风量子菜单中包括“标准解析”、“继续解析”、“画面移动”三个子命令,这些子命令的作用在下面章节中再作详细介绍。
▲参数:
主要用来设定标准解析及火源点相关参数的设定。
▲工具:
包括一个子命令及风机特性表示,点击它时将生成“dispxydocument”特殊文件类型的文件,该文件一般情况下打不开,只有在打开“dispwinc”文件时,才能将其打开。
它存放一些风机性能参数及解算出的系列参数。
1.2.3.2.4“查看”菜单
单击菜单栏里的“查看”项,将会打开查看菜单,如图1-5所示。
其中包含命令及作用如下。
▲刷新:
刷新屏幕。
▲画面设定:
对屏幕相关显示参数的设定。
▲图形大小优化:
将所有活动区域的图形在不利用
▲滚动条的情况下显示得一目了然。
▲扩大显示、缩小显示、显示倍率的任意选择、顺时针旋转、逆时针旋转命令将实现画面相应变化。
▲工具栏:
选择时则界面显示工具栏。
▲状态栏:
选择时则界面显示状态栏。
1.2.3.2.5“窗口”或“帮助”菜单
单击菜单栏里的“窗口”或“帮助”,将会打开相应的菜单,其中帮助菜单只能打开“索引”命令。
1.2.3.3工具栏
在工具栏中共分为两类,分别为“工具栏”、“常用工具栏”,工具栏中包含“新建”、“打开”、“存盘”、“标准解析”、“参数设定”、“画面设定”、“刷新屏幕”、“扩大”、“缩小”、“与窗口吻合”、“放缩随鼠标”“逆时针旋转450”、“顺时针旋转450”、“打印”等命令,这些命令在上面已分别作过介绍。
常用工具栏中包括:
“增加节点”、“节点变更”、“删除节点”、“增加巷道”、“巷道变更”、“删除巷道”、“增加风机”、“风机变更”、“风机删除”等命令,这些命令在上面已分别作过介绍。
其实以上工具栏中命令在菜单命令中都已存在,只是将其以工具栏形式排列出来,只要点击它就可用,为操作提供了方便。
1.3风丸软件的工作流程图:
收集原始资料
绘制通风系统网络图并输入相关参数
进行画面设定并保存文档
进行标准解析
保存
解析主风机运转的工况点
2风丸软件的应用技术
2.1通风网络图的绘制方法
2.1.1收集原始资料
因为风丸软件没有自动生成巷道磨擦风阻(R值)和进行风机性能(H-Q曲线)鉴定的功能,所以绘制通风网络图前,首先进行的工作是收集原始数据,数据类型为:
2.1.1.1收集最近通风阻力测定数据。
包括收集井上下所有相关巷道起始点、终点、交叉点及拐点的标高、属性(是地面还是井下等)相关巷道的断面、巷道的长度、巷道的温度及热传导系数等,并绘制出通风网络草图,图中应明确节点编号。
2.1.1.2风机性能鉴定数据。
根据矿目前主风机运行的转速,描绘出主风机的H-Q特性曲线。
2.1.2.节点绘制方法
2.1.2.1增加节点
点击工具栏上的“增加节点”按扭或点击“编辑”下拉式菜单中增加节点命令,然后将鼠标移至活动区适当位置单击,系统将弹出人机对话框,按要求填写即可。
注意点:
▲节点编号不可重复或为0。
▲编号范围为1~1500。
▲最多可设1000个节点,所以选择节点要慎重。
2.1.2.2节点变更
点击工具栏上的“节点变更”按扭或点击“编辑”下拉式菜单中节点变更命令,然后将鼠标移至活动区相对应节点上双击即可弹出人机对话框,进行节点参数的修改。
节点位置的修改:
点击工具栏上的“节点变更”按扭,将鼠标移至活动区相对应节点上按住鼠标左键不放,移动鼠标合适位置后松开即可。
2.1.2.3节点删除
如果需要删除节点可点击工具栏上(或点击“编辑”下拉式菜单中进行选择)的“删除节点”按钮,然后将鼠标移至需删除的节点双击,系统将提醒你是否删除节点,单击“是”即可删除该节点。
2.1.2.4节点巷道插入
如果某一条巷道少一个节点,可以采用节点巷道插入法将其插入到该巷道中去。
具体步骤为点击“增加节点”,然后将鼠标移至所需位置,单击左键→出现对话框,输入完参数后选择“巷道插入”并确定→分别点击该条巷道两端节点,出现图2-1对话框,按要求输入相应参数即可。
如图2-3为在节点2-10之间插入节点20。
2.1.3巷道绘制方法
软件依据两点确定一条直线的原则进行绘制风路,再进行“巷道变更”或删除该巷道。
2.1.3.1增加巷道
点击工具栏上的“增加巷道”按扭或点击“编辑”下拉式菜单中增加巷道命令,然后在活动区将鼠标移至需要增加巷道两节点,分别点击,将弹出图2-2的对话框,再将该巷道的相关参数输入确定即可。
如图2-2,为在节点2-3之间增加巷道。
注意点:
▲软件支持最多巷道1500条。
▲软件支持最多巷道形式2500种。
▲
选择固定风量,只需填写风量值。
2.1.3.2巷道变更
如果某一条巷道参数输入有误或巷道的形式有误,可以利用巷道变更命令进行修改。
点击工具栏上的“巷道变更”按扭,然后在活动区将鼠标移至需要修改巷道两节点,分别点击,将弹出图2-3的对话框,再将该巷道的相关参数修改完确定即可。
如图2-3,为在节点2-3之间巷道进行参数修改。
图中有“改变巷道位置”按钮,是用来改变巷道形式或在巷道中增加一些通风设施。
单击它将在活动区内出现一些提示,依据提示进行设计便可改变巷道形式或在巷道之间增加通风设施。
以便使画面更加一目了然。
2.1.3.3巷道删除
点击工具栏上的“巷道删除”按扭或点击“编辑”下拉式菜单中巷道删除命令,然后在活动区将鼠标移至需要删除巷道的两节点,分别点击,将出现是否删除的对话框,选择“是”即可删除该条巷道。
2.1.4矿井主风机的设定
在巷道输入完毕后,可进行风机设定工作。
2.1.4.1增加风机
点击工具栏上的“增加风机”按扭或点击“编辑”下拉式菜单中增加风机命令,然后在活动区将鼠标移至需要增加风机两节点(或某一节点,双击),分别点击,将弹出图2-4的对话框,再将该风机相关的性能参数输入,确定即可。
如图2-4为在节点9-12之间插入风机。
注意点:
▲软件最多可设风机50台。
▲点击两节点的先后可将风机形式设为压入式或抽出式。
▲风机两节点的标高必须相同,否则将出错。
2.1.4.2风机变更
如果风机的参数输入有误,软件提供更改风机参数的功能。
点击工具栏上的“风机变更”按扭或点击“编辑”下拉式菜单中风机变更命令,然后在活动区将鼠标移至需要更改的风机的两节点(或某一节点,双击),分别点击,将弹出风机变更的对话框,再将该风机相关的性能参数重新修改确定即可。
2.1.4.3风机删除
点击工具栏上的“风机删除”按扭或点击“编辑”下拉式菜单中风机删除命令,然后在活动区将鼠标移至需要删除风机两节点(或某一节点,双击),分别点击,系统将提醒你是否删除,点击“是”即可删除该风机。
2.2画面设定
软件提供画面设定功能,可根据个人爱好及需要设定画面形式。
点击工具栏上的“画面设定”按扭或点击“查看”下拉式菜单中画面设定命令,将弹出对话框,即可进行画面设定工作。
画面设定主要功能:
2.2.1改变画面尺寸。
2.2.2画面旋转。
2.2.3选择字体大小。
2.2.4选择节点直径大小。
2.2.5节点内容及小数保留位数。
2.2.6线上方的变量及小数保留位数。
2.2.7线下方变量及小数保留位数。
2.2.8可以进行线上方变量、节点编号、节点/风机、巷道、节点变量、活动区背景、线下方变量、强调表示的颜色设定。
2.3标准解析
2.3.1参数设定
点击工具栏上的“参数设定”按扭或点击“解析”下拉式菜单中参数设定命令,将弹出图2-5的对话框。
对话框内容意义:
2.3.1.1表示间隔(min):
表示在演示时的演示速度。
值越大,间隔越长,演示得越慢。
2.3.1.2火源点的节点编号:
必须输入该值,编号必须包含在网络图内。
2.3.1.3火源温度:
火源点的火源温度。
2.3.1.4计算间隔:
计算间隔值设定越大,演示越快。
2.3.1.5结束时间(min):
表示灾害扩展范围随时间的关系。
2.3.1.6瓦斯浓度:
灾区瓦斯浓度。
2.3.1.7最大计算总次数:
该值越大,计算越精确,误差越小。
2.3.1.8误差:
该值越小,计算越精确,误差越小。
2.3.2标准解析
基本数据输入完后,即可进行解析了,解析方法如下:
点击工具栏上的“标准解析”按扭或点击“解析”下拉式菜单中“风量”子菜单中参数设定命令,系统将弹出对话框。
点击“Start”便可进行标准解析。
对话框最上面一个框是表示计算的误差值。
下面一个框是表示程序是否按已设定好的结束时间进行演示。
“参数更新”按钮是对解析参数进行更新动作,更新按上面要求进行便可。
选择“详细资料”即可显示解析过程。
解析结束后点击“刷新”按钮,可获得解析后一些巷道状态参数及灾害影响范围。
注意点:
▲程序允许的最大解析次数为9999次,大于此数,系统将提示出错。
2.4生成主风机的工况点
为了了解主风机在当前状态下以何工况运转,可利用风丸软件的“Dispwint”程序进行模拟演示,方法如下:
2.4.1在风丸“Network”文件标准解析后,选择“解析”菜单“工具”子菜单下“扇风机特性表示”,计算机将生成“DispxyDocument”格式文件。
2.4.2打开风丸软件,双击“Dispwint”程序,将出现如图2-6的人机对话框。
2.4.3X轴的设定:
单击X轴的设定按钮,系统将弹出对话框,其中相关参数介绍如下。
表示倍率:
值越大,X轴越长。
辅助线间隔:
表示X轴的数值标注。
单位m3/min
范围:
表示X轴的标注范围。
坐标值间隔:
表示每个标注值之间以多少个小格分开。
坐标轴与坐标间的距离:
表示坐标值与坐标标注的距离,此值越大,数值离轴越远。
2.4.4Y轴的设定与X轴的设定一样。
“要表示的坐标值”自动生成,无需设定。
2.4.5以上步骤输入完成后,选择“文件”菜单下的“打开”命令,选择对应的“DispxyDocument”类型文件并确定,然后在“编辑”菜单下选择“表示收敛结果”命令,即可生成风机工况点,工况点在演示图以红点形式出现(参见图3-3)。
2.5相关参数单位
软件对参数单位要求很高,现将使用过程中遇到的一些参数单位总结如下:
风量单位:
m3/min
压力单位:
mmH2O
巷道磨擦阻力系数:
Murgue
温度:
OC
长度:
m
断面积:
m2
热传导率:
Kcal/mhc
风机压力:
mmAq
节点标高:
m
火源点温度:
OC
时间:
min
瓦斯浓度:
%
压力损失:
mmH2O
坐标值间隔:
单元格
3风丸软件在矿井安全生产中应用实例
3.1收集原始数据:
3.1.1收集××煤矿××××年进行的矿井通风阻力测定数据。
3.1.2收集××煤矿××××年进行的主风机性能鉴定数据。
描绘出风机在483r/min转速下的H-Q曲线。
××矿1#主风机性能曲线图见图3-1。
系列1表示风机转速在450转速时H-Q曲线。
系列2表示风机转速在500转速时H-Q曲线。
系列3表示风机转速在550转速时H-Q曲线。
▲注:
绘制转速为483r/min的H-Q曲线图方法
因为矿井主风机动轮的直径不变,则可利用公式(3-1)进行描绘转速为483r/min的H-Q曲线。
Q1/Q2=n1/n2(公式3-1)
式中:
Q-风量n-转速。
3.2风丸软件在-850大巷贯通前后的应用
3.2.1绘制-850巷道贯通前通风网络图,输入相关数据并进行标准解析,结果见附图1,此步骤主要用来验证风丸软件解析结果的误差是否太大(与现场实测相比)。
3.2.2系统方案对比
本着系统优化降阻、矿井通风经济可靠为原则,在-850大巷贯通前经过多次研究,最终提出两个方案:
方案1:
–850大巷贯通后作为回风巷道;
需增通风设施:
-700东二皮带下山三横管大车门两道,-700东二沉淀池大车门两道,-700东二清理斜巷上口大车门两道。
方案2:
–850大巷贯通后作为进风巷道;
需增通风设施:
-700东二皮带下山三横管大车门两道,-700东二沉淀池大车门两道,-700东二清理斜巷上口大车门两道,-770东二水仓联络巷大车门两道。
根据上述两方案,分别建立风丸网络图利用风丸软件对其进行了可行性对比。
绘制-850大巷回风时通风网络图,输入相关数据并进行标准解析。
(见附图2)
绘制-850大巷进风时通风网络图,输入相关数据并进行标准解析。
(见附图3)
将两种方案的矿井总回风量对比如下:
方案
矿井总回风量(m3/min)
矿井通风阻力
(mmH2O)
矿井需要风量(m3/min)
是否满足生产需要
方案1
10678
228
10580
是
方案2
10220
234
10580
否
由上表知,如果采取方案2,矿井总回风量不能满足矿井安全生产的需要,通过计算矿井主风机转速需上调17r/min,方可满足需要,但每年增加通风电耗达12.8万元,而且相对增加了矿井东翼采区通风设施的数量。
而采取方案1,在矿井主风机转速不变的情况下,依然能够满足矿井生产的需要,实现以风定产;同时减少了矿井西翼负荷,并且大大减少了矿井西翼主要回风道因巷道失修而造成的阻力损失。
通过以上对比分析,可知方案1为最优调风方案。
3.2.3模拟-850大巷贯通后的风机运转的工况点:
利用第二章介绍的方法,软件自动生成风机在483r/min运转下的工况点。
如图3-2、3-3分别为-850大巷贯通前后风机工况点。
3.2.4风丸解析结果与调整后的实际结果对照及结果分析
3.2.4.1可解析出巷道贯通后的风流方向,由附图1、附图2知,-850贯通后的风流是由-700西二采区流向-700东二采区,风向与实际结果一致(见附图4)。
解析出巷道贯通后的风量为1601m3/min,与现场实测风量的误差为+78m3/min。
3.2.4.2通过分析解析后的网络图,可了解-850大巷贯通对矿井通风系统的影响,从而确定-850大巷贯通方案是否可行。
由附表1知-850大巷贯通后矿井的总排风量在风机转速不变的情况下增加278m3/min,减少了矿井西翼负荷,并且大大减少了矿井西翼主要回风道因巷道失修而造成的阻力损失。
由图3-2及图3-3分析知:
采取方案1-850大巷贯通后矿井总通风阻力相对减小5mmH2O,此结果与实测一致。
也可通过解析后的网络图知各主要分支的风量变化情况,知道大系统调整后,井下是否存在微风巷道、风速超限地点、风量不足地点,以便采取相应的应急措施。
为通风系统优化方案提供最为简捷、准确的评估。
3.2.4.3误差结果分析:
通过该软件对-850东西翼大巷贯通后系统模似情况可知(经附表一分析),-850大巷贯通前实际风量与网络解算风量最大误差为195m3/min,-850大巷贯通后实际风量与网络解算风量最大误差为-112m3/min。
这种现象主要是由于巷道通风参数取值不合理,造成解析结果不符合实际,因为大部分巷道通风阻力系数取自于1998年矿井阻力测定数据,与现状不大吻合,例如,中央风井两翼总回风道,从98年年底开始,不断处于“失修-修护-失修-修护”的状态,又如,-600千三皮带机道、-600配风巷、-700西二中部回风上山,近期失修严重,所有这一切必将影响风丸解析结果,虽然经过调整,但误差仍然存在。
3.3风丸软件在优化-700东二采区通风系统方面的应用
-850大巷贯通后,-700东二采区采取两进一回的通风方式(-700运输下山与轨下作为进风,-700东二回风下山为回风),由于-700东二回风下山联络巷风量为2780m3/min,风速达5.8m/s,且东二猴车已安装完并正常运行,东二一横管大车门过人频繁,加之风速较大,给安全生产带来不利影响,经研究决定,准备将东二通风系统改为一进两回(-700运输下山作为进风巷,-700东二回风下山与轨下为回风巷)。
为了了解系统调整后是否会对其它用风地点产生较大影响,我们对该方案进行了风网解算(见附图4),通过下表对比,证明此方案是可行的。
方案
矿井总回风量(m3/min)
矿井通风阻力
(mmH2O)
矿井需要风量(m3/min)
-700东二回风下山秒风速
两进一回系统
10678
228
10580
5.8
一进两回系统
10808
225
10580
2.4
采取一进两回方案,不但解决了-700东二回风下山的风速高的问题,而且减少一处通风设施,从大系统来讲,它相对增加了矿井东翼总回风量,进一步减少了矿井西翼通风负荷。
系统调整后,经过实测证明,风丸解析结果是正确的。
3.4风丸软件在13207
(二)运输道与13207(三)运输道贯通前后的应用
13207
(二)运输道与13207(三)运输道贯通前,为确保13207
(一)工作面回采需要风量(580m3/min),可以采取以下两种方案。
方案1:
-770大巷改为进风巷道;
需增通风设施:
在-770外口三角门砌大车门两道,在-770大巷里段砌大车门两道,在13207
(二)砌人行门两道。
方案2:
-770大巷仍作为回风巷。
需增通风设施:
在13207
(二)砌人行门两道。
利用风丸软件对以上方案分别进行模拟解算,结果见附图5、附图6。
经过方案对比,方案2最终作为可行性方案,即-770大巷仍作为回风巷。
具体技术经济比较见下表。
方案
矿井总回风量(m3/min)
矿井通风阻力
(mmH2O)
矿井需要风量(m3/min)
13207
工作面风量(m3/min)
-770大巷进风
10211
234
10580
200
-770大巷回风
10706
225
10580
640
由上表知,当-770大巷改为进风时,由于改变了-700西三采区通风方式,增加了13207
(一)工作面通风流程,增加矿井西翼的流程阻力,使矿井通风困难,在目前主风机的运转状态下,矿井总回风量10211m3/min,按矿井风量计算细则计算还差369m3/min,不能满足矿井生产的需要,而且13207
(一)工作面风量最多可调到200m3/min,与需要风量580m3/min相差较大,所以最后确定13207
(二)运输道与13207(三)运输道贯通的通风系统调整方案在大系统不变的情况下,进行局部小范围的调整,调整后情况与解算结果相符,现13207
(一)工作面风量为668m3/min。
4结论
通过计算机通风网络解算软件的应用,得出以下结论:
4.1利用计算机通风网络解算
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