一种校核矿井巷道摩擦风阻值的方法

摘要

本发明属于采矿工程矿井通风领域，具体涉及一种校核矿井巷道摩擦风阻值的方法。本发明技术方案是首先测试得到矿井巷道的摩擦风阻，将其录入到本发明的矿井通风智能管理系统中，通过矩阵演算得到矿井通风网络中的关键通路以及关键通路中的高信任分支，以这一分支的摩擦风阻值为基准，反过来校核其他巷道的摩擦风阻，进而得到整个矿井通风网络各巷道最接近真值的摩擦风阻，然后在系统中验证性工业试验，以确保本发明技术方案的准确性。本发明方发依托PC计算机，实现了矿井通风系统在计算机屏幕上的反演与模拟，与矿井现场测试值最大误差小于4%，为矿井通风管理与技术改造提供了科学依据，为煤炭矿井的安全生产提供了有力保障。

主权项

1.一种校核矿井巷道摩擦风阻值的方法，其特征在于按照以下步骤进行：首先测定矿井各通风巷道的通风阻力h和风量Q，并将实际的矿井各通风巷道网络转化为矿井通风网络数据结构录入计算机中，根据通风阻力定律式（1），求得R_j；$h_j=R_j·Q_j^2,(j=\mathrm{1,2},···,n)---\left(1\right)$其中：h_j代表矿井通风系统中的第j巷道的通风阻力，单位Pa；R_j代表矿井通风系统中的第j巷道的摩擦风阻，单位Ns²/m⁸；Q_j代表矿井通风系统中的第j巷道的风量，单位m³/s；将R_j录入矿井通风智能管理系统中，完成数字化系统数据的初始赋值；然后，采用深度优先搜索法遍历矿井通风网络，得到矿井通风网络独立通路矩阵P，枚举并对比各通路阻力H_i与矿井通风总阻力H_t的相对误差ε_i；P=(p_ij)_s×n，i=1，2，…，s；j＝1，2，…，n    (2)$p_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}1,(e_j\in P_i)\\ 0,(e_j\notin P_i)\end{array}\right.---\left(3\right)$$H_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{p}_{\mathrm{ij}}·h_j,i=\mathrm{1,2},···,s---\left(4\right)$ε_i=|H_i-H_t|/H_t×100%    （5）其中：s代表矿井通风系统中构成独立通路的个数；n代表矿井通风系统中巷道个数；P_ij代表当矿井通风系统中的第j巷道在第i个通路上时取1值，当矿井通风系统中的第j巷道不在第i个通路上时取0值；H_i代表第i条通路上的通风阻力，单位Pa；H_t代表矿井通风系统中矿井通风总阻力，单位Pa；ε_i代表通路通风阻力与矿井通风系统总阻力的相对误差，单位%；选择ε_i≤8%的通路作为关键通路集，在关键通路集中选择各巷道的测定通风阻力h_j为基础，设定W_j为第j条边或第j条分支在其所在回路中的逼近系数，根据回路压力平衡定律式（6），有：$W_j=\underset{j=1}{\overset{l}{\Sigma }}{c}_{\mathrm{ij}}{h}_j,(i=\mathrm{1,2},···,n)---\left(6\right)$其中：C为独立回路矩阵；c_ij为回路矩阵中的元素，即当矿井通风系统中的第j巷道在第i个回路上且风流方向与回路方向一致时取1值，即当矿井通风系统中的第j巷道在第i个回路上且风流方向与回路方向相反时取-1值，当矿井通风系统中的第j巷道不在第i个回路上时取0值；选取出关键通路中各巷道的逼近系数W_j，使其组成最佳逼近系数集，在数值集中设k个数据筛选区间，每个区间的域由式（8）确定，W_j在域X_t的频率由式（9）得到，$X_t=\left\{\begin{array}{c}{X}_0=W_1+\frac{1}{k}(W_{\max }-W_{\min })\\ X_t=X_{t-1}+\frac{1}{k}(W_{\max }-W_{\min })\end{array}\right.,(t=\mathrm{1,2},···,k)---\left(8\right)$$b_j=\left\{\begin{array}{cc}a=a+1,& W_j\in (X_{t-1},X_t)\\ a=a& W_j\notin (X_{t-1},X_t)\end{array}\right.,(t=\mathrm{1,2},···,k),(j=\mathrm{1,2},···,l)---\left(9\right)$其中：W_max代表关键通路中各巷道的最逼近数值；W_min代表关键通路中各巷道的最远离数值；X_t代表数据区间函数；l代表独立回路个数，即矿井通风系统中构成独立通路的个数；k代表数值滤波的数据区间个数；b_j代表W_j在X_t区间的频率函数；a代表统计W_j在域X_t出现的频数；根据频率函数b_j，由高频率确定通路集中关键巷道的原则，获取最高信任测试巷道摩擦风阻R_双-i，从而确定了矿井通风网络的关键通路及关键通路中高信任分支，以此为测试基准，将R_双-i代入公式（1）中，得到本方法测得的巷道通风阻力h_双-i；以h_双-i为测试基准，将其代入公式（1）中，计算得到其它巷道的摩擦风阻R；对矿井通风系统的每一条巷道重复进行上述测定和计算，对于每一条巷道共得到i个摩擦风阻值，选取其中出现频率最高的风阻值，确定其为整个矿井通风网络各巷道最接近真实值的摩擦风阻值；将校核后的各巷道的摩擦风阻值重新录入矿井通风智能管理系统数据库，生成校核后的矿井通风智能管理系统；在校核后的矿井通风智能管理系统中对矿井通风系统进行验证性工业试验，打开风门，改变调窗面积，与矿井实际工业试验得到的摩擦风阻真实值进行比较，验证其校核处理的精度与准度，在工业试验验证符合实际情况的前提下，便可使用该系统进行矿井通风的设计与管理，当发生与实际情况不符的情况，则返回上述步骤重新进行校核。