多级机站通风方式中的单向回路问题.pdf

第卷第期 年月 有色金属 , 多级机站通风方式中的单向回路问题 刘剑 ‘ , 贾进章 ‘ , 郑丹 ‘ , 赵千里 了 辽宁工程技术 大学 , 辽宁 阜新 了。。 金川有色 金属公司 , 甘肃金昌 。 摘要介绍含有单向回路的多级机站通 风 网络的通路模拟算法及其结果 。 通 过修改搜索策略 , 用深 度优先搜索法 确定通 路的矩阵算法 , 模拟计算有单向回路的通 风网络 。 结 果表明 , 通过优化机站位置 、增减 机站 、 网络优化调 节 、 角联 结 构分析等 , 可消 除单向回路或减少单 向回路的负面影响 。 关键词采矿工程 多级机站通风网络模拟计算通路 单向回路 中图分类号文献标识码 八 文章编号 一一一 问题的提出 某有色金属矿井采用地面主扇集中抽出式通风 方式 , 简化的通风网络如图所示 。 。 和 。, 风路是 进风井 , 。。 风路是回风井 , 扇风机特性 曲线为析 一 叮 一 一 , 一 一 、‘ 火 一 、 , 其中为风 阻 , 为风量 。 通风系统各风路的主要参数如表所 示 。 其 中风量是集 中通风方式的风量值 。 如果将 地面 主扇撤掉并移到 。 风路 , 变成井下机站通风方 式 , 假设扇风机特性不变 , 则 风路风量值变化如表 中的风量所示 。对 比风量和风量 , 看出机站风 路 。 的旁侧风路 。 一 。 的风流方向发生变化 , 并形 成了单向回路 。 一 。。。。 。 从表中还 可以看出 , 通 风方 式改 变 后 , 系统的总 风 量 由 下降到 , 。 风路 表风路风阻与风路风量变化 巴 风 阻 一“ 风量 一 ’ 风量 一’ 亡 召 尸【 一 一 一 一 图通风网络 金川有色金属公司二矿区 、 南京 梅山铁矿等国 内外许多矿井均采用多级机站通风方式 。 该通风方 收稿日期 一一 作者简介 刘剑 一 , 男 , 内蒙宁城县人 , 教授 , 博士博 生 异师 , 主要从事矿井通风与防灭灾等研究 式具有节约能源 , 调节方便 , 管理简单等 优点 , 越来 越受到重视和推广 。 但是如果机站位置或风机功率 选择不合理 , 往往会导 致机 站风路的旁侧风路发生 风流逆转 , 即所谓的循环风现 象 。 此现象在 金 川 二 矿区是非常普遍 的 , 以该矿 机站 为例 , 东西副 井 一 段 、 主斜坡道段 、 以及无 轨运输道都是的旁侧风路 , 在旁侧风路上无其 它通风动力 , 循环体外的通风动力又不够 , 则势必导 致该旁侧风路风 流 反向 , 形成循环风 。 通风系统 中 存在循环风 , 也就是通风网络 中存在单 向回路 , 所谓 单 向回路就是风路风流方向相 同的回路 。 通风网络 中有单向回路存在 时 , 其节点风量平衡定 律和回路 阻力平衡定律仍然成立 , 问题是包括寻找通路本 身 在 内的一切基于通路概念的算法都将失效 。 如 网络 调节通路法 、 自然分风算法 中计算机 自动赋风量初 始值的通路法 、 网络极值流 的独立通路法 、角联结构 判别的通路法 、 网络简化的通路法等等 , 都是建立在 通路算法基础上的 。 图论方法是解决含有单 向回路 第期刘剑等多级机站通风方式中的单向回路 问题 通风网络的通路 问题和避免单向回路或减少单 向回 路影响的有效工具 。 无单向回路时确定通路的矩阵法 已知通风网络 ,, 。 , , , ⋯ , , ,,,, 二 , ,, ⋯ ,。, 一 , 一 , 文 献 一 」 中详细论述了节 点 ,‘ 到竹之 间的全部通 路数为式所示 。 一 艺 。‘一 。。‘。。 一 。 ,一 , 其中 , 乏 是 ‘ 中的第行第列 的元 素 , 而 ‘二 月卜 ’, 是有 向图节点邻接矩 阵相乘次 。 如果计算网络 的全 部 通 路数所有 进风井 口到 出风井口之间的通路数 , 则要把各网络源点与汇点 之间的全部通路求 和 , 由式计算 。 习 。。‘ , 任 ,一, 、任 一 , 任价任 川 式 中 , 网络的源点 进 风井 口点 , 亦即人 度等于的 节点 记为 一 , 网络 的汇点出风井口点 , 亦即 出度等于的节点记为 十 。 余子式 , 即不考虑正负符号 。根据 上述原理 , 图的 全 部通路矩阵为 尸 , 其中尸和 尸 是 ,, 节点之 间的通路 。 脚价叭叭叭 ⋯ 八 ”︸ ︵几 刀刀‘ 飞 笼 图中 , 。, 二 , 网络 的全部通路包括 。,, , ,, , ,, ,。 , , 节点之间的通路 。 根据式 , 网络的总通路数有条 。通 路矩 阵 尸可以通过 展开节点邻接矩 阵对应 的风路符号矩阵 ‘ 的余 子式获得 , 步骤为建立 节点邻接矩阵及对应 的风路符号矩 阵 ‘ 令 二 ‘ 十 , 为单位矩 阵对取行列式 , 记为 。 求 片竹之间的通 路 , 须展开行列式 中的 、 对应的余子式不是代数 有单向回路时通路矩 阵算法 的问题 如果图中的 。 风路风流方 向发生变化 , 即由 , , , 变成 , , , , 网络 中存在单 向回 路 。对应 的节点邻接 矩阵是 。 以 , “ , 节点之 间 的通路为例 , 可通过计算第行向量的方法进行〔 , 计算如下 ,,, , ,, , 。 通路数为 一 习 二 犷 一。‘十 内 ,十 ⋯ 尹 一‘ ⋯ 二 一 。从 图中明显看出 , , , , 节 点之间长度为 的通路有一条 , 即 。 , , , 。 , 长 度为的通路 又有一条 , 即 。 ,,,,,,。显然长度为 的通路是一个 带有单向回路 , 。 , 。。 的假 通路 。 如果网络的节点数很 大 , 甚至会产 生单 向回路循环 好几次的情况 。在本例 中, 如果 节点数增加 到 , 并 保持 ’’, 了 ’ 〕 ,’,,,, 的拓扑关系不 变 , 那末 , , , 节 点 之 间 的通路数 就 会是个 , 单 向回路 。 ,, 。 将 会出现次 。 所 以说 , 带有单 向回路的流体网络图是 不能用式和 式计算通路数 的 , 同时也不 能用展 开矩 阵 的 方法确定通路矩阵 。 深度优先搜索法确定全部通路 文献〔 」 系统论述了深 度优先搜索 以及 深度优 先搜索确定通路的算法 , 但是如果按照文献 仁〕给定 的搜索策略 , 在搜索 ,,, 之 间的通路时 , 就有可 能出现 , ,, 。 ,‘ , 。 的情形 。 也就是说按照 普通 的搜索策略 , 深度优先搜索 法 也不 能解决含有 单向回路的网络的找通路问题 。 为此需要修改搜索 策略 , 分支着色 所谓分支着色就是对已经搜索过的 分支做标记仍按文献〔 〕 所述不变 , 见式 。将 文 献〕的寻边策略 。。。 。, ,。 任 , ,。 任 , 。。 任并 笋修改为式 。 一 。 ,’’ 式 中 , 。 , 。 , 二、 。 为未被着色的分支集合 ’ 定义为已着 色 的分支集合为搜索选定的分 支 , 即着 色分支 。 土﹃﹃ 勺侧月工沼‘,‘ ‘‘尸尸尸尸尸尸 、‘ ⋯ 少 ︵ 勺砚勺四队四 ﹄尸阮 厂伙际比以卜卜 卜日阮厂阳阳 四比 有色金属第卷 ,。 , 。。 任 , 。。 任 , ,。 任 , 。。 任 ’ 护功 式 中 ,’ 表示着色分支集合对 应 的节点集合 , 其余符号 同前 。 的循环风问题 。 防止旁侧风路风流逆转形成循环风的办法之二就 是在循环体之外增设机站 。 图中的循环体 , 即单 向回 路 。。 一 。。。 之外的风路有 。 , ￡ ,。, 。 , , 。 。, 和 。, , 共计条 , 但是只有在 。。风路上设置机 站才不会导致消除老的循环风而又产生新的循环风 。 具体的机站位置以及机站参数选择可以通过模 拟确定 。 图无单 向回路的通风网络 避免单向回路或减 少其影响的探讨 优化级站位置 图为 金川公司二 矿区局部网络示意图 , 为水 平主回风道单 机 机站 , 为水平主回风道单机机站 , 。, , 。 , 。 为主斜坡 道 , 设计用作进风 , 。 为水平 主回风道与 主斜 坡道之间 的联络道 , 。 为水平主回风道与 接力回风井 , 。 为水平主回风道 , 。 为水 平主 回风道 , 为水平主回风道与行充填 回风井以 。 节点为界 , 。 为行充填回风井 , 。。 为水 平主回风 道与主斜 坡 道 之间 的联 络道 。 设计风流流 向如图中所示 。 但是 由于井下 系统的复杂性 , 该矿的通风系统 非 常不 稳 定 , 。 ,, 。。 风路的 风流方向时常变化 。 自主斜 坡 道 本 来设 计的是 进 风道 , 时 常 变 成回风 道 , 井下 污浊空气 由此 排出 。 并形成 两 个 大的循环 风 , 一是循环风系统 , 。 一 。 一 。。 一 其 它风路 一 。 , 二是循环风系统 , 。 其它风路 。 。 为了消除循环风系统 , 并保证主斜坡 道始终是 进风井 , 利 用模拟 运 算 确 定 的 改 造措施 分 别 将 机站和机站 由当前位 置前移数十米 , 即分别移到 , , , 节点所在的马头门附近 。 不仅消 除了循环风现象 , 而且增加了机站的有效风量 , 提高 了系统 的稳定性 。 在 旁侧风路或循环体外增设机站 图所示的通 风网络 , 在 。 风路设置机 站 时 , 导致旁侧风路 。 , 。 , 。, , 。 的风流方 向发生 变化 , 此 时如果在旁侧 风路 。 上再增设一个 功 率适当的机 站或空气幕 , 则可避免由于 。 风路设置机 站所产生 一 ⋯ 图金川二矿局部网络图 吻 表网络调节减少循环风效果表 风路风 阻 一“ 风量 一‘ 风量 、一’ , 一 一 一 一 、 一 一 一 网络优化调节减少循环风的影响 仍以图有循环风存在 时的情况为 例 。 在 。 风路设调节 , 令 △二 二 “ 一 ”, 其它参数不 变 , 模拟结果如表中的风量所示 。 旁侧风路的 反向风量 值明显 降 低 , 而 矿井的 总风 量 却由 增加到 。 结论 当网络 中存在单 向回路 , 确定通路的矩阵算法 失效时 , 通过修改搜索策略 , 深度优先搜索法既适用 于无单 向回路时的找通 路 , 也适用于有单 向回路 时 的找通路 。 可以通过优化机站位置 、 增减机站个数 、 优化调节网络可消除单 向回路或减少单 向回路的负 面影响 。 第期刘剑等多级机站通风方式中的单向回路问题 参考文献 【 」刘 剑 , 贾进章 , 郑丹流体网络理论【〕北京煤炭工业出版社 , 一 【 〕徐瑞龙通风网络理论 〔 」北京煤炭工业 出版社 , 〔贾进章 , 郑丹 , 刘剑通风网络 中通路总数确定方法 的改进【」〕辽宁工程技术大学学报 ,, 一 一 一 乙 , , 从 ,卜 , 于 了 肠 、 , 一 ‘,, 鳍 飞 之去,二 妙 , 二犷 , , ￡ ,‘ 明 , 认 , ￡ ,,, 肠 , , , ,, 沃 〔巧 一 俪 犯 即 诚 月 溯耐 而铭 不犯 , 二 , 叩 一一 一 上接第页 肠 总体布置 三中段阶段高度 , 一 水平为顶柱 , 顶 柱高度 , 一 水平为底柱 , 底柱高度为 , 分段高度 , 堑沟拉底高度 。 采准水平分别为 ,, 和水平 , 采用上 、下盘天溜井和侧 翼斜坡道联合采 准 。 矿房沿矿体走 向布置 , 矿房跨度 , 长度 , 分段进行双回路凿岩 。 间柱跨度 , 分段进行单进路凿岩 。 凿岩采用软型凿岩机 , 孔 径 二 , 扇形中深孔落矿 。 矿房在垂直矿体走向 方向又分为上 、下 盘两个小矿房 , 实行分步回采 。 为保 证采场的稳定性 , 减少采充 的干扰 , 小矿房之间的回采 顺序按 ””型对角式顺序。 分段回采进路均垂直矿体 走向布置 , 间距 。 矿房采用个分段条进路同时 大爆破落矿 , 爆破采用孔底起爆 、 多排 同段微差爆破 、 多排孔间微差爆破技术 。 底部堑沟巷道作为矿房出矿 运输巷道 , 出矿采用 刃 铲运机 。 矿房出矿结束 后即进行尾砂胶结充填 , 底部充填灰砂比为 , 中部 充填灰砂比为 , 顶部厚充填灰砂比为 。 为 降低成本 , 顶柱和间柱均采用无底柱分段崩落法回采 。 技术经济指标 深部铜矿采用高分段大跨度空场嗣后充填法开 采东部高品位厚大矿体 , 共采 出矿石万 , 矿石 品位 , 铜 金属量 , 采 矿 损 失 率 小于 , 贫化率小于 , 充填量万衬 , 取得经济 效益多万元 。 结语 多年生产实践表明 , 矿山要取得较好 的经济效 益和社会效益 , 必须根据不 同的矿体赋存条件和 开 采技术条件 , 采用不 同的采矿方法 。 无底 柱分段崩 落法适用于矿体较 为复杂 , 分枝 、 复合 明显 , 品位较 低 的矿体 。 阶段空场采矿 法适 用于矿体 较规 整 , 矿 岩中等稳固 , 且相对独立对周边 矿体不 会造成 影响 的矿体 。 高分段大跨度空场嗣后充填法适用 于矿体 规整 , 矿岩 中等稳固 , 且品位较高的矿体 。 矿山应根 据具体实际 , 结合矿体赋存和开采技术条件 , 通过经 济效益分析确定最佳的采矿方法 。 。一 了 一 万之 刀“ ,户 户召, , , , 介 ,。 己 肠 , 恤 , ,, , , 。 ,,一 , 卜 二 ,, 耐垃 瑶 。刁〕 详而 而比浏区 且五外 肠 〕