矿井通风管理系统的可视化设计与应用.pdf

“一通三防” 文章编号1003 - 496X200305 - 0018 - 03 矿井通风管理系统的可视化设计与应用 周 平,王德明,周福宝 中国矿业大学,江苏 徐州221008 摘 要文章介绍了矿井通风管理可视化系统的开发和应用情况。作者分析和总结了现有传统 的矿井通风网络解算方法的特点和弊端,开发了面对矿井通风系统图的管理系统,并在图形平台 上实现了通风网络系统的风量调节功能。 关键词矿井通风;管理系统;风量调节;可视化 中图分类号 TD726 文献标识码 C 矿井通风系统管理是矿井安全生产工作中的 重要组成部分。多年来,经过众多学者的探讨和 研究,开发出了诸多的计算机模拟管理系统,从各 个不同的角度对矿井通风网络进行计算机模拟, 取得了可喜的成果。从最初单纯的数值计算到如 今的图形化处理,都有很大的进步。从单一的网 络处理到综合模拟平台,都大大提高了通风管理 的计算机应用水平。但从实际应用上看,能够普 遍适应于不同矿井、 适合不同层次人员使用的管 理系统很少,其中都或多或少地存在着诸多问题。 为提高通风管理的自动化水平,我们利用Visual C 6. 0工具开发了基于Windows平台下的矿 井通风管理系统MVMS。并以蒋庄矿作为实 例进行了应用,应用效果良好,提高了该矿的通风 安全技术管理水平并取得了良好的经济效益。 1 系统的总体设计 本系统的主要功能有以下几个方面矿井通 风系统图的显示和动态模拟;可视化的网络解算 功能;局部通风系统风量调节功能以及调节方案 的生成和优化。 从实际管理角度看,矿井通风网络信息系统 数据包括两方面信息通风数据和图形数据,即通 风网络系统中风量参数及其他与风量有关的数据 和矿井巷道的图形数据。二者的关系是相辅相成 基金项目教育科学技术研究重点资助项目01027 的,对于井下巷道具有诸如巷道的断面、 长度、 始 末点高度、 与其他巷道的拓扑关系等,这些数据综 合起来就描述了井下巷道的空间数据。而在巷道 中流动的风流则是井下巷道的另一属性,同时也 是关系到井下安全生产的关键因素,通风管理的 目的也在于此。传统的风网分析是在纯数据上对 其关系进行演算推导,这对于工作人员来说提出 了很高的要求。所以在实际工作中,只有十分熟 悉矿井巷道关系、 井下设施布置、 风机性能参数的 工作人员才能做风网解算工作。同时还必须具有 丰富的工作经验,计算效率很低,一次计算的周期 很长,不利于矿井的通风安全技术管理工作的开 展。一般的电算程序也只是单纯的对数据进行处 理,不直观,数据处理复杂,易出错,不易于动态修 改,也不能适应矿井通风系统的动态发展。为了 克服传统通风网络管理工作的不足,我们借助地 理信息系统GIS的思想,针对风网特点,建立了 风网图形信息系统,把图形数据与网络数据有机 地结合在一起。在此基础上,分析风网数据,解算 风网,同时,建立支持数据库的决策支持系统,方 便不同层次的管理人员针对数据做出正确的决 策。本系统的简要功能示意图如图1所示。 2 图形平台的建立 在MVMS系统中,图形是整个系统的基础, 系统中的所有功能都是在图形上实现的。习惯上 我们一般都用单线图来表示系统示意图。这样做 81 第34卷 第5期 煤 矿 安 全 2003年5月 图1 系统结构示意图 相对来说要简单许多,但在实际效果上就不那么 直观。在这里,我们用双线条巷道来显示井下巷 道上下的关系,能表现出立体效果。 矿井通风系统图形数据主要由巷道线条、 通 风图块、 巷道名称、 风流方向等组成,对应此结构, 我们定义了如图2所示的类结构。 图2 类结构示意图 其中,在CBlcok类中实现风流方向和各通风 图块的绘制。在矿井通风系统示意图上,巷道既 有空间数据属性,也有网络数据属性,为实现二者 有机的数据联接关系,建立巷道类和节点类,以此 来统一图形数据和网络属性数据。 在此基础上,我们开发了矿井通风图形绘制 及管理的专业化图形软件包,实现通风图形的绘 制、 编辑、 修改、 放大、 缩小、 漫游、 全图显示、 打印 等功能,给用户提供了类似AutoCAD的二维绘图 环境。并且可以直接在图形上对风网数据进行修 改,以及具备分支动态查询、 网络分析等功能。如 图3所示。 在本系统中,用户可直接绘图,保存成一定的 图3 图形平台显示 格式,同时也提供了与AutoCAD的接口,可 以从现有的CAD格式图形转换过来,形成本系统 支持的格式。这大大增加了本系统的可用性和兼 容性,给使用人员提供了更多的选择,可以根据矿 井已有的测量图形稍加修改即可在本系统中使 用,提高了工作效率。 通风网络数据是与图形紧密相联的,结合图 形平台,实现网络数据输入的可视化操作,在图形 界面下进行数据输入,大大减少了工作量;也可利 用Excel和Access软件输入数据,再导入到系统 中,与图形数据相结合,形成系统定义的通风系统 数据。 3 可视化网络解算 在通风管理工作中,网络解算是所有其他工 作的基础,因此,准确、 快速、 直观的数值解算势在 必行。本系统中,我们结合图形平台,在此基础上 开发了可视化的网络解算程序。解算方法采用国 内外广泛使用的斯考德 恒斯雷法,这种方法算 法简单,占用内存较少。斯考德 恒斯雷法以图 论为基础,首先需要构造最小树,然后确定余数, 选定回路,最后进行风量迭代计算,直至满足一定 精度。 根据解算结果,可很清晰地看出矿井网络系 统的整体运行状态,对于风向反向的分支,在解算 结果中会提示显示,且会从数据模式切换到图形 模式,在图形平台下对反向分支以反向显示,使计 算结果一目了然,从而使技术人员从无休止的数 据和计算式中解脱出来。 4 通风网络风量调节 风量调节又称按需分风。为了保证井下用风 91 第34卷 第5期 煤 矿 安 全 2003年5月 点的需风量,就需要对通风网络进行风量的按需 调节。本系统主要是针对局部的风量调节。在实 际工作中,风量一般是由工作人员估计该在什么 地点进行调节,经过多次的尝试才能确定所需调 节的风窗的大小和位置。这给工作人员带来了很 大麻烦,同时也很难保证调节后通风网络运行状 态能达到要求。为此,在网络风网解算的基础上, 采用决策专家系统的思想,采用人 机结合的方 式实现局部的风量调节。在局部风量调节中分为 增风和减风调节,减风调节一般来说简单,在不影 响矿井最大阻力的条件下直接对用风地点进行增 阻即可达到要求。实际工作中,大部分也是这样 操作的。而增风调节相对来说就比较复杂,其基 本流程如图4所示。 图4 矿井局部风量调节的流程 在调节之前,先选定与目标分支相关的可调 节的分支,加入调节集合,然后对集合中的所有分 支进行如图4的流程计算。对于满足要求的结果 以方案的形式输出,以供工作人员参考。 5 结 论 本系统对蒋庄煤矿井下网络进行了系统模拟 解算,数据结果良好,提高了该矿通风安全管理的 效率。本系统主要具有以下几个特点 1提供了矿井图形化平台,能直观、 便利地 显示矿井相关图形和数据; 2提供多种数据输入方式,可通过数据库系 统导入原始数据,也可直接在图形中输入,并对原 始数据进行预处理,提高了解算结果的正确性; 3以表格形式显示通风数据,并可以在图形 或网格中以对话框方式直接修改数据,使对数据 的管理和维护更加灵活; 4在风量调节过程中考虑人为因素,采用人 机对话方式逐步实现调节方案的生成和选择,确 保方案的可靠性和可行性。 作者简介周 平1980 - ,男,在读硕士研究生, 2000年毕业于中国矿业大学,现在从事矿井通风管理可 视化方面的研究。 收稿日期2002 - 08 - 21 ;责任编辑郭瑞年 欢迎订阅和收藏 煤矿安全光盘版 煤矿安全 光盘版的出版发行是为了更好地服务于全国煤炭行业的工 程技术人员、 煤矿各级领导、 煤炭科研人员、 煤炭院校师生及地方各级工会 和劳动管理部门的有关人员;更好地适应科技期刊电子信息化的发展。此 次 煤矿安全 光盘版发行体现了容量大1970～2001年共326期分A、B两 盘、 价格低每套480. 00元的优点,方便了广大用户的要求。 欢迎订购。联系电话04136883335。 02 第34卷 第5期 煤 矿 安 全 2003年5月