一种处理矿井通风阻力测定误差的有效方法.pdf

收稿日期 2003 - 08 - 28 作者简介王怀新1972 - ,男,河南辉县人,工程师,1997年毕业 于河北建筑科技学院。 一种处理矿井通风阻力测定误差的有效方法 王怀新1,马三喜1,严俭祝2,左树勋2 1 1 郑煤集团公司,河南 新密 452371 ; 21 中国矿业大学,江苏 徐州 221008 摘要提出了在风网风量平衡平差基础上,利用计算机解网来提高通风阻力测定精度、 减小误差的数据处 理方法。经过多个科研实例的应用,证明该方法是可行的。 关键词通风阻力测定;误差;风量平衡;仿真解网 中图分类号TD722 文献标识码B 文章编号1003 - 0506200306 - 0036 - 02 矿井通风系统阻力的精度常用相对误差来表 示,即要求测得的矿井通风系统阻力结果相对误差 5 时,则认为测定结果是有效的。然而,实际测 定工作中,导致误差的原因往往是多方面的包括自 然条件、 井下环境、 仪器的可靠性与精度、 测定方法 以及人为因素等。因此,阻力测定一般难以获得比 较理想的结果,即使精度检验合格通过,它也是从总 体上认为测定结果的基本可用性,依然不能排除局 部误差,甚至是个别分支存在较大的误差。这种偶 然性在测定结果的数据处理过程中有可能客观存 在。这些情况表明,矿井通风系统的阻力测定,由于 受到测量条件或实测工作量的限制,尤其在巷道复 杂、 风流状况不稳定的矿井,其测定结果往往存在一 定误差,难以达到精度要求。若不通过全面重测或 局部补测,欲求得合理的、 精度较高的阻力测定结果 的可行途径是在对矿井风网实测风量平衡平差 , 各个分支风流方向被确定后,根据各风流系统的阻 力即按照各自风机房内的监测仪或压差计实测的 相对静压值计算出风机风压值,上机进行计算机风 网仿真解算,进而通过合理地反复调整有关分支的 风阻值,当全矿各井巷的风量与实际风量分配基本 吻合,且各装机固定风量分支的阻力等于矿井实际 阻力时,调整工作即告完成。实践证明,由于风量平 差、 风阻调整时,充分考虑了通风系统的实际情况, 因而该方法可信度、 精确度高。 1 风网风量平衡模型 巷道风量是仿真解网时调整风阻的主要参数, 从矿井日常通风报表中可以获取全矿风量分配及风 机运行的基本数据。因为测风过程中受仪器精度、 测量技术及风流流动状态的影响,原始风量实测值 不可能严格满足克希荷夫第一定律。为了避免风量 不平衡性对风阻调整的影响,首先应对风网的风量 进行平衡。 设矿井通风网路中支路数为n ,节点数为m , 原始实测风量向量为Q Q 1, Q2,⋯, Qn T ,平衡 后的风量向量为q q 1, q2,⋯, qn T ,根据克希荷 夫第一定律,可建立m个风量平衡方程式 ∑ n j 1 aijqj 01 式1中aij i 1,2,⋯, m ; j 1,2,⋯ , n 为 符号函数 aij 1 节点i是支路j的入风节点 - 1 节点i是支路j的回风节点 0 节点i与支路j无关 令风量的改正值Vj和节点风量不符值Fi分别 为 Vjqj-Qj j 1,2,⋯ , n 2 Fi -∑ n j 1 aijQj i 1,2,⋯ , m 3 则式1可变换成下列形式的方程组 ∑ n j 1 aijVjFi i 1,2,⋯ , m 4 式4的矩阵形式为 AVF5 式5中A a ijmn是系数矩阵; V V 1, V2,⋯, Vn T 为风量的改正值向量; F F 1, F2, ⋯, Fn T 为风量的不符值向量。 风量平衡结果q可通过改正值向量V求得,但 63 2003年第6期 中州煤炭 总第126期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 式4或式5中,未知数个数大于方程数,因此需采 用最小二乘法,其准则是 V T WVT′ min 6 式中W diag W 1, W2,⋯, Wn是权值对角矩 阵,它是风量实测值可靠性的量度,风量实测值的可 信度愈高,其权值愈大。因此,可将风量实测值向量 按精度划分等级,按相同标准选取权值,通常可取等 权或实测值的绝对值的倒数。 为了实施最小二乘准则,必须用拉格朗日乘数 强制最小,令K为拉格朗日乘数向量,则式6等同 于下式 V T WV- 2KT AV - F T″ min 7 按自由权值强制最小,要求满足条件 5f 5V 08 经过一系列的推导化简,得约化方程组为 AW - 1 A T KF9 矩阵AW - 1 AT是mn阶的对称正定方阵,解 式9的线性方程组,求得K,进一步计算可得V VW - 1 A T K10 平衡后的风量向量为 qQV11 可见,其结果大小和方向能够满足矿井通风 网路的节点风量平衡定律克希荷夫第一定律。 2 仿真解网与示例 风网风量实测值经过平差程序平差以后,接着 绘制现状通风系统网络图。依据风网原始风压实测 值计算的各个分支风阻值,再由各风流系统阻力计 算的各自风机分支风压静压值,即 hfhshzh-ρ ν 2/ 2hz12 式中 hf 从进风井口至回风井口主干线上各分 支巷道实测值的总和,Pa ; hs 风流系统风机静压值,Pa ; hz 风流系统自然风压实测值,Pa ; h 风机房水柱计读数风硐测压处的相 对静压值 , Pa ; ν 风硐相对静压测定处的风速,m/ s; ρ 风硐相对静压测定处空气密度,kg/ m3。 最后把风机分支按固定风量方式处理,并将实 测的风机性能曲线一起,一并输入计算机进行仿真 解网。经过反复调整有关分支的风阻,且充分考虑 到矿井内、 外部漏风分支的位置、 数量、 大小和方向, 直至当全矿各井巷的风量符合实际风量分配,且各 装机固定风量分支的阻力等于矿井实际阻力时,则 计算仿真解网结束。显然,此时的节点风量、 回路风 压皆满足了克希荷夫第一、 第二平衡定律。 3 结语 1在仿真解网、 风阻值调整之前,应仔细了解 矿井风量的分配情况尤其用风地点的固定风量分 支、 风机现行工况,并在风网风量平衡的基础上进 行风阻值的合理调整。 2调整后的节点风量、 分支阻力和支路风阻能 够使矿井通风系统阻力的测定结果整体或局部做 到误差小、 精度高、 应用性强之要求。 参考文献 [1] 张惠忱 1 计算机在矿井通风中的应用[M]1 徐州中国矿业大 学出版社,19921 [2] 刘雪峰 1 矿井通风安全管理计算方法与程序设计[M]1 徐州 中国矿业大学出版社,19911 [3] Mikhail , E1M1 观测与最小二乘法[ M]1 北京测绘出版社, 19841 责任编辑秦爱新 上接第35页 如24 桩距人防工程巷道内壁的 距离分别是11018 m和11095 m ,减去桩半径014 m 和巷道墙厚015 m ,桩与巷道的净距离分别为195 mm和118 mm。根据电脑制图提供的数据,24 桩 必须向西平移,这样才能确保桩基施工不会打穿人 防工程。桩位确定后,还要根据桩位与建筑物轴线 的尺寸关系分别从2个方面进行校核,准确无误后 方可开钻成孔。 桩基施工正是根据电脑制作的地面建筑、 地下 人防工程、 钻孔的测量基准点 “三统一” 的图纸定位, 才确保了71个灌注桩施工无一打穿人防工程。此 外,还针对建筑物基底持力层膨胀土的特点,采取换 土、 降水、 预留一定开挖土层、 防雨覆盖等有力措施, 有效地防止了基底膨胀土雨浇水泡,排除了建筑物 开裂的重大质量隐患,确保小区18栋楼的安全。 3 结语 采用电脑制图确定建筑基础与地下人防工程的 空间关系,采取合理布桩措施,才能够确保地面建筑 物的安全。责任编辑秦爱新 73 2003年第6期 王怀新等一种处理矿井通风阻力测定误差的有效方法 总第126期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.