煤矿三维通风仿真系统.pdf

金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 煤矿三维通风仿真系统煤矿三维通风仿真系统 中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京） 金码软件（北京）有限公司金码软件（北京）有限公司 2010 年年 5 月月 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 1.金码公司简介金码公司简介 金码软件（北京）有限公司致力于为矿山企业提供国际领先、专业系统化 的矿井三维通风仿真系统、大型矿山三维可视化系统、矿山精益管理系统和数 字矿山整体解决方案。 金码公司在三维矿业软件领域技术先进，这些技术将帮助中国矿业企业大 幅度提高数字化矿山建设的先进性和实用性。金码公司矿业三维可视化技术平 台可广泛应用于勘探数据三维可视化描述、 以三维平台为基础的矿山生产管理、 矿山生产过程模拟、矿山虚拟现实、以及以数据为基础的领导决策支持等领域。 金码公司作为中国矿业大学科技园数字矿山领域最具实力的软件公司之一， 通过与科研院所的联合研发和广泛开展国际合作， 公司为中国矿山企业提供如下 产品和服务 矿井三维通风仿真系统－矿井三维通风系统设计，通风网络解算和优化， 通风系统经济性分析和评价，矿井降温、除尘系统定量分析和 三维模拟， 反风演习模拟，井下爆破排烟、瓦斯突出动态模拟，通风系统调整方案仿 真及通风管理决策支持； 矿山三维可视化系统－矿山三维可视化地质建模，三维采矿系统建模，以 及基于统计学的储量计算和地质特征分析； 矿山精益管理系统系列－局矿一体化物资管理系统，矿山安全精益管理系 统，矿山设备精益管理系统，矿山企业内部 市场化管理系统，矿山物资精 益管理系统； 矿山自动化控制系统－基于真三维可视化平台的井下人员定位系统、井下 移动设备监控系统设计，主风机变频控制系 统，排水控制系统等； 相关专业培训和咨询服务。 2 通风系统概述通风系统概述 当前，我国煤矿矿井事故类型多种多样，但事故的成因总有一定的发展规律 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 可循。事故统计发现，但凡能造成重特大事故，一般都与通风系统有关，或者是 通风系统不合理，或者是通风系统本身就没有完整地形成，导致包括瓦斯爆炸、 煤尘爆炸重特大事故。 因此，合理的通风系统对于保证煤矿矿井安全生产极为重要。 合理的矿井通风系统是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点 提供足量的新鲜空气，提供适宜的温度、湿度，保持良好的气候条件，以保证井 下作业人员的生命安全和改善劳动环境的需要，采取符合实际的矿井通风方式、 矿井通风方法和矿井通风网络。并且要求在发生灾害时，能及时而有效地控制风 向及风量， 并配合其它措施， 将事故控制在一定范围内， 防止灾害的进一步扩大。 只有能顺利完成以上任务的矿井通风系统才能算作是合理的， 而体现在宏观 上，合理的矿井通风系统必须具备以下几个特点 1 通风系统简单实用； 2 通风设施安全可靠； 3 保证稳定的风流导向； 4 矿井通风阻力﹙包括摩擦阻力和局部阻力﹚最小，且分布合理； 5 具备抗灾能力强。 通风是关系井下工作环境的直接因素， 是防治瓦斯、 火灾、 粉尘灾害最直接、 有效的手段。而在设计或改造通风系统时，绘制通风系统图、网络图，风机选型 与调节、自然分风、按需分风的解算，最优设计与改造，最优调节与控制，风机 管理，通风报表，故障诊断和灾变处理等工作只靠人工和经验是远远不够的。为 了加强通风管理， 提高通风系统的抗灾能力， 必须借助于先进的计算机模拟技术。 借助于现代化的信息管理技术， 以计算机作为辅助手段来对矿井通风系统进 行管理已是大势所趋。使用计算机图形系统建立矿井三维通风网络模型，通过对 巷道的断面、风阻等参数进行赋值，可以实现通风系统的数字化、科学化和可视 化，然后通过一定的算法对网络数据进行处理、解算，对通风过程进行模拟，从 而为矿山管理人员和技术人员提供必要的数据支持，以辅助通风和生产决策。 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 3 矿井三维通风仿真系统矿井三维通风仿真系统 矿井三维通风仿真系统是金码软件（北京）有限公司在引进澳大利亚专业通 风仿真软件技术的基础上进行开发并推广的，在矿井三维通风设计、通风网络解 算、三维通风仿真方面处于世界领先水平。系统可以用于矿井通风设计、通风系 统优化、除尘降温、反风演习、通风系统经济性分析以及以通风仿真为基础的通 风决策支持等领域，使用该系统可以帮助矿山企业进行合理的通风管理，节约通 风成本，提升矿山企业整体形象。 矿井三维通风仿真系统采用先进的计算机图形、 数据库应用技术和虚拟现实 技术。通过三维建模，用户将复杂的矿井通风过程以三维图形的方式简单、直观 的展现出来，用户可从任意角度浏览矿井各个巷道的情况，实现了巷道风量和风 向的实时解算，为矿井通风决策人员提供参考依据。通过对不同区间数据进行着 色，通风过程的关键数据和薄弱环节一目了然。 系统提供通风经济性分析工具，在三维可视化的环境中对通风方法的安全 性、 合理性和经济性进行分析， 在保证通风系统安全的前提下合理节约通风成本。 真三维可视化系统平台为矿井通风管理提供了全新的操作平台。在系统中， 我们通过建立通风网络模型，设置污染源位置，便可以在三维环境下直观的看到 污染物的扩散过程。 矿井三维通风仿真系统同样被应用于矿井安全知识培训方面， 通过真三维通 风仿真系统，通风安全专业问题被直观的展现出来。 3.1 主要功能如下主要功能如下 系统标准功能系统标准功能 ★ 新建矿山通风网络系统设计、解算和风流动态模拟； ★ 生产矿山风流动态模拟； ★ 任意风路固定风量、固定风压、网络风流按需分配仿真； ★ 模拟新掘或废弃井巷后风网系统的变化； ★ 模拟风门、风窗、密闭等通风构筑物设置和风量调节效果; ★ 通风模拟井巷断面或长度变化； ★ 辅助进行短期和长期通风系统规划； 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 ★ 在风网优化设计的基础上进行风机选型，风机运行工况点分析； ★ 支持对主辅扇、局扇建模和多级机站联合运转分析； ★ 风机调速、反风模拟； ★ 主要风路经济断面选型、风网通风经济性评价； ★ 稳态模拟烟雾、粉尘、有害气体扩散路径和浓度，辅助进行灾害预案制 定和紧急情况处理； 系统高级功能系统高级功能 ★ 矿井自然风压分析； ★ 支持对深井（一般指超过 500 米井深）进行空气可压缩性分析，并自动 调整风机特性曲线； ★ 可对通风系统进行全局优化，推荐优化模式下的关键巷道断面尺寸，支 持对高损耗风路设计多达 10 种断； ★ 面尺寸并对相应的通风成本和通风能力进行曲线分析； ★ 可对井下热源和制冷系统进行建模，从而定量分析矿井降温系统效果和 全矿井温度分布； ★ 串联通风和污风循环预测； ★ 爆破除烟和瓦斯突出动态扩散模拟分析； 3.2 系统功能特点系统功能特点 l 通过对矿井通风系统数据进行三维可视化建模，将整个矿井通风系统直观、 动态的展现出来，系统建成后可作为矿山企业进行通风系统管理和调整的决 策分析平台； l 可有效的帮助矿山企业进行科学的通风系统管理和调整，及时预测和发现通 风系统薄弱环节，合理节约通风成本； l 兼容对矿体、矿区地形、地质构造，井下实测三维模型数据的真三维可视化 建模和整合； l 在三维可视化环境中通过对风速、风量、风压、通风成本、热量、高程等几 十种数据进行计算并设置颜色图例，帮助用户快速对数据进行分析和解译； l 经济性分析工具帮助优化关键巷道经济断面，可自动从风机数据库中选择最 经济可靠的风机类型； 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 l 可对井下爆破排烟和柴油机排放物进行动态扩散模拟； l 可对井下热源、冷源和湿源进行建模，可在三维可视化环境中实现对矿井降 温效果进行定量分析； l 支持任意多级机站通风系统解算， 循环风预测， 风机调速、 开关和反风模拟； l 兼容其他三维模型数据。可直接导入 AutoCAD DXF 文件生成通风网络图， 也可将建好的三维模型直接导出到 AutoCAD 中形成通风立体图； l 系统简单易学，容易上手，适合于任意通风复杂度井工矿山，现已在国内大 型金属矿山企业、煤矿和矿业类科研院所得到广泛应用； l 可针对大型矿山企业的需要进行定制开发，在三维可视化通风仿真系统的基 础上整合风机监控系统和井下环境监控系统实时数据； 4 系统功能展示系统功能展示 4.1 矿井通风系统三维可视化建模矿井通风系统三维可视化建模 矿井三维通风仿真系统可对矿井通风数据进行真三维建模， 主要 功能包括 1 矿井通风系统拓扑关系自动建立和管理； 系统提供丰富的三维 图形绘制工具，同时可直接导入 AutoCAD DXF 图形自动建立通 风系统拓扑图； 2 图形操作包括平移、三维旋转、放大、缩小、选择、隐藏等； 3 节点操作插入、删除、合并、抽稀节点； 4 巷道三维图形和单线图显示，建立巷道主要属性数据库； 5 选择显示当前巷道信息如巷道名称、风量、坐标等； 6 风流方向的动态显示； 7 通风设施布置； 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 8 分支、通风盘区、开采水平以及风流类型三维描述； 9 矿井通风系统属性数据管理及其可视化； 10 指定节点坐标； 11 矿井通风仿真系统数值计算自动化、可视化； 12 循环风风路可视化； 13 矿井通风系统仿真结果可视化； 14 矿井通风系统按需分风调节可视化。 图４-1-1（矿区地表俯视图） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图４-1-2（煤层底板等高线与三维通风网络图） 图４-1-3（巷道风量及动态风流） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图４-1-5（风网风阻分布） 图４-1-4（通风构筑物分布） 4.2 通风系统按需分风调节功能通风系统按需分风调节功能 1 网络风流按需分配仿真； 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 2 网络增阻调节； 3 网络调节节点法。 图４-2-1（网络风流按需分配） 图４-2-2（网络增阻调节法） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 4.3 通风网络解算、通风动态模拟通风网络解算、通风动态模拟 通风网络解算是系统的基本功能之一，在巷道贯通、密闭，通风 设施构筑后，系统可以实时对整个风网系统进行解算，动态模拟 调整后风网风流。 1） 建立风网模型、设置各巷道断面参数、摩擦系数和局部阻力； 2） 风网主扇、辅扇和局扇工况点分析、选型和仿真； 3） 参照测风报表数据，对解算结果进行分析和解义； 4） 修正模型参数并得出解算结果； 根据通风系统调整的需要，可在现有风网模型的基础上可进行 1 模拟新掘井巷的贯通和报废； 2 模拟井巷断面或长度变化； 3 模拟风门个数、位置、调节量； 4 模拟风机数量、位置和特性，井下多级机站通风； 5 风机性能测试及数据处理； 6 风机特性曲线模拟及调节。 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4- 3- 1（矿井通风系统实时解算图） 图 4- 3- 2（系统数据库涉及通风相关的所有数据） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4- 3- 3（局扇选型和仿真） 图 4- 3- 4（压能图） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4- 3- 5（井下干球温度30 摄氏度巷道分布） 4.4 烟雾、粉尘、有害气体扩散动态模拟功能烟雾、粉尘、有害气体扩散动态模拟功能 通过污染物仿真工具可动态模拟烟雾、粉尘和有害气体扩散过 程。 1 设置污染物位置，可动态模拟污染物在下游巷道的扩散比例、 扩散时间； 2 根据测量污染物位置，可分析污染源头； 3 根据井下传感器实时采集数据，可对井下火灾、粉尘源头进 行分析，帮助快速采取避灾措施和避灾路径； 4 支持空气可压缩性 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4- 4- 1（制定位置污染源向下游巷道的扩散比例） 图 4- 4- 2（指定位置污染物扩散到下游巷道所需时间） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4- 4- 3（根据烟雾传感器报告分析火灾源头（图示黄色巷道为可能发生火灾的巷道） ） 图 4- 4- 3（新风与污风） 4.5 地面主扇反风模拟、局部调节地面主扇反风模拟、局部调节 系统可用于反风演习方案的制定和演习数据的分析 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 1） 模拟风机反转，指导制定合理的反风演习方案； 2） 根据实际反风演习的测量数据对通风系统进行评价； 3） 局部调节分析； 图 4- 5- 1（地面主风机反转 180 秒新风所到巷道） 图 4- 5- 2（地面主风机反转 900 秒新风所到巷道） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 4.6 高风阻巷道经济断面分析高风阻巷道经济断面分析 通过设置主要通风巷道断面参数、巷道掘进工程成本、服务年限 等参数，系统可模拟出不同断面选型下，通风成本和采矿成本的变化 曲线。 1） 断面参数与通风成本； 2） 断面参数与采矿成本； 3） 断面参数与风量变化； 图 4- 6- 1（经济断面分析参数） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4- 6- 2（不同断面类型下通风、采矿成本曲线） 4.7 三维虚拟现实三维虚拟现实 在计算机系统上，尽可能逼真地虚拟了现实中的矿井，以及井下通 风设施分布情况。系统导入三维实测数据直接生成三维实测巷道模 型。在三维实测巷道模型的的基础上，实现纹理、光照效果和巷道漫 游等功能； 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4-7-1三维实测巷道模型 图 4-7-2巷道漫游图 4.8 矿井通风系统综合分析、评价与报告矿井通风系统综合分析、评价与报告 系统提供风网主要性能分析和评价功能，分析结果能以 Microsoft Excel、Microsoft Word 通风系统综合分析与评价功能包括 1 通风系统“三区”分布； 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 2 地面主扇风机选型与多风机联合运转分析； 3 调节位置合理性分析与评价； 4 巷道风速分布分析与评价； 5 矿井需风量分析与评价； 6 矿井功耗分析； 7 通风系统可靠性分析 8 通风系统灵敏性分析； 9 通风系统最大通风能力分析； 10 通风系统最小需风量分析； 11 矿井自然风压分析与评价； 12 井下空气成分分析与评价； 13 矿井分区通风分析与评价； 14 矿井串联通风分析与评价。 图 4-8-1（通风系统“三区”分布） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4-8-2（抽出式-地面双主风机联合运转） 图 4-8-3（风机工况点） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4-8-4（通风系统数据库与三维图形一一对应） 图 4-8-5（矿井自然风压分析） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4-8-6（循环风检测并闪耀提示） 图 4-8-7（风网主要性能参数统计分析） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4-8-8（风网能耗分析） 图 4-8-9（通风网络图直接输出为 DXF 文件） 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 图 4-8-10（基于用户定制的风网数据输出与分析） 5 系统实施数据输入要求系统实施数据输入要求 建立三维通风仿真系统的基础数据要求 1 矿井开拓系统平、剖面图； 2 采区布置图 3 通风系统图 4 地质测量标高图、地表等高线图（用于建立矿区地表模型） 5 各主要巷道、硐室的断面类型、参数资料及主要通风设施布置图。 6 最近一次通风阻力测定数据（或者在项目中包含通风阻力测定部分） 7 风机特性曲线测定数据 8 各安全监测系统、自动控制系统的监测点的位置、类型、报警上下限、单位、 状态、实时数据等（可通过软件接口获取） 建立全矿井三维可视化系统的数据要求 1 矿区边界数据、地质勘探的钻孔、测井资料、断层信息、柱状图、三维地震 的解释成果数据库（包括地层、煤层、褶皱、断层 、陷落柱、熔岩侵入、 古河床冲刷等） ，各主副井、风井、巷道、硐室的测量资料。 2 地面工业广场布置图、水文地质图、井上下对照图、通风系统图、安全监测 金码软件金码软件 矿业至能矿业至能 网址 电话010-51734505/6/7 设备布置图等各种必须的图纸。 3 各种安全与生产的标准、规程。 4 各主副井、风井、巷道、硐室的数字摄像资料。 5 采区的采掘接续规划，回采工作面的资料。 6 井巷工程造价信息。 7 各种生产与安全设备的类型、功率、工艺参数等资料。 8 煤层煤质资料。 9 其他相关资料。 系统运行硬件环境要求系统运行硬件环境要求 三维通风仿真系统可在当前主流的操作系统上运行， 为达到三维通风仿真系统的 良好动态效果，建议计算机的主要要硬件配置高于以下建议配置 1 操作系统Windows 2000/XP/Vista，苹果 Mac 系统 2 中央处理器奔腾 1GHz 以上 3 内存512MB 以上 4 显示卡128MB 以上独立显存并带硬件加速功能（重要） 5 硬盘100MB 以上自由空间 系统提供完善的使用手册，为每一功能的使用提供详细的说明。系统支持二 次开发，针对各大型矿山企业特殊应用需求，用户可在现有平台的基础上通过二 次开发来实现。 联系信息联系信息 金码软件（北京）有限公司金码软件（北京）有限公司 联系人朱方平 电话 86 10 5173 4505/6/7 传真 86 10 5173 4507 手机 86 137 1880 3123 邮箱admin 网址 地址北京市海淀区清华东路16号艺海大厦702室（矿业大学北门） 邮 编100083