矿井通风辅助设计软件的研制.pdf

第 29 卷第 3 期太原理工大学学报Vol. 29 No. 3 1998 年 5 月JOURNAL OF T AIYU AN UNIVERSITY OF TECHNOLOGYMay 1998 矿井通风辅助设计软件的研制 邢玉忠 采矿与土木工程系 姜铁明 刘文朝 司爱忠 凤凰山煤矿 摘要 利用数据管理系统 FOXBASE,开发和研制了矿井通风设计软件。该软件按照矿井通 风设计的方法和步骤, 实行表格式输入、 输出及储存中间结果, 使设计过程清晰地反映在表格之中, 便于查错与修改。另外本软件还具有自动分配风量, 自动计算全矿各巷道通过风量, 验算风速, 自 动计算通风阻力,寻找最大阻力路线及优选主扇风机等功能。 关键词 通风设计; 数据管理;风量计算; 阻力计算;风机优选 中图分类号 TD722 矿井通风设计是矿井设计的重要环节, 是继矿 井开拓开采设计的又一重要内容。在矿井通风设计 中, 计算工作量大, 重复计算多, 是一项耗时、费 力、容易出错的工作。开发本软件的目的在于将通 风设计人员从繁杂的计算工作中解脱出来, 充分发 挥计算机的管理功能和计算功能, 提高矿井通风设 计的质量和速度。 1 基础数据的输入 在矿井通风设计中所需基础资料较多, 数据管 理非常关键, 因而选用管理功能强的 FOXBASE 作 为软件开发的环境, 输入的基础数据及计算结果均 以表格形式储存, 便于录入、检查、补充、使用和 输出。 根据设计中所用数据类型、 归属, 建立如下 5 个 数据库。 1. 1 采煤工作面数据库 cm. dbf 该数据库储存了全矿各采煤工作面的基础参 数,如工作面长度、采高、产量、控顶距、绝对 瓦斯涌出量、同时工作的最多人数等,此外还将工 作面的所需风量、配风量及风速等计算结果和采煤 工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数 KCF存入该 库。以便于管理和使用。其形式如表 1 所示。 表 1 采煤工作面数据库 采面 编号 采煤 方式 工作面 长度 /m 采高 /m 产量 /td- 1 最 大 控顶距 /m 最 小 控顶矩 /m 一次最大 炸药量 /kg 人数 / 人 风流 温度 / ℃ 相对瓦斯 涌出量 /m3t- 1 所需风量 /m3min- 1 配风量 /m3min- 1 风速 /ms- 1 KCF C01综采1802. 2 C02普采1202. 0 1. 2 掘进工作面数据库 jj. dbf 为计算掘进工作面的所需风量, 须掌握掘进面 瓦斯涌出量、 同时工作最多人数、 断面积、 一次爆破 的最大炸药量、 局扇吸风量及掘进面瓦斯涌出不均 衡的风量系数 KJF等参数, 因而建立如表 2 所示数 据库。 男, 1963 年生, 硕士, 讲师, 太原理工大学 中区 采矿与土木工程系, 030024 文稿收到日期 1997-07-11 表 2 掘进工作面数据库 掘面 编号 性质 掘进 方式 KJF 断面面积 / m2 绝对瓦斯 涌出量 / m3d- 1 人数 / 人 一次爆破 炸药量 / kg 局扇 型号 局 扇 吸风量 / m3min- 1 掘进面所 需风量 /m3min- 1 配风量 / m3min- 1 风速 / ms- 1 J01煤机掘 J02 岩炮掘 1. 3 硐室数据库 ds. dbf 井下需独立通风的硐室有 机电硐室 包括变电 所、 水泵房等 , 爆破材料库及充电硐室、 采区绞车 房、 变电所等, 尽管其所需风量的计算方法不同, 但 仍可将其所需原始数据归结到同一数据库中, 如表 3所示。 表 3 硐室数据库 硐室编号硐室名称 体积 /m3 进回风温差 / ℃ 运转电机 总功率 / kW 发热系数 经验给风量 /m3min- 1 所需风量 /m3min- 1 配风量 /m3min- 1 DH01火药库 大型 100～150 中小型 60～100 DJ01绞车房60～80 1. 4 独立通风巷道数据库 dl. dbf 各独立通风的巷道所需风量, 应按瓦斯涌出量 和最低允许风速分别计算, 并取其中最大值, 因而该 数据库应包括巷道绝对瓦斯 或 CO2 的涌出量、 巷 道断面面积、 岩性及瓦斯涌出不均衡的风量系数等。 如表 4 所示。 表 4 独立通风巷道数据库 编号巷道名称岩性 断面面积 / m2 绝对瓦斯 涌出量 / m3min- 1 瓦斯涌出 不均衡 风量系数K 所需风量 / m3min- 1 配风量 / m3min- 1 风速 / ms- 1 q01 上山联络巷煤1. 2～1. 3 q02 大巷联络巷岩1. 2～1. 3 1. 5 井巷特征数据库 jh. dbf 井巷特征数据库, 除了包括井巷断面积、 形状、 支护形式、 长度、 始末节点号等直观特征外, 还需包 括摩擦阻力系数 、 风阻 R 及风量、 风压、 风速等通 风参数, 以便为以后的阻力计算服务, 如表 5 所示。 表 5 井巷特征数据库 巷道名称 巷道编号 始节点号 末节点号支护形式断面形状 104 / kgm- 3 L / m U / m S / m2 Q / m3s- 1 R / kgm- 7 hm / Pa V / ms- 1 Vmax / ms- 1 副立井00112混凝土砌石旋圆形 运输大巷00334料石砌石旋半圆拱 2 矿井总风量计算 在通风容易时期, 矿井总风量的计算与通风困 难时期基本相同, 只是基础参数不同, 计算原则及程 序均相同。 269 第 3 期邢玉忠等 矿井通风辅助设计软件的研制 2. 1 采面所需风量计算 根据 煤矿安全规程执行说明 第 110 条“ 矿井 风量计算方法” 中的规定, 各个采煤工作面实际所需 风量, 应按 a. 瓦斯、 二氧化碳涌出量; b. 爆破后有 害气体产生量; c. 工作面的气温; d. 工作面最低允 许风速; e. 工作面同时工作的最多人数等因素分别 进行计算, 取其中最大值。备用工作面, 可按其采煤 时实际所需风量的 50 计算 . 软件根据 煤矿安全规程执行说明 提供的计算 方法和计算公式, 从“ 采煤工作面数据库” 如表 1 所 示 中读取相应参数, 按以上 5 种方法分别计算工作 面所需风量, 取其中最大值即为第 i 个回采工作面 所需风量QCi。将该值记入表 1 所示“ 采煤工作面数 据库” 中, 然后逐一将其它采面的所需风量及备用工 作面所需风量 QCBi算出, 则矿井全部采面所需风量 QC QCi QCBi. 2. 2 掘进工作面所需风量计算 每个独立通风的掘进面实际所需风量, 应按 a. 瓦斯或二氧化碳涌出量; b. 炸药用量; c. 局部风机 吸风量; d. 最低允许风速; e. 同时工作的最多人数 等因素分别计算, 并取其中最大值做为该掘进面需 风量Q Ji, 记入“ 掘进工作面数据库” 如表 2 所示 。 2. 3 硐室所需风量计算 每个独立通风的硐室所需风量, 应根据不同类 型的硐室分别进行计算。 机电硐室实际所需风量, 按机电设备运转的发 热量计算; 爆破材料库实际所需风量应按每小时 4 次换气量计算; 其它硐室实际所需风量可按经验值 给定。 按以上方法计算或选取各独立通风硐室的所需 风量 Q Di, 记入表 3 所示“ 硐室数据库” 中, 全矿硐室 所需风量 QD等于各独立通风硐室的实际所需风量 之和 QDQDi. 2. 4 其它巷道所需风量计算 需独立通风的各巷道所需风量, 应根据其巷道 的瓦斯涌出量和最低允许风速分别进行计算, 然后 取其中最大值为该巷的所需风量记入“ 独立通风巷 数据库” 如表 4 所示 中。 全矿各独立通风巷所需总 风量QQTQQT i. 矿井所需总风量 QKJ QCiQJiQDiQQTi KKT 式中 KKT矿井风量备用系数。 包括矿井漏风和 配风不均匀系数。一般取为 1. 2～1. 5 . 3 矿井风量分配 3. 1 各用风地点配风 对于掘进面、 硐室及其它独立通风巷道的配风, 以其所需风量为准。因而将表 2、 3、 4 所示数据库中 的“ 所需风量” 分别复制到相应的“ 配风量” 字段。 对 采 煤 工 作 面, 将 矿 井 总 风 量 QKJ减 去 QJi,QDi,QQTi后的风量 Q, 按采煤工作面 产量进行分配, 备用工作面按其产量的一半配风。 q Q TCi 1 2 TBi 式中 q 采煤工作面日产吨所需配风量, m3min- 1; TCi第 i 个采煤工作面的日产量, td - 1; TBi第 i 个备用工作面, 投产后的日产量, td - 1. 则各采煤工作面的配风量为 QCi qTCi. 各备用工作面的配风量为 QBi 1 2 qTBi. 最后, 将采煤工作面及备用采煤工作面的配风 结果记入“ 采煤工作面数据库” 如表 1 所示 的“ 配 风量” 字段中。 3. 2 确定矿井各巷道通过的风量 软件从“ 井巷特征数据库” 如表 5 所示 中, 读 取每一巷道的始末节点后, 便可得出各巷道间的联 接关系, 再根据各用风地点的配风量, 便可计算出相 关各巷道所通过的风量。对井底车场等复杂联接的 巷道, 软件可根据各巷道参数 如表 5 所示 , 计算出 其风阻值, 通过解算网络, 求得各巷道通过的风量, 最后将各巷道通过风量值记入“ 井巷特征数据库” 如表 5 所示 中。 4 风速验算 在 “ 井巷特征数据库”中, 将风量除以断面积 即得各巷道风速, 将所得风速记入该库的 “ 风速” 字 段, 检查各巷道风速是否超限, 发现风速超限者, 应 作相应的调整,重新计算和分配风量,直到风速满 足要求为止。 5 矿井通风阻力计算 5. 1 井巷摩擦阻力系数的录入 软件已将各种井巷的摩擦阻力系数 分类建 270 太 原 理 工 大 学 学 报1998 年 库, 使用时只须按屏幕提示进行选择, 所选 值将自 动录入 “ 井巷特征数据库”中。 5. 2 井巷其它特征参数的录入 巷道长度 L、断面S、始末节点号、巷道编号、 支护形式、断面形状等均可直接录入, 巷道周边长 度 U 可根据U K S 计算出。 5. 3 阻力计算 根据 “ 井巷特征数据库”中给出的 i, Li, Ui, Si, Qi等, 计算相应的井巷风阻 Ri iLiUi/ S 3 i, 并 将结果放入该库的风阻 “ R”字段, 据 hmi RiQ2i 计算出各巷的通风阻力 hmi,并将 hmi存入该库的 “ h m”字段。 根据计算出的 hmi及矿井各巷道间的联结关系, 软件自动找出矿井自入风口到出风口的最大阻力线 路, 并计算出该线路的阻力。 6 矿井主扇风机的优选 根据矿井通风容易时期和通风困难时期的矿井 总风量 QKJ, 考虑矿井外部漏风因素的影响, 计算出 主扇风机在两个时期所需提供的最小风量 Qy , Q N, 根据矿井通风容易时期和通风困难时期矿井最大阻 力路线之阻力, 考虑风流局部阻力和矿井自然风压 的影响, 计算出两个时期风机所需提供的最小风压 hy和 hN. 软件根据计算结果 Qy , h y 、 Q N , h N , 自动 到已录入的风机个体特性库 该库已录入国产 62A14- 11, 2K60- 1, 70B2, G4- 73, 4- 72, FZ50 等 53 类风机的全部个体特性 中, 寻找合理工作范 围包含 Qy , h y 、 Q N,hN 两点的风机 如图 1 所示 ,然后再根据风机的工况点情况及风机的价 格、供货等其它因素选定风机。 图 1 风机合理工作范围示意图 图1 中阴影部分即为轴流式通风机个体风压特 性曲线的合理工作区。 图1 中, l1线为风机最小叶片 安装角下的风压个体特性曲线, l2线为风机最大叶 片安装角下的风压个体特性曲线, l3为风机在各 角下 0. 9hmax点的连线, l4为各 角下, 风压个体特 性曲线上效率为 60 点的连线。 7 结语 矿井通风设计的计算机化, 不但提高了设计速 度和精度, 使设计人员从繁杂的数字计算中解脱出 来,而且还保留了原人工设计中,由设计人员决定 所选参数值的特点,使设计人员的时间和精力得到 更有效地发挥和利用。另外,计算机辅助设计软件 的应用,也为多种设计方案的提出与比较提供了条 件。因而可为矿井通风系统的优化设计打下基础。 参考文献 1 中华人民共和国能源部 . 煤矿安全规程执行说明 . 北京 煤炭工业出版社, 1992. 82～92 2 邢王忠, 舒祥泽, 刘丽卿 . 经济风压和主扇风机优选 . 山西矿业学院学报, 1993, 11 4 335～341 下转第 275 页 271 第 3 期邢玉忠等 矿井通风辅助设计软件的研制 参考文献 1 王时英 . 磨料流加工机理的研究 [ 硕士学位论文] . 太原 太原工业大学机械工程系, 1990 2 金日光 . 高聚物流变学及其在加工中的应用 . 北京 化学工业出版社, 1986. 379～425 The Principle and Application of Abrasive Flow Machining AFM Wang Shiying Lu Ming Ya Gang Dept. of Mech. Engg. Abstract On the basis of the analysis of AFM’ s mechanical properties, the conclusion that the neces- sary conditions of AFM are abrasive flow media’ s viscoelastic property is reached. According to the analy- sis, the influences of viscoelastic and machining pressure on grinders’machining stability and machinality are described. Key words abrasive flow machining AFM ; viscoelasticity; finishing 上接第 271 页 Development of a CAD Software Applying to Mine for Computing Ventilation Xing Yuzhong Dept. of Mining Engg. Jiang Tieming Liu Wenchao Si Aizhong Fenghuangshan Coal Mine Abstract This program uses the FOXBASE language for developing the Ventilation Design’ s Soft- ware. According to the mine ventilation design s and steps, data、 output data and store middle data of the software are all filled in some s. It makes the design course be reflected clearly in the table, and the error be checked and revised easily. T his software has also the following functions distributing the mine’ s wind quantity; calculating a wind quantity of every tunnel in the mine; checking wind speed, calcu- lating the tunnel’ s ventilation resistances; looking for the line of maximum ventilation resistance and opti- mum seeking the main fan etc. Key words ventilation design; data management; calculating wind quantity; calculating ventilation re- sistance; optimization of the main fan 275 第 3 期王时英等 磨料流加工的力学原理及应用