矿井三维通风仿真系统

煤矿三维通风仿真系统大连比特软件有限公司2010年11月1.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。

可见，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。

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、风阻以及通风构筑物等参数进行赋值，可以实现通风系统的数字化、和可视化，然后通过一定的算法对网络数据进行处理、解算，对通风过程进行动态模拟，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。

2 矿井三维通风仿真系统矿井三维通风仿真系统是我公司联合中国矿业大学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与优化、风机工况点分析、通风系统调整方案制定、风温计算、循环风预测、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，用户可从任意角度观察和调整通风系统，实现了巷道风量分配的实时解算，为矿井通风决策人员提供数据依据。

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源的影响范围和扩散过程。

矿井三维通风仿真系统同样可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。

2.1主要功能如下：系统标准功能：★矿山通风网络系统设计、建模、解算和风流动态模拟；★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；★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、风网通风经济性分析；★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★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；★可对井下风温、岩温进行定量分析解算，可对高热或低温矿井进行矿井降温或加热负荷定量计算，并对降温和加热效果进行模拟；★串联通风和污风循环预测；★爆破除烟和有害气体动态扩散模拟分析；2.2系统功能特点●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；●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；●兼容对煤层、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模型整合；●在三维可视化环境中通过对风速、风量、风压、风阻、通风成本、风温、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；●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；●可对井下爆破排烟和柴油机排放物进行动态扩散模拟；●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；●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；●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；●系统技术成熟、简单易学、容易上手，适合于任意通风复杂度井工矿山，现已在国内大型煤矿和矿业类科研院所得到广泛应用；●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；3 系统部分功能展示：3.1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、简化节点；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；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)任意节点三维坐标数据显示和编辑；11)矿井通风仿真系统数值计算自动化、可视化；12)矿井通风系统仿真结果可视化；图（矿区地表俯视图-需提供地形等高线数据）图（红色-回风巷道，绿色-新风巷，黄色-调节区）图（煤层底板等高线与三维通风网络图）图（巷道风量及动态风流）图（风网风阻分布）图（通风构筑物分布）3.2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，系统自动对整个风网系统进行解算，动态模拟调整后风网分量分配。

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校验；4）对模型进行修正；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巷道废弃；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、位置和工况点，多分机并联或串联通风模拟；5)风机特性曲线模拟及调节。

图（矿井通风系统实时解算图）图（主扇工况点）图（局扇选型和工况点）图（压能图）图（井下干球温度>30摄氏度巷道分布）3.3通风系统按需分风调节功能1)网络风流按需分配仿真；2)网络增阻调节；3)网络调节节点法。

图（网络风流按需分配）图（网络增阻调节法）3.4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)支持空气可压缩性图（制定位置污染源向下游巷道的扩散比例）图（指定位置污染物扩散到下游巷道所需时间）图（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））3.5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：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（地面主风机反转180秒新风所到巷道）图（地面主风机反转900秒新风所到巷道）3.6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（经济断面分析参数）图（不同断面类型下通风、采矿成本曲线）3.7三维虚拟现实（需要巷道实测数据）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；图 (三维实测巷道模型)图 (巷道漫游图)4.8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，风网解算数据可直接输出为Excel文件：1)地面主扇风机选型与多风机联合运转分析；2)调节位置合理性分析与评价；3)巷道风速分布分析与评价；4)矿井需风量分析与评价；5)矿井功耗分析；6)通风系统可靠性分析7)通风系统灵敏性分析；8)通风系统最大通风能力分析；9)通风系统最小需风量分析；10)矿井自然风压分析；11)井下空气成分分析；12)矿井分区通风分析；13)矿井串联通风分析。

图（抽出式-地面双主风机联合运转）图（风机工况点）图（通风系统数据库与三维图形一一对应）图（矿井自然风压分析）图（循环风检测并闪耀提示）图（风网主要性能参数统计分析）图（风网能耗分析）图（通风网络图直接输出为DXF文件）图（基于用户定制的风网数据输出与分析）5 系统实施对基础数据输入的要求建立三维通风仿真系统的基础数据包括：1)矿井采掘系统平、剖面图（带巷道标高）；2)通风系统图；3)各主要巷道、硐室的断面类型、支护方式及主要通风设施布置图；4)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）；5)风机特性曲线测定数据；6)地形高线图、煤层底板等高线图、断层图等（这些数据与通风网络解算不直接相关，为可选数据）。

对于实时通风仿真系统（二期工程），需要提供监测监控系统和风机在线监控系统实时数据采集接口。