基于MATLAB的矿井通风网络解算程序编制_姜诗明
基于WINDOWS的矿井通风网络解算软件的研制
基于WINDOWS的矿井通风网络解算软件的研制齐睿琛;徐景德;彭兴力【摘要】针对现有矿井通风网络解算软件存在的不足,本文使用MATLAB和VisualC++做为开发工具开发了基于Windows操作系统的矿井通风网络解算软件.采用引入回路重选策略的斯考德一恒斯雷解算算法,使得在通风网络模型上进行的风网解算速度加快.该软件采用通风网络参数解算与通风系统图形相结合方式,对王家岭煤矿通风系统进行网络解算,为王家岭煤矿通风系统优化提供依据.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2016(013)003【总页数】6页(P30-35)【关键词】矿井通风系统;网络解算;软件开发【作者】齐睿琛;徐景德;彭兴力【作者单位】华北科技学院研究生处,北京东燕郊 101601;华北科技学院研究生处,北京东燕郊 101601;华北科技学院研究生处,北京东燕郊 101601【正文语种】中文【中图分类】TD725各国学者对矿井通风网络分析的研究已经持续了近一个世纪，并已经取得了丰硕的成果，研究出解决矿井通风系统解算的原理和方法，开发出很多优秀的矿井通风系统网络解算的软件。
但随着计算机软、硬件的飞速发展，以前在通风方面的开发应用软件的不足逐渐显现出来。
如：已有的软件不是很系统，未能形成一套完整的应用软件，这使其可维护性和可扩展性差，已有的软件不能把通风网络图、网络解算、风机的选择以及数据管理等功能很好的结合起来，实现的功能比较单一。
这些缺点极大地制约了矿井通风网络解算软件的推广和使用。
本次网络解算软件采用模型法，利用通风系统节点风量平衡定律、回路风压平衡定律和通风系统中其风阻值或风量值可事先测量出来的部分分支的信息，构建通风系统风网解算模型，建立可以辨识通风系统漏风点的风网解算算法[1]。
1.1 网络解算常用方法矿井通风网络解算的数学方法有几十种。
这些方法既有联系又有区别，其区别主要体现在两方面，一是选取的基本未知量不同；二是求解非线性方程组的迭代计算方法不同。
Excel在矿井通风网络解算中的应用研究
Excel在矿井通风网络解算中的应用研究梁雨剑【摘要】根据网络解算基本理论,利用Office组件中的Excel软件编译网络解算代码.通过具体实例给出了Excel网络解算的操作步骤,计算误差可保持在5％内.研究结果表明:Excel的强大计算功能可大大减少手工计算量,无需编写和调试复杂程序,对工程技术人员处理简单通风网络具有较强适用性.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P13-15)【关键词】通风网络解算;Excel;精确度【作者】梁雨剑【作者单位】潞安集团司马煤业,山西长治 047105【正文语种】中文【中图分类】TP317.3矿井通风网络解算在矿井通风安全管理中具有重要的作用，通过合理调节可以降低通风能耗，确保安全生产。
通风网络理论对传统的通风理论进行补充和拓展，并逐渐发展成为通风学科的一个重要分支[1]。
本文通过Excel表进行矿井通风网络解算[2]。
1.1 通风网路基本规律矿井通风网路，遵守流量守恒定律[3]，网路中任一结点风量代数和等于0，即进入结点的风量等于由该点流出的风量：式（1）中：Q为进入节点的风量，m3/s。
矿井通风网路，遵守风压守恒定律，即任一闭合通风网路中作用于网路的风压等于网路风压降，或任一闭合通风网路的风压降代数和为零：式（2）中：h为闭合网络中分支压降，Pa。
通风网路中空气流动遵守阻力定律：式（3）中：h为网络分支阻力，Pa；R为分支风阻，N· s2/m8；Q为分支风量，m3/s。
在矿井通风网路中依据∑Q=0的原理拟出各网路近似风量，根据∑h=0的原则列各网孔的条件式，求风量校正值，如图1所示，其中1、2、3、4、5为通风网络分支，a、b、c、d为节点，Q为总风量，箭头指向为风流方向。
依据图1中通风网络分支编号可得：式（4）—式（7）中：Fi为第i条回路总阻力，Pa；hi为第i条分支阻力，Pa；Ri为第i条分支风阻N·s2/m8；Qi为第i条分支风量，m3/s。
基于MATLAB的两种通风网络解算方法的编程及实现_陈梅芳
边的序号 E = [ 1 5 6 2 3 4 7]; n= 7 ; m= 5 ; Q c= sym ( c[ 0 ; 0 ; 0] c) ; % 调整余支在 Q c 中的排列顺序参数 for i= 1 : ( n- m + 1) Qc( i) = q( E( i) ); end % 基本回路矩阵, 按分支的顺序排列 Ck= [ 1 - 1 1 0 0 0 0 ; 01 0 11 01 ; 00 11 01 1]; % 计算网络各分支风量与余支风量的关系
*
,
Jv Q C = - F v QC = - (J )F
-1 K
( 8) ( 9)
K
由式 ( 9) 解出的第 k 次风量校正值 v QC , 对 Q C = v QC + QC
K K K C
( 10)
1F i F n- m + 1
m ax
| fi (Q ) | < E。然后再求
T K+ 1
= QT QC
2 拟牛顿算法及 MATLAB 编程计算实例
2 . 1 拟牛顿算法原理 拟牛顿法的主要思想是拟定一组余支的初始风 量 QC , 使 得 初 拟 风 量不 满 足 风 压 平 衡 方 程, 即 f i (QC ) X 0 , 存在一组风量增量 v QC , 使得 f i (QC + v QC ) = 0, 按台劳级数展开得: f i (Q C + v QC ) = f i (QC ) + 5f i 5f i v q1 + v q2 + 5q 1 5q 2
于一个有 m 个节点 , n 条分支的通风网络, 有节点 风量平衡方程 m - 1 个 : r b ij qj = 0 , i = 1, 2 , ,, m - 1 j= 1 回路风压平衡方程 n - m + 1 个 : r cij hj = 0 , i= 1 , 2, ,, n - m + 1 j= 1 风压降方程 n 个: hj = rj | q j | qj + hRj - hN j - hF j ( 3) 这样针对 n 个未知风量和 n 个未知风压的风网 解算问题列出了 2n 个方程 , 其中 hR j, hN j, hF j为常量。 选择任意一棵生成树 , 按余支在前树支在后的顺序 排列各分支, 将式 ( 1) 代入 : Q = C k Q c, 则有:
一种矿井智能通风网络解算方法[发明专利]
![一种矿井智能通风网络解算方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6f8b2d44f4335a8102d276a20029bd64783e6297.png)
专利名称：一种矿井智能通风网络解算方法
专利类型：发明专利
发明人：谢彪,张兴华,朱登奎,王泉栋,张露露,乔晓光,郁静静,刘雨豪,雷倩茹,庞杰
申请号：CN202210588711.X
申请日：20220527
公开号：CN114676490A
公开日：
20220628
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请涉及矿山安全智能装备领域，具体涉及一种矿井智能通风网络解算方法。
该方法包括测算矿井智能通风系统中各条巷道和采掘工作面的风阻数值，将测算出的风阻数值赋予矿井通风网络中的相应风路分支，获得风路分支的风阻大小；获取矿井通风网络中的余树，对余树的各分支赋值初始风量；基于赋值完成的余树各分支初始风量，将矿井通风网络中未赋值完成分支风量用余树分支风量表示；校正余树分支的初始风量，确定各分支真实风量的近似风量；根据确定的各分支的近似风量和风阻，确定矿井通风网络的近似总风阻。
本发明对矿井通风系统进行树形简化处理，有效提高矿井通风网络解算速度，减少不同通风回路阻力计算产生的误差。
申请人：太原理工大学
地址：030024 山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号
国籍：CN
代理机构：上海复暨知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：林鹏
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基于MATLAB的工作面通风方式模糊决策
（上接第89页）况修正初步设计。
跨度大于5m 的巷道，除应按表2的规定，选择初期支护的参数外，还必须对巷道进行观测，以最终确定支护参数。
锚索支护理论验算应以悬吊理论为准，主要是为了防止巷道顶板大面积整体冒落。
可按下式验算：KG ≤nA 式中G ———锚索承受的离层或危石重量，N ；K ———安全系数，取2；n ———锚索的根数；A ———锚索的设计承载力，N 。
采用全锚索支护时，锚索间排距可按经验公式：D=L /3确定，此时加固带厚度为0.6m 。
根据承载要求随时调整锚索的密度。
在确定锚索密度时，要充分考虑巷道受采动压力、采空区及地质构造的影响情况。
系统锚索布置，每2m 以上巷道打1根锚索时，应布置在巷道的中部，每米巷道打0.5根以上锚索时，可按矩形或菱形布置，以菱形布置为宜。
5结束语锚索支护主要用于对常规支护的补强和围岩极为破碎巷道的支护,是目前大跨度巷道、围岩破碎巷道及矿压显现严重巷道最有效的支护方式。
就双鸭山矿业集团而言，可以用于井下任何巷道和硐室。
目前主要用于综采及综放回采工作面中厚煤层的上、下顺槽沿煤底板留顶煤施工的巷道支护、巷道交叉点及大硐室的支护（配合锚杆、W 钢带、金属网进行联合支护）。
参考文献：[1]胡本鹏.锚索支护在沿空留巷中的应用[J].煤炭技术，2008，（2）：53-54.[2]吴志杰.高应力软岩巷道支护技术[J].煤炭技术，2008，（7）：72-73.（责任编辑王凤英）基于MATLAB 的工作面通风方式模糊决策收稿日期:2009-10-22;修订日期:2010-04-06作者简介:李小玉（1984-），女，河北保定人，中国矿业大学安全技术及工程专业在读研究生，研究方向：安全技术和安全评价，E-mail ：xiaoyuli419975819@ 。
李小玉1，杨胜强1，2，顾新宇1（1．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221008；2.中国矿业大学“煤炭资源与安全开采”国家重点实验室，江苏徐州221008）摘要:针对工作面通风方式选择中缺乏定量分析的现状，提出了利用层次分析法选择工作面的通风方式。
MATLAB在矿井通风网络解算中的应用
3项目名称:贵州省科学技术基金(黔科合J 字[2008]2010);贵州大学矿业学院精品课程(200701002)。
收稿日期:2009-03-03作者简介:袁 梅(1973-),女(汉族),贵州贵阳人,贵州大学蔡家关校区矿业学院副教授,硕士研究生导师。
MAT LAB 在矿井通风网络解算中的应用3袁 梅(贵州大学蔡家关校区矿业学院,贵州贵阳550003) 摘要:阐述了以通风三大定律为理论基础,以MA TL AB610和VB610作为开发工具,将MA TL AB 强大的矩阵计算功能与VB 在图形用户界面开发方面的优势相结合,大大简化了计算过程,提高了计算速度和优化了用户界面,从而为风网解算提供了新的计算机编程思路。
关键词:MA TL AB ;矿井通风网络解算;应用中图分类号:TD 722 文献标识码:B 文章编号:1671-8550(2009)05-0063-030 引言矿井通风网络解算在矿井通风安全管理中具有重要的作用,新建矿井的通风设计及主要通风机选型、老矿井的挖潜改造等均离不开风网解算。
用计算机对矿井复杂风网进行解算模拟、预测与优化,是近年来通风学科的重要进展之一。
通风网络理论补充和拓展了传统的通风理论,并逐渐发展成为通风学科的一个重要分支。
随着计算机技术的发展和普及,利用计算机编程来解算矿井通风网络早已成为可能,但由于编程语言自身存在的一些限制,以往的用VB 、VC 等编程语言编制的矿井通风网络解算的电算方法均存在着处理、解算各类矩阵较复杂、运算速度慢等弊端。
(MA TL AB ———MA Trix L ABoratory(短阵实验室))是当前数值计算方面应用非常广泛的计算机软件,其中矩阵计算和图形处理方面是它的两项优势。
本文以通风三大定律作为理论基础,以MA TL AB610和VB610作为开发工具,将MA TL AB 强大的矩阵计算功能与VB 在图形用户界面开发方面的优势相结合,大大简化了计算过程,提高了计算速度和优化了用户界面,从而为矿井通风网络解算提供了新的计算机编程思路。
基于MATLAB的自动绘制矿井通风网络图方法
基于MATLAB的自动绘制矿井通风网络图方法谢勇强1，龚建军2【摘要】为了简化自动绘制矿井通风网络图的程序设计，降低编程工作量，通过分析矿井通风网络图自动绘制的原理和要求，提出了基于MATLAB的自动绘制矿井通风网络图方法，首先采用MATLAB编程将通风网络结构数据和分支权值转化为带有权值的邻接矩阵，然后利用biograph函数读取带有权值的邻接矩阵并创建通风网络图对象，最后由view函数输出显示矿井通风网络图。
结果表明：采用MATLAB程序可实现自动绘制矿井通风网络图，程序源代码编写简洁，编程工作量小；生成的通风网络图符合绘制要求。
【期刊名称】采矿技术【年(卷),期】2017(017)001【总页数】4【关键词】矿井通风网络图；邻接矩阵；MATLAB【文献来源】https:///academic-journal-cn_mining-technology_thesis/0201215113134.html0 引言矿井通风系统是十分复杂的立体结构，巷道数目多、纵横交错、上下重叠，相互关系不易一目了然，直接采用实际的通风系统图分析通风问题有很多不便[1]。
为了克服这些缺点，用反映巷道空间关联的单线条来表示通风系统中各风流(道)的分合关系，将通风系统图抽象成点与线集合的网状线路示意图，即为通风网络图[2]。
矿井通风网络图是通风管理的重要图件之一，也是进行通风网络解算或优化调节计算的基础，对于矿井的安全管理十分重要[3]。
以往通常采用手工绘制矿井通风网络图，绘图困难且繁琐，易出错。
随着计算机科学技术的发展，研究人员尝试采用计算机自动绘制通风网络图，对通风网络图绘制算法进行了研究，提出了最长通路法[4]和最长路径法[5]，但是这两种算法绘制通风网络图均存在较明显的缺陷，需要频繁地搜索任意两个节点之间的最长通路，绘制的通风网络图也不美观[6]。
为解决这些问题，有研究人员在最长路径法的基础上提出了分层法绘制通风网络图[6]，以及结合分层法、最长路径法和遗传算法提出的优化算法[7]，但是改进后的算法复杂。
基于网络的矿井通风信息处理系统的开发
基于网络的矿井通风信息处理系统的开发摘要：本文提出了一种基于网络的矿井通风信息处理系统的开发。
该系统采用基于单片机、传感器和网络技术实现了监测、控制和信息处理功能。
首先，我们给出了系统的硬件原理，并讨论了传感器、单片机和网络技术如何运作。
其次，文中介绍了软件设计，该设计包括监测信号处理、数据采集、网络通信等，使得系统能够实时监测风速、风向、空气等气象因素，而且能够通过网络技术实时传输数据。
最后，文章就系统测试结果提出一些改进意见。
关键词：单片机；网络技术；矿井通风；信息处理正文：1. 研究背景矿井具有自然环境的不安全性，对人员的安全构成了极大的威胁，因此有必要开发一种基于网络的矿井通风信息处理系统来保护矿工的安全。
2. 系统硬件设计本系统的硬件设计包括传感器、单片机和网络技术。
传感器用于监测矿井空气中的各种气象因素，包括风向、风速、温度、湿度以及粉尘浓度等。
单片机和网络技术是该系统的核心部分，它们采用实时通信技术，并使用传感器收集的数据。
3. 软件设计软件设计的主要任务是实现数据采集，监测信号处理和网络通信，这三个部分共同组成了系统的功能。
在数据采集方面，我们使用单片机采集传感器检测到的信号，以及将采集结果发送到监控中心。
在监测信号处理方面，我们提出了一种通风监测信号处理算法，其目的是有效识别和控制风速和风向等参数。
最后，在网络通信方面，我们使用Zigbee网络技术来实现实时传输数据。
4. 系统测试我们对本系统进行了实验测试，结果表明，系统可以有效地实时监测矿井气象因素，将采集到的数据及时传输到监控中心，并以可视化形式展示出来。
5. 改进意见随着科学技术和生活水平的提高，目前矿井通风信息处理系统可以进一步改进。
首先，可以提高系统的可靠性，减少故障发生的概率。
其次，也可以考虑使用更多的通信技术来改善系统的传输速率。
最后，为了提高系统的安全性，应该合理配置安全系统，保护传感器数据的真实性。
为了进一步改善系统的可靠性，我们需要对整个系统进行优化。
基于MATLAB的自动绘制矿井通风网络图方法
以往通常采用手工绘制矿井通风网络图ꎬ 绘图
ꎮ
１㊀ 矿井通风网络图自动绘制原理
１.１㊀ 矿井通风网络图的绘制要求 间的关系ꎬ以及分支的风流方向和权值ꎬ生成的网路 符合一般的使用习惯ꎮ 具体要求为: (１) 用一个进风节点代替所有进风节点ꎬ 布置 (２) 分 支 方 向 基 本 都 应 由 下 向 上 [８] ꎬ 或 由 上 (３) 分支间的交叉尽可能少 [８] ꎻ (４) 节点与节点之间应有一定的间距ꎬ 分支与 (５) 图的几何形状不唯一ꎬ可画成长方形㊁椭圆 采用计算机自动生成通风网络图需包含节点之
ꎮ 为解决这些问题ꎬ 有研究人员在最长路径法
[６]
合分层法㊁ 最 长 路 径 法 和 遗 传 算 法 提 出 的 优 化 算 杂ꎬ程序代码冗长难懂ꎬ 编程工作量大ꎬ 且多为商业 软件ꎬ给科研㊁设计及矿井工作人员带来不便ꎮ 美国 ＭａｔｈＷｏｒｋｓ 公司推出的 ＭＡＴＬＡＢ 是国际
ꎬ 以及结
法 [７] ꎬ但是改进后的算法复杂ꎮ 以上这些算法一般 利用 ＶＢ㊁Ｃ ＋＋㊁Ｃ＃等高级程序语言编制 [７￣１０] ꎬ 编程复
[１７]
ꎻ
２.２㊀ 邻接矩阵转化为矿井通风网络图
ｂｏｘ) ｂｉｏｇｒａｐｈ 函数用于创建有向图对象ꎬ 可用来将 据和分支权值的通风网络图对象ꎬ 然后利用 ＭＡＴ￣ ＬＡＢ 的 ｖｉｅｗ 函数显示 ｂｉｏｇｒａｐｈ 函数创建的通风网 络图对象ꎬ即完成带有权值的邻接矩阵向矿井通风 网络图的转化ꎮ 则可得到自动绘制的通风网络图 ( 见图 １) ꎮ
矿井通风网络图自动绘制的实质是将图的结构
３㊀ 实例应用
为 １５ 万 ｔ / ａꎬ 服务年限 １９.５ ａꎬ 为低瓦斯矿井ꎬ 采用 中央并列式通风方式ꎬ 机械抽出式通风方法ꎮ 该矿 投产时进风井筒为主平硐ꎬ回风井筒为回风平硐ꎬ通 风系统见图 ２ꎬ根据通风网络解算程序解算结果ꎬ 通 风网络结构数据和分支权值见表 １ꎮ 按以 上 基 于 ＭＡＴＬＡＢ 的自动绘制通风网络图程序方法读取表 １ 通风网络图( 见图 ３) ꎮ
矿井通风网络的解算
矿井通风网络的解算摘要：矿井通风是矿山生产的重要环节之一。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统对保证井下安全生产具有重要的意义。
随着计算机技术的飞速发展，现有的通风软件存在功能比较单一，针对这种情况，本文以Visual C++6.0为开发工具、SQL Server2000为后台数据库，进行了矿井通风网络解算的研究。
关键词：通风系统，网络解算1.引言矿井通风是矿山生产的一个重要环节。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统，对保证井下安全生产具有重要意义。
煤矿生产过程的瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井火灾、有毒气体窒息等灾害的发生都与矿井通风有直接关系[1]。
可以说通风状况的好坏直接影响工人的安全、健康和劳动效率，直接关系到煤矿的安全生产、经济效益和可持续发展。
随着煤矿产量增加，开采深度加大和机械化程度提高，需要加大风量，形成多进风井、多回风井的复杂通风系统。
如果矿井通风管理跟不上，事故隐患不能及时发现，矿井通风安全事故将会不断发生。
不但严重危害职工的健康和生命安全，而且破坏正常的通风系统，使安全生产无法正常进行。
因此，开展矿井通风网络解算、调节与评价的一体化系统研究，对保障矿井安全生产具有十分重要的理论意义和应用价值。
2.矿井通风网络的建模研究2.1流体网络建模数学模型是程序算法设计的灵魂。
能否选取恰当的方法，并建立起准确而全面的数学模型，是软件设计成功与否的决定性因素。
①数学模型对复杂的对象或系统进行计算或仿真时，首先要建立它的数学模型。
所谓数学模型就是由一系列数学方程(包括代数方程、微分方程)描述系统的每一个具体过程，最终组成一个联立方程组。
数学模型比较抽象，但它可以比较全面地反映一个复杂系统的性质。
当对一个系统的内部机理比较清楚时，就可以利用数学模型对其进行进一步的研究。
数学模型又可分为静态数学模型和动态数学模型。
②静态数学模型静态数学模型用来描述系统在稳定状态或平衡状态下各种输入变量与输出变量之间的关系。
通风网络解算方法综述
通风网络解算方法综述
田卫东
【期刊名称】《矿业安全与环保》
【年(卷),期】2016(043)003
【摘要】通风网络解算的核心是通风网络解算方法.重点介绍了计算机技术普及前后通风网络解算方法的研究状况及通风网络解算软件的发展情况,通过对比发现:无论采用何种矿井通风网络解算模型,通风网络解算都是大型非线性方程组的解算.在没有计算机的辅助下,通风网络解算只能使用图解法和物理模型方法,只有简单的通风网络可以采用Scott-Hinsley法进行手工解算.通风网络的不同矩阵形式与矿井空气流动规律相结合,形成不同的通风网络解算模型:回路法、节点法和割集法模型.解算非线性方程组的所有方法都可以用于解算这些数学模型.
【总页数】4页(P96-99)
【作者】田卫东
【作者单位】重庆工程职业技术学院,重庆 402260
【正文语种】中文
【中图分类】TD725
【相关文献】
1.通风网络解算方法研究现状和展望 [J], 宫良伟;田卫东;邹德军
2.存在固定风量分支的通风网络解算新方法 [J], 黄光球;陆秋琴;郑彦全
3.矿井通风网络解算软件综述 [J], 宫良伟;邹德均
4.矿井通风网络解算软件研究综述 [J], 华宁;陈喜山;曹娥;赵成龙
5.基于MATLAB的两种通风网络解算方法的编程及实现 [J], 陈梅芳;丁德馨;莫勇刚;张传飞
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基于CFD矿井通风网络解算
基于CFD矿井通风网络解算符晓【摘要】传统的通风网络解算方法分析网络中风流状态时,都将风流视为定常流动,不能模拟网络中的动态变化过程.实际上,在通风网络发生灾变的情况下经常会遇到非定常流动.通过分析矿井灾变时期通风网络中一维非定常可压缩流体的空气流动规律,应用CFD分析方法,提出新的矿井通风网络解算方法,即特征线法,提高矿井通风管理的质量,增强矿井的抗灾能力,确保煤矿安全生产.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】4页(P20-23)【关键词】CFD;矿井通风;网络解算;特征线法【作者】符晓【作者单位】辽宁工程技术大学安全科学与工程学院【正文语种】中文我国矿山为我国经济的发展做出了巨大的贡献。
矿井通风是矿山生产的一个重要环节，一个安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统，对保证井下安全生产有重要意义。
煤矿生产过程中的瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井火灾、有毒气体窒息等灾害的发生都与通风有直接的关系。
通风状况的好坏直接影响工人的安全、健康和劳动效率，也直接关系到煤矿的安全生产、经济效益和可持续发展［1］。
1.1 连续性方程d t时间内对微元体运用质量守恒定律，有:式中，a为流体音速，m/s;ρ为气体密度，kg/m3;v为流体流速，m/s;t为时间变量，s;p为流体平均压力，Pa;x为管道位置变量，m。
微元流体在管道中的运动状态见图1。
式中，λ为达西摩阻系数;g为当地重力加速度;θ为微元段与水平轴的夹角;d为管道的平均直径，m。
1.3 能量方程依据能量方程，即微元体系统能量的时间变化率等于单位时间外界对系统所做的功及传入热量的1.2 动量方程运动方程称为欧拉微分方程。
它是以基本假设为前提，从瞬变流动的管内流体中选取长度为d x微元段流体，应用牛顿第二定律推导:和，则可建立起流体一维微分能量方程:式中，c为管道内流体比热容，J/(kg·K);T为管道内流体温度，K;T0为管道埋深处土壤温度，K;K为管道总传热系数，W/(m2·K)。
基于MATLAB的矿井通风
i 1, 2,
, J 1
风量风压网络解算
(2)利用基本回路矩阵可建立网络的回路风压平衡 定律,引入分支通风阻力列向量矩阵 He=(h1,h2,…,hn)T,分支通风能量的列向量矩阵 Pe= (P1,P2,…,Pn)T,据网孔或回路可列风压平衡 方程:CK*He=CK*Pe,得到n -m +1个方程。 当网络比较复杂的时候，列出的方程太多，解 算困难，为了简化，可以用其他方法来解算网络。
,N
风量风压网络解算
Scott-Hinsley法的程序步骤： ⑤对于i从1到M：（Ⅰ、Ⅱ必须在相同的i上完成） N Ⅰ. b (r q q h h )
qi ( K )
j 1
ij
j
j
j
Nj
Fj
2 b ij [2rj q j ( j 2 j q j )] j 1
% generateSk.m S11= - B11’*inv(B12)'; S12=eye(m-1); Sk=[S11, S12]; Sk
树支和余树支的选择
树是通风网络的子图。满足三个条件： （1）连通的； （2）不包含回路； （3）包含风网的全部节点； 树的任意分支称为该树的树支，凡不属于树支的风 路，称为该树的余支。J个节点，N个分支的风网，树支 数J-1个，余支数N-J+1个。 通风网络形成的树不止一个，基本关联矩阵为A的 风网生成树的总数为： ST=det(AAT)
道路矩阵及编程实现
(2)道路矩阵D。反映矿井通风网络图G中任意两节点之 间是否存在通路,以及相通道路的数目。D(G) = (dij)m×m,其中:dij=k表示vi到vj长度不超过m -1的道路 的数目;dij=0, vi到vj无通路存在。 % generateD.m D=zeros(size(A)); f=eye(size(A)); k=m-1; while k>0 f=A*f; D=D+f; k=k-1; end D
基于MATLAB的煤矿通风与瓦斯流动一体化解算
基于MATLAB的煤矿通风与瓦斯流动一体化解算
吕闫;孙亮
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2016(0)10
【摘要】为快速地获得某矿301综放工作面通风巷道内通风风量与瓦斯流量网络解算数据,在对工作面通风系统参数测试基础上,使用CAD软件提取巷道坐标数据,运用MATLAB软件,结合图论理论、流体力学理论,编制解算程序,程序可读取巷道坐标并且自动建立工作面网络拓扑关系,并求解工作面通风和瓦斯网络解算各参数矩阵,利用Cross迭代算法解算工作面通风系统内的通风巷道通风风量和瓦斯流量解算数据.通过与现场实测数据对比,程序解算数据基本正确.模拟结果表
明,MATLAB软件能快速便捷地处理工作面通风风量和瓦斯流量网络解算,并具有较高的准确性.
【总页数】4页(P148-151)
【作者】吕闫;孙亮
【作者单位】山西华晋焦煤有限责任公司沙曲二矿;煤科集团沈阳研究院有限公司【正文语种】中文
【相关文献】
1.抽放钻孔瓦斯流动解算及其软件设计
2.采煤工作面瓦斯流动模型及COMSOL数值解算
3.基于MATLAB的抽放钻孔周围瓦斯流动数值模拟
4.MATLAB在矿井通风与瓦斯流动一体化解算中的应用研究
5.煤层瓦斯流动数值解算时空步长的选取
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基于MATLAB的矿井通风网络解算程序编制
ｌ 为以 Ｉ ｌ Ｑ 为主对角元素 的对角矩阵； 为余树 Ｑ
枝 风量列 向量 ； ＝（ ｈ， ， ， 日 ｈ ， … ｈ ） 为分 支风 压列
向量 ； Ｒ ＝（ Ｒ ， ， ， 分 支 阻 力 列 向 Ｈ Ｒ ， ： … 尺 ） 为 量 ；ｉ＝（ｉ ， ， ｆ ） 为风 机 风压 列 向量 ； ｎ＝ Ｈ ｈ，ｈ …ｈｏ ， Ｌ Ｈ （ ，ｎ ， ，ｎ ） 为分支 位 能 差列 向量 ； ： … ， Ｒ＝（ ｒ，
路 解算程序 ， 并结合 实例介 绍 了程 序使 用方 法。表明 用 ＭＡ Ｌ Ｂ编 制通 风 网络 解 算程 序具 有编 程 ＴＡ
简单 、 码 及优 化提供 了工具 。
关键 词 ： Ｔ Ａ 通风 网络 解算 ； ＭＡ Ｌ Ｂ； 程序
量 的过 程 。它 作为 通 风 安全 管 理定 量 分 析工 具 ， 其 作 用贯穿 矿井 通风 系统 生命 周 期 的始 终 ， 井 的新 矿 建、 改建 、 扩建 都离不 开它 。通 风 网络解 算对 于模拟 井 下通 风状况 ， 预测 网络 工 况 在 网络 结构 、 风阻 、 风
（） １
基于 ＭＡ Ｌ Ｂ的矿井通风网络解 算程序编制 ＴＡ
联矩 阵 ； Ｃ＝（ ｃ） 矩阵；
， 一
川 为通 风 网络 图的基 本 回路
迭代式 。此 算法计 算 步 骤 如 下 ： 输 入 通 风 网络 结 ① 构及数据 ； 以风阻为权计算最小生成树及余树 ； ② ③
１分支 ｅ空气流 入节点 ， ｊ
ＨＲ ＝Ｒ ＩＱ Ｉ Ｑ 抽 ｄ Ｈ ＝Ｈ —Ｈ Ｒ ｆ—Ｈ ｎ 式 （ ） 改写为 ： １可
Ｑ ＝ｃＱ
（） ３ （） ４
（） ５
制却是 一项 困难 的工 作 ， 目前通 风 网 络解 算 软 件一
第6次课1矿井通风网络解算软件的使用
通风网络中，两条以上风道的交汇点。 2．3 回路
通风网络中，由若干条风道首尾相接构成的闭合路径。 2．4 通风网络解算
运用通风网络中风流流动定律计算各风道风量自然分配的 过程
2.4.1 矿井通风网络解算程序编制通用规则
3 数学模型
? 3．1 节点风量平衡定律
单位时间流入一个节点的空气质量等于流出该节点的空气质量。习惯
上，流入节点的质量流量取正值，流出节点的质量流量取负值。节点风
量平衡定律由下列方程表示： n1
? qvi ? 0
……………………………………………(1)
Hale Waihona Puke i?1式中：qmi——连接到该节点的第i条风道的质量流量，kg／s； n1——连接到该节点的风道数。
力定律由下列方程表示：
h ? Rq 2 V ……………………………………………(5)
式中：h——风道风压，Pa； qv——风道风量，m3／s； R——风道风阻，N·s2／m8。
上述方程(1)(或(2))、(3)(或(4))和(5)组成通风网络(以下简称风网) 解算的数学模型。
4 数值计算方法
风网解算的数学模型是非线性代数方程组，其数值计算方法有回路风 量法和节点风压法。其中，回路风量法又有牛顿法和克劳斯法(又称斯 考德—恒斯雷法)。
2.4.2 风丸软件使用
（3）节点的删除
? 单击”删除节点”按钮，在要删除的节点上双击，即可删除 该节点。
? 注意事项： ? 地面节点为双圆圈，井下节点为单圆圈； ? 与风机相连的进风端（抽出式通风）的节点虽然在地面，但
是其压力为非大气压力，所以作为井下节点； ? 当节点与巷道相连时，应先删除巷道，后删除节点
矿井通风计算机管理系统的改进
矿井通风计算机管理系统的改进李中帅【摘要】计算机在煤矿产业中的应用日益重要,矿井通风系统主要解决风网解算在煤矿中的实际应用,采用网络图的自动绘制功能,改进了矿井的通风网络解算功能,实现了实际生产中数据输入、输出的可视化,提高了数据处理能力,建立了图形与属性数据相关联的系统.改进后的系统加强了数据与图形的集成化管理,为矿山企业提供了决策依据,有利于矿山企业的现场使用.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(019)003【总页数】3页(P89-91)【关键词】数据输入;可视化;矿山企业;图形集成化【作者】李中帅【作者单位】长春工程学院 ,长春130012【正文语种】中文【中图分类】TP391计算机在工程中越来越多的应用，矿井通风计算机管理系统具有一定的实用价值和意义，利用软件与用户交互的方式独自成图，减少了烦琐重复的手工程序，提高了矿井通风管理的质量和速度，实现了图形与属性数据库的关联，结合现场的实际需要提高了通风系统的自动化程度。
1 矿井通风计算机管理系统总体设计1.1 系统总体结构设计本系统具体可分为3个子系统，如图1所示。
其中，图形生成子系统利用图形学和计算机知识生成需要风网解算的网络图；进而，风网解算子系统采用一系列方法进行解算、结果分析和评价，并将输出结果保存在数据库中；然后，数据库子系统对风网解算子系统的输出数据进行进一步评价分析，如图1所示，此为整个矿井通风计算机管理系统的核心部分。
图1 系统总体结构图在制图过程中利用Auto CAD软件的接口功能，方便图形的制作与设计，并利用此图形进行网络解算，极大地提高了系统运行的稳定性和数据存储的高效性。
在数据库子系统中，要合理设计风网解算结果表结构，设计的数据表结构需在整个系统中使用，总体的结构设计要为数据可视化和用户界面友好性打好基础。
1.2 系统中开发工具的选择及使用在矿井通风计算机管理系统的设计中要充分考虑系统本身的性质和特点，其中图形系统专业开发工具在开发中的优势和劣势都十分明显。
基于MATLAB的矿井通风网络图的矩阵表示及电算方法
基于MATLAB的矿井通风网络图的矩阵表示及电算方法陈梅芳;丁德馨;张传飞
【期刊名称】《矿业研究与开发》
【年(卷),期】2007(27)6
【摘要】介绍了矿井通风网络图的基本概念以及矿井通风网络图的结构在计算机中的存储方法,对反映通风网络结构的几种矩阵,提出了应用MATLAB软件编程的具体实现方法,并给出了部分源程序。
【总页数】3页(P65-67)
【关键词】矿井通风网络;矩阵;MATLAB;编程
【作者】陈梅芳;丁德馨;张传飞
【作者单位】南华大学核资源与安全工程学院;金宏铀业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD725
【相关文献】
1.基于MATLAB的自动绘制矿井通风网络图方法 [J], 谢勇强;龚建军
2.利用MATLAB快速建立矿井通风网络独立回路矩阵 [J], 赵自豪;李文亚;张金山
3.基于CAD的矿井通风系统网络图绘制关键技术 [J], 程红林;杨朝霞;张言辉;顾进恒
4.自然风压在矿井通风网络图中的表示方法 [J], 伍云
5.基于AutoCAD的矿井通风系统网络图的自动生成 [J], 王海涛;邢玉忠
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收稿日期:2010-05-07作者简介:姜诗明(1987)),男,新疆阿克苏人,西安科技大学能源学院安全技术及工程专业在读研究生。
基于MATLAB 的矿井通风网络解算程序编制姜诗明,裴绍宇,郄雷敏(西安科技大学能源学院,陕西西安 710054)摘 要:介绍了矿井通风网络解算的数学模型,根据C ross 迭代法基于MATLAB 编制了矿井通风网路解算程序,并结合实例介绍了程序使用方法。
表明用MATLAB 编制通风网络解算程序具有编程简单、代码简洁、使用方便等优点,为通风系统分析及优化提供了工具。
关键词:MATLAB ;通风网络解算;程序中图分类号:TD725 文献标识码:B 文章编号:1671-749X (2010)06-0028-020 引言矿井通风网络解算是在已知矿井通风网络结构、分支风阻、风机特性的情况下,求解所有分支风量的过程。
它作为通风安全管理定量分析工具,其作用贯穿矿井通风系统生命周期的始终,矿井的新建、改建、扩建都离不开它。
通风网络解算对于模拟井下通风状况,预测网络工况在网络结构、风阻、风机的参数改变时的变化,一直起着很重要的作用。
矿井通风网络解算对矿井通风系统进行理论分析或实验研究,辨识通风系统危险源,做出安全可靠性评价,制定安全技术措施,提高矿井通风系统安全可靠性有着重要的意义。
然而矿井通风网络解算程序编制却是一项困难的工作,目前通风网络解算软件一般利用VB 、C ++、C#等高级程序语言编制,在整个软件生命周期中普遍存在着软件开发严重依赖于操作系统及编程语言,难以实现跨平台、跨语言共享代码;软件自身形成封闭系统,难以对现有通风软件进行二次开发,功能扩展性差;程序代码冗长难懂,开发及维护困难等问题。
MATLAB 被称作第四代计算机语言,具有语言简洁高效,简单易学,运算符、库函数及工具箱丰富,计算功能强大,绘图方便,扩展能力强大,可移植性好等特点。
非常适合于编制矿井通风网络解算程序。
1 矿井通风网络解算数学模型矿井空气在通风网络中流动遵循节点风量平衡定律、回路风压平衡定律和阻力定律[1,2]。
对于节点数|V |=m,分支数|E |=n 的通风网络G =(V ,E ):BQ =0(1)C H =0(2)H R =R d iag |Q |d iag Q(3)其中:H =H R -H f -H n(4)式(1)可改写为:Q =C TQ C(5)将式(3)(4)(5)代入(2)得:F (Q C )=C (R d iag |C T Q C |d iag (C TQ C )-H f -H n)=0(6)式中:Q =(q 1,q 2,,q n )T,为分支风量列向量;|Q |为对风量列向量每个元素取绝对值所得的列向量;|Q |d iag 为以|Q |为主对角元素的对角矩阵;Q C 为余树枝风量列向量;H =(h 1,h 2,,,h n )T,为分支风压列向量;HR =(hR 1,hR 2,,,hR n )T,为分支阻力列向量;Hf =(hf 1,hf 2,,hf n )T,为风机风压列向量;H n =(hn 1,hn 2,,,hn n )T,为分支位能差列向量;R =(r 1,r 2,,,r n )T为分支风阻列向量;R d iag 为以R 为主对角元素的对角矩阵;F =(f 1,f 2,,,f n -m +1)为回路风压代数和列向量。
B =(b ij )m @n ,为通风网络图的关联矩阵;C=(c ij)(n-m+1)@n为通风网络图的基本回路矩阵;b ij=-1,分支e j空气流入节点v i 0,分支e j与节点v i不相关1,分支e j空气流出节点v ic ij=-1,分支e j在回路i中且与回路反向0,分支e j不在回路i中1,分支ej在回路i中且与回路同向2通风网络解算程序编制及实例分析2.1通风网络解算算法及程序编制式(6)为非线性方程组,通常采用迭代法求解其数值解。
设第k次迭代后风量近似值为Q k C,将式(6)用泰勒级数展开并忽略二阶无穷小项得:F(Q k+1C)=F(Q k C)+5F5Q CQ C=Q kc$Q k c=0(7)$Q k C=-5F5Q C -1Qc=Q kCF(Q k c)(8)式中:$Q k C=Q k+1C-Q kC,为独立回路风量修正值列向量;5F5Q C为雅可比矩阵,5F5Q C=2CR d iag CT QCd iagC T-C d H fd Q C(9)若雅可比矩阵为对角占优矩阵,即:5f i5q C iùE n j=1j X i5f i5q Cj,i=1,2,,,n-m+1(10)则可略去雅可比矩阵非对角元素,式(8)简化为: $q k ci=-f i(Q k C)5f i/5q ci,(i=1,2,,,n-m+1)(11)f i(Q k C)可根据(6)式计算,5f i5q ci=E nj=12c ij r j q j-d H f i d q i ,式(11)称为C ross迭代式,也称Scott-H i n sley迭代式。
此算法计算步骤如下:¹输入通风网络结构及数据;º以风阻为权计算最小生成树及余树;»计算基本回路矩阵;¼余树分支风量赋初始值,根据式(5)计算所有分支的初始风量;½计算回路风量修正值,修正回路风量,根据式(5)计算所有分支风量;¾精度检验,即检查是否满足:m ax$q C i<E,(i=1,2,,,n-m+1)(12)E为预设精度值。
若满足上式则迭代终止,否则转½继续迭代计算;¿输出计算结果。
根据以上计算步骤在MATLAB中编辑解算m文件solve.m(略)[3-4]。
2.2实例分析如图1所示通风网络,风阻列向量R=(0.375,0.15,2.0,4.6875,12.5,1.7361,0.5)T,安装于分支7中的风机风压特性曲线为:hf=1046.3+5q-0.85q2。
图1通风网络图在so l v e.m文件同一路径下编辑通风网络数据文件i n.tx,t如表1前6列所示,一行中每个数据用空格或Tab键隔开,每一行用回车符隔开,共7行6列。
编辑风机数据文件fan.txt为1046.35-0.85000,每个数据用Tab键隔开,共1行6列。
运行solve.m输出解算结果见表1。
表1通风网络解算数据表分支编号始节点末节点风阻风机编号自然风压风机风压阻力风压风量1120.375000163.5340163.534020.88282230.1500022.238222.238212.1760324 2.0000151.6166151.61668.7068435 4.6875000376.2194376.21948.958853412.5000129.3784129.37843.2172645 1.7361000246.8410246.841011.92407510.510780.0369218.0453-561.991620.8828(上转第24页)图2埋管抽放改进工艺示意图1-闸门;2-三通接口;3-抽放管路;4-抽放器的卸压瓦斯将涌向本面,在被保护层面1232(3)底板岩层中平行煤层走向布置一条抽排巷抽放13-1煤层的卸压瓦斯及保护层瓦斯。
因施工进度影响, 1232(3)底板巷只能施工1650m,无底板巷的范围,采取在地面施工瓦斯抽放钻孔,抽放被保护层卸压瓦斯及保护层瓦斯。
2.4抽放效果2352(1)保护层工作面开采后,被保护层2322 (3)工作面13槽煤层卸压使煤层的透气性大大增加,通过对底抽巷考察钻孔测定,13槽煤层瓦斯的压力由4.4M Pa下降至0.5MPa,经计算13槽煤层卸压后的透气性系数为32.687m2/(M Pa2#d),是原始煤层透气性系数的2880倍;2322(3)工作面13槽煤层底抽巷的抽放钻孔抽放量由原来的0.01 m3/m in#孔,增加至1.0m3/m i n#孔,卸压区最大瓦斯抽放25m3/m in,平均18m3/m i n;2322(3)工作面13槽煤层被保护卸压后的相对变形增加。
综上所述,随着11槽保护层的开采导致受保护区域内的13槽煤层地应力下降,煤层裂隙增加,解吸瓦斯量增大,煤层由难以抽放转变为容易抽放,具备了从地面施工钻孔进行瓦斯抽放的必要条件。
为了探索在保护层开采过程中,不具备施工底板抽放巷抽放被保护层卸压瓦斯的瓦斯治理技术,以及地面煤层气开发技术,地面钻孔瓦斯抽放量的考察,在2352(1)工作面没有到达地面钻孔前,钻孔的抽放量较小,2002年8月19日2352(1)工作面推过钻孔,钻孔的抽放量开始增加,混合抽放量达到18m3/m i n左右,瓦斯浓度50%,抽放瓦斯纯量在9.0m3/m i n左右,当2352(1)工作面推过钻孔35m 后,地面钻孔抽放量达到最大,抽放瓦斯纯量15.41 m3/m i n,瓦斯浓度75%,抽放负压0.032M Pa,当2352(1)工作面推过钻孔197m后,钻孔的抽放纯瓦斯量为6.6m3/m in,瓦斯浓度90~95%,地面钻孔的抽放量变化见图3。
图3地面钻孔抽放量变化图3总结通过对潘一矿2322(3)工作面的实际分析,结合潘一矿井的具体情况,对瓦斯综合治理技术进行了研究。
经过一系列的瓦斯抽放参数的比较,对潘)矿瓦斯抽放系统进行设计并提出利用保护层开采,底抽巷抽放卸压瓦斯,抽放远程卸压等技术对瓦斯进行抽放。
从而对瓦斯积聚,瓦斯爆炸等问题进行有效的预防和控制。
并提出了矿井通风系统的优化措施以及完善矿井瓦斯监测系统的手段,强调加强瓦斯防治管理工作在煤矿生产过程中的重要性。
(下接第29页)3结语C r oss迭代法是目前通风网路解算软件普遍采用的方法,运用C ross法基于MATLAB编制矿井通风网络解算程序具有编程简单、代码简洁易于理解、维护容易、易于扩展等特点。
本文提供源程序在MATLAB R2008a中运行通过,具有通用性,可用于解算包含自然风压的通风网络,可供参考。
参考文献:[1]张国枢.通风安全学(修订版)[M].徐州:中国矿业大学出版社,2007.[2]刘剑.等.流体网络理论[M].北京:煤炭工业出版社,2002.[3]徐金明.M ATLAB实用教程[M].北京:清华大学出版社,北京:交通大学出版社,2005.[4]邓薇.M ATLA B函数速查手册[M].北京:人民邮电出版社,2008.24陕西煤炭2010年。