礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方法研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

楊凱

摘?要：本文介紹了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方法的基本分類，對(duì)幾種分析方法進(jìn)行了研究現(xiàn)狀的陳列，討論了三者之間的關(guān)系，最后闡釋了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方法的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)?網(wǎng)絡(luò)分析?研究現(xiàn)狀

由于煤礦工作環(huán)境的特殊性，很多國(guó)家地區(qū)的煤礦工作環(huán)境并不是很安全，時(shí)常會(huì)有事故發(fā)生，威脅著煤礦企業(yè)人員的生面健康與財(cái)產(chǎn)安全。而礦井網(wǎng)絡(luò)分析方法在煤礦安全中占據(jù)著重要的地位。各國(guó)的學(xué)者們也在一直對(duì)他進(jìn)行研究，目前已經(jīng)研究出了很多種方法，可以大致非為圖解法、物理模擬法以及數(shù)學(xué)解析法。下面將詳細(xì)對(duì)其進(jìn)行描述。

一、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方法

（一）圖解法

圖解法簡(jiǎn)單、直觀，是應(yīng)用比較早的方法。在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，運(yùn)用圖解法分析調(diào)風(fēng)方案，可以在圖上把調(diào)整過(guò)程和調(diào)風(fēng)結(jié)果完整地顯示出來(lái)。1938年，英國(guó)學(xué)者S. Weeks 利用了圖解法將礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的特性曲線以及通風(fēng)機(jī)的性能曲線作為其基礎(chǔ)做了簡(jiǎn)單的分析。1974年，唐海清提出了“實(shí)測(cè)—筆算—圖解法”。1975年，宋化沂提出了極為簡(jiǎn)便的逐孔圖解法。1984年，楊運(yùn)良提出了一種直線圖解法，這種方法適用于復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析，并且運(yùn)用于平頂山礦務(wù)局，取得的效果非常明顯。

（二）物理模擬法

物理模擬法在20世紀(jì)50年代比較的流行，曾經(jīng)是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析的重要方法。1950年，美國(guó)的M.Mcllrog和荷蘭的W.Maas利用鎢絲燈泡研制出通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)電氣模型，并提出相應(yīng)解算方法。1953年，日本平松良雄研制出配套電氣模擬解算裝置。之后，日本資源技術(shù)研究所研制出“FLUAC”裝置，用于分析礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的，德國(guó)煤炭協(xié)會(huì)也研制出礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算裝置。

（三）數(shù)學(xué)解析

我國(guó)對(duì)數(shù)學(xué)解析法的研究起步較晚，但經(jīng)過(guò)我國(guó)科研人員的不懈努力，近年來(lái)提出了很多具有較強(qiáng)實(shí)用性的方法。1992年，劉志剛提出把通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中巷道劃分為四種類型進(jìn)行解算，只要網(wǎng)絡(luò)中雅克比矩陣滿足相應(yīng)條件，即可求得通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)唯一解。1998年，西南工學(xué)院陳海焱等建立了一種實(shí)用的節(jié)點(diǎn)壓力分析方法。1999年，王中兵等提出了相應(yīng)的收斂解算方法。同年，謝賢平等提出了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的模糊優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，這種方法為更加符合礦井的實(shí)際情況提供了新的思路。2001年，沈漢年等提出了一種省時(shí)間的新算法，而且程序簡(jiǎn)單。2003年，王樹(shù)剛等建立了礦井正常和災(zāi)變時(shí)期通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型。2004年，黃光球等提出了一種新的全回路調(diào)節(jié)方法，適用于存在固定風(fēng)量分支的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)所有回路的調(diào)節(jié)和按需分配歸零誤差。2005年，王剛等提出了應(yīng)用貪心算法解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，以期縮短計(jì)算時(shí)間，提高程序運(yùn)行速度。2008年，黃光球等獲得了一種新的通用節(jié)點(diǎn)風(fēng)壓法。數(shù)學(xué)解析法共有六種基本方法，其他所有方法均派生于這六種基本方法，其中分支風(fēng)量法不利用圖論，容易建立方程組，也易于接受掌握，但是由于未知量較多，求解復(fù)雜;回路風(fēng)量法穩(wěn)定可靠，適用于各種規(guī)模的風(fēng)網(wǎng)解算，是目前應(yīng)用最多，也是最有效的算法，斯考德—恒斯雷法、牛頓法、京大一試法和京大二試法均屬于回路風(fēng)量法;網(wǎng)孔風(fēng)量法是回路風(fēng)量法的一種特例，只適用于平面風(fēng)網(wǎng);分支風(fēng)壓法與分支風(fēng)量法類似，掌握容易，但計(jì)算較為復(fù)雜;割集風(fēng)壓法計(jì)算十分復(fù)雜，目前較少使用此類方法;節(jié)點(diǎn)風(fēng)壓法在小型風(fēng)網(wǎng)解算中計(jì)算速等：礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析方法研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，但不適用于大型風(fēng)網(wǎng)解算。

（四）三類方法之間的關(guān)系

這三種方法都各自有各自的特點(diǎn)，但是這三者在本山跟上相通的。圖解法首先要完成的就是將礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性曲線與通風(fēng)機(jī)性能曲線繪制在同一平面圖上，這二者的建立都離不開(kāi)曲線方程的設(shè)定。而數(shù)學(xué)解析法就是將這些方程解出來(lái)。物理模擬法是利用水電網(wǎng)絡(luò)方程替代了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)方程，但是同樣需要求解方程組。因此，我們可以從中看出，圖解法與物理模擬法分別就是數(shù)學(xué)解析法在圖和水電模型上的特殊的表達(dá)方式。

二、發(fā)展趨勢(shì)

就目前來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)了一個(gè)多世紀(jì)各個(gè)國(guó)家的學(xué)者研究，如今的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析的理論都已經(jīng)非常的清晰與系統(tǒng)，分析方法也十分地豐富，可以對(duì)任何形式和任何規(guī)模的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，并且找到理想的算法。目前的計(jì)算一般主要采用圖解法和數(shù)學(xué)分析法，二者之間是相互配合的，圖解法用于分析簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，數(shù)學(xué)分析法用來(lái)解決一些復(fù)雜的問(wèn)題，他們兩者之間是相輔相成的，二者也是缺一不可的。將圖解法運(yùn)用到計(jì)算機(jī)中，構(gòu)建數(shù)學(xué)函數(shù)，使得其不再簡(jiǎn)單地運(yùn)用于容易的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，而是將其簡(jiǎn)單和直觀的優(yōu)勢(shì)一直挖掘下去，是以后研究學(xué)者進(jìn)行研究的主要重點(diǎn)。物理模擬法將會(huì)慢慢地被淘汰，因?yàn)槠湓趹?yīng)用的過(guò)程中需要建立復(fù)雜的物理模型，步驟多，而且成本高。數(shù)值模擬也被稱作計(jì)算機(jī)模擬，它可以借助電子計(jì)算機(jī)，通過(guò)數(shù)值地計(jì)算以及圖像的顯示等方法來(lái)解決各種行業(yè)的問(wèn)題，如工程方面地，物理方面地甚至生態(tài)自然環(huán)境等方面的問(wèn)題。因此，在以后的研究中數(shù)值模擬將會(huì)取代其進(jìn)一步發(fā)展下去。

三、結(jié)語(yǔ)

作為18世紀(jì)以來(lái)人類運(yùn)用最為廣泛地能源之一，煤炭的采集一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因?yàn)槠渥鳂I(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，而且容易發(fā)生安全事故，這些不穩(wěn)定因素一直威脅著人類的生命健康安全以及財(cái)產(chǎn)安全。本文主要闡釋了幾種礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的分析方法，如圖解法、物理模擬法以及數(shù)學(xué)解析法介紹了它們之間的關(guān)系以及在之后的研究中主要的發(fā)展趨勢(shì)，希望這些方法能夠使得將來(lái)的煤礦多一分安全，少一分事故，保障人類的生命財(cái)產(chǎn)安全。