通风系统设计（推荐12篇）
1.1 我国矿井通风理论与技术研究主要进展
(1) 对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定。
(2) 建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法, 为风量计算方法提供了理论依据。
(3) 应用电子计算机计算和分析复杂通风网络, 为矿井通风系统分析提供了有效的方法。
(4) 射流通风理论与技术得到发展, 利用风流动压的方向性调节与控制风流的技术获得应用。
(5) 矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化, 建立起若干典型风流控制方案。
(6) 受控循环通风理论推动了空气净化装置的研制和污染源控制技术的发展。
(7) 深井热源、空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展, 初步形成矿内热力学理论体系。
(8) 开展了矿井通风系统优化与控制的人工智能技术研究。
(9) 开展了露天矿通风理论与技术的研究。
1.2 矿井通风节能技术研究的进展
(1) 多风机多级机站
多风机多级机站具有显著的优越性, 它既可提高矿井有效风量率, 又可节省电能消耗。我国自1983年开始该通风技术的试验研究以来, 先后有几十个大中型非煤矿井采用此技术, 改造原有的通风系统, 都取得了明显的社会效益和经济效益。所谓多风机多级机站, 即是由几级 (至少是二级以上) 风机站接力地将地表新风直接送到井下作业区, 将污风抽排到地表。其需风点的风量调节基本上由风机控制, 尽量避免用风窗调节, 以提高系统的可控性, 使矿井通风系统真正做到按需供风。多风机多级机站的一个显著特点是节能效果好。风机的功率与风量立方成正比。大型风机风量大、风压高、功率消耗大。多级机站采用机站间风机串联及机站内风机并联, 这样所选的风机风量小、风压低, 故功率也小;还可选用新型高效节能风机, 因此能耗低。
(2) 矿井通风系统分析
自然分风网络的优化研究迄今为止仍处于理论摸索阶段, 它的研究对矿并通风设计、计划和管理具有理论和实际的指导意义, 对节省能源、降低通风成本等产生直接影响, 是一个值得重视的研究领域。此外, 无论是控制分风网络优化, 还是自然分风网络优化, 其研究的出发点都是将矿井通风网络处理为静态阶段, 即只能就矿井某一时期的状态进行优化, 但实际上矿井生产是一个动态的、离散化的变化过程, 通风工作应根据生产的变化而不断进行调整, 即使在同一时期, 各需风点的风量和需风点数也是在变动的, 所以需要矿井通风能及时满足生产变化的要求, 发展矿井通风网络的动态优化理论。
2 矿井通风系统优化设计
矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一, 它不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资的多少, 而且对矿井投入生产后的生产面貌和技术、经济效益也有长远的影响, 因此矿井通风系统的优化设计问题, 一直是从事矿井通风工作的专业人员所关注的研究课题之一。近年来, 在这方面虽有不少研究成果, 但有关矿井通风系统优化设计方面还存在许多的问题没有解决, 有的还没有被涉及到。
2.1 设计支持系统的研制
矿井通风系统整体优化设计理论与方法的实现仍要以计算机为工具, 而在目前的计算机硬软件水平下, 建立自动设计系统是非常困难的, 因此矿井通风系统计算机软件的建立应以设计决策支持系统为主。
2.2 监测点的最优布局理论
随着采矿工业的发展, 矿床开采的规模越来越大, 矿井通风系统的规模也随之不断扩大复杂性随之提高, 尤其是多级机站通风系统的采用, 系统管理工作量越来越大。因此采用传统的凭人工经验对系统进行管理的方法越来越不能满足人们对其社会效益和经济效益的要求, 利用计算机和系统工程, 实现矿井通风系统的优化管理和自动监控, 使系统安全可靠经济运行势在必行。因此在系统的适当位置上, 安排一定数目的监测点, 提供必要的数量信息, 以反映系统的运行状态, 是计算机在线优化管理的一个重要环节。可见, 对开展矿井通风测量的监测点最优布局理论的研究是具有重要意义的。
结束语:随着社会的进步, 人类越来越重视不断改善自身的生存环境, 世界各国在矿井通风方面人力、物力的投入也不断加大, 在矿井通风方面也取得了不少成就, 但随着浅部矿产资源的日渐枯竭, 矿产资源开采向纵深发展是必然的趋势, 随着开采深度的增加, 矿井必将出现岩温增高、风路延长、阻力增大、风流压缩放热、风量调节困难、漏风突出、有毒有害物质和热湿排除受阻等问题。因此如何有效解决深部矿井的通风优化设计问题已迫在眉睫。
参考文献
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[4]王文, 王国君.矿井热害的治理[Z].
1 采暖通风系统概述
对于建筑物来说, 采暖通风系统的运用可以对室内的温度和空气质量进行有效地调节, 因此采暖通风系统已经得到了人们的普遍运用。对于采暖通风系统的安装可以对建筑自身的舒适度起到一定的作用, 也成为整个工程的重点。
1.1 采暖通风系统的内涵。
暖通系统的使用范围较广, 这种系统结构由很多不同类型的子系统构成, 包括排风系统、供暖制冷等等, 而且这种系统在建筑高层中的应用较为常见, 对于建筑的舒适度起到一定的提升作用。从根本上说, 暖通系统是建筑工程的重要组成部分, 在实际的设计和安装的过程中要严格按照建筑物的需求来进行施工。随着建筑行业的不断发展, 暖通系统要打破传统供暖通风系统的束缚, 加之现如今先进空调技术的运用, 整个系统要更加重视节能环保, 适应社会的发展需求。
1.2 暖通系统特点。
采暖通风系统以先进的技术和设备为基础, 努力实现建筑物室内空间的舒适性。从我国目前的建筑工程来看, 室内的舒适情况不仅仅依靠温度的变化, 还要考虑到湿度、风速以及空气的清洁状况等因素。总之, 在进行建筑室内采暖通风系统的设计中, 要根据居民的具体需求来进行综合的分析和设计, 同时要注意对出现的问题采取科学合理的措施进行解决。
2 防火防烟系统概述
众所周知, 在建筑的设计和施工中, 对于防火防烟系统的设置是非常重要的。由于现如今建筑物出现的火灾现象较为严重, 而且会对人们的生命财产安全带来不利的影响, 特别是在高层建筑中, 要对防火排烟系统的设计加强重视。通常情况下, 此类系统都会在楼梯间进行设置, 系统的排烟量和防火方言效果和安装布局有直接的关系。多数的建筑物都进行排烟窗的设置, 因此要特别重视安装的高度和开启的程度。要保证出现火灾的时候, 此系统能够发挥优势作用, 起到防火防烟的功能。
3 采暖通风系统防火防烟系统的设计
3.1 自然排烟系统的设计。
对于自然排烟系统的设计对于设计师的设计理念和经验都是一种较为严格的考验。因为在设计的过程中, 由于排烟系统安置在楼梯间内, 因此, 对于楼梯间前室和电梯前室的可开启外窗要受到一定的条件的限制, 靠近外墙的楼梯间要根据楼层的情况进行开启面积的设置。另外对于排烟的房间, 开启外窗的面积和房间的总面积需要形成一定的比例, 对于需要开启天窗的面积也要达到一定的要求。总之, 要保证自然排烟系统处于较为安全的范围之内。
3.2 机械加压送风防烟系统的设计。
采用机械加压力送风防烟系统的设计已经在我国的建筑工程中进行了广泛的运用, 在进行设计的时候, 要加强对建筑空间内不同位置的松风雅进行测量, 并且要和查表的数值进行对应, 如果出现了不一致现象, 要严格按照较大的数值来计算。如果是高层建筑, 要进行分段处理。剪刀楼梯间可合用一个风道其风量应按二个楼梯间风量计算送风口应分别设置封闭避难层 (间) 的机械加压送风量应按避难层净面积每平方米不小于30立方米/小时计算
3.3 机械排烟部分的设计。
排烟口应设在顶棚上或靠近顶棚的墙面上沮与附近安全出口走道方向相邻边缘之间的最小水平距离不应小于1.5米投在顶棚上的排烟口距可燃构件或可燃物的距离不应小于1米排烟口平时应关闭并应设有手动和自动开启装置防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30米在排烟支管上应设有当烟气温度超过280度时能自动关闭的排烟防火阀排烟风机应保证在280度时能连续工作30分钟走道的机械排烟系统宜竖向设置房间的机构排烟系统宜按防烟分区设置排烟风机可采用离心风机或采用排烟轴流风机并应在其机房入口处设有当烟气温度超过280度时能自动关闭的排烟防火阀机械排烟系统中, 当任一排烟口或排烟阀开启时排烟风机应能自行启动排烟管道必须采用不燃材料制作。
4 高层建筑的机械排烟的基本原理
就是利用排烟风机把发生火灾区域内所产生的高温烟气通过排烟口排至室外。
4.1 机械排烟设置的部位根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定, 对“一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列走道和房间应设置机械排烟设施”。
a.长度超过20米, 且无直接自然采光或设固定窗的内走道;b.虽有直接采光和自然通风, 但长度超过60米的内走道;c.面积超过100平方米, 经常有停留或可燃物较多的无窗房间或设固定窗的房间;d.净空高度超过12米及12米以下且不具备自然排烟条件的中庭;e.地上室各房间总面积超过200平方米或一个房间面积超过50平方米, 且经常有人停留或可燃物较多的房间 (设有窗井等采用可开窗自然排烟措施的房间除外) 。
4.2 设置机械排烟部位的一般要求
4.2.1 排烟风机的排烟量应符合下列规定:
担负一个防烟分区排烟或净空高度不大于6米的不划防烟分区的房间时, 应按每平方米面积不小于60立方米/小时计算 (单台风机最小排烟最不应小于7200立方米/小时) 。担负两个或两个以上防烟分区排烟时, 应按最大防烟分区面积每平方米不小于120立方米/小时。
4.2.2 排烟口应设在顶棚上或靠近顶棚的墙面上, 且与附近安全出口走道方向相邻边缘之间的最小水平距离不应小于1.5米, 设在顶棚上的排烟口, 距可燃构件或可燃物的距离不应小于1米。排烟口平时应关闭, 并应设有手动和自动开启装置。
5 结论
综上所述, 在现代的工程建设中, 采暖通风系统和防火防烟系统的运用都也可以在一定程度上保证建筑室内的舒适度。通过加强对这两方面的控制, 提高了人们的生活水平以及建筑自身的质量。但是如果设置的不当或者是施工的不合理就会出现一些安全事故, 威胁着人们的生命财产。因此在具体的工程建设中要尽力保证系统的稳定性和实用性, 进而保证我国建筑行业的安全度。
参考文献
[1]辛玉富, 张玲玲, 黄昕.某综合楼防排烟及通风系统设计[A].2007年山东省制冷空调学术年会论文集[C].2007.
[2]刘朝贤.对加压送风防烟方案的优化分析与探讨[A].全国暖通空调制冷2008年学术文集[C].2008.
关键词：矿井通风；系统优化设计；改进方向
中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）04-0092-02
对于从事矿井通风作业的专业技术人员而言，如何优化矿井通风系统属于矿井设计的重要问题之一，提高矿井通风系统的工作效率促进矿机工作生产力的关键所在。随着我国采矿业的高速发展，由于矿产资源的开采加大，矿井作业面临着诸如通风系统距离增加、风量调节难度加大、井下有毒气体增多、以及井下湿度大、气温高、氧气密度小等严重问题。促进矿井通风系统优化设计势在必行。
1 矿井通风系统的内容体系
1.1 矿井通风系统
矿井通风系统，简而言之，就是通过通风设备以及通风网络将地表新鲜空气输送至井下满足井下作业环境要求，同时排出井下作业时所产生的污浊空气的换气系统。即将井下空气与地表空气之间通过人工建造形成空气流通循环的系统工程，以满足矿井作业需要从而提高施工效率。
1.2 矿井系统
1.2.1 矿井通风系统等级分类。矿井通风系统通常依据矿井作业中面临的具体问题进行等级分类，一般将矿井内主要面临安全问题例如瓦斯浓度、煤层自燃条件、井下温度作为矿井通风系统的主要标准。针对于普通类型矿井，在矿井通风系统中对其定义为一般型；对于温度过高的矿井，以其瓦斯浓度、煤层自燃等具体情况还分为一般降温型、防火降温型以及排放瓦斯降温型三大等级；而对于瓦斯安全问题，国内对矿井通风系统将其细分为一般排放瓦斯型、排放瓦斯及降火型与排放瓦斯防火降温型。
1.2.2 矿井通风方式分类。针对矿井通风方式通常通过不同矿井的回风口与井田的具体位置进行细致划分。中央式、对角式、分区式以及混合式四种通风方式是国内对矿井通风的具体分类。将进出风口设置于井田中央部位的通风方式我们通常将其定义为中央式通风，而针对中央式矿井通风方式的风井倾斜对应位置，我们又可以将其细分为中央并列式以及中央边界式两种；而对于对角式通风系统，因其井田两翼的位置差异，亦可通过回风口与井田位置关系的不同分为单双翼两种对角式通风系统；至于将井田的每一区域内都设立独立的通风系统的矿井通风方式，我们将其定义为分区式通风系统；对于混合式通风方式，顾名思义，即将中央式、对角式、分区式三种通风方式灵活运用于一体，结合各种不同的优点并为己用形成的独特的优质的通风方式。
1.2.3 通风方法分类。矿井通风方法通常可分为自然通风和机械通风。基于通风机的运作原理的不同，一般通风方法也不同。以压入式而言，通过进风井的主扇给予正压促使地表空气进入井下，并压出井下作业产生的浑浊气体；利用回风井的主扇产生的强大负压抽出井下作业产生的浑浊空气的空气循环方式我们称之为抽风式；混合式则采取利用进风井的主扇压入新鲜空气和利用回风井的主扇抽出污浊空气相联合的通风方式。由于自然风压一般较小且不稳定，因此矿井必须采用机械通风，我国大多数矿井主要通风采用抽出式通风，采掘工作面通风则多采用压入式的局部通风方式。
1.2.4 矿井通风网路分类。风路连接方式的差异性是对矿井通风网络分类的主要标准，串联、并联和角联是通风网络系统的三种基本联接方式。将两个或两个以上通风风路直接联在一条线路中，并不分流的通风网络形式被称为串联网络。而并联网路指的是在确立一个通风主系统的前提下，将不同子系统以首首相连、尾尾相连的形式构成的一个通风系统。角联网路是指在并联网路分、合点之间贯穿一条或几条对角风路。
2 矿井通风系统优化的探讨
2.1 矿井通风系统设计的宗旨
矿井通风设计宗旨在于通过促进井下与地表空气的循环，提高井下工作环境质量，以达到保障工人生命安全，提高矿井施工效率的目的。
2.2 优化矿井通风系统的作用
矿井通风系统的设计直接影响着矿井的工作安全、经济效益、生产运营和应变能力。利用科学方法综合考虑各种因素影响，确定一个抗灾能力强、安全可靠、经济实用和技术合理的通风系统。
2.3 矿井通风系统优化设计的原则
矿井通风系统优化设计应坚持以人为本的原则，通过改善矿井通风状况，为井下营造稳定可靠的安全生产环境；坚持经济节约的原则，根据实际生产情况，合理布局井筒和通风井等设施，缩短回风距离，最大限度地降低回风阻力；坚持统筹规划的原则，结合矿井未来发展趋势，合理调整现有的井巷和通风设备，充分发掘通风系统的潜力，形成与井下动态变化相适应的通风
系统。
3 矿井通风系统优化设计的改进方向
3.1 目前矿井通风系统技术的发展状况
伴随国内外科学技术的快速发展，矿井通风技术也发展出多风机多级机站、抽出式局部通风机、FQC系列矿用气动抽出式塑料叶轮轴流局部通风机、智能局部通风机等新的设备。目前，学术界对于如何改建矿井通风系统与技术模式还没有给予一致的规定与要求，矿井通风重点考虑的内容包括分区通风系统、多风机多级机站通风系统、主—辅多风机系统、统一主扇通风系统、矿井通风系统的微机自动控制技术新型以及高效、节能矿用风机的研制与应用等。
3.2 矿井通风系统优化设计的发展方向
随着计算机技术的快速发展，专家学者已开发出推理机、FortranCAD系统、Fortran 77Dbase-Ⅲ系统等一批新型高科技矿井通风系统设计软件，通过进一步开发通风系统技术在矿井中的运用，矿井通风系统优化设计未来应重点从以下三方面开展工作：
3.2.1 发展综合集成技术。当前，矿井通风系统优化设计研究呈现多种设计方法相综合的发展趋势，在设计过程中日趋注重将多元化知识与数据收集并有机结合在一起，将不同的分析方法结合在一起，运用计算机网络自动化工程技术统一管理矿井通风系统。对矿井通风系统优化设计应继续加强人机结合和人网融合，创立起完整的智能化矿井通风集成系统，结合自主学习和自主适应机制，建立健全、完善发展系统的最终目的。
3.2.2 重视决策支持系统。目前，矿井通风系统的优化设计主要依靠计算机系统进行处理，优化方法逐渐由线性优化转向非线性优化。但受当下计算机发展水平的制约，开发出自动设计系统还面临很大困难。因此，与矿井通风系统优化设计相配套的计算机软件，在设计过程中应以决策支持系统为主，逐步研制和设计相对独立的计算机软件系统来优化矿井通风系统。
3.2.3 完善电子监控体系。伴随着采矿方法和采矿技术快速发展，许多矿井的生产量往往超过其原有的生产设计能力，矿井规模越来越大，矿井通风系统日趋复杂，特别是随着多风机多级机站等新技术的应用，矿井通风系统的管理工作也日益复杂，传统的凭人工经验对通风系统进行管理已经不能适应社会经济快速发展，运用计算机网络自动化工程系统针对矿井通风系统采取监控已经成为矿井生产和发展的必然趋势。对此，矿井通风系统优化设计应把电子监控体系建设作为一项重要工程，安排适当数量的监测点和监测设施，对矿井的运行状态进行全面监控，为通风系统的深入优化提供重要支撑。
参考文献
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2设计题目：某酸洗电镀车间通风系统设计 3原始资料：
1.设计地点：天津；
2.建筑物土建工程资料：
⑴． 车间平面图和剖面图；
⑵． 外墙：符合《公共建筑节能设计标准》的有关规定；
⑶． 屋面：符合《公共建筑节能设计标准》的有关规定；
⑷． 地面：水泥地面；
⑸． 门窗：单层木门：1.5×2.5，双层塑钢窗：1.5×2.5。
3.其他资料：热源为换热站；
热媒为热水；
热媒参数为95℃/70；
建筑物周围环境：城市内无遮挡 4.气象资料：供暖室外计算温度为-9℃；
夏季通风室外计算温度 ℃ 5.工作班制：所有车间均为两班制。
4.设计任务 本设计为一电镀车间设计一通风系统，一方面要保证车间内的有害物浓度在国家有关标准允许范围内，同时要求夏季和冬季的温度在设计温度范围内。
5车间得热量和失热量计算 5.1冬季 5.1.1.冬季室内温度 电镀部，溶液配置室，车间办公室，发电室，抛光工部及其它工部t=18℃;5.1.2.失热量 ⑴．维护结构耗热量 维护结构的传热系数：
车间的体积V=6*42*12=3225.6m；
外表面积S=1166.06㎡；
体形系数S/V=1152/3024=0.362；
单层木门面积1.5*2.5=3.75㎡；
双层塑钢窗面积为3.75㎡ 根据《公共建筑设计节能标准》查得 当0.3＜体型系数≤0.4时，屋面≤0.45 W/(㎡·k),外墙≤0.5 W/(㎡·k)由《采暖通风与空调设计手册》查得窗的传热系数为3.256 W/(㎡·k)，门为4.652 W/(㎡·k)地面的热阻≥1.5(㎡.K)/W,传热系数K≤1/1.5=0.67W/(㎡.K)查供热课本 地面、外墙、屋顶、窗的温差修正系数a=1.0 由公式Q=a×K×F×得散热量，计算结果见附表1；
⑶．由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量（较小，略而不计）⑷．车间的水分蒸发耗热量：
水分散湿量计算：G= 其中：---饱和水蒸气压力，Pa；
---水蒸气分压力，Pa；
=2064 Pa；
=1341.6Pa；
A=42*12*0.8=403.2㎡；
B=101325 Pa；
=10266Pa；
代入数值计算得：G=60.08kg/h；
水的汽化潜热为r=2450Kj/Kg；
故车间水分蒸发耗热量为=r×G=147196KJ/h=40888W 5.1.3.得热量 ⑴．槽子散热量：应考虑不同时使用和一部分热量直接有排风罩排到室外等因素。
查《采暖通风与空调设计手册》得：
2镀银槽：1740W；
3镀锡槽：2021W；
4镀锌槽：2303W；
5电解除油槽：1948W；
6酸洗槽：521W；
8化学除油槽：2355W（7有色金属腐蚀槽与1溶液配置槽内的溶液温度与室温相同，故不考虑得热量的计算）电镀工部：1×1740W+2×2021W+3×2303W=12691W；
电镀准备室：1×1948W+2×521W+3×2355W=10055W；
⑵．发电机等用电设备的散热量：车间内有两台14KW的直流发电机和两台0.8KW的抛光机：
每台发电机的散热量:=；
故发电机的散热量：；
每台抛光机的散热量：；
同时使用系数取0.6；
故抛光机的散热量：
⑶.太阳辐射热：在维护结构耗热量计算中由朝向附加考虑进去了。
⑷． ．人体散热量可以不算，作为一个有利条件。
⑸． 总得热量12691+10055+5880+492=29118W 5.2夏季 5．2.1.室内温度，湿度 发电机室 ≤40℃；
故取40℃；
其它工部 ℃，相对湿度=65%，故=32℃；
---夏季通风室外计算温度。取29℃ 电镀工部温度梯度 a=0.3 ℃/m;发电机室温度梯度 a=1.5 ℃/m;5.2.2.得热量 ⑴．太阳辐射热 太阳辐射热不计算 ⑵．槽子散热量分为液面散热量和侧壁面散热量两部分。本次设计中由冬季查得的槽子散热量采用温差修正法计算得夏季的槽子散热量。
计算得：
镀银槽2：1372W；
镀锡槽3：1631W；
镀锌槽4：1894W；
电解除油槽5：1602W；
酸洗槽6：342W；
化学除油槽8：1841W（有色金属腐蚀槽与溶液配置槽内的溶液温度与室温相同，故不考虑得热量的计算）电镀工部：1×1372W+2×1631W+3×1894W=10316W；
电镀准备室：1×1602W+2×342W+3×1841W=7809W；
⑶．发电机等散热量 车间内有两台14KW的直流发电机和两台0.8KW的抛光机：
每台发电机的散热量:=；
故发电机的散热量：；
每台抛光机的散热量：；
同时使用系数取0.6;故抛光机的散热量：
⑶．人体散热量可以不算。
5.2.3.失热量 ⑴．水分蒸发吸热量，夏季可以不算，作为有利条件。
⑵．围护结构传热量：由于温差较小，在夏季可以不算。
⑶． ．夏季无冷风渗透耗热量。
6.局部排气设备的选择和局部排气量的计算 6.1.槽边吸气罩的形式以及局部排风量计算 根据《使用供热空调设计手册》槽边排风罩的槽宽B<500mm时采用单侧排风；
500mm≤B≤800mm时采用双侧排风；
由于设计中所有的槽宽都介于500mm到800mm之间，故均采用双侧排风。局部排风量计算：用控制风速法计算。下面以镀银槽为例：
镀银槽尺寸为1000×800×800，在《简明通风设计手册》中查得，根据国家标准设计，条缝式槽边排风罩的断面尺寸共有三种：200mm×200mm,250mm×250mm,250mm×200mm,此设计中采用250mm×250mm,所以。
镀银槽的控制风速为 则总排风量为 每一侧的排风量为 假设条缝口风速,采用等高条缝，条缝口面积；
条缝口高度，而此时0.336＞0.3,为保证条缝口上速度分布均匀，在每一侧分设两个罩子，设两根立管。
所以，<0.3 每个排风罩阻力：
式中：为局部阻力系数，取2.34；
为周围空气密度；
为条缝口风速；
其它各槽的排风量和阻力见附表排风罩计算表 6.2.发电机室的通风 发电机室内有两台14KW的直流发电机，产生很大热量，要消除余热；
夏天应考虑机械排风，且保证室温不超过40℃（夏季室外平均温度定为29℃）。发电机室余热量较大，冬季可以考虑将发电机室的排风排到电镀部。
⑴． 夏季通风量的计算（即为消除余热的风量）两台直流发电机产热量为5.88KW, 设室温为40℃，又室外平均温度为29℃，则温差为△t=40-29=11 ℃，则风量为G=Q/(c×△t)=5.88/(1.01×11)=0.53kg/s=0.468。
⑵．冬季通风量的计算 冬季在发电机室与电镀工部的隔墙上开一个百叶窗自然排风至电镀工部 6.3.除尘通风 本设计只有抛光工部产生粉尘，粉尘的成分有：抛光粉剂，粉尘，质灰尘等。抛光的目的主要是为了去掉金属表面的污垢及加亮镀件。
排风量计算：一般按抛光轮的直径D计算L=A·D 式中：
A---与轮子材料有关的系数；
步轮：
A=6·mm直径；
毡轮：
A=4·mm直径；
D---抛光轮直径mm；
抛光工部有两台抛光机，每台抛光机有两个抛光轮，抛光轮为步轮。其直径为200mm,抛光机的排气罩应采用接受排风罩，抛光机号为7。
故抛光机的局部排风量：L=4×6×200=4800=1.333 7.空气平衡和热平衡计算 为保证车间各工部的空气按需要分配，保证车间有良好的气流状态，同时使车间各工部按数量要求补充热量（冬季）或者排走余热（夏季），使车间温度满足卫生标准。
为防止一个工部的有害物质扩散到另一个工部，除保证电镀部，溶液配制室等为负压外，抛光工部负压最大，电镀工部负压最小。维持房间负压，也就是要保证，一般，则取，负压，所以。
7.1 整个车间的空气平衡和热量平衡 风量平衡：
热量平衡：
即以上两式变成：30%70% ℃，c=1010J/(kg·℃),18℃,1.213 包括各槽上局部排风罩的总排风量和抛光机的排风量。故计算得=7.684 =7.686×1.213=9.321㎏／s，㎏/s，㎏/s，总得热量29118W；
总失热量 86912W；
总得热量和总失热量求得整个车间的散热器提供的总热量为 将数值带入上式即可求得：℃。
7.2各工部的送风量计算如下：
溶液配制室 电镀工部 抛光工部 电镀准备部 各工部的机械进风量为：
溶液配制室 电镀工部 抛光工部 电镀准备部 8.空气加热器的选择计算 需要加热的空气量为：=6.525，加热前的空气温度为℃，加热后的空气温度为℃，假定空气的质量流速s),则需要的加热器的有效截面积为：，据此查《设备材料手册》空气加热器技术表4-23知，选4台/2型加热器串并联，每台有效截面积为0.43散热面积为43.6,根据实际有效截面积可算出实际的·s, 加热器的传热系数为：K=16.5×·K；
计算需要加热量：；
热媒与空气间的平均温差：℃ 需要的加热面积为：；
需要的加热器串联台数为：；
取2台串联共四台加热器，总加热面积：43.6×4=174.4；
检查安全系数：，即安全系数为1.16，说明所选加热器合适。
计算空气侧压力损失：
9.净化设备的选择 选用哈尔滨机械厂生产的LWZ-12型自动浸油滤尘器，该滤尘器使用于初含尘浓度低于40毫克/立方米的空气净化。相关技术参数如下表：
风量（）阻力（mm）滤尘效率 滤网运转速度（mm/min）用油牌号 油槽容量 电机型号 重量（kg）20000 7 93%~98% 48 12或20 188 J-11-4 529 10.送排风系统方案的确定，系统划分 其中应注意的问题包括：
1.送风机可设在车间上部的平台上；
2.排风系统可划分为3个系统；
3.除尘，净化设备可设在室外；
送风一个系统，从上面送风，排风分三个系统，经排风罩再到地沟，通过地沟排至室外。
与风机相连接的烟囱的高度要高于建筑物6m以上 11．进行水力计算，选择风机和电机 11.1送风系统 画出平面图，编号，然后确定最不利环路，接下来计算不平衡率。
送风最不利环路为1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13 下面以干管管段1-2为例 流量L=5.378，假定流速为8，则可查《工业通风》得管道当量直径为800 mm，换算矩形管道的当量直径得送风管尺寸为1000mm×630mm, 用流量除以管的截面积可得管段的实际流速，再查上图可得0.44Pa/m.同样方法可得其他管段，结果见附表送风系统计算表 求出1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13的阻力，风机的选择就是依据这个阻力和总风量 风机及电机的选择：
风量；
风压；
风机型号：由《简明通风设计手册》中查得，选用4-68型离心通风机NO.12.5.C, 全压为530Pa，流量为21469电动机型号为Y132-6，功率为5.5KW.11.2 排风系统 排风系统用地沟排风，地沟的尺寸选择同上，排风分三个系统，每个系统的结果见附表 排风系统水力计算。
P-1 系统风机的选择 风量；
风压；
根据风量，风压，由《简明通风设计手册》查得，选用4-68离心通风机No.8.C。
全压为1040Pa,流量为12128m³/h.电动机型号为Y132M-4，功率为7.5Kw。
P-2系统风机的选择 风量；
风压；
其中除尘器的阻力是1000Pa;根据风量，风压，由《简明通风设计手册》查得，选用4-68离心通风机No.4.C 全压为1970Pa,风量为5633m³/h.电动机型号为Y112M-2，功率为4.0KW P-3系统风机的选择 风量；
风压；
根据风量，风压，由《简明通风设计手册》查得，选用4-68离心通风机No.8.C 全压为770Pa,流量为15008m³/h.电动机型号为Y132S-4，功率为5.5Kw。
关键词：通风系统,多连跨车间,地沟送风
1 引言
在实际工程中由于客观条件的限制或工艺需求, 有的工厂不得不设计成三跨或更多跨的多连跨厂房。此类建筑除了跨数多之外, 通常还具有室内余热高和空间高大的特点, 往往给通风系统设计带来挑战。本文介绍了某厂房通风方案的设计, 对同类项目具有一定的借鉴作用。
2 工程概述
项目建设地点位于太原, 其炼铸钢主厂房为多连跨车间, 东西长226m, 南北宽162m, 厂房高38m, 屋顶最低处21.5m, 共6 跨, 自北向南依次是:炉料、出钢铸锭、铸钢铸造、铸钢清理和初加工6 个工部。主要工艺设备有80t电弧炼钢炉, 120t四工位钢包精炼炉, 500kg/h蒸汽喷射真空泵, 500t级真空铸锭室等。
3 工程特点
3.1 6 联跨厂房
本车间体量为226m×162m, 高38m, 且6 连跨, 如图1, 突破了多跨厂房常规模式。通常采用自然通风的热车间的最大进深不超过60m[1], 本车间南北进深162m, 比设计手册上的推荐最大值还多102m。如果仅依靠自然进风, 室外新风根本无法到达中间内区, 这给通风系统的设计带来了很大的挑战。此外, 建筑体量和主要工艺设备吨位也均超出目前主要设计手册中所收录的模型, 给基础资料的收集分析带来困难。
3.2 室内散热特点
车间内散热包括各种工艺设备、液压站传动等设备的散热;高温钢水和钢锭持续或阶段性的辐射热。其特点是:车间内工艺设备众多散热量大, 室内间歇性的辐射热占的比例较大, 整个车间的散热是动态的和生产计划及流程紧密相关。
4 通风系统设计分析
车间内空间高大, 稳定的散热可形成有效的热压, 首先考虑屋顶天窗自然排风, 外墙底部百叶进风的“下进上出”模式。由于建筑进深太大, 如果单靠自然通风, 室外新风无法达到内部区域, 导致内区风量不足通风效果差。其通风CFD模拟结果如图2。从图2 中可以看出, 红色占大部分区域, 温度高于45℃ ;靠近外窗附近由于有进风影响温度较低。总体上内区通风不畅, 大面积区域温度高, 效果很不理想。
因此, 通风系统设计的关键是:如何把足够多的新风送到中间区域, 使得整个车间内部所有空间都能形成有效的“下进上出”的气流组织, 从而形成有效的通风。
如果假设室内热环境是静态的, 直接将各种散热量叠加作为热负荷, 保证室内温度不超过34℃ , 车间总通风量为530×104m3/h。这是个巨大的数字, 如果按此来配置风管和选择风机, 不仅在现有条件下无法实施, 而且也是不合理的。
假设车间周边靠外墙区域依靠自然进风, 远离外墙的内区靠机械送风。在车间总进风量一定的情况下, 自然进风量和机械送风量之间存在某种比例关系, 但这种比例难以确定。自然进风量又受制于其他多种因素难以定量分析。但有一点可以肯定, 对于自然通风, 进风面积越大, 中和面越低, 新风越有利于达到工作区, 效果越好。
因此, 对于本项目, 首先是结合建筑和工艺布置确定进风口的位置和尺寸, 以及屋顶排风天窗的位置和尺寸。在自然进风口和排风口基本确定的前提下, 设法确定合适的机械送风量。
5 送风方式的确定
理论上将新风送到车间中间区域有多种方法。但在分析工艺布置、结构和建筑专业的各种条件后, 地沟送风是唯一可实施的途径, 且只能设3 条送风地沟 (见送风地沟布置图) 。地沟顶面在地面之下约2.5m, 在工人操作区附近开口出地面, 在距离地面1.2m处送风, 风口的布置尽量有利于将新风送到工人岗位附近。
6 送风量的确定
在解决内部区域机械送风途径之后, 送风量到底需要多少成为另外1 个需要解决的问题。有多少室外新风能够直接送达内部区域直接关系到车间内部环境温度。送风量过少, 无法满足内区通风要求;送风量太大, 则给送风地沟的断面尺寸和风机的选择带来困难, 甚至无法实施。送风量的确定还关系到初投资、运行费用和风机噪声控制等诸多因素。因此, 需要确定1 个适当的并能够实施的送风量合理数值。
6.1 送风量的分析
内区机械送风量到底需要多少才是合理的, 难以直接求得。不仅车间内的散热量时时都在变化, 而且车间规模和工艺设备的容量都突破了常规。比如车间内电弧炉是80t, 工艺厂家也难以提供准确的散热量, 设计手册上电弧炉资料最大的不到30t[2], 相差很大, 有关数据无法采用。目前设计手册上很难找到与之匹配的可用来计算的有效参数。对太原、大连和富拉尔基几座建于20 世纪60 年代同类车间调查发现, 车间内只要通风良好或有岗位送风的区域据工人普遍反映环境温度在可接受范围之内。但如果暴露在高温热源热辐射区域之内, 会有明显的灼热感。据了解, 相比20 世纪60 年代, 如今的工艺装备的效率有了极大的提高, 总体散热量要小很多。可以认为实际需要的通风量应该比在静态条件下估算的通风量值要小。
由于车间土建条件限制, 最多只能做3 条地沟, 最大规格尺寸只能做到3m×4m, 3m×2.5m。如果地沟内风速按14m/s计算, 最大可能的送风量约为160×104m3/h。如果送风量再增大, 不仅室内地沟尺寸无法满足要求, 室外地下送风机房的面积也不能满足安装需要。由此, 初步暂定内区机械总送风量为160×104m3/h, 通过3 条地沟送入, 再通过计算流体力学 (CFD) 来模拟送风量和工作区温度的关系, 验证其可行性。
6.2 送风量模拟验证
利用CFD模拟机械送风量和工作区的温度关系。输入模型的基本参数包括:屋顶天窗面积和位置, 除尘系统 (工艺设计范围) 排风量和排风位置, 外墙百叶窗的面积和位置, 地沟、内区地面送风口和岗位送风口的位置和大小, 热源的位置和参数, 室外夏季通风温度27.8℃。
模拟中间区域有送风的条件下室内工作区温度场情况, 送风量从60×104m3/h起, 每次递增20×104m3/h风量, 分析工作区内的温度变化。图3 是当内区送风量达到160×104m3/h时, 在室内Y=1.5m处截面温度场的情况。图3 中红色面积相对减少, 蓝色面积较大。大部分工作区域温度在29~34℃, 相对较低, 基本可以满足要求。中间地带处在高温辐射热源附近, 温度依然较高, 所幸高温热源附近基本没有固定工作岗位, 且工艺采取了防护措施。
结合以上分析、CFD模拟和实际生产作业计划班次, 认为车间中间区域送风量为160×104m3/h时基本可以满足求。
7 设备选用与布置
考虑风量、噪声、安装、运行和维护等因素, 共选用5 台单极隧道送风机, 单台风量32×104m3/h, 风压500Pa, 功率75k W。如送风地沟布置图 (见图4) , 1#送风机房和2#送风机房各安装2 台风机, 3#机房安装1 台。送风地沟截面分别为3m×4m和3m×2.5m, 地沟正好可以在-6.800m标高处沿着格构柱地下基础杯壁的外沿敷设, 在车间内穿格构柱中间的空档出地面送风。将送风机房设在地下-7.300m处, 通过风亭从地面取风。这样不仅接管非常方便而且噪声问题容易解决, 也能很好地减小系统地阻力进而降低风机功耗。
8 结语
大型厂房在工艺布置上应尽量避免超过3 跨以上的多联跨巨型车间的出现。超常规模的单体车间给通风系统的设计带来极大的挑战。本项目在没有准确资料可以依据的情况下, 设计过程中只能依托土建条件按“能做多大就做多大的”原则先确定送风量, 再收集资料和软件模拟从侧面去验证。条件所限, 通风系统CFD模拟软件模型参数与实际情况尚存在较大的差距, 模拟结果准确度有待提高。
能够在工艺设备如此复杂的车间地下布置截面尺寸如此之大的送风地沟在国内并不常见。送风地沟的设计需要各专业间紧密配合才能得以实施。本项目已建成投产, 2012 年夏季车间通风系统运行情况良好。
参考文献
一、煤矿通风系统的作用与重要性
(一) 矿井通风
矿井通风是指借助于机械或自然风压, 向井下各用风地点连续输送适量新鲜空气, 供给人员呼吸, 稀释并排除各种有害气体和浮尘, 以降低环境温度, 创造良好气候条件, 并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。
(二) 矿井通风系统
矿井通风系统是向矿井各用风地点供给新鲜空气, 排出污风的通风方式 (进/回风井布置的方式-中央式、对角式、混合式) 、通风方法 (主要通风机的工作方法-抽出式、压入式、混合式) 、通风网络 (由风流流经的巷道及相关设施组成) 和通风控制设施 (通风构筑物) 的总称。——常被称为矿井的“心脏”与“动脉”。
矿井通风系统是一个复杂、动态的系统, 受众多、复杂的内外因素影响。
(三) 矿井通风系统的作用
1、保证在正常生产条件下, 向井下各采掘工作面、硐室、井巷等地点合理、可靠、连续不断地供给新鲜、足够的风量。
2、在矿井发生灾变时, 尽可能在一定范围内控制风流, 减少灾
害对矿井通风系统的破坏程度, 减少高温、有毒、有害气体的影响, 保证人员撤退和救灾人员的安全, 及时救灾, 减少事故损失。
矿井通风系统要达到:系统稳定、风量足够、风速合理、设施可靠。
(四) 矿井通风系统的重要性
矿井通风系统常被称为矿井的“心脏”与“动脉”。
(1) 矿井主要通风如同“心脏”, 一旦停电停风, 人员无法保证呼吸, 设备不能运转, 井下有害气体增加超限, 温度升高, 可能导致爆炸、中毒事故发生, 造成损失。
(2) 通风井巷网络如同“经脉”, 保证风流按规定路线流动, 一旦堵塞或短路, 风流无法到达需要的地点。
(3) 通风设施的调控作用可实现系统可靠稳定, 经济合理运行。
二、煤矿通风系统的发展
(一) 现代煤矿通风系统的发展
1、我国大部分井工煤矿采用机械抽出式通风, 其中个别自然发火严重的矿井采取压入式枵压抽混合式通风。
2、煤层瓦斯和自然发火不太严重、井田面积较小的中、小型矿井多采用中央式 (并列式或边界式) 通风。
3、老矿井多采用混合式通风;新的大型及特大型矿井主要采取分区式通风;条件较好的矿井采取对角式通风。
4、矿井通风系统由采区式向条带式转变, 系统巷道大为简化。
5、井筒、巷道断面积增大, 系统通风能力大。
6、矿井主要通风机功率大, 负压高, 风量大, 效率高。
7、通风设施的构筑工艺、技术、材料、质量发展快。
(二) 通风系统设计
矿井通风设计的基本任务是结合矿井的开拓与开采设计, 建立一个安全可靠、技术先进、经济合理和便于管理的通风系统, 并在此基础上计算各用风地点所需风量、总风量与总风压, 选择矿井通风设备。
(三) 通风系统的发展
1、随着井型的增大, 通风系统向大型化方向发展, 虽然井巷减少, 但属于分区式通风, 通风系统较为复杂, 管理难度加大。
2、矿井采掘速度加快, 通风系统的动态变化加快, 通风系统的调整、改造工作频繁, 系统的不稳定性加大。
3、井巷断面积增加, 通风设施的构筑工艺、材料要求提高, 设施的工程大, 维护量和难度大。
4、矿井开采深度增加带来瓦斯涌出量和地温问题日趋严重, 通风、降温设备多。
5、通风系统的自动化技术发展迅速, 要求快速解算, 早期预警, 处置及时。
三、通风系统发展前景展望
由于矿井通风系统自身的复杂性, 仅仅依靠人工凭借经验的手段来进行日常管理和事故救灾决策, 实施起来难度非常大, 而且可靠性不高, 极易出错。因此, 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。
使用计算机可以对井巷网络进行模拟, 通过对巷道的断面、风速等参数进行赋值, 可以实现通风系统的数字化、科学化和现代化, 然后通过预先编制的程序对其进行处理、计算, 输出正确的结果, 从而, 为工程技术人员提供必要的参考, 以辅助决策。
新型矿井通风系统软件除了必须实现诸如灾害事故模拟分析、选择最佳避灾路线以及推荐灾变情况下的控风方案等一些基本的功能外, 还应该具备以下特点:
(一) 、可视化
通风系统的参数以及计算结果最好能以图、文、声等多媒体技术手段, 十分直观地展现出来, 这对简化工作人员的工作量以及在救灾时能够快速地做出决策非常有利。
(二) 、实现动态模拟
由于矿井气候、巷道布局等时刻在发生着变化, 新型软件必须能够适应这种动态性, 时刻保持与矿井的真实情况相符合, 这样得出的结果才真实、可靠。
(三) 、具有预测性
新开发的通风系统软件必须能根据现有的数据, 准确地对之后的通风情况进行预测, 以便帮助技术人员及早做出决策, 并制定相关措施。
四、结束语
矿井通风系统的好坏不仅关系到煤矿企业的经济效益, 合理的通风系统直接决定着矿井抗灾能力的大小。合理的通风系统应具有通风系统简单, 阻力分布合理等特点, 无论在矿井设计阶段还是在生产阶段, 必须尽量保证通风系统的合理性, 从而达到煤矿安全通风。
摘要：本文简要介绍了目前国内煤矿用大型矿井通风设备作用及重要性, 展望了通风系统发展前景。
关键词：煤矿,通风系统,发展
参考文献
[1]崔向阳王国祥煤矿的通风安全管理[J].河南科技, 2010, (01)
[2]刘太生浅谈煤矿通风管理的工作[J].科技信息 (科学教研) , 2007, (19)
当前, 煤矿通风安全仪器多采用人工管理方式, 突出问题表现在:台帐和记录众多, 仪器信息的查询、检索和修改因难, 统计分析与报表制作难度大, 同时人工台帐不规范, 失误和信息缺失严重, 无法有效地跟踪仪器使用状态。本文以淮北矿业集团公司祁南煤矿为试验矿区, 针对如上所述问题, 通过充分调研, 进行了煤矿通风安全仪器智能管理信息系统的需求分析、系统建模与设计、关键技术点攻关, 采用Delphi结合SQL Server技术进行了开发与应用。
1 系统目标与功能需求
系统目标是通过煤矿通风安全仪器智能管理系统, 让通风安全仪器的管理全程业务实现信息化和规范化, 把人、信息和资源有效地结合在一起, 大幅度提高煤矿的管理水平。
通过对试验区相关部门业务流程调研, 可知系统应满足如下基本功能:
1) 台帐管理:记录仪器的基本信息和使用信息, 包括:仪器的名称、型号、规格、制造厂家、用途、检定周期、报废日期等, 提供相关数据的录入和统计报表等功能。
2) 周期检定 (校准) :对由检定部门强检后的《检定证书》进行集中管理, 能对每台通风安全仪器检定情况进行跟踪, 自动生成《周期检定 (校准) 表》。
3) 维修维护:实现通风安全仪器的日常维修维护跟踪, 管理相关配件库, 并将仪器与配件消耗相关联, 对库存量能够综合分析, 实现缺货报警。
4) 日常校准管理:对光干涉式甲烷测定器、催化燃烧式甲烷测定器的日期校准情况进行管理, 将日常的校准数据录入到数据库中, 为管理人员仪器的性能提供数据依据。
5) 矿工管理:建立矿工身份数据库, 每位矿工分配一个专用的ID卡编号做为身份识别码, 所有矿工使用该识别码领用仪器。
6) 刷卡发放管理:是日常最频繁的业务操作, 主要实现仪器的刷卡发放。在每台催化燃烧式甲烷测定器的内安装智能芯片, 作为该台仪器的标识码。不同工种的工作人员使用不同的仪器, 系统通过能自动进行分辨, 自动记录仪器发出、交回时间, 另具有对单台仪器使用情况的汇总统计, 在单位时间内该仪器被领用次数, 使用时长, 平均使用时长以及累计使用时长。以便于维修人员掌握仪器的使用情况, 给维修工作做出指导性意见。
2 系统模型的构建
煤矿通风安全仪器智能管理系统模型主要包括三项内容:数据存储、业务流程和系统授权验证。
1) 数据模型是在对现实世界向信息世界抽象的过程, 建模的关键在于分析现场业务中的数据构成规则, 提取数据实体及其之间关系, 并确定这些数据实体和关系的属性组。煤矿通风安全仪器智能管理系统的实体主要包括通风安全仪器数据 (台帐、周期检定、日常维护、日常校准) 、通风安全仪器职能管理数据实体 (仪器发放、交回) 、用户授权验证数据实体 (系统操作员、矿工、权限与角色) ;实体之间通过仪器编号、矿工编号、操作员编号、权限编号、角色编号构成联系。
2) 业务流程用于描述的系统的行为特征。在信息系统中, 最为根本的业务是数据管理, 一般围绕数据模型构建其添加、修改、删除、查询和统计报表等操作方法, 再增加针对行业特征的业务操作。煤矿通风安全仪器智能管理系统业务操作包括台帐管理、仪器管理、仪器发放与交回管理、人员及其权限管理、数据检索查询和报表管理。
3) 系统授权验证。煤矿通风安全仪器智能管理系统权限分为三类权限组:管理员、维修工、发放工。每一组有特定的权限, 即该组系统操作员登录以后只能做预先设定好的操作, 不允许操作不能完成。例如, 管理员负责台帐、检定记录、维修记录、职工信息管理全局信息管理;维修工负责设备维修和维修记录的登录;发放工负责仪器的发出和交回。每一权限组可以添加若干系统操作员用户名和基本信息, 它将对应到现实中科室的工作人员, 从而在为每一个员工分配操作用户ID时, 限定了其权限, 即工作分配。
3 系统设计与关键技术点
3.1 系统设计
依据数据模型构建系统数据库, 其中包括大量实体、关系表, 例如:仪器管理台帐表、仪器管理台帐表、仪器基础信息表、启爆器参数校正表、催化燃烧式甲烷测定器验证表、光干涉式甲烷测定器校正表、报废管理表、配件采购消耗表、周期检定表、矿职工人员表、系统操作员表、发放记录表、仪器丢失处理表、证件丢失处理表等。建库建表完成后还需要为它们设置适当的索引与约束, 提高执行效率。
接着, 依据业务流程和系统授权验证建模情况, 设计系统由台帐管理、仪器管理、仪器发放与回收、矿职工信息和系统授权验证五大部分组成构成, 加以扩展, 如图1所示。
3.2 关键技术点之一:数据查询与报表技术
煤矿通风安全仪器智能管理系统需要满足大量的数据查询与报表功能, 例如:仪器台帐查询、待检查询、检定台帐查询、发放记录查询、故障仪器查询、维修记录查询等。Grid+Report提供了一个具有超强数据展现功能的数据网格 (Data Grid) 部件, 使得各种数据报表的开发过程极大简化, 可以让报表的查询、显示与打印一次实现, 既提高了开发效率又保持了数据的一致性, 部分源码如代码1所示。
3.3 关键技术点之二:智能刷卡与相互绑定技术
仪器发放与回收操作频繁, 工作量大, 是直接关系整个系统性能和用户体验的关键。传统键盘录入方式效率低下, 失误多, 也操作员的计算机技术水平要求较高。为了解决这些问题, 矿工和仪器均采用刷卡方式, 描述如下: (1) 一张ID卡拥有唯一的编号; (2) 一位矿工绑定一张磁卡, 作为其唯一标示; (3) 一个仪器或者仪器组绑定一张磁卡, 作为其唯一标示; (4) 当对矿职工做注册、注销、查询、维护等操作时, 通过刷卡锁定到对应职工记录, 然后进行界面信息操作完成; (5) 对仪器进行发出、回收、查询、报修、送检等操作时, 可刷卡锁定到对应仪器记录, 然后进行界面信息操作完成; (6) 领取设备、交回仪器涉及到对领取人和领取仪器的绑定操作。在领取设备时, 先刷人员ID卡, 读取人员信息, 再刷仪器ID卡, 读取仪器信息, 并将人员信息与仪器信息绑定, 记录发出信息;在交回仪器时, 直接刷仪器ID卡, 读出绑定信息, 待确认仪器后, 记录收回信息, 解除绑定。如图2所示。
4 系统的应用效果
煤矿通风安全仪器智能管理系统于2014年3月开始在祁南矿通风区发放室试验运行。经过反复调试和改进, 功能强大、操作简易、智能化程度高, 已能满足祁南矿通风区发放室现场所有业务需要, 成为集台帐管理、安全仪器管理、周期检定管理、日常维护管理、日常校正管理、仪器安全发放与回收智能管理、科室职责分配、相关数据查询、统计报表等功能为一体的智能化信息管理系统, 部分界面如图3所示。
由于系统严格遵循淮北矿业集团公司计量器具管理文件、国家计量法规等规范标准, 极大的简化了繁琐的仪器发放与回收过程, 提高了管理过程的规范化、程序化和智能化, 深得系统操作员和各级领导的好评, 获得了安徽煤矿安全监察局淮北分局领导、集团公司通风处领导的高度评价。
摘要：为了提高煤矿通风安全仪器管理过程的自动化和智能化程度, 以淮北矿业集团公司祁南煤矿为试验区, 反复调研、设计与调试, 构建了数据存储、业务流程和用户授权验证三方面的模型。采用Grid+Report技术实现了数据综合查询与报表;采用智能刷卡与相互绑定技术极大简化了仪器发放与回收操作。现场应用效果表明, 煤矿通风安全仪器智能管理系统能显著提高矿井通风安全仪器管理工作的效率, 减少人为失误, 并推动矿井管理的数字化、标准化和规范化建设。
关键词：通风安全,仪器仪表管理,管理系统设计,ID卡
参考文献
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关键词：采区需风量通风系统调整
一、矿井介绍
河南安林煤业有限公司原为河南省浚县所属地方国营煤矿，现改制为河南地煤公司控股股份制企业，安林煤矿位于太行山东麓，安阳—鹤壁煤田北中部，距安阳市水冶镇4km。井田边界均以大断层形成自然边界。据河南省煤炭工业局文件（豫煤安[2007]1010号），该矿为煤与瓦斯突出矿井，全矿井瓦斯绝对涌出量为7.87m3/min，相对涌出量5.36m3/t。煤科总院抚顺分院于2004年5月对矿区采煤工作面的二1煤层的煤尘进行了测试鉴定，二1煤煤尘不具有爆炸危险性。2004年5月对矿区采煤工作面的二1煤层进行了自燃倾向性测试鉴定，二1煤层属不易自燃煤层。矿井采用中央并列抽出式单翼通风系统。
二、现通风系统存在问题
随着西五、西六采区的陆续投产，矿井需风量增大，且矿井主要用风地点将更加偏离矿井进、回风井（主副井），通风路线愈来愈长，通风阻力亦随之大幅增加，回风井（主井）安设的两台主扇已经不能满足矿井供风需要。
三、通风系统优化方案选择
方案Ⅰ：停止现行主井（回风井）主扇的运行，打开主井上口防爆盖，将主井由原来的回风井改为进风井，同时开启西风井新主扇，形成主、副井进风、西风井回风的两进一回全新的矿井通风系统。此时，全矿井下共布置4个采煤工作面、12个掘进工作面以及6个独立通风硐室和5个其它独立用风地点。西风井主扇运行时期，矿井由原来的副井进风、主井回风的一进一回通风系统改变为矿井主副井进风、西风井回风的两进一回全新的通风系统，矿井总进风量、主扇总排风量以及矿井负压均发生了较大的变化。特别是矿井负压变化较大，通风系统改造后的矿井负压将由原来的1940Pa增加到2776Pa（西风井主扇以叶片安装角1°启动），增幅达43.1%。西风井主扇（以叶片安装角1°启动）运行时期，矿井各主要用风地点风量均满足安全生产要求，矿井主扇工作在主扇性能曲线稳定区域，主扇工作效率达85%。方案Ⅰ－1以配风计划标准为固定风量进行模拟解算与方案Ⅰ－3将西风井主扇（以叶片安装角1°启动）性能曲线直接挂网解算，两者在主扇总排风量、矿井总进风量以及矿井总负压上均相差不大。方案Ⅰ－1按配风计划标准主扇总排风量为5671 m3/min，方案Ⅰ－3西风井主扇以叶片安装角1°启动总排风量为5772 m3/min，两者相差仅为101m3/min；矿井总进风量相差5520-5426=94m3/min；矿井总负压相差2776-2682=94Pa。方案Ⅰ－2西风井主扇以叶片安装角0°启动，矿井总进风量为5348m3/min，风机风压为2606Pa，虽然矿井负压有所下降（2682-2606=76Pa），但矿井总进风量不足，相差5427-5348=79 m3/min；方案Ⅰ－4西风井主扇以叶片安装角2°启动，矿井总进风量为5684m3/min，风机风压为2943Pa，虽然矿井总进风量有所增加（5684-5427=257 m3/min），但矿井负压增加也较大（2943-2682=261Pa），而且矿井负压已经超过《煤矿安全规程》的规定（不大于2940Pa）。
方案Ⅱ：在方案Ⅰ（停止现行主井主扇的运行，打开主井上口防爆盖，将主井由原来的回风井改为进风井，同时开启西风井新主扇，形成主、副井进风、西风井回风的两进一回全新的矿井通风系统）的基础上，依次贯通井下340米-285m～-340m西五上山、1800米-340西三～西五回风石门和500米-200m～-340m3煤回风上山三条回风巷，形成方案Ⅱ-1、方案Ⅱ-2以及方案Ⅱ-3（此时，-200m～-340m西三13煤生根眼以及-200m水平西一～西三总回风巷将全部报废而封闭）。方案Ⅱ在方案Ⅰ的基础上依次贯通了井下部分回风巷道，增加了矿井回风能力，降低了矿井总风阻，矿井各采区及各用风地点风量完全满足矿井安全生产需要。方案Ⅱ－1在方案Ⅰ的基础上贯通井下340米-285m～-340m西五上山，矿井负压由（方案Ⅰ）原来的2682Pa减少到2676Pa，只减少了6Pa，效果很不明显。方案Ⅱ－2在方案Ⅱ－1的基础上（贯通井下340米-285m～-340m西五上山后），再贯通1800米-340西三～西五回风石门，矿井负压由（方案Ⅰ）原来的2682Pa减少到2224Pa，减少了458Pa，矿井负压在原来的基础上下降了17.1%，负压下降比较明显；矿井主扇净功率也由原来的253.5KW下降到210.2KW，每小时可节电43.3度。方案Ⅱ－3在方案Ⅱ－2的基础上（贯通井下340米-285m～-340m西五上山及1800米-340西三～西五回风石门后），再贯通500米-200m～-340m3煤回风上山，矿井负压由（方案Ⅱ－2）原来的2224Pa减少到2127Pa，减少了97Pa，矿井负压下降幅度较小，效果不太明显。但方案Ⅱ－3封闭了-200m～-340m西三13煤生根眼以及-200m水平西一～西三总回风巷，简化了矿井通风系统，减少了巷道维护费用。
四、通风系统优化方案比较
方案Ⅰ，西风井运行时期，矿井总需风量为5427 m3/min，矿井负压为2700Pa左右。若西风井主扇以叶片安装角0°启动，则矿井总进风量不足；若以叶片安装角2°启动，则矿井负压过高；西风井主扇以叶片安装角1°启动，则比较符合矿井实际，也与以计划配风量标准为固定风量进行网络解算的结果相近，此时，矿井各主要用风地点风量均满足安全生产要求，矿井主扇工作在主扇性能曲线稳定区域，主扇工作效率达85%。
方案Ⅱ在方案Ⅰ的基础上依次贯通了井下部分回风巷道，增加了矿井回风能力，降低了矿井总风阻。但贯通井下340米-285m～-340m西五上山及500米-200m～-340m3煤回风上山两条回风巷道，对减少矿井总风阻，降低矿井负压，效果不明显；而贯通井下1800米-340西三～西五回风石门后，矿井总风阻及负压降低非常明显（矿井负压降幅达17.1%），与通风系统优化改造前的1940Pa相差较小。
五、结束语
通过井下通风阻力测定以及矿井通风系统优化模拟，认为由原来的副井进风、主井回风的一进一回通风系统改变为矿井主副井进风、西风井回风的两进一回全新的通风系统，采用方案Ⅰ所确定的矿井通风系统，井下布置的4个采煤工作面、12个掘进工作面以及6个独立通风硐室和5个其它独立用风地点的通风系统优化方案比较符合现场实际情况。通风系统在改造之后，又请了相关有通风阻力测定资质的单位进行了验证。最后认为此次系通改造是确实可行的。也为以后矿井通风管理积累了工作经验。□
一、井下采掘通风系统隐患排查工作由瓦斯员不间断进行。地面和矿井系统局部区域的通风系统隐患排查工作由安监站的安全员通风科测风员进行。要求每旬排查一次，发现问题，立即通知矿调度室。
二、通风部门下井人员下井时随时对通风系统进行排查，向通风科长反馈井下通风系统隐患排查问题及处理措施。
三、通风科每月至少组织二次对全矿通风系统重点隐患排查工作。
四、通风科每天召开所属队长碰头例会，对矿井通风系统隐患进行分析和处理。
五、通风科每月对通风系统隐患问题进行一次汇总分析，提出隐患问题的整改措施，并跟踪监督处理。
六、通风科每季度组织一次风量平衡会，由技术矿长主持，安全矿长参加，对矿井通风系统的风量进行分析和调整，把需要生产部门配合的问题提交矿领导。
地铁作为城市轨道的重要组成部分,已经得到越来越广泛的应用。目前,国内外建设快速轨道交通系统的城市已多达100余个[1]。通风系统是地铁的一个重要能源消耗部分,地铁站通风系统节能运行,可以节约大量能源,在能源日趋紧张的今天, 具有重要的社会效益和良好的应用前景。
1工程介绍
沈阳市地铁九号线是线网规划中“两L”的一条重要线路,一期工程北起怒江公园,终至建筑大学,全长37. 2km,均为地下线路。设车站23座,其中换乘站11座,设车辆段1处、主变电所3座。
2地铁风机变频调速的节能原理
地铁风机的拖动,一般由交流异步电动机实现。由于交流异步电机的转速总是小于同步转速, 并且随着同步转速的变化而变化。当定子电源频率f增大时,同步转速增加,电机实际转速n也增加,当定子电源频率f减小时,同步转速减小,电机实际转速n也减小。这种通过改变电源频率来改变电机实际转速的调速方式称为变频调速。
地铁风机负载转矩与速度的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。因此,用变频器改变风机的转速,可以获得显著的节能效果。
地铁通风机的压力 - 流量( H - Q) 特性曲线图如图1所示。
图中曲线1为风机开始调速前的风压 - 风量 ( H - Q) 特性,曲线Ra为管网风阻特性( 挡板开度全开) 。假设风机设计工作在A点效率最高,输出风量Q1为100% ,对应的轴功率P1与风量Q1和风压H1的乘积面积AH1OQ1成正比,如果生产工艺要求风量从Q1减少到Q2时,若采用出口挡板调节,相当于增加管网阻力,使管网阻力特性变到Rb,系统工况点也由A点变到B点,从图中可以看出,风量虽然减少,风压反而增加,代表轴功率的面积BH2OQ2比调节前减少不多。若采用变频调速, 随着转速下降,风压 - 风量特性变为曲线2,系统工况点也由A点变到C点,代表轴功率的面积CH3OQ2比采用挡板调节时显著减少,两者之差即是节省的轴功率[2]。
当通风机稳定运行时,风机的风量、风压、功率与转速有以下比例关系:
式中: n1、n2—分别为通风机调节前后的转速,r / min; P1、P2—通风机转速调节前后的风压,Pa; N1、N2—通风机转速调节前后的功率,W。
由以上的比例关系可以看出,风机的风量与转速成正比,风压与转速的平方成正比,功率与转速的三次方成正比。如果风机的转速降为原来的50% ,那么风量也降为原来的50% ,功率则降为原来的12. 5% 。这说明通过改变通风机的转速,来改变通风机的功率输入,从而节省大量的电能。通风机的转速可以通过改变电源的输入频率来控制, 因此,变频调速能够节约大量能源[3]。
3控制系统原理
车站每端均设置1条送风道、1条排风道和1条活塞风道,每条排风道内并联设置2台相同参数的车站通风机SVF( 兼做车站公共区排烟风机和区间隧道事故风机) ,每条活塞风道内各设置1台事故风机TVF,风道内设置相关的消声器、组合风阀等设备。每条送风道内设置1台车站送风机和1台区间送风机,送风道内设置初效过滤器。
在站台层设置轨顶通风道和站台板下通风道, 轨顶通风道兼做站台层排烟风道,为了增强站台层候车区的排烟效果,在站台候车区域设置排风兼排烟管。在站厅沿车站纵向设置站厅层排风排烟风管。在站厅站台层纵向设置送风管。在车站两端设置区间送风管[4]。
4控制系统软件设计
4.1总体结构
系统运行前,应先检查设备的连接情况,若连接正常,则系统自动运行,首先读取变送器传过来的烟雾浓度,并与浓度规定值进行对比,如果烟雾超标,则活塞风机启动。烟雾浓度不超标,读取室外的温度,如果室外温度大于35℃,立即运行夏季的运行模式,如果温度并没有超过35℃,则读取系统时间,判断其位于夏季、过渡季还是冬季,在室内温度较高的夏季以及春秋季,排风风道的SVF风机启动,将室内的热空气排出,同时,从出入口和活塞风道引入新风。在室外温度较高的夏季和并不是高峰的冬季,则采用闭式运行方式,关闭车站排风机和活塞风道,依靠列车活塞效应从出入口引入新风。若处于高峰期的冬季,活塞风道的风机FAF启动,从室外引入新风。系统运行的总体结构如图2所示。
4.2运行方式的选择
为了满足地铁舒适度的需要和地铁的经济运行,根据不同的季节,应该采取不同的运行模式。 对于室外温度过高夏季和冬季时,应该采取闭式运行方式,而对于室外温度较低的夏季和春秋季,应该采取排风的控制方式。同时还应考虑到上下班的高峰对温度的影响,在上下班的高峰期,冬季应该采用送小新风的控制方式,这样,在满足了人们舒适度的基础上,达到了最佳的节能效果。运行方式选择的流程图如图3所示。
4.3夏季运行方式的PLC实现
每年6 ~ 8月是北方地区最炎热的季节,地铁通风系统应采取夏季的运行模式。当室外气温低于公共区的气温时,开启SVF风机对机对车站公共区排风,开启车站进站端的活塞风道,利用列车活塞效应及室内负压,从出入口引入室外冷空气, 吸收列车区间发热后,从车站排风系统排出。当室外气温高于公共区气温时,采取闭式运行的方式,, 关闭车站排风机,关闭活塞风道,依靠列车活塞效应从出入口引入室外空气,以满足人们对新风量的要求。
4.4冬季运行方式的PLC实现
冬季列车运行对数较少时( 非高峰运行时段) 采用活塞通风模式运行。关闭车站通风机,开启出入口的电热风幕,开启车站活塞风道,利用列车运行的活塞效应从活塞风道引入室外冷空气,直接进入区间隧道,吸收列车区间发热后,从下一站的活塞风道排出; 从出入口引入新风,满足站内人员对新风的需求; 冬季列车运行对数较多时( 高峰运行时段) 采用机械通风模式运行。开启FAF,通过站台轨道顶风道向站台送风,关闭风道内的过滤器对室外空气进行过滤,开启车站的活塞风道,开启出人口热风幕。站台内为正压,热空气通过活塞风道、出人口向室外排放。
5PID控制器设计
5.1PID介绍
PID控制是过程控制中普遍应用的一种控制器。PID控制器的控制规律为:
式中: Kp—比例系数; Ti—积分时间常数; Td— 微分时间常数。
1) 比例环节。即成比例地反映控制系统的偏差信号e( t) ,系统偏差一旦产生,调节器立即产生与其成比例的控制作用,以减小偏差。比例控制反映快,但对某些系统,可能存在稳态误差。加大比例系数Kp,系统的稳态误差减小,但稳定性可能变差。
2) 积分环节。积分的控制作用主要用于消除稳态误差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数,Ti越大,积分速度越慢,积分作用越弱,反之则越强。积分环节可能使系统的频带变窄。积分控制通常与其他控制规律结合,组成PI控制器或PID控制器。
3) 微分环节。微分的作用是能反映偏差信号的变化速率,具有预见性,能预见偏差信号的变化趋势,并能在偏差信号的值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的响应速度,减少超调,减小调节时间。由于微分反映的是变化率,所以当输入没有变化时,微分环节的输出为零。微分控制通常与其他控制规律结合, 组成PD或PID控制器。
5.2地铁公共区模型建立
地铁公共区可以近似为长方形,根据地铁站的体积大小、送风量、换气次数等,可以整理推出其近似传递函数模型取K = 1、T = 900、τ = 90,得到如下公式[5]:
在计算机中利用Simulink对温度控制系统进行仿真,系统输入阶跃信号,取PID的3个参数分别为3. 6、0. 004、100。得到的输出曲线如图4所示。
6结语
风机节能是地铁通风系统节能的重要部分。 根据季节和温度的差异,设计了夏季运行模式、过渡季运行模式和冬季运行模式,节省了通风系统的能耗。文中地铁站通风节能控制系统的设计,采用PID的控制算法,通过Matlab仿真,确定了PID参数。
摘要：以地铁站通风系统的节能设计为主要研究内容,介绍地铁风机变频调速的节能原理、控制系统原理、控制系统软件设计,并对采用的PID控制器和控制算法的进行介绍,并确定PID参数,达到了较好的控制效果。
局部通风机主要担负着抽排煤矿井下局部积聚的瓦斯, 或与除尘装备联合使用排除工作面煤尘, 改善工作环境的重要任务。据统计, 矿井瓦斯爆炸中80%的事故与局部通风机有关。对于局部通风机功率的选择通常是按照最长掘进距离时, 必须保证人员正常吸氧和瓦斯浓度不超限的原则。因此, 局部通风机容量的选择一般都偏大, 经常出现“大马拉小车”的现象, 造成电能的浪费。
传统的通风机变频控制系统是根据瓦斯浓度的大小进行风量调节。但随着掘进工作面的推进, 巷道的延伸、风筒阻力的增大、瓦斯涌出量也是随机的。考虑到通风系统的非线性、多耦合、多干扰等性质, 且当风速过高时, 会使巷道中煤尘的爆炸下限降低, 严重危害矿井的安全生产。为此, 笔者设计了一种矿井局部通风机智能控制系统, 设计了瓦斯和煤尘浓度双模糊控制器, 应用变频调速技术控制局部通风机转速, 可自动地、大范围地连续调节掘进工作面所需风量。
1 局部通风机智能控制系统的组成
局部通风机智能控制系统主要由控制模块、防爆磁力启动器、矿用隔爆变频器、局部通风机以及瓦斯浓度传感器和煤尘浓度传感器等组成。在确定通风系统中瓦斯浓度和煤尘浓度的设定值后, 将其设定值分别与瓦斯浓度传感器和煤尘浓度传感器所监测的值比较, 得到相对应的浓度偏差。控制模块中包括瓦斯浓度模糊控制器和煤尘浓度模糊控制器, 将模糊控制器的输出值量化为矿用隔爆变频器允许的输入信号 (0～10 V的电压信号) 来控制矿用隔爆变频器的输出, 进而控制局部通风机的转速。其控制系统组成如图1所示。
e1-瓦斯浓度偏差;e2-煤尘浓度偏差;de1/dt-瓦斯浓度偏差变化率;de2/dt-煤尘浓度偏差变化率
2 模糊PID控制器的设计
2.1 瓦斯与煤尘的关系
根据《煤炭安全规程》第一百六十八条规定, 瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系如表1所示。表1中, 当检测到瓦斯浓度突然升高时, 根据瓦斯浓度模糊控制器的要求, 通风机的转速会升高。此时, 由于风速的升高会使煤尘爆炸的下限浓度降低, 而根据煤尘浓度模糊控制器的要求通风机转速又要降低, 所以如何确定矿用隔爆变频器的输入量是比较困难的。为此, 笔者提出了相对危险系数这个概念来解决上述问题。
相对危险系数的定义如下:
其物理含义是爆炸的可能性, 即相对危险系数越高, 其爆炸的可能性越大。本系统根据瓦斯和煤尘相对危险系数的大小来决定矿用隔爆变频器控制量的大小, 选取相对危险系数大的作为矿用隔爆变频器的控制量。若2种气体的相对危险系数相等时, 以瓦斯浓度模糊控制器的输出作为矿用隔爆变频器的控制量, 如果此时煤尘爆炸的下限浓度达到警戒线, 应采取洒水等措施, 以降低煤尘的浓度。
2.2 模糊PID控制原理与结构
根据系统的实际情况和控制要求, 采用二维模糊PID控制器对局部通风机进行控制。模糊PID控制器具有参数自整定功能, 可以自动实现对PID参数的最佳调整。PID参数模糊自整定是找出PID中kp、ki、kd这3个参数与误差E和误差变化率EC之间的模糊关系, 在运行中不断检测E和EC, 根据模糊控制原理对3个参数进行在线修改, 以满足不同E和EC对控制参数的不同实时要求, 使被控对象具有良好的动、稳态性能。
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面来考虑, kp、ki、kd的作用如下:
(1) 比例系数kp的作用是加快系统的响应速度, 提高系统的调节精度。 kp越大, 系统的响应速度越快, 系统的调节精度越高, 但易产生超调, 甚至导致系统不稳定。kp取值过小则会降低调节精度, 使响应速度缓慢, 从而延长调节时间, 使系统静态、动态特性变差。
(2) 积分系数ki的作用是消除系统的稳态误差。ki越大, 系统的稳态误差消除越快, 但若ki过大, 在响应过程的初期会产生积分饱和现象, 从而引起响应过程的较大超调。若ki过小, 将使系统稳态误差难以消除, 影响系统的调节精度。
(3) 微分系数kd的作用是改善系统的动态特性, 反映偏差信号的变化趋势, 并能在偏差信号值变得太大之前, 在系统中引入一个有效的早期修正信号, 从而加快系统的动作速度, 减少调节时间。
2.3 模糊控制器的算法设计
根据模糊PID的控制原理, 笔者设计了瓦斯浓度和煤尘浓度模糊PID控制器。
(1) 输入、输出变量的确立
基于对系统的分析, 将误差E和误差变化率EC作为模糊控制器的输入, PID控制器的3个参数kp、ki、kd作为输出。
(2) 输入、输出变量的模糊语言描述
(a) 瓦斯浓度模糊控制器
设定输入变量|E|和|EC|语言值的模糊子集为{负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大}, 并简记为{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}, 将误差E和误差变化率EC量化到[-3, 3]的区域内。同样, 设定输出量kp、ki、kd的模糊子集为{ZO, PS, PM, PB}, 并将其量化到区域[0, 3]内。输入、输出变量的隶属函数曲线分别如图2和图3所示。
(b) 煤尘浓度模糊控制器
设定输入变量|E|和|EC|语言值的模糊子集为{负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大}, 并简记为{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}, 将E和EC量化到[-6, 6]的区域内。同样, 设定输出量kp、ki、kd的模糊子集为{ZO, PS, PM, PB}, 并将其量化到区域[0, 6]内。输入、输出变量的隶属函数曲线分别如图4和图5所示。
(3) 模糊控制规则的制定
根据工程设计人员的技术知识和实际操作经验, 建立合适的模糊规则表, 得到kp、ki、kd的参数整定模糊控制表。以瓦斯浓度模糊控制器为例, 其kp、ki、kd模糊控制表如表2、表3、表4所示。
3 仿真及分析
在完成瓦斯浓度模糊控制器和煤尘浓度模糊控制器的设计后, 本文建立了基于Matlab/Simulink的自调整模糊控制系统的仿真模型。为了避免局部通风机频繁启动给电网带来的冲击, 以及启动时给局部通风机带来的损耗, 局部通风机的最低转速保持在300 r/min, 以保证巷道内的正常供风。电动机选用的是交流异步电动机, 其极对数是2, 额定转速为1 500 r/min。
瓦斯浓度模糊控制器的仿真:假设瓦斯浓度随时间的变化曲线如图6所示, 其瓦斯浓度模糊控制仿真如图7所示。
煤尘浓度模糊控制器的仿真:假设煤尘浓度随时间的变化曲线如图8所示, 其煤尘浓度模糊控制仿真如图9所示。
通过对瓦斯浓度模糊控制器以及煤尘浓度模糊控制器的仿真可以看出, 随着工作面瓦斯和煤尘浓度的不同, 控制系统会根据爆炸性气体的浓度变化, 自动、连续、实时地对局部通风机进行调速;当系统中检测到瓦斯或煤尘浓度发生变化时, 局部通风机转速在很短的时间内就能达到设定的转速, 具有很快的响应速度, 基本没有超调, 而且在恒速运行时, 局部通风机转速平稳, 基本没有波动的现象。
4 结语
根据煤矿井下局部通风机的运行要求, 本文提出了一种矿井局部通风机智能控制系统的设计方案, 设计了基于模糊控制的瓦斯、煤尘浓度的模糊控制器。局部通风机智能控制系统的仿真结果表明, 该系统在采用模糊PID控制后, 具有很快的响应速度、较高的调节精度, 而且稳态性能良好, 基本上没有出现超调和振荡的现象。
摘要：针对传统的矿井局部通风机变频控制系统仅随瓦斯浓度调节风量而存在的不足, 文章提出了一种兼顾瓦斯浓度和煤尘浓度的矿井局部通风机智能控制系统的设计方案, 介绍了基于模糊PID控制的瓦斯、煤尘浓度的模糊控制器的设计。通过对瓦斯浓度模糊控制器以及煤尘浓度模糊控制器的仿真可以看出, 随着工作面瓦斯和煤尘浓度的不同, 该智能控制系统会根据爆炸性气体的浓度变化, 自动、连续、实时地对局部通风机进行调速。
关键词：矿井,局部通风机,模糊PID控制器,变频调速,瓦斯浓度,煤尘浓度
参考文献
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[5]易继锴, 侯媛彬.智能控制技术[M].北京:北京工业大学出版社, 2002.
关键词：煤矿；通风系统；系统管理；安全生产
中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0179-02
矿井通风系统是保证煤矿生产的主要因素之一，直接影响着井下工作的安全性，是工人施工以及安全生产的保障。煤矿通风系统由多个系统组成，再加上生产环境特殊，在管理上稍有不慎就会发生安全事故。为保证煤矿生产的有效进行，必须要结合实际问题进行分析，针对煤矿通风系统的安全问题进行研究，以有效的措施来提高煤矿生产的效率。
1 煤矿通风系统概述
煤矿通风系统由通风动力、通风网络、通风方法以及通风设施等方面组成，只有每个环节都能正常运行，才能确保整个通风系统的应用效果。煤矿通风系统的建设以及应用，必须要具备一定的要求，例如系统作用的任何场所与工作面，都能够顺利将有害气体排出。煤矿通风系统建设以及应用的效果如何，对于煤矿的安全生产效益具有重要意义，因为矿井生产环境的特殊性，想要实现安全生产，必须要解决的就是通风系统的问题。例如通风系统风流流经路线必须具有较高的完整性与合理性，使风流通过入风井口进入矿井，顺利经过各用风作业地点，然后进入回风井，最后由回风井排出矿井。生产期间通风系统以经济性最高的方式带动通风动力，向井下每个工作点提供充足新鲜空气，稀释井下瓦斯与粉尘浓度，降低井下热量，营造良好的施工环境。为保证生产安全，需要控制好通风系统风流方向以及大小，通过对各设备措施的管理，降低安全事故发生的概率。
2 煤矿通风系统常见安全问题分析
2.1 通风系统设计不合理
随着社会发展对煤矿资源需求的逐渐增大，在加上科学技术的发展，在煤矿生产过程中，有越来越多的技术被应用到煤矿通风系统的设计中，系统设计方案也在不断完善。为了确保煤矿生产过程中能够顺利进行，降低隐藏危险的发生，减少不必要的损失，必须要提高煤矿通风系统设计的有效性。虽然大部分的煤矿企业在通风系统的设计上重视程度比较高，但是受各种因素影响，在设计时仍存在一定的问题。例如巷道内系统设备的布置应该从整体效益出发，以满足煤矿开采为根本目的，以提高通风系统运行稳定性与安全性为要求，不断提高巷道布置的合理性，提高通风系统对煤矿工程产生的效果。但是由于设计不合理，例如无效巷道过多或者是通风路线过长，而导致通风阻力过大，生产安全威胁也不断增大。或者是巷道断面设计过小，导致巷道内风速与阻力增大，都会在一定程度上对生产安全造成不良影响。
2.2 通风设备设置不合理
通风设备是构成煤矿通风系统的重要内容，其在根本上决定着珍格格系统运行的效果。就现状来看，很多煤矿在对通风设备放置方式以及位置等内容进行设计时，都存在不同程度的问题，无论是位置不合理、还是设备选型不合适，都会对煤矿生产的安全性造成影响。综合来看，造成通风设备设置不合理的原因，主要包括财务开支预算以及人为因素两个方面，煤矿开采大多都是在地下，环境潮湿，设备受影响严重，在加上预算比较高，很多承建单位为降低预算，会选择老旧的设备，或者是在系统改造时不对已经安装的不适应生产需要的设备进行更换。这样虽然通风设备还可以工作，但是其整体运作效果已经不能完全满足煤矿生产需求，增加了煤矿生产过程中存在的安全威胁。
2.3 系统总风量不足
现在仍然存在部分小煤矿工程，在生产过程中仍是将生产放在第一位，忽视了安全的重要性，煤矿通风系统没有按照相关规定来设计，在实际生产中经常会出现超出通风能力范围的情况。在市场需求增大时，煤矿企业会为了获取更得的效益，组织开展更多的开采活动，这样整个通风系统就会处于超负荷工作的状态，导致矿井中风量不足，瓦斯的聚集量很快就会超出规定值，对工人安全造成威胁，严重时则会直接发生安全事故。
2.4 通风系统管理混乱
通风系统管理工作开展效果，也会影响到通风系统最终应用的有效性，关系到煤矿开采工程整个工作面的安全性。现在仍存在部分煤矿开采企业对通风系统管理不到位，没有制定相应的管理制度，或者是管理人员专业不足等，最终导致整个管理系统混乱。①矿井内工作面通风为细线型，风从一个工作地点到下一个工作点时，将会导致有害气体浓度增加，这样如果上一个地点发生爆炸必将会造成下一个地点的爆炸，扩大了事故影响范围；②矿井内通风系统没有建设完成就开展开采工作，在很大程度上会影响通风系统的稳定性，并且会降低风量；③管理工作开展不合理，各通风设备设置不合理，在不同程度上会对管理工作的进行造成影响。或者是在开采与过程中，采取的方式不符合生产系统要求，并且在没有进行详细规划的前提下就对施工系统进行调整，将会增加矿井开采的安全威胁。
3 煤矿通风系统安全问题解决措施分析
3.1 做好施工前准备工作
为了保证通风系统能够顺利运行，必须要提前对矿井各工作面进行详细分析，并保证选择的各通风设备型号、材料等满足工程需求，以满足实际生产为目的来设计通风系统，争取能够不断提高系统的有效性。煤矿通风系统是由多条井巷构成的复杂系统，是一个由点、线及其属性组成的系统，受井下恶劣条件影响，如地质条件构造复杂、瓦斯涌出量大等，都决定了通风系统安全管理的难度。我国大巷煤矿通风网络节点可达近千个，网络分支可达上千条，角联分支占据总数分支比率的15%～45%，如果巷道长度为50～200 km，所需通风设施数量在几十个以上。通风系统的复杂性决定了输入参数受煤矿内外生产条件影响比较大，例如供电网电压波动引起风机运行不稳、巷道出现高冒、坍塌等事故，都会影响到系统运行的安全性与稳定性。因此必须要做好准备工作，即对矿井构造进行详细分析，从影响因素角度分析，合理确定设备数量以及风网布局，争取不断提高通风系统运行的可靠性。
3.2 优化通风系统设计
煤矿开采企业在设计通风系统时，应严格按照相关规定来进行，确保工程施工能够顺利进行。对于煤矿通风设计应从原有的思维方式中跳出来，不能一味的为了获取更多利益来减少巷道尺寸，这样反而会降低工程质量。同时也不能完全为追求大尺寸以及高成本，最终导致整个系统华而不实，不能发挥出去成本应具有效用。因此，在进行煤矿通风系统的设计时，应以满足国际标准或者行业标准为基础，提高生产安全性为目的，严格按照规定来设计，才能在保证生产安全的基础上提高工程的经济效益。例如精诚煤矿鸳鸯碳掘进工作面，断面形状为半圆拱形，整体宽2.5 m，高2.65 m。通风系统平均转速设计为41.3 r/min，矫正系数为0.6，其中风表其中初速为7.8 m/min，真风速为32.58 m/min，风量确定为182.45 m3/min。在工作面气压为89 842 Pa，环境温度20 ℃下最终测定瓦斯平均浓度为0.12%，二氧化碳平均浓度为0.09%，整个掘进工作面通风系统能够满足煤矿开采施工的需要。
3.3 有效规划通风设施
通风系统设施的规划管理，是提高安全生产的有效措施之一。要求永久风门、临时风门、永久风桥以及测风站等设施设备技术参数以及设置地点，都必须要按照设计方案来设置，不能随意更改地点以及设备型号等，其中在设备设置安装时应该有通风部门进行监督。另外，临时密闭应该采用墙面抹面封闭板墙、钉鱼鳞木板墙等的方式来处理。而如果是用砖来构筑临时密闭，必须要将墙体厚度控制在240 mm以下。同时，对于部分需要拆除的通风设施应先对施工点两侧的两帮与顶板做好固定处理，然后逐一来拆除墙体。如果选择用钎子来拆除砖墙，对领锤工与领钎工的配合程度要求比较高，为避免失误伤人，必须要集中静力来进行施工。如果是拆除木板墙，需要先拆除木板，然后在进行倒柱工作，要注意倒柱的方向，并且10 m范围内不允许任何人存在。并且对于施工现场内存在的各类砖块、木块等废旧材料，应及时清理，还需要做好安全用电，任何施工都不允许对电缆造成影响。
3.4 提高通风系统合理性
{1}在正式应用前应做好测试工作，对通风系统的测定工作需要由专业技术机构来完成，并且在多条巷道中选择其中最具代表性的一条来完成，对矿井的高阻区段、通风阻力等进行详细的测定，最后还需要制定出参数图。由专业技术人员来对测定结果进行分析，针对其中不足的地方进行改善，结合实际情况制定改造方案，不断优化通风系统。
{2}对通风系统的施工环节进行严格把关，避免平面交叉通风系统的出现，并且要杜绝开采空间内出现通风串联、通风扩散等安全隐患。
{3}需要与周边煤矿进行隔离，开采作业时应与周边煤矿保持足够的距离。并且煤矿间应设置隔离煤柱，以免回风进入到其他煤矿生产系统中，导致安全事故的发生。
{4}在日常生产工作中必须要加强对密闭、风桥等设备的定期维护，保证系统中所有组成环节都能正常运行。
4 结 语
煤矿生产环境特殊，安全生产一直以来都是人们关注的重点，而通风系统则是确保煤矿生产安全的重要保障之一，因此必须要加强对通风系统的研究。通过确定煤矿通风系统常见问题，分析其发生的原因并选择最为有效的解决措施，争取不断提高管理效率，降低生产安全事故发生的概率。
参考文献：
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