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复杂通风网络角联风流安全稳定性评价与控制

文档作者：郭建伟陈开岩司俊鸿李向东宋凯文档来源： 1．中国矿业大学安全工程学院 2．中平能化集团能源化工研究院 3．平顶山天安煤业股份有限公司五矿		点击数：	更新时间： 2021年01月09日
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2010年10月 矿业安全与环保 第37卷第5期
复杂通风网络角联风流安全
稳定性评价与控制
郭建伟 ，陈开岩 ，司俊鸿 ，李向东 ，宋 凯
(1．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221008；2．中平能化集团能源化工研究院，河南平顶山467000；
3．平顶山天安煤业股份有限公司五矿，河南平顶山467000)
摘要：针对复杂通风网络中角联分支风流安全稳定性问题，从影响角联风流稳定性的内因、外因
以及安全性因素方面建立了评价指标体系，运用层次分析法确定了各指标权重，提出角联风流安全稳定
性的模糊优选评价法。从提高角联分支风流的安全稳定性出发，提出了在满足用风地点需风量的条件
下，优先选择在角联分支的可调正负导线敏感风路上调节的方法。以平煤五矿多风井通风网络为例，得
出了所有角联分支风流安全稳定性的评价结果，并对其中最差的胶带斜巷，通过合理利用原有巷道，改
变其风流方向和风量，使其达到风向上行、风量增大的目的。
关键词：复杂通风网络；角联分支；安全稳定性；评价；控制
中图分类号：TD72 文献标志码：A 文章编号：1008—4495(2010)05—0035—04
角联分支是位于通风网络的两条有向通路之
间，且不连接或跨越两通路的任何公共节点的分支，
相当于两通路问的桥梁。当角联分支受到较小的干
扰后，其风向发生改变，则称该角联分支的风流不稳
定。通风网络中不同的角联风网结构和风阻比例，
其风流稳定性和可靠性不同，单靠人的经验难以判
断风网风流的稳定性和可靠性，更难以提出有效的
控制措施。
国外对于角联的研究较早，1925年波兰学者
H．Czeczott首先提出角联的概念 ；之后，人们对角
联分支的风流特性进行了大量的研究，提出了复杂
通风网络角联分支的自动识别方法 ，运用通风网
络风流流动基本方程推导了多种典型角联网络的风
向判别式，并由此定义了角联风向稳定性系数 j，
但对于推导任意复杂网络中的角联风向判别式是极
其困难的，故应用受到极大的限制。为了分析影响
角联风流稳定性的关键因素，运用敏感度分析方法，
寻找影响角联风流稳定性的敏感分支 ；由于风
流的稳定性主要体现在风流的强弱上，因此，又提出
收稿日期：2010—02—08；2010—06—30修订
作者简介：郭建伟(1964一)，男，河南鹿邑人，博士研究
生，教授级高级工程师，现为中平能化集团能源化工研究院开
采研究所所长，研究方向为矿山安全。E—mail：guojianweipm@
163．eomo
了用风流功率(强度)作为评价风流稳定性的指
标 J。上述方法均不能综合体现角联风流的稳定性
和安全性。笔者在分析角联风流稳定性与安全性的
基础上，建立相应的评价指标体系，将模糊优选
法 运用于角联风流安全稳定性的综合评价，提
出了治理角联分支无风或微风的控制方法，并在平
煤五矿进行了现场应用。
1 角联分支安全稳定性评价
1．1 评价准则
为了合理评价角联分支风流的安全稳定性，提
出如下的评价准则：
1)内因决定原则使用风流功率(风量×压
差)评价其风流的稳定性。
2)外因促进原则 根据角联分支所属敏感分
支风阻变化难易程度评价其风流的稳定性。
3)安全性原则 根据角联分支所处位置、长
度、风速和温度对瓦斯积聚及其影响的范围大小评
价其安全性。
1．2 评价指标体系
根据角联安全稳定性评价准则，并遵循指标
科学性、可操作性和独立性原则，建立通风网络
角联分支风流安全稳定性评价指标体系，如图1
所示。
· 35 ·
2010年1O月 矿业安全与环保 第37卷第5期
角联分支稳定性和安全性
稳定性 安全性口
内因C．I l外因C2 角联风速D ll角联( 长度D II角联位置D ll角联温度D
W5=0．233 9)lJ(14)6 0，233 9)lJ(wT=0．o91 4)I I(ws=0．040 8)
风流功率D l l巷道风阻变化的敏感分I恰风门的敏感分支敏ll含运输设备的敏感分支
一(w =0．24)‘l 1l支敏感度绝对值之和 ll感度绝对值之和 lI敏感度绝对值之和D
“ =o．1Ol 9) II ( =n041 3) II ： 016 8) 。
图1 角联分支风流安全稳定性评价指标体系层次结构模型
D ，D ，D ，D 可通过实测或者风网模拟得出；
， 指角联分支有无瓦斯积聚的危险性大小，其取值
见表1。
表1 D 指标取值
影响角联分支风流稳定性的外因指标由其敏感
性分支风阻变化的可能性大小得出，包括D ，D ，
D ，反映了实际矿井中敏感分支常见的3种风阻变
化形式对角联分支风流稳定性的综合影响。
分支敏感矩阵的计算模型如下 5 J：
△= =CT dQy
=
一 ( )c，l CTQ CTQ (1)
式中：C为网络基本回路矩阵； 为分支风阻列向量；
Q为分支风量列向量；Q 为余树分支风量列向量；下
标diag表示由列向量构成的对角矩阵；f为风网稳
定状态方程。
根据上述模型，在通风网络解算程序的基础之
上，编制了分支敏感矩阵的计算程序。
1．3 指标权重的确定
引起通风网络风流不稳定的因素指标较多，各
因素指标对风流稳定性和安全性的影响程度存在差
异，故用指标权重来表示。在充分征求专家意见的基
础上，建立了如图1所示的评价指标体系层次结构
模型，其中包含4个层次、8项指标，按1～9比率法
构造出各层次上的判断矩阵，采用幂法求解判断矩
阵的特征向量及其最大特征根，经层次分析法程序
计算，得出了最底层8项指标的权重向量W =(71) ，
⋯
， )，如图1所示。各层次随机一致性比率CR均
小于0．1，判断矩阵具有满意的一致性。
． 36 ·
1．4 模糊优选综合评价模型
设 是由／7,条角联分支对应于m个评价指标组
成的集合， 为集合 中的一个元素，表示第 条角
联分支对应的第 个指标值。引入相对隶属度消除量
纲不同所带来的不可公度性。
第1类指标属性值越大越好，其隶属度为
：一—max { 字 (2) l ，⋯ ， }一min{ I，⋯ ， }
第2类指标属性值越小越好，其隶属度为
： — r 竺坐辱 (3)
max{ 1，⋯ ， }一rain{ “，⋯ ， } 、
式中：i=1，2，⋯，m =1，2，⋯，／／,；max{}和min{}
分别表示取集合中元素的最大值和最小值。确定出
相对隶属度矩阵R ，表示第 条角联分支对第i个评
价指标的优属度。
标准优等角联的m个指标隶属度是全体角联相
应指标隶属度的最大值，其向量表达式为
一
，
n
，
⋯
， r面) =(gl’ ⋯ ，g )
(4)
同理，标准劣等角联隶属度的向量表达式为
B =( rlJ，
，
， ⋯
，
，八lr叫) =(6-，bz，⋯，6 )
(5)
对于通风网络中的12条角联分支，定义模糊分
划矩阵：
In】 ㈩ M21 22 ⋯ M2n
J 2
满足约束条件：
0 ≤ M ≤ 1，k = 1，2； ： 1，2，⋯ ，n
2
Σ“ =1，J．=1，2，⋯，n
k=1
ΣⅡ >0， =1，2
i=1
系统中第 条角联分支以隶属度uu隶属于优等
角联分支，同时，以隶属度u2，=1一u，隶属于劣等角
联分支。则第 条角联分支的权异优度D( ， )=
2010年10月 矿业安全与环保 第37卷第5期
“u√ [ ( 一 )] ；第 条角联分支的权异劣度
D( ， ) “ √ [ ( 一6 )] 。设n条角联分
min F(U )=Σ{ED(R一~， )]。+[D( ， )] }
令 ：0，可得出最优模糊分划矩阵元素：
[ + ]
：=Jf1+ 土 —————一l ～ (8)，
【 Σ w r —b1)] J
2 角联分支风流稳定性优化控制
1)在不影响用风地点供风量的前提下，优先选
择在角联分支的可调负导线敏感风路上增阻，在对
被调系统总阻力影响较小的情况下，使关键角联分
支风量得到明显增加。
2)设法给关键角联分支创造1条可控回风通
道，使其形成独立回风。在不影响用风地点供风量
的前提下，优先选择在角联分支的可调正导线敏感
风路上减阻，使关键角联分支风量得到明显增加。
3 实例分析
3．1 模糊优选综合评价法的应用
在平煤五矿通风网络图中存在34条角联分支，
且均处在进风侧。根据表2中的各指标属性值，按
式(2)或式(3)进行无量纲处理，其中，风流功率
D 、角联位置D 和风速D 取第1类指标属性值，其
他取第2类指标属性值，再按模糊优选综合评价法
模型进行计算，得出各角联分支安全稳定性排序，部
分结果见表2，隶属度u 离0越近，角联分支的安全
稳定性越差。通过对 较小的分支风流控制，可以
提高通风网络风流的安全稳定性。
表2 角联分支安全稳定性评价参数
3．2 角联分支风流稳定性优化控制的应用
以安全稳定性最差的己三胶带暗斜——161角联
分支为例，说明所提出的优化控制方法。161分支是
连接副井和北山风井2个进风井的联络巷，长度为
1 057 m，风流方向为下行，阻力为15．9 Pa。为确保此
巷道风流的安全稳定性，提出下列2种控制方案。
方案一，增强161分支下行风强度。如图2所
示，在负导线117分支上增阻，并在满足工作面需风
量的前提下，使161分支的风量增加到8．137 m ／s，
如表3所示，保证了其下行风的风流稳定性。
方案二如图3所示，使117分支的风流方向由
15节点流向6节点，与180工作面回风并联进入己
三回风下山，调节136分支(180风巷出煤道)，分别
将117分支风量定为20，30，35 m ／s，模拟解算出主
· 37 ·
2010年10月 矿业安全与环保 第37卷第5期
要巷道风流参数见表3。当117分支风量定为
30 m ／s，可使胶带暗斜161分支的风向由下行风变
为上行风，风量达到8．15 m。／s，并且能够保证180
工作面的供风量。
图2 控制方案一简化示意图
图3 控制方案二简化示意图
从提高己三胶带暗斜通风稳定性和防火安全性
考虑，161分支上行通风要明显优于下行通风，故选
择方案二，将117分支设定为30 m ／s进行实施。
表3 2种控制方案的主要巷道风流参数对比
4 结论
1)提出了复杂通风网络中角联分支风流的稳
定性和安全性评价准则，建立了角联分支风流稳定
性与安全性的评价指标体系，结合层次分析法，确定
了各因素指标权重，运用模糊优选评价法，得出平煤
五矿通风网络各角联分支的稳定性与安全性的优劣
排序，其中己三胶带暗斜的风流安全稳定性最差。
2)提出了角联风流稳定性控制的2种优化方法。
结合对平煤五矿己三胶带暗斜角联分支风流稳定性的
治理，对2种优化方案进行了对比分析，选择了安全性
和稳定f生较好的风流控制方案进行实施，消除了角联分
支风流不稳定的现象，取得了显著的效果。
参考文献：
[1]H．CZECZOTF．Pra d6w pre~k aL tnych．Prace AGH
~ ak6w，1925．
[2]蔡峰，刘泽功．复杂矿井通风系统角联风路自动识别方
· 38 ·
法的研究[J]．中国安全科学学报，2005(7)．
[3]周世宁．矿井通风网的某些基本性质及其在判别风向中
的应用[J]．煤炭学报，1982(3)．
[4]黄元平，赵以惠．矿井通风系统的评价方法[J]．煤矿安
全，1983(9)．
[5]李湖生．矿井通风系统的敏感性和风流稳定性分析[J]．
淮南矿业学院学报，l997，17(3)：32—37．
[6]黄光球，陆秋琴，郑彦全．地下矿通风系统风流稳定性分
析新方法[J]．金属矿山，2005(11)．
[7]袁树杰．风网安全指标的量化与计算机分析[J]．淮南工
业学院学报，2000(4)．
[8]陈守煜．模糊分析设计优选理论与模型[J]．系统工程，
1990，8(6)：55—61．
[9]周福宝，王德明，李正军．矿井通风系统优化评判的模糊
优选分析法[J]．中国矿业大学学报，2002(3)．
[10]邱进伟，张国枢．基于模糊优选的矿井通风系统决策研
究[J]．煤矿安全，2007(4)．
(责任编辑：吕晋英)

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