矿井通风预测预警系统 【技术领域】
本发明涉及一种旨在进行矿井通风预测和矿井通风计算机辅助设计的矿井通风预测预警系统。
背景技术
矿井通风的主要目的是为了供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要；冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全的生产环境；调节井下气候，创造良好的工作环境，因此是影响安全生产的主要因素。
常用的矿井通风网络的设计步骤是(1)首先根据已知的巷道布局、自然通风特性、凭借现有设计或依据经验调整通风设施的选型、布置等的初步设计，(2)再求解该通风系统及其中各条分支风道和风机的风量和阻力及压力等参数，判断这些通风参量是否符合要求及其可能发生的变化，(3)最后通过对初步设计方案进行局部的调整使所有通风参量都符合要求，即完成了矿井通风设计。
上述步骤(2)称为解算，解算中的计算量最大，占用的时间也最长。矿井通风网络解算一般需要遵循一定规则进行，由于涉及到的参数特别多，设计者往往需要花费大量的时间和精力用于繁琐的查图表或者迭代计算，不仅效率低，而且准确度不高。
【发明内容】
为了克服上述不足，本发明提供一种矿井通风预测预警系统，本系统可将原来人工迭代计算过程移交计算机完成，因而提高了效率和准确性，并且可多次解算，直至找到最优的设计方案，减少了设计者的重复计算工作量。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种矿井通风预测预警系统，包括用于存放数据的SQL数据库、数据文件生成模块、通风预测预算模块和结果输出模块，
所述数据文件生成模块用于接收设计人员录入的用于通风网络解算的各类参数，在接收数据录入的同时对数据进行格式和数值范围的检验；
所述通风预测预算模块用于完成矿井通风网络解算的各种计算，其计算结果包括矿井通风网络及其中各条分支风道和扇风机的风量、阻力及压力；
所述结果输出模块用于对所述通风预测预算模块的计算结果数据的输出，包括风量、风压和风阻以及等积孔；
所述数据文件生成模块所接收的数据和所述通风预测预算模块的计算结果都存入所述SQL数据库，前者被所述通风预测预算模块调用，后者被所述结果输出模块调用。
所述结果输出模块中设置了六个预测输出子模块，用于对各类分支的解算结果、风机工况和通风效果的输出，它们是：通风类型分别为采煤工作面分支和掘进工作面分支的采煤工作面预测输出子模块、掘进工作面预测输出子模块，分支类型为固定风量分支的固定风量分支预测输出子模块，输出风机实际工况的风机实际参数预测输出子模块，衡量通风效果的等积孔预测输出子模块以及输出所有分支的解算结果的全部预测结果预测输出子模块。
所述结果输出模块中还设置了预警分支输出子模块，用于输出其解算结果不符合设计要求的分支的解算结果，这些不符合设计要求的情况包括：风速超限、风量不足或风流反向。
所述通风预测预算模块还可以调用外部数据，即所述SQL数据库之外的格式化数据进行通风预测和预警计算。
所述外部数据以及针对所述外部数据的解算结果均可自动保存到SQL数据库中。
所述数据文件生成模块包括数据输入子模块和数据编辑子模块，所述数据输入子模块仅用于为所述SQL数据库创建解算的原始数据文件；所述数据编辑子模块用于对所述原始数据文件的数据进行修改。
所述数据输入子模块所接收的数据包括网络基本参数和网络特征参数，所述网络基本参数用于表征解算结果的精度和求解速度，所述网络特征参数用于表征网络类型、通风特点和网络中设置的风机的特性。
所述网络基本参数包括迭代精度和最大迭代次数。
所述网络特征参数包括含有各分支中巷道形状、位置、通风类型特征的网络原始数据，含有表征扇风机的特征参数的风机特性数据以及含有各分支的自然风压参数的自然风压数据。
所述结果输出模块具有将结果数据转换成其他格式并保存为外部结果数据文件的功能，所述外部结果数据文件格式可以为EXCEL或Access格式。
本发明利用计算机来实现计算量大且求解复杂的通风网络的解算过程，可短时间进行多次求解，不仅提高了效率和准确性，使找到最优的设计方案变得可行，而且本发明可实现对通风系统设计的效果的预测，如果某处不符合要求会以预警的形式提醒设计人员修改设计，提高了设计的成功率。
【附图说明】
图1为本发明的系统结构框图。
【具体实施方式】
一种矿井通风预测预警系统，作为通风网络解算地辅助计算系统，如图1所示，包括用于存放数据的SQL数据库、数据文件生成模块、通风预测预算模块和结果输出模块，所述数据文件生成模块用于接收设计人员录入的用于通风网络解算的各类参数，在接收数据录入的同时对数据进行格式和数值范围的检验；所述通风预测预算模块用于完成矿井通风网络解算的各种计算，是所述矿井通风预测预警系统的核心模块，其计算结果包括矿井通风网络及其中各条分支风道和扇风机的风量、阻力及压力；所述结果输出模块用于对所述通风预测预算模块的计算结果数据的输出，包括风量、风压和风阻以及等积孔；所述数据文件生成模块所接收的数据和所述通风预测预算模块的计算结果都存入所述SQL数据库，前者被所述通风预测预算模块调用，后者被所述结果输出模块调用。
所述数据文件生成模块包括数据输入子模块和数据编辑子模块，所述数据输入子模块仅用于为所述SQL数据库创建解算的原始数据文件；所述数据编辑子模块用于对所述原始数据文件的数据进行修改，以调整通风设计方案。
所述数据输入子模块所接收的数据分为两类，即网络基本参数和网络特征参数，所述网络基本参数包括矿井、方案的名称，分支、节点和风机的总量，固定风量数和自然风压数的数值，这些都是针对某一设计方案的全局变量的值，还包括用于表征解算结果的精度和求解速度的迭代精度和最大迭代次数。
所述网络特征参数用于表征网络类型、通风特点和网络中设置的风机的特性，是涉及到初步设计方案的一些设计参量。所述网络特征参数包括含有各分支中巷道形状、位置、通风类型特征的网络原始数据，含有表征扇风机的特征参数的风机特性数据以及含有各分支的自然风压参数的自然风压数据。网络特征参数的录入过程即体现了初步设计的过程，系统按照常规的设计流程引导设计者逐个地设定各个参数值，节省了设计者翻阅图表的时间，在数据录入中需要注意单位的选取。
本预测预警系统可适用于多种巷道形状和多种通风类型，并针对不同的巷道形状和通风类型对内部计算进行了封装，设计者只要注意正确选取即可。本例中，所述巷道形状包括：梯形、半圆拱形、三星拱形或圆形，所述通风类型包括：一般通风人行巷道(包括硐室)，运输机巷、采区进回风巷，采煤工作面，岩巷掘进工作面，煤(半煤岩)巷掘进工作面，升降物料井筒，无提升风井或风硐，主要进回风巷、升降人员井筒、架线电机车巷，风桥。
数据录入过程中，系统还会给出对应的必需的设计参数输入提示，引导用户设计、选用参数，及时对错误信息进行反馈，提示修改。
完成了矿井通风预测预警系统分风解算原始数据文件的创建与编辑修改后，就可以进入通风预测预算模块对已经建立起来的分风解算原始数据文件进行通风预测预算了。通风预测预算模块是矿井通风预测预警系统的核心模块，其内部计算是本系统的主要工作，外部的设计操作很少，如果要针对已经建立的数据文件进行解算，则直接执行“分风解算”命令即可，本系统还提供了调用外部数据的功能，即可以通过执行“导入外部数据”命令调用所述SQL数据库之外的格式化数据进行通风预测和预警计算，所述外部数据以及针对其的解算结果均可自动保存到SQL数据库中。
所述结果输出模块中设置了两大类模块，一类是预测输出子模块，用于通风网络的各分支的解算结果的输出，另一类是预警分支输出子模块，这两类模块的实现方法实质上是相同的，都是对解算结果数据的全部或部分输出，所不同的是针对不同的关注点，其查询条件和结果字段的选取有所差异。
预测输出子模块的输出方式有采用查询条件和结果字段定制输出方式和解算结果数据全输出方式，其中定制输出方式按照查询条件分为通风类型分别为采煤工作面分支和掘进工作面分支的采煤工作面预测输出子模块、掘进工作面预测输出子模块，分支类型为固定风量分支的固定风量分支预测输出子模块，输出风机实际工况的风机实际参数预测输出子模块，衡量通风效果的等积孔预测输出子模块。
预警分支输出子模块，用于输出其解算结果不符合设计要求的分支的解算结果，这些不符合设计要求的情况包括：风速超限、风量不足或风流反向，凡是存在上述情况的分支其相关的解算结果均在本模块中输出。由于此输出方式采用的也是定制输出方式，将所有可能存在问题的分支都显示出来，方便了设计人员的查询。
所述结果输出模块还具有将结果数据转换成其他格式并保存为外部结果数据文件的功能，所述外部结果数据文件格式可以为EXCEL或Access格式，转出的其他格式数据文件可被其他程序调用和查看，还可以作为外部格式化数据再次被本系统调用。
矿井通风预测预警系统是一套专为矿井安全生产而设计的通风专业软件，可以对矿井现在和将来各个时期的各种通风系统调整和改造方案进行预测预算，及时对风量不足、风速超限地点进行预警，可辅助进行矿井通风系统调整与方案改进。