第一篇 矿井通风三维仿真理论与矿用空气幕理论发展

0矿井通风仿真理论与矿用空气幕理论发展概述

0．1矿井通风仿真技术发展

0．1．1矿井通风仿真的基本内涵

0．1．2矿井通风仿真系统国内外研究现状

0．1．3矿井通风仿真系统可视化技术发展

0．1．3．1可视化技术简介

0．1．3．2可视化技术发展现状

0．1．4基于仿真系统的通风技术研究现状

0．1．4．1网络自然分风研究现状

0．1．4．2网络调节与通风系统优化研究现状

0．1．4．3固定半割集条件下的按需分风

0．1．4．4风网特征图研究现状

0．1．4．5角联结构研究现状

0．2矿用空气幕技术理论研究与应用现状概述

0．2．1矿井风流控制技术研究现状

0．2．2矿用空气幕技术研究现状

第二篇 矿井通风三维仿真理论与应用

1金川矿井通风仿真数学模型

1．1矿井风流状态仿真数学模型

1．2矿井通风网络仿真数学模型

1．3通风网络风流分配仿真数学模型

1．4通风网络优化调节仿真数学模型

1．4．1网络优化调节仿真目标函数

1．4．2矿井功耗最小调节仿真数学模型

1．5角联风路自动识别仿真数学模型

1．6通风网络简化仿真数学模型

1．7最大通风能力仿真数学模型

1．7．1单一源汇网络与半割集

1．7．2极值流目标函数

1．7．3基于最大通风能力的独立通路法与通路法

1．7．3．1基于最大通风能力的独立通路的概念及其算法

1．7．3．2独立通路法确定网络的极值流程序模块

2矿井通风系统三维仿真总体设计与三维仿真建模

2．1三维仿真系统发展

2．1．1计算机图形学的发展

2．1．2三维计算机图形学方法及应用

2．1．2．1三维建模技术

2．1．2．2三维造型技术

2．1．2．3三维图形变换

2．2矿井通风三维仿真系统总体设计

2．2．1系统数据结构设计

2．2．1．1系统数据模型

2．2．1．2系统数据流

2．2．2系统总体功能结构设计

2．2．3系统主要功能

2．2．3．1系统的三维自动构建

2．2．3．2图形的三维显示

2．2．3．3风流动态模拟

2．2．3．4图属三维交互查询

2．2．4矿井通风系统三维仿真构建技术路线

2．3基于通风仿真的矿井通风系统普查

2．3．1矿井通风系统普查的目的

2．3．2矿井通风系统普查的项目

2．4基于矿井通风仿真的矿井通风系统参数测试

2．4．1通风阻力系数测试

2．4．1．1通风阻力系数测试的目的和意义

2．4．1．2通风阻力系数测试的内容

2．4．1．3通风阻力系数测试准备

2．4．1．4通风阻力系数测试步骤

2．4．1．5通风阻力系数测试模型

2．4．1．6通风阻力系数测试方法

2．4．2基于矿井通风仿真的风机性能测试

2．4．2．1风机性能测试的目的和任务

2．4．2．2风机性能测试方案和方法

2．4．2．3风机性能测定数据整理和计算

2．4．3基于矿井通风仿真的巷道断面与风速、风量测定

2．4．4矿井通风系统评价指标模型

2．4．5基于矿井通风仿真的通风构筑物测试

2．5矿井通风系统三维仿真建模

2．5．1通风系统三维仿真建模的基本思想

2．5．2通风网络三维建模

2．5．2．1建模方法和流程

2．5．2．2截面形状、草图平面和草图坐标的确定

2．5．2．3两分支巷道接口问题的研究

2．5．3通风参数自动标注的方法研究

2．5．3．1竖井风向箭头的三维建模

2．5．3．2斜井风向箭头的三维建模

2．5．3．3巷道风向箭头的三维建模

2．5．3．4通风参数自动标注模块的实现

2．6矿井通风系统三维仿真文档创建

2．6．1矿井通风三维仿真系统数据库设计

2．6．1．1数据库技术与面向对象技术

2．6．1．2系统属性数据及管理方式选择

2．6．1．3程序设计原理

2．6．2矿井通风三维仿真系统图的录入

2．6．2．1巷道的录入

2．6．2．2插入节点

2．6．2．3绘制构筑物

2．6．2．4绘制通风动力装置

2．6．2．5绘制风流方向

2．6．3三维通风仿真系统图的拓扑关系修改

2．6．3．1巷道方向的修改

2．6．3．2系统图简化与取消简化

2．6．4三维仿真系统图的检验

2．7矿井通风机应用仿真系统构建

2．7．1系统组成及功能

2．7．1．1基础参数设置

2．7．1．2仿真控制

2．7．1．3系统性能分析

2．7．2程序设计

2．7．2．1数据存取管理设计

2．7．2．2可视化操作界面设计

2．7．2．3特性曲线回归分析处理

2．7．2．4曲线动态绘制

2．7．2．5同步机制和接口

2．7．3结论

2．8网络属性数据查询与编辑

2．8．1巷道属性数据查询和编辑

2．8．2节点属性数据查询和编辑

2．8．3构筑物属性数据查询和编辑

2．8．4仿真系统中通风动力装置查询和编辑

3矿井通风三维仿真系统MVSS3．0的主要功能构架

3．1矿井通风三维仿真模拟系统MVSS3．0主要功能构架设计

3．1．1矿井通风十二大仿真功能模块设计

3．1．2矿井通风三维仿真模拟系统MVSS3．0三要素设计模块

3．1．3矿井通风仿真系统功能设计与其他同类产品的比较

3．2矿井通风三维仿真系统主要功能构建体系

3．2．1模拟评价通风系统设计或通风技术改造方案

3．2．2模拟验证新增或拆除通风设备或通风构筑物情况

3．2．3模拟通风系统现状或“三区”匹备状况

3．2．4模拟巷道断面规格、支护类型变化及风路增减阻调节情况

3．2．5按需调节仿真功能

3．2．6可视化仿真功能

3．2．7矿井通风系统综合分析与评价功能

3．2．8自动生成各种分析报告

3．2．9鼠标右键功能

3．2．10其他绘图、辅助工具及帮助功能

3．3矿井通风仿真系统功能仿真

3．3．1典型通风仿真系统模型构建

3．3．2矿井通风仿真系统功能仿真

3．3．2．1仿真模拟新掘井巷的贯通和报废

3．3．2．2仿真模拟井巷断面或长度变化

3．3．2．3仿真模拟巷道冒落、杂物堵塞

3．3．2．4模拟通风构筑物的个数、位置、调节量

3．3．2．5模拟通风动力设备的数量、位置和特性，井下多级机站通风

3．3．2．6网络风流按需分配仿真

3．3．2．7网络调节节点法

3．4矿井通风仿真系统MVSS功能模拟举例

3．4．1原始数据

3．4．2仿真模拟增加或删除风路对周围风路的影响

3．4．2．1仿真模拟增加风路对周围风路的影响

3．4．2．2仿真模拟删除风路对周围风路的影响

3．4．3仿真模拟机站位置的变化对周围风路的影响

3．4．3．1拆除地面主扇，在1150水平回风道设井下机站，且不加调节

3．4．3．2拆除地面主扇，在1150水平回风道设井下机站，并加调节

3．4．4模拟评价某矿井主回系统通风技术改造方案的可行性

3．4．4．1技术改造方案

3．4．4．2仿真模拟

3．4．5模拟1300m、1350m两机站移位与西主扇停开效果，并从中给出解决方案

3．4．6仿真模拟矿用空气幕设置方案对通风系统的影响

3．4．6．1仿真模拟矿用空气幕引射风流替代机站现场方案

4基于仿真的通风网络拓扑关系的自动构建技术

4．1矿井通风系统拓扑关系

4．1．1矿井通风系统拓扑关系的概念

4．1．2矿井通风系统拓扑关系的表表示

4．1．3矿井通风系统拓扑关系特点

4．1．3．1巷道与节点之间的关系直接影响仿真结果

4．1．3．2巷道与构筑物

4．1．3．3巷道和通风动力装置

4．1．3．4巷道与风流方向

4．2矿井通风系统拓扑关系可视化程序实现机制

4．2．1巷道与节点

4．2．2巷道与构筑物和通风动力装置

4．2．3巷道与风流方向

4．3拓扑关系可视化程序设计

4．3．1巷道类与节点类

4．3．2巷道类和构筑物类或通风动力装置类

4．3．3巷道类和风流方向类

4．4通风网络拓扑关系自动建立与维护

4．5矿井通风网络拓扑分析和数据分析

4．5．1网络拓扑分析

4．5．1．1进风井和出风井

4．5．1．2图的连通性

4．5．1．3单向回路

4．5．1．4风流反向巷道

4．5．2数据分析

4．5．2．1固定风量巷道

4．5．2．2测试风量巷道

4．5．2．3调节风阻巷道

4．5．2．4最大阻力路线

4．5．2．5误差分析

5基于仿真的通风网络自动简化技术与应用

5．1通风网络自动简化程序设计

5．1．1通风网络自动简化程序设计框图

5．1．2通风网络自动简化技术

5．1．3通风网络自动简化实例

5．2通风网络简化与参数等效变换

5．2．1通风网络串联、并联与角联等效参数变换

5．2．2 ？型与Y型网络的非等效变换

5．3网络简化实现Q-H平衡图的层次性

6矿井风机站对旁侧风路的影响研究

6．1井下机站对旁侧风路的影响原理

6．2并联网络上的机站容易导致扇风机工况不稳

6．3用矿井通风仿真系统模拟运算机站对旁侧风路的影响

6．3．1用模拟运算验证井下机站对旁侧风路的影响

6．3．2用MVSS3．0模拟运算验证风路风阻对风流方向的影响

6．4防止旁侧风路风流反向的措施分析

6．4．1旁侧风路设置机站消除循环风

6．4．2循环体外设置机站消除循环风

6．4．3某矿井通风网络旁侧风路风流分析

7矿井风网特征图数学模型研究

7．1矿井风网特征图研究现状

7．2矿井风网特征图的概念

7．3风网特征图的五线模型

7．3．1节点线

7．3．2回路线

7．3．3通路线

7．3．4割集线

7．3．5风阻特性曲线

7．4风网特征图——平衡图绘制机制

7．4．1确定网络节点的纵坐标

7．4．2用深度优先搜索法搜索从源点到汇点的通路

7．4．3将通路中风量最小的分支的风量定义为该通路的宽度

7．4．4对通路分支进行着色

7．4．5通路作交集运算

7．4．6确定矩形块左下角点坐标

7．4．7确定矩形块右上角点坐标

7．4．8以此类推直到所有分支各就各位

7．5．立体网络的风网特征图

7．6含有角联分支的通风网络平衡图研究

7．6．1角联分支的不稳定性

7．6．2通风网络平衡图研究

7．7风网特征图的功能

7．8矿井风网特征图可视化研究

8基于通风仿真的通风网络风流分配算法及基本定律

8．1通风网络风流分配研究现状

8．2基于通风仿真的通风网络——串并联风网特性

8．2．1串联风网特性

8．2．1．1串联风网计算模型

8．2．1．2串联风路等效阻力特性曲线的绘制

8．2．2基于通风仿真的并联风网特性

8．2．2．1并联风网计算模型

8．2．2．2并联风路等效阻力特性曲线的绘制

8．3基于通风仿真的通风网络解算数学模型

8．3．1通风网络图的绘制原理

8．3．2矿井通风网络图及其表示方法

8．3．2．1矿井通风网络图

8．3．2．2矿井通风网络图的表示法

8．3．3通风网络图的绘制、解算和数据管理一体化模块

8．3．3．1系统的总体模块设计

8．3．3．2系统中主要功能模块的实现

8．3．4基于通风仿真的通风网络解算的基本定律

8．3．4．1矿井风量守恒定律

8．3．4．2闭合回路能量守恒定律

8．3．4．3矿井通风阻力定律

8．3．4．4回路风压平衡定律

8．3．4．5节点风压法的基本原理

8．3．4．6拟线性法解法

8．4基于通风仿真的通风网络风流分配算法

8．4．1 Barczyk法

8．4．2 Cross法

8．5基于通风仿真的分流算法中的一些具体问题

8．5．1基准分支的拟定与迭代处理

8．5．2通风机械特性曲线的处理

8．5．3分流算法评估

9矿井通风机可视化仿真构建

9．1矿井通风机可视化仿真的意义

9．2矿井通风机运行特性

9．2．1通风机的工作特点

9．2．2通风机性能模型

9．2．2．1通风机风压模型

9．2．2．2通风机风量模型

9．2．2．3通风机功率模型

9．2．2．4通风机效率模型

9．2．2．5空气密度模型

9．3通风机的特性曲线和网路性能曲线

9．4矿井通风机可视化仿真的功能

9．4．1虚拟通风机的建立

9．4．2通风机个体特性化-参数初始化

9．4．3通风机性能测试数据处理

9．4．4风机性能曲线的绘制及相关操作

9．4．5通风机性能分析和工况分析

9．4．6仿真控制

9．5风机可视化程序设计

9．5．1总体设计

9．5．2数据存取管理设计

9．5．2．1数据存取管理方式的选择

9．5．2．2数据库及访问技术的选择

9．5．3数据库的设计

9．5．3．1概念结构设计

9．5．3．2逻辑结构设计

9．6特性曲线的自动绘制和性能分析程序设计

9．6．1坐标系统的建立

9．6．1．1 VC ＋＋中坐标系统

9．6．1．2坐标系统的设计

9．7矿井通风机可视化仿真研究结论

10通风网络单向回路关键技术

10．1通风网络单向回路问题的提出

10．2含有单向回路的通路算法

10．2．1通路矩阵

10．2．2无单向回路的通路矩阵算法

10．2．3含有单向回路的通路矩阵算法存在的问题

10．3有向图深度优先搜索

10．3．1有向图中任意两节点之间的正向深度优先搜索

10．3．2有向图中任意节点的深度优先遍历搜索

10．3．3搜索策略与退栈策略

10．4无向图深度优先搜索

10．5深度优先搜索法确定流体网络的全部通路

10．6有向宽度优先搜索

10．7深度优先搜索法确定含有单向回路的通风网络的全部通路

10．8避免单向回路出现或减少单向回路影响程度的方法探讨

10．8．1优化矿井机站位置

10．8．2在旁侧风路或循环体外增设机站

10．8．3网络优化调节减少循环风的影响

10．9含有单向回路的风网平衡图绘制方法

10．10单项回路算法结论

10．10．1深度优先搜索法确定含有单向回路的通路矩阵

10．10．2含有单向回路时的流体网络平衡图绘制

11基于仿真的通风网络角联结构自动识别技术与应用

11．1角联结构研究现状

11．2角联通风网络稳定性与利弊分析

11．2．1角联风路与非角联风路稳定性分析

11．2．2角联网路的利弊性分析

11．3角联分支的定义与性质

11．4角联网络θ结构七元组

11．5基于通风仿真的通风网络角联结构算法

11．5．1通路法

11．5．2路径法

11．6角联分支的风向判别

11．7角联分支对通风系统可靠度的影响

11．7．1角联分支的多少对通风系统可靠度的影响

11．7．2角联分支可靠度大小对通风系统可靠度的影响

11．8角联风路自动识别与分析实例

11．9角联风路治理技术

11．9．1系统分析

11．9．2治理步骤和调整方案

11．9．3角联风路治理技术

11．10角联结构的可视化

12基于仿真系统的自然风压研究概论

12．1自然风压研究的意义

12．2自然风压研究现状

12．3自然风压的概念和实质

12．3．1自然风压的概念

12．3．1．1自然热位差

12．3．1．2水平气压差

12．3．1．3大气自然

12．3．2自然风压的实质

12．4基于仿真系统的自然风压分析方法

12．4．1自然风压分析方法一

12．4．1．1黏性流体运动模型

12．4．1．2黏性流体微元流束伯努利方程

12．4．1．3黏性流体总流的伯努利方程

12．4．1．4用平均密度求解自然风压

12．4．2基于仿真系统的自然风压分析方法二

12．4．2．1热力学第一定律

12．4．2．2气体稳定流动的能量方程式

12．4．2．3对流换热模型

12．4．2．4对水平巷道自然风压能量的研究

12．4．2．5对存在高差巷道自然风压能量的研究

12．5某矿井自然风压的计算及其规律

12．5．1基于仿真系统的自然风压的计算

12．5．2基于仿真系统的自然风压的变化规律与特性

12．6自然风压对网络分流的影响

12．6．1网络分流预处理

12．6．2有自然风压影响下的计算

12．7四季自然风压的影响

12．7．1夏季不稳定分支风流反向判别式

12．7．1．1 14平硐风流停滞或反向的条件判别式

12．7．1．2 14平硐和24平硐风流同时反向的判别式

12．7．2冬季不稳定分支风流反向判别式

12．7．2．1 24平硐风流停滞或反向的条件判别式

12．7．2．2 24平硐风流反向，35风流停滞或反向的判别式

12．8自然风压研究结论

13矿井通风仿真系统可视化研究

13．1可视化技术发展及矿井通风系统可视化研究现状

13．1．1可视化简介

13．1．2可视化技术研究和应用现状

13．1．3矿井通风仿真系统可视化发展现状及可视化方法

13．2矿井通风仿真系统可视化

13．3矿井通风仿真系统可视化需求分析

13．4矿井通风仿真系统可视化程序设计原理

13．4．1对象的划分与类的设计

13．4．2可视化图形对象类设计

13．4．3矿井通风仿真系统可视化属性数据设计和管理

13．4．4程序主框架设计

13．5矿井通风仿真系统可视化主要实现功能设计原理

13．5．1矿井通风系统图的录入和修改

13．5．2矿井通风系统属性数据查询和编辑

13．5．3通风动力装置可视化

13．5．4固定宽度双线表示巷道交点坐标自动计算和双线自动消隐

13．5．5矿井通风网络拓扑关系自动建立和管理

13．5．6风流分配可视化

13．6矿井通风可视化系统和仿真系统之间通信

13．6．1角联风路可视化

13．6．2按需调节可视化

13．6．3反向巷道可视化

13．6．4仿真系统基础数据检查可视化

13．6．5矿井通风仿真系统分析可视化

13．6．5．1网络解算误差可视化分析

13．6．5．2功耗误差分析报告

13．6．5．3矿井通风系统合理性初步分析

13．6．6矿井通风系统可靠性和灵敏度仿真

第三篇 矿用空气幕技术理论研究与应用

14矿用空气幕的结构及功能

14．1矿用空气幕的概念与结构

14．1．1矿用空气幕的概念

14．1．2矿用空气幕的结构

14．2矿用空气幕功能

14．3空气幕安装布置形式及运行取风方式

14．3．1布置形式

14．3．2取风方式

14．4结论

15矿用空气幕隔断风流替代风门理论模型的研究

15．1单机空气幕隔断风流有效压力理论模型

15．1．1单机空气幕隔断风流的理想流体流动模型

15．1．2单机空气幕隔断风流的实际风流流动模型

15．1．2．1循环型单机空气幕隔断风流的实际风流流动模型

15．1．2．2非循环型单机空气幕隔断风流的实际风流流动模型

15．2多级并联空气幕隔断风流流动模型

15．2．1多机并联空气幕隔断风流的理想风流流动模型

15．2．2多机并联空气幕隔断风流的实际风流流动模型

15．2．2．1循环型多机并联空气幕隔断风流的实际流动模型

15．2．2．2非循环型多机并联空气幕隔断风流的实际有效压力

15．2．3空气幕阻隔风流能力的影响因素分析

15．2．4结论

16空气幕增阻调节风流替代风窗理论模型研究

16．1单机空气幕增阻调节风流替代风窗理论模型

16．2多机并联空气幕增阻调节风流替代风窗理论模型

17空气幕引射风流替代机站理论模型研究

17．1单机空气幕引射风流理论模型研究

17．2多机并联空气幕引射风流理论模型

17．2．1多机并联空气幕的能量损失

17．2．2多机并联空气幕引射风流的流动模型

17．3空气幕引射风流能力的影响因素分析

17．4结论

18引射型或隔断型空气幕特性数值分析与试验研究

18．1空气幕隔断风流理论的数值分析

18．1．1 ΔH（n）＝f（Qc，n）函数

18．1．2 ΔH（n）＝f（Qc，Sc）函数

18．1．3 ΔH（n）＝f（Qc，Rc）函数

18．2空气幕引射风流理论的数值分析

18．2．1单机空气幕理论模型处理与分析

18．2．1．1 Q＝f（ΔH，R）函数

18．2．1．2 Q＝f（ΔH，Sc）函数

18．2．2多机空气幕理论模型处理与分析

18．2．2．1 Q＝f（ΔH，n）函数

18．2．2．2 Q＝f（ΔH，R）函数

18．2．2．3 Q＝f（ΔH，Sc）函数

18．3结论

19矿用空气幕引射、隔断、增阻三大理论的应用研究

19．1矿用空气幕隔断风流替代风门的现场应用研究

19．1．1矿用空气幕隔断风流现场应用条件

19．1．2空气幕现场应用试验方案及空气幕选型

19．1．3空气幕现场应用结果与分析

19．1．3．1试验研究内容及方法

19．1．3．2现场测试结果与分析

19．1．4结论

19．2矿用空气幕引射风流替代机站的现场应用研究

19．2．1主斜坡道空气幕引射风流替代风机动力的研究

19．2．1．1基本情况及研究意义

19．2．1．2试验方案及空气幕选型

19．2．1．3试验结果与分析

19．2．1．4本节结论

19．2．2空气幕替代风机站的现场应用研究

19．2．2．1技术方案及空气幕选型

19．2．2．2现场试验研究内容及方法

19．2．2．3试验结果及分析

19．2．2．4本节结论

19．3矿用空气幕增阻替代风窗的现场应用试验研究

19．3．1现场应用研究的条件及意义

19．3．2技术方案及空气幕选型

19．3．3现场试验研究及方法

19．3．4试验测试结果与分析

19．3．4．1控制主斜坡道的进风量

19．3．4．2防止主斜坡道结冰

19．3．5本节结论

19．4矿用空气幕现场应用研究总结论

19．4．1主要结论

19．4．2主要技术创新点

参考文献