面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤矿通风网络结构的划分方法。
【背景技术】
[0002] 煤矿通风网络在主要通风机和通风构筑物等条件的约束下，实现对井巷网络系统 的供风，其核心功能在于保障各用风点对新鲜空气的需求，将生产场所的有毒有害气体与 粉尘控制在法规的限度以内，并建立起符合从业人员健康要求的生产环境。为此，《煤矿安 全规程》要求为井下每个用风点提供独立的分区通风，并为无法实现独立通风的用风点提 出了严格的通风质量规定与安全保障要求。
[0003] 分区通风具有多种优点，其运行可靠，防灾、抗灾性能强；分区通风结构简单，风流 易于调节，通风阻力小；能避免部分巷道风速过高的问题，是煤矿通风的基本方式，且极为 符合通风系统复杂、风路长、有自然发火危险、高瓦斯的大型矿井的实际通风需求。
[0004] 现代大型复杂建筑物的消防安全保障以划定的防火分区为基础，与之相类似，煤 矿通风系统内的安全分区属于为通风、瓦斯、防灭火分析与管理设定的基础性区域划分，分 别由在安全风险显现、日常管理特点、应急处理策略等方面有较高相似度的井巷集合构成。 每一井巷集合构成一个安全分区，分区内的井巷相互连接（含通过大气节点相联系），每一 井巷均与唯一的安全分区相关联，由此通风系统被划分成为无重叠、无遗漏的安全分区体 系。原则上说来，通风系统包括矿井进风、矿井回风、矿井用风、用风区上游、用风区下游、 以及旁路这六类不同的安全分区，其中用风区包含多个以采掘工作面和主要硐室为核心的 分区，一般说来，矿井用风区的安全分区与相应用风点的通风分区相一致；用风区上游及用 风区下游分区则可能各为一个，也可能为多个，但最多不会超过用风区内的安全分区数，对 于相对简单的通风系统或分区通风特征较强的矿井，每一用风点的安全分区可能会将其上 下游的井巷直接包括在内而不再细分；旁路区原则上包括所有与各用风点相平行的旁路风 道，这些旁路风道可能相互间并无直接联系，但作为所有用风风道的"旁路"而有其共同的 通风特点，通常置于同一安全分区而不再细分。
[0005] 煤矿通风安全的区域性特征得到了大家的普遍认同，但由于煤矿通风网络结构复 杂，且各局域在显示出区域差异的同时又有着内在的关联，因而划分较为困难。
[0006] 目前分区通风管理相对粗放，每个用风点的通风分区尚不明确，且随着煤矿采掘 工作的推进，风网结构不断变化并日趋庞杂，使得矿井通风管理成为了复杂而困难的工作。 具体问题有：1，通风系统的复杂程度不断发展，增加了以个人经验直接管理矿井通风安全 工作的难度，往往导致通风安全管理者职责不明，任务繁重，难以深入分析和理解面对的矿 井通风系统，直接影响到预知及防范通风安全风险的能力；2,矿井通风系统由于新巷贯通、 旧巷废弃、井巷用途改变、通风构筑物增减等原因，其拓扑结构与井巷通风属性不断变化， 导致系统内安全风险的显现特征随之变化，通风安全管理者及技术人员难以及时深入地认 识不断更新的客观环境，增加了管理滞后或失误招致的安全风险；3,通风安全的日常管理 与应急处置要求把握对安全形势的整体管控，对异常显现因果关系的简洁了解，对应对方 案的优劣判断，因而对于将复杂通风系统划分为简单模块的组合有着现实的需求。
[0007] 将通风网络划分为安全分区，有利于对通风网络的全局性把握，以及对风量、瓦斯 等信息的掌握和分析，及时发现存在的问题；当通风系统出现异常时，便于按分区顺序快速 定位问题的源头并决定应对方案；基于安全分区的管理理念，有利于对煤矿实施责任到人 的精细化管理和安全控制，以更为科学的体系保障通风系统的安全运行。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，基于安 全分区的管理理念，有利于对煤矿实施责任到人的精细化管理和安全控制，以更为科学的 体系保障通风系统的安全运行。
[0009] 本发明的技术方案是：一种面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，其特 征在于包含以下步骤：
[0010] (1)建立矿井属性连接图模型，将矿井的拓扑结构和属性信息加以完整表达；
[0011] (2)利用广度优先搜索算法分析矿井属性连接图的拓扑结构，建立用风点的顺搜 巷道集和逆搜巷道集；
[0012] (3)建立安全分区划分算法，在用风点顺搜巷道集和逆搜巷道集的基础上，将通风 网络划分为六类安全分区；
[0013] 其中步骤⑴中矿井属性连接图模型，该模型用G= {V，E，A}表示，其中V表示风 网节点集合；E表示巷道的集合；A表示属性集合，属性信息包括如下的属性指标和数据类 型：
[0014] A(ei) = {AType(ei), AD(ei)AP(ei), AQ(ei)}
[0015] AType(ei)为巷道类型，所述巷道通类型表示巷道的功能属性，当巷道类型为采煤工 作面、掘进工作面时表明该巷道为用风点，巷道类型是定性属性；
[0016] AD(ei)为巷道风向，所述巷道风向表示巷道内风流的方向，巷道风向用布尔值表 示，所述巷道风向是定性数据；
[0017] Ap(ei)为巷道风压，所述巷道风压用巷道两端的绝对风压的差值来确定，巷道风压 是定量数据；
[0018] AQ(ei)为巷道风量，所述巷道风量表示巷道中通风量的大小，巷道风量表是定量数 据。
[0019] 其中步骤（2)中所述的广度优先搜索算法：
[0020]
【主权项】
1. 一种面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，其特征在于包含以下步骤： (1) 建立矿井属性连接图模型，将矿井的拓扑结构和属性信息加以完整表达； (2) 利用广度优先搜索算法分析矿井属性连接图的拓扑结构，建立用风点的顺搜巷道 集和逆搜巷道集； (3) 建立安全分区划分算法，在用风点顺搜巷道集和逆搜巷道集的基础上，将通风网络 划分为六类安全分区。
2. 如权利要求1所述的面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，其特征在于， 步骤（1)中矿井属性连接图模型，该模型用G= {V，E，A}表示，其中V表示风网节点集合； E表示巷道的集合；A表示属性集合，属性信息包括如下的属性指标和数据类型： A(ei) = {AType(ei),AD(ei)AP(ei),AQ(ei)} ATyp6(ei)为巷道类型，所述巷道通类型表示巷道的功能属性，当巷道类型为采煤工作 面、掘进工作面时表明该巷道为用风点，巷道类型是定性属性； AD (ej为巷道风向，所述巷道风向表示巷道内风流的方向，巷道风向用布尔值表示，所 述巷道风向是定性数据； AP(ei)为巷道风压，所述巷道风压用巷道两端的绝对风压的差值来确定，巷道风压是定 量数据； AQ(ei)为巷道风量，所述巷道风量表示巷道中通风量的大小，巷道风量表是定量数据。
3. 如权利要求1所述的面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，其特征在于， 步骤（2)中所述的广度优先搜索算法：
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4. 如权利要求1所述的面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，其特征在于， 步骤（2)中所述的以用风点为中心建立顺搜巷道集和逆搜巷道集是指： 根据巷道类型属性确定用风点，然后根据巷道类型的风向属性，以广度优先搜索进行 顺风流搜索和逆风流分析，分别建立用风点的顺搜巷道集和逆搜巷道集， 其中顺搜巷道集：设风道^为用风点，则风量部分或全部来自用风点的风道集合，用 EFor⑴表习^ ; 逆搜巷道集：设风道^为用风点，则风量部分或全部流入用风点的风道集合，用 EBack⑴表不。
5.如权利要求1所述的面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，其特征在于， 步骤（3)中所述的通风网络六类安全分区的划分方法如下： 建立巷道风流构成的关系矩阵R，其中的每个元素表示两个巷道的风流构成关系，ru表示巷道^流入或来自巷道e」的风量占巷道ei风量的比例。
用风区：用风区实际上是用风点向上下游的扩展，与用风点联系紧密的巷道组成，通常 表现为用风区的巷道的风量全部来自用风点，或全部流入用风点。用风gEUs6W建立如下式 (2)所示 EUse⑴={e100% | |r J :i= 100% } (2) 进风区：在建立了逆搜巷道集后，求所有用风点的公共逆搜巷道，即逆搜巷道集的交集 就为通风网络的进风区，用式（3)进行计算，
回风区：在建立顺搜巷道集后，求所有用风点的公共顺搜巷道，即顺搜巷道集的交集为 通风网络的回风区，用式（4)进行计算，复杂的风网会有多个风机和回风井，可分别建立每 个风机的回风区，
用风区上游：用风区上游是风流从进风区到用风区的过度，是较为成熟稳定的通风区 域，一般出现问题的可能性不大，传感器也较少，可作为一个区域进行管控，用风区上游的 计算为：用风点逆搜巷道集减去用风区，再减去进风区，用式（5)进行计算， Eups(i) -EBackCD-Ejn-EuseG) (5) 用风区下游：作用和意义与用风区上游类似，用风区下游的计算为：用风点顺搜巷道 集减去用风区，再减去回风区，用式（6)进行计算， Edotos⑴一E FoKifEourEuseQ) (6) 旁路区：在通风网络中去除以上各类型区域，则余下的为旁路区，用式（7)进行计算，
【专利摘要】本发明公开了一种面向矿井用风点的通风网络安全分区划分方法，定义出包括进风区、回风区、用风区、用风区上游、用风区下游和旁路区六类不同的安全分区，以用风点(回采工作面、掘进工作面)为中心，采用广度优先搜索算法对煤矿通风网络进行遍历分析，并结合安全分区划分算法实现了通风网络的划分，进而建立基于安全分区的灾害溯源方法，用于煤矿安全生产的分析和管理。
【IPC分类】E21F1-02
【公开号】CN104775841
【申请号】CN201510092837
【发明人】李川, 闫振国
【申请人】陕西陕煤黄陵矿业有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月2日