矿井通风网络解算的方法及装置与流程

1.本发明涉及矿井通风技术领域，具体涉及一种矿井通风网络解算的方法及装置。

背景技术：

2.矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网络和通风动力及通风控制设施等构成的工程体系。它将新鲜空气送入井下，供工作人员呼吸，冲淡、排除开采时涌出的有毒有害爆炸性气体等，因此，其对矿井安全生产具有重要影响，是矿井基础工程。矿井通风网络解算，可为矿井通风系统的设计、修改等提供参考，是矿井通风系统的基础支撑。

3.目前国内外已有多种通风网络解算的计算机软件系统，这些软件系统很大程度上简化了矿井通风网络解算的难度，提高了通风系统设计效率及其安全性。然而，实际使用中，这些软件普遍存在着复杂通风网络解算速度慢、迭代过程易发散的问题。

4.导致其解算速度慢、易发散的一个重要原因，是其在通风网络迭代计算时，赋给各余树枝初始风量与其实际情况差异较大。目前，常用的赋初值方法是给余树枝赋固定初值，如10m3/min。但对很多矿井来说，其巷道或部分巷道的风量远远偏离此初值，甚至相差数十倍、近百倍。这就导致在计算过程中，迭代次数多，甚至出现迭代计算发散的情况。此外，实际矿井通风网络系统复杂，存在串联、并联和角联等多种分支关系，导致通风网络解算时未知量多、方程组方程个数多，也使通风网络解算过程复杂、迭代计算不易收敛。

技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种矿井通风网络解算的方法及装置。

6.第一方面，本发明提供一种矿井通风网络解算的方法，包括：

7.基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；

8.基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

9.基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；

10.其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。

11.可选的，所述局部风网简化所得分支的风阻为所述局部风网中风阻值最大分支的风阻。

12.可选的，所述基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝，包括：

13.基于所述第一通风网络图，确定各分支的权值并进行排序；

14.基于所述各分支的权值，以所述各分支权值之和最小为目标，确定所述第一通风

网络图中以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

15.其中，所述各分支的权值是根据分支风量和风阻的乘积确定的，若风量未知，是根据分支风阻确定的。

16.可选的，所述基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果，包括：

17.基于所述余树枝两端节点的深度，以及分别与所述两端节点具有同深度的最小树上节点的个数，确定各余树枝的初始风量值；

18.基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，确定所述各回路风量的最终结果；

19.基于所述各回路风量的最终结果，确定原始通风网络解算结果。

20.可选的，所述基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，确定所述各回路风量的最终结果，包括：

21.若存在自然风压的分支，初始化所述存在自然风压的分支的风压值；

22.若存在风机的分支，基于初始风量拟合风机特性曲线，初始化所述存在风机的分支的风压值；

23.基于scott-hisley算法中的回路风量修正公式，确定所述各余树枝所在回路的风量的修正值；

24.若所述回路的风量的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数小于预设阈值，则再次基于所述余树枝所在独立回路修正后的风量，更新所述各余树枝所在回路的修正值；

25.若所述回路的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数大于预设阈值，则根据所述余树枝所在独立回路修正后的风量，确定各分支的权值，并重新排序；

26.若所述回路的修正值满足预设条件，则根据所述回路的修正值，确定所述各回路风量的最终结果。

27.可选的，所述scott-hisley算法中的回路风量修正公式为：

[0028][0029]

其中，ri，qi为各余树枝所在独立回路中各分支的风阻和风量；为所述各余树枝所在独立回路中各分支风压或风阻的代数和，所述分支风向与余树枝同向时其风压取正值，反之为负值；∑|riqi|为所述各余树枝所在独立回路中各分支风量与风阻乘积的绝对值之和；h

通

为所述各余树枝所在独立回路中的通风机风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值；h

自

为所述各余树枝所在独立回路中的自然风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值。

[0030]

可选的，所述基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图之前，所述方法还包括：

[0031]

确定所述原始通风网络图中各分支是否满足串联关系的判定条件和/或并联关系的判定条件；

[0032]

若满足串联关系的判定条件，则将串联的两个或者多个分支合并为一个分支，确

定合并后分支的风量与所述串联的两个或者多个分支中任一分支的风量相同，合并后分支的风阻为所述串联的两个或者多个分支风阻之和，合并后分支的风压为所述串联的两个或者多个分支风压之和；

[0033]

若满足并联关系的判定条件，则将并联的两个或者多个分支合并为一个分支，确定合并后分支的风量为所述并联的两个或者多个分支的风量之和，合并后分支的风阻的开方倒数值为所述并联的两个或者多个分支风阻的开方倒数值之和，合并后分支的风压与所述并联的两个或者多个分支中任一分支的风压相同；

[0034]

将合并分支后的所述原始通风网络图作为风阻值简化方法的输入；

[0035]

其中，所述串联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或者多个分支首尾相连有公共的节点，且所述公共节点不存在于其他的分支上；所述并联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或者多个分支有公共的节点，且所述公共节点为所述分支的两端点。

[0036]

第二方面，本发明提供一种矿井通风网络解算的电子设备，包括存储器，收发机，处理器，其中：

[0037]

存储器，用于存储计算机程序；收发机，用于在所述处理器的控制下收发数据；处理器，用于读取所述存储器中的计算机程序并实现如上所述第一方面所述矿井通风网络解算的方法的步骤。

[0038]

第三方面，本发明提供一种矿井通风网络解算的装置，所述装置包括：

[0039]

简化模块，用于基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；

[0040]

确定模块，用于基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0041]

解算模块，用于基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；

[0042]

其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。

[0043]

第四方面，本发明提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使所述处理器执行如上所述第一方面所述矿井通风网络解算的方法的步骤。

[0044]

本发明提供的矿井通风网络解算的方法及装置，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。

附图说明

[0045]

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些

附图获得其他的附图。

[0046]

图1是本发明提供的矿井通风网络解算的方法的流程示意图；

[0047]

图2是本发明提供的实际矿井通风巷道的情况示意图；

[0048]

图3是本发明提供的矿井通风网络图的示意图；

[0049]

图4是本发明提供的通风网络图中局部风网简化前的示意图；

[0050]

图5是本发明提供的通风网络图中局部风网简化后的示意图；

[0051]

图6是本发明提供的通风网络图中串联分支合并前的示意图；

[0052]

图7是本发明提供的通风网络图中串联分支合并后的示意图；

[0053]

图8是本发明提供的通风网络图中并联分支合并前的示意图；

[0054]

图9是本发明提供的通风网络图中并联分支合并后的示意图；

[0055]

图10是本发明提供的矿井通风网络解算的方法的整体流程图；

[0056]

图11是本发明提供的矿井通风网络解算的电子设备的结构示意图；

[0057]

图12是本发明提供的矿井通风网络解算的装置的结构示意图。

具体实施方式

[0058]

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0059]

下面结合图1-图12描述本发明提供的矿井通风网络解算的方法及装置。

[0060]

图1是本发明提供的矿井通风网络解算的方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

[0061]

步骤101、基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；

[0062]

步骤102、基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0063]

步骤103、基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；

[0064]

其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。

[0065]

具体的，实际矿井通风巷道包括多个出口井，入口井，通常根据风向确定，风向流出来的分支对应的地面节点即出口井；风从地面节点进入矿井的分支对应的地面节点即入口井，基于实际矿井通风巷道的情况，如图2所示。

[0066]

将实际矿井通风巷道的情况示意图通过一定的简化，不按比例、不反映空间关系得到其对应的通风网络图，如图3所示，矿井的通风网路图能清楚地反映风流的方向和分合关系，便于进行通风网路解算和通风系统分析，是矿井通风管理的重要图件之一。

[0067]

通风网路图的形状是可以变化的。为了更清晰地表达通风系统中各井巷间的联接关系及其通风特点，通风网路图的节点可以移位，分支可以曲直伸缩。通常，习惯上把通风

网路图总的形状画成“椭圆”形。

[0068]

绘制矿井通风网路图，一般可按如下步骤进行：

[0069]

1.节点编号：在矿井通风系统图上，沿风流方向将井巷风流的分合点加以编号。编号顺序通常是沿风流方向从小到大，亦可按系统、按翼分开编号。节点编号不能重复且要保持连续性。

[0070]

2.分支连线：将有风流连通的节点用单线条连接。

[0071]

3.图形整理：通风网路图的形状不是唯一的。在正确反映风流分合关系的前提下，把图形画得简明、清晰、美观。

[0072]

4.标注：除标出各分支的风向、风量外，还应将进回风井、用风地点、主要漏风地点及主要通风设施等加以标注，并以图例说明。

[0073]

矿井通风网路图包括分支，节点，分支节点之间的连接关系，分支的风阻等，其中，分支是指表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷风流的方向，分支包括普通分支和风机分支，风机分支一般是指为了增加局部通风量，在普通分支上安装了风机，为了区分将这样的分支称为风机分支。

[0074]

节点是指两条或两条以上分支的交点。每个节点有唯一的编号，称为节点号，并且每个分支均与两个节点相连接。节点可能位于地上，也可能位于地下，在地上的节点可能是一个或者多个出口井，也可能是一个或者多个入口井。在通风网络图中各分支的风阻已知。

[0075]

依据风阻值将通风网络图简化，首先需要确定原始通风网络图中是否存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，反映的是局部风网的风阻对整个通风网络产生的影响非常小，通常预设倍数为10倍或10倍以上，当然也可以取较小的倍数值，需要根据实际情况而设定。此外还需要判断该局部风网与其他分支的连接点有且仅有两个，即满足预设条件：原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个，可将局部风网简化为一个分支，具体如图4所示，图4中虚线框中的分支代表满足预设条件的局部风网，通过风阻值简化方法，可将其简化为一个分支，如图5所示。

[0076]

通过上述风阻值简化方法，将原始通风网络图简化后，得到第一通风网络图。

[0077]

然后基于上述第一通风网络图，确定以出口井或者入口井为根节点的最小树，不在上述最小树上的分支即余树枝。

[0078]

最后，每个余树枝的深度是指余树枝的两个节点在生成的最小树上与根节点之间最短路径中的节点数目。基于余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的风量和风压。

[0079]

本发明提供的矿井通风网络解算的方法，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。

[0080]

可选的，所述局部风网简化所得分支的风阻为所述局部风网中风阻值最大分支的风阻。

[0081]

具体的，如图4所示，局部风网中风阻值最大分支为节点5和节点6相连的分支，对应的风阻值为0.6，分支的方向即风向为节点5流向节点6。如图5所示，局部风网简化为一个

分支后，该分支的风阻值为所述局部风网中风阻值最大分支的风阻，即简化后的分支为节点1和节点9相连的分支，该分支的风阻值为局部风网中风阻值最大分支(节点5和节点6相连的分支)的风阻值0.6，节点1和节点9相连的分支的方向为节点1流向节点9。

[0082]

本发明提供的矿井通风网络解算的方法，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。

[0083]

可选的，所述基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝，包括：

[0084]

基于所述第一通风网络图，确定各分支的权值并进行排序；

[0085]

基于所述各分支的权值，以所述各分支权值之和最小为目标，确定所述第一通风网络图中以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0086]

其中，所述各分支的权值是根据分支风量和风阻的乘积确定的，若风量未知，是根据分支风阻确定的。

[0087]

具体的，简化后得到的第一通风网络图，在各分支风阻已知的情况下，确定各分支的权值；在分支的风量已知的情况，分支的权值由分支的风量q和分支的风阻r的乘积确定；在分支的风量未知的情况下，分支的权值为分支的风阻r，然后按照各分支的权值，对第一通风网络图中的所有分支的权值进行排序，以各分支权值之和最小为目标，确定第一通风网络图的最小树，这里确定的最小树可能有多种，而本发明中上述最小树的确定标准还包括根节点为出口井或者入口井，其余不位于最小树上的分支即为通风网络图的余树枝。

[0088]

本发明提供的矿井通风网络解算的方法，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。

[0089]

可选的，基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果，包括：

[0090]

基于所述余树枝两端节点的深度，以及分别与所述两端节点具有同深度的最小树上节点的个数，确定各余树枝的初始风量值；

[0091]

基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，确定所述各回路风量的最终结果；

[0092]

基于所述各回路风量的最终结果，确定原始通风网络解算结果。

[0093]

具体的，本发明提出一种更合理的根据余树枝深度对其赋初值方法，即根据各余树枝相连节点的深度来对其赋初值。此方法所需前置条件为，最小树的根节点为出口井或者入口井对应分支的地面节点。当所述出口井或者入口井为多个时，在地面设置虚拟节点，用于连通多个出口井或者入口井，并以此虚拟节点为根节点。以保证流经此根节点的风量为矿井总通风量。设与某余树枝l相连接的最小树上的节点分别为a、b，其深度分别为m、n，其中，与a节点同深度的最小树上的节点数为x，与b节点同深度的最小树上的节点数为y。已知通风总风量为q(即所有进入矿井的风量)，则该余树枝的初始风量设定为：

[0094][0095]

此初值即为余树枝l迭代计算时的初始值。

[0096]

然后，基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，以所述各回路风量的最终结果作为基础，确定原始通风网络解算结果。

[0097]

本发明提供的矿井通风网络解算的方法，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法等，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。

[0098]

可选的，所述基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，确定所述各回路风量的最终结果，包括：

[0099]

若存在自然风压的分支，初始化所述存在自然风压的分支的风压值；

[0100]

若存在风机的分支，基于初始风量拟合风机特性曲线，初始化所述存在风机的分支的风压值；

[0101]

基于scott-hisley算法中的回路风量修正公式，确定所述各余树枝所在回路的风量的修正值；

[0102]

若所述回路的风量的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数小于预设阈值，则再次基于所述余树枝所在独立回路修正后的风量，更新所述各余树枝所在回路的修正值；

[0103]

若所述回路的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数大于预设阈值，则根据所述余树枝所在独立回路修正后的风量，确定各分支的权值，并重新排序；

[0104]

若所述回路的修正值满足预设条件，则根据所述回路的修正值，确定所述各回路风量的最终结果。

[0105]

具体的，风流在通风网路中流动时，都遵守风量平衡定律、风压平衡定律和阻力定律。它们反映了通风网路中三个最主要通风参数，风量、风压和风阻间的相互关系，是复杂通风网路解算的理论基础。

[0106]

其中，井巷中的正常风流一般均为紊流。因此，通风网路中各分支都遵守紊流通风阻力定律，即h＝r*q2。

[0107]

第一通风网络图中若存在自然风压的分支，根据风压平衡定律，初始化所述存在自然风压的分支的风压值；

[0108]

风量平衡定律是指在通风网路中，流入与流出某节点或闭合回路的各分支的风量的代数和等于零，即

[0109]

∑qi＝0

[0110]

假设流入的风量取正值，则流出的风量取负值，同理，流入的风量取负值，则流出的风量取正值。

[0111]

第一通风网络图中若存在风机的分支，基于初始风量拟合风机特性曲线，以及风压平衡定律，初始化所述存在风机的分支的风压值；

[0112]

风压平衡定律是指在通风网路的任一闭合回路中，各分支的风压(或阻力)的代数

和等于零，即

[0113]

∑hi＝0

[0114]

假设回路中顺时针流向的分支风压取正值，则逆时针流向的分支风压取负值。回路是由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路，称为回路。

[0115]

将以上各值代入scott-hisley法的回路风量修正公式中：

[0116][0117]

式中，为所述各余树枝所在独立回路中各分支风压或风阻的代数和。分支风向与余树枝同向时其风压取正值，反之为负值；∑|riqi|为所述各余树枝所在独立回路中各分支风量与风阻乘积的绝对值之和；h

通

为所述各余树枝所在独立回路中的通风机风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值；h

自

为所述各余树枝所在独立回路中的自然风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值。

[0118]

每次迭代计算后，判断各个回路风量修正值是否满足设定的精度范围，若满足，则迭代计算结束；若不满足，则判断其迭代次数是否达到或大于预设阈值，该预设阈值是提前设定的某一个值，可以根据实际应用情况动态设定。若迭代次数小于预设阈值，则用δq值修正各分支风量后，再重新代入scott-hisley算法的回路风量修正公式中继续修正风量；若迭代次数达到或大于预设阈值，则根据最新得出的各分支的风量计算各分支的权值(此处分支的权值为风量q和风阻r的乘积)，并根据新的权值重新生成最小树，再根据新生成的最小树确定余树枝深度并赋初值。循环以上过程，直到满足迭代精度要求，确定各回路的风量最终结果，该独立回路风量即为其上余树枝分量；最小树上其他分支的风量为其所在的各独立回路风量的代数和，其中，最小树上其他分支的风向与独立回路方向一致时，该分支的风量取值为正，反之，取负值。

[0119]

根据以上步骤，确定原始通风网络图的解算结果。

[0120]

需要说明的是，本发明中以余树枝构成的回路，都是由通风网路图的最小树及余树枝中的一个分支形成的回路，也称为独立回路。

[0121]

本发明提供的矿井通风网络解算的方法，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。

[0122]

可选的，所述基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图之前，所述方法还包括：

[0123]

确定所述原始通风网络图中各分支是否满足串联关系的判定条件和/或并联关系的判定条件；

[0124]

若满足串联关系的判定条件，则将串联的两个或者多个分支合并为一个分支，确定合并后分支的风量与所述串联的两个或者多个分支中任一分支的风量相同，合并后分支的风阻为所述串联的两个或者多个分支风阻之和，合并后分支的风压为所述串联的两个或者多个分支风压之和；

[0125]

若满足并联关系的判定条件，则将并联的两个或者多个分支合并为一个分支，确

定合并后分支的风量为所述并联的两个或者多个分支的风量之和，合并后分支的风阻的开方倒数值为所述并联的两个或者多个分支风阻的开方倒数值之和，合并后分支的风压与所述并联的两个或者多个分支中任一分支的风压相同；

[0126]

将合并分支后的所述原始通风网络图作为风阻值简化方法的输入；

[0127]

其中，所述串联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或多个分支首尾相连有公共的节点，且所述公共节点不存在于其他的分支上；所述并联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或者多个分支有公共的节点，且所述公共节点为所述分支的两端点。

[0128]

具体的，在得到第一通风网络图之前，还可以判断原始通风网络图中是否具有串联和/或并联分支的结构。并基于判定满足串联关系和/或满足并联关系的条件后，执行合并通风网络中的串联和/或并联分支来简化通风网络图、简化通风网络迭代计算过程。

[0129]

其中，原始通风网络图串联分支简化方法具体包括：

[0130]

先判断原始通风网络图是否存在满足串联关系的分支，其判断条件为：原始通风网络图中存在两个或多个分支首尾相连有公共的节点，且所述公共节点不存在于其他的分支上。

[0131]

若存在满足串联关系的判定条件，则将串联的两个或者多个分支合并为一个分支，确定合并后分支的风量与所述串联的两个或者多个分支中任一分支的风量相同，合并后分支的风阻为所述串联的两个或者多个分支风阻之和，合并后分支的风压为所述串联的两个或者多个分支风压之和；

[0132]

如图6所示，分支1和分支2满足串联关系。两个分支通过节点2首尾相连，节点2为共有节点；且此节点2在且只在这两个分支(分支1和分支2)上。

[0133]

此时，可合并分支1和分支2，合并后得到分支3，如图7所示。该分支3满足，分支3的风量q3与原分支风量(分支1的风量q1或分支2的风量q2)相同，分支3的风阻r3为原分支风阻(分支1的风阻r1和分支2的风阻r2)之和，分支3的风压h3为原分支风压(分支1的风压h1和分支2的风压h2)之和：

[0134]

q3＝q1＝q2[0135]

r3＝r1+r2[0136]

h3＝h1+h2[0137]

此外，串联的分支可能有3个或者更多，当串联的分支有3个或3个以上时，两条或两条以上分支彼此首尾相连在一起，中间没有分支连接在公共节点上，合并后分支的风量，风压，风阻为：

[0138]

1)串联合并后分支的总风量等于各段风路的分风量，即

[0139]q串

＝q1＝q2＝

…

＝qn；

[0140]

2)串联合并后分支的总风压等于各段风路的分风压之和，即

[0141][0142]

3)串联合并后分支的总风阻等于各段风路的分风阻之和，即

[0143][0144]

原始通风网络图并联分支简化方法具体包括：

[0145]

先判断原始通风网络图是否存在满足并联关系的分支，其判断条件为：原始通风网络图中存在两个或者多个分支有公共的节点，且所述公共节点为所述分支的两端点。

[0146]

如图8所示，分支4和分支5满足并联关系。其判定条件为：(1)分支(两条或多条)有共有两节点，此处为节点4和6，(2)且此两节点为此分支的端点。此时，可合并分支4和分支5，合并后得到分支6连接节点4和节点6，如图9所示。分支6的相关参数满足：分支6的风量q6为原分支风量之和，分支6的风阻r6与原分支满足合并后分支风阻r6的开方倒数值为原有分支风阻开方倒数值之和，分支6的风压h6与原有各分支风压相同：

[0147]

q6＝q4+q5[0148][0149]

h6＝h4＝h5[0150]

此外，并联的分支可能有3个或者更多，当并联的分支有3个或3个以上时，并联后的分支的风量，风压和风阻和原分支的风量，风压和风阻的关系可表示为：

[0151]

1)并联后的分支的总风量等于并联各分支风量之和，即

[0152][0153]

2)并联后的分支的总风压等于任一并联分支的风压，即

[0154]h并

＝h1＝h2＝

…

＝hn[0155]

3)并联后的分支的总风阻平方根的倒数等于并联各分支风阻平方根的倒数之和，即

[0156][0157]

根据合并后分支与原始分支的关系，可得到合并分支的风量、风阻、风压，并根据这些信息，在通风网络解算结束后，对各原始通风网络图中各分支的风量、风阻、风压等物理信息。

[0158]

本发明提供的矿井通风网络解算的方法，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。

[0159]

图10是本发明提供的矿井通风网络解算的方法的整体流程图，如图10所示，整个流程具体包括：

[0160]

读入数据过程，采用图形交互界面或文件导入方式，将矿井通风解算初始数据读

入。包括矿井各节点、分支、分支风阻(或分支长度、摩擦阻力系数、截面积、截面周长数据，据此可计算分支风阻)、固定风量分支编号及其风量值、出口风井、入口风井编号等。其中，固定风量分支是计算前已知某个或者某些分支的风量值。在计算前标定风向，若各分支的风向与标定风向相同，则其对应的风量，风阻，风压取正值，若相反，则取负值。

[0161]

读入数据完成，首先根据串并联分支简化方法对通风网络进行初步简化、合并串并联分支，减少通风网络解算方程组未知量。

[0162]

串并联分支简化完毕，依据风阻值对通风网络图简化，简化得到第一通风网络图，进一步减少通风网络解算方程组未知量，提高解算过程效率和迭代计算稳定性。

[0163]

根据各分支的权值(初始通风网络解算时，各分支的权值取分支风阻r；后续迭代计算排序时，各分支的权值为分支风量q和风阻r的乘积)，对分支进行排序。

[0164]

以各分支权值之和最小为目标，确定最小树，最小树分支的选择标准为保证所有节点存在于树上的前提下，根节点为出口井或者入口井。其余不位于最小树上的分支即为通风网络解算的余树枝。

[0165]

根据试探回溯法形成与余树枝个数相同的独立回路，由通风网路图中最小树及其余树枝中的一个余树枝形成的回路，为独立回路。

[0166]

根据余树枝深度对余树枝风量赋初值的方法对各个余树枝赋初值，并根据各个分支所在独立回路的情况，计算各分支风量(各分支风量为其所在所有独立回路风量之和)。

[0167]

对于存在自然风压的分支，初始化其自然风压，对于存在风机的分支，根据初始风量拟合风机特性曲线，得到其风机附加的风压。

[0168]

利用scott-hinsley算法迭代计算各余树枝所在回路的风量的修正值，确定修正后的风量是否满足预设精度要求，如果满足，则根据最终的修正值，确定各分支的风量，结合通风阻力定律，风量平衡定律，风压平衡定律，确定原始通风网络图中各分支的风量和风压。如果不满足精度要求，则判断其迭代次数是否达到或大于某一设定的值(图示为20)。若迭代次数小于此设定值，则用δq值修正各分支风量后，再重新代入scott-hisley法的回路风量修正公式中继续修正风量；若迭代次数达到或大于设定值，则根据最新得出的风量计算各分支权值(此处为r*q值)，并根据新的权值重新生成最小树以及余树枝。循环上以过程，直到得出最终通风网络解算结果。

[0169]

图11是本发明提供的矿井通风网络解算的电子设备的结构示意图；如图11所述，该矿井通风网络解算的电子设备，包括存储器1120，收发机1110和处理器1100；其中，处理器1100与存储器1120也可以物理上分开布置。

[0170]

存储器1120，用于存储计算机程序；收发机1110，用于在处理器1100的控制下收发数据。

[0171]

具体地，收发机1110用于在处理器1100的控制下接收和发送数据。

[0172]

其中，在图11中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器1100代表的一个或多个处理器和存储器1120代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本技术不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机1110可以是多个元件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元，这些传输介质包括无线信道、有线信道、光缆等传输介质。

[0173]

处理器1100负责管理总线架构和通常的处理，存储器1120可以存储处理器1100在执行操作时所使用的数据。

[0174]

处理器1100可以是中央处理器(central processing unit，cpu)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)，处理器也可以采用多核架构。

[0175]

处理器1100通过调用存储器1120存储的计算机程序，用于按照获得的可执行指令执行本发明实施例提供的任一所述方法，例如：

[0176]

基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；

[0177]

基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0178]

基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；

[0179]

其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。

[0180]

在此需要说明的是，本发明实施例提供的矿井通风网络解算的电子设备，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

[0181]

下面对本发明提供的矿井通风网络解算的装置进行描述，下文描述的矿井通风网络解算的装置与上文描述的矿井通风网络解算的方法可相互对应参照。

[0182]

图12是本发明提供的矿井通风网络解算的装置的结构示意图，如图12所示，所示装置包括：

[0183]

简化模块1201，用于基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；

[0184]

确定模块1202，用于基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0185]

解算模块1203，用于基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；

[0186]

其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。

[0187]

可选的，所述局部风网简化所得分支的风阻为所述局部风网中风阻值最大分支的风阻。

[0188]

可选的，所述确定模块1202还用于：

[0189]

基于所述第一通风网络图，确定各分支的权值并进行排序；

[0190]

基于所述各分支的权值，以所述各分支权值之和最小为目标，确定所述第一通风网络图中以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0191]

其中，所述各分支的权值是根据分支风量和风阻的乘积确定的，若风量未知，是根

据分支风阻确定的。

[0192]

可选的，所述解算模块1203还用于：

[0193]

基于所述余树枝两端节点的深度，以及分别与所述两端节点具有同深度的最小树上节点的个数，确定各余树枝的初始风量值；

[0194]

基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，确定所述各回路风量的最终结果；

[0195]

基于所述各回路风量的最终结果，确定原始通风网络解算结果。

[0196]

可选的，所述解算模块1203还用于：

[0197]

若存在自然风压的分支，初始化所述存在自然风压的分支的风压值；

[0198]

若存在风机的分支，基于初始风量拟合风机特性曲线，初始化所述存在风机的分支的风压值；

[0199]

基于scott-hisley算法中的回路风量修正公式，确定所述各余树枝所在回路的风量的修正值；

[0200]

若所述回路的风量的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数小于预设阈值，则再次基于所述余树枝所在独立回路修正后的风量，更新所述各余树枝所在回路的修正值；

[0201]

若所述回路的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数大于预设阈值，则根据所述余树枝所在独立回路修正后的风量，确定各分支的权值，并重新排序；

[0202]

若所述回路的修正值满足预设条件，则根据所述回路的修正值，确定所述各回路风量的最终结果。

[0203]

可选的，所述scott-hisley算法中的回路风量修正公式为：

[0204][0205]

其中，为所述各余树枝所在独立回路中各分支风压或风阻的代数和，所述分支风向与余树枝同向时其风压取正值，反之为负值；∑|riqi|为所述各余树枝所在独立回路中各分支风量与风阻乘积的绝对值之和；h

通

为所述各余树枝所在独立回路中的通风机风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值；h

自

为所述各余树枝所在独立回路中的自然风压，其作用的风流方向与余树枝同向时取负值，反之为正值。

[0206]

可选的，所述简化模块1201还用于：

[0207]

确定所述原始通风网络图中各分支是否满足串联关系的判定条件和/或并联关系的判定条件；

[0208]

若满足串联关系的判定条件，则将串联的两个或者多个分支合并为一个分支，确定合并后分支的风量与所述串联的两个或者多个分支中任一分支的风量相同，合并后分支的风阻为所述串联的两个或者多个分支风阻之和，合并后分支的风压为所述串联的两个或者多个分支风压之和；

[0209]

若满足并联关系的判定条件，则将并联的两个或者多个分支合并为一个分支，确定合并后分支的风量为所述并联的两个或者多个分支的风量之和，合并后分支的风阻的开方倒数值为所述并联的两个或者多个分支风阻的开方倒数值之和，合并后分支的风压与所

述并联的两个或者多个分支中任一分支的风压相同；

[0210]

将合并分支后的所述原始通风网络图作为风阻值简化方法的输入；

[0211]

其中，所述串联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或者多个分支首尾相连有公共的节点，且所述公共节点不存在于其他的分支上；所述并联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或者多个分支有公共的节点，且所述公共节点为所述分支的两端点。

[0212]

需要说明的是，本技术实施例中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0213]

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0214]

在此需要说明的是，本发明实施例提供的上述装置，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

[0215]

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的矿井通风网络解算的方法的步骤，例如包括：

[0216]

基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；

[0217]

基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0218]

基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；

[0219]

其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。

[0220]

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的矿井通风网络解算的方法的步骤，例如包括：

[0221]

基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；

[0222]

基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；

[0223]

基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；

[0224]

其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。

[0225]

所述处理器可读存储介质可以是处理器能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(mo)等)、光学存储器(例如cd、dvd、bd、hvd等)、以及半导体存储器(例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器(nand flash)、固态硬盘(ssd))等。

[0226]

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0227]

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0228]

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。技术特征：

1.一种矿井通风网络解算的方法，其特征在于，包括：基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。2.根据权利要求1所述的矿井通风网络解算的方法，其特征在于，所述局部风网简化所得分支的风阻为所述局部风网中风阻值最大分支的风阻。3.根据权利要求1所述的矿井通风网络解算的方法，其特征在于，所述基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝，包括：基于所述第一通风网络图，确定各分支的权值并进行排序；基于所述各分支的权值，以所述各分支权值之和最小为目标，确定所述第一通风网络图中以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；其中，所述各分支的权值是根据分支风量和风阻的乘积确定的，若风量未知，是根据分支风阻确定的。4.根据权利要求1所述的矿井通风网络解算的方法，其特征在于，所述基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果，包括：基于所述余树枝两端节点的深度，以及分别与所述两端节点具有同深度的最小树上节点的个数，确定各余树枝的初始风量值；基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，确定所述各回路风量的最终结果；基于所述各回路风量的最终结果，确定原始通风网络解算结果。5.根据权利要求4所述的矿井通风网络解算的方法，其特征在于，所述基于scott-hisley算法，修正所述各余树枝所在的回路风量，直到所述各回路风量均满足预设精度范围，确定所述各回路风量的最终结果，包括：若存在自然风压的分支，初始化所述存在自然风压的分支的风压值；若存在风机的分支，基于初始风量拟合风机特性曲线，初始化所述存在风机的分支的风压值；基于scott-hisley算法中的回路风量修正公式，确定所述各余树枝所在回路的风量的修正值；若所述回路的风量的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数小于预设阈值，则再次基于所述余树枝所在独立回路修正后的风量，更新所述各余树枝所在回路的修正值；若所述回路的修正值不满足预设的精度范围，且迭代次数大于预设阈值，则根据所述余树枝所在独立回路修正后的风量，确定各分支的权值，并重新排序；若所述回路的修正值满足预设条件，则根据所述回路的修正值，确定所述各回路风量的最终结果。6.根据权利要求1所述的矿井通风网络解算的方法，其特征在于，所述基于风阻值简化

方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图之前，所述方法还包括：确定所述原始通风网络图中各分支是否满足串联关系的判定条件和/或并联关系的判定条件；若满足串联关系的判定条件，则将串联的两个或者多个分支合并为一个分支，确定合并后分支的风量与所述串联的两个或者多个分支中任一分支的风量相同，合并后分支的风阻为所述串联的两个或者多个分支风阻之和，合并后分支的风压为所述串联的两个或者多个分支风压之和；若满足并联关系的判定条件，则将并联的两个或者多个分支合并为一个分支，确定合并后分支的风量为所述并联的两个或者多个分支的风量之和，合并后分支的风阻的开方倒数值为所述并联的两个或者多个分支风阻的开方倒数值之和，合并后分支的风压与所述并联的两个或者多个分支中任一分支的风压相同；将合并分支后的所述原始通风网络图作为风阻值简化方法的输入；其中，所述串联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或者多个分支首尾相连有公共的节点，且所述公共节点不存在于其他的分支上；所述并联关系的判定条件为所述原始通风网络图中存在两个或者多个分支有公共的节点，且所述公共节点为所述分支的两端点。7.一种矿井通风网络解算的电子设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述矿井通风网络解算的方法的步骤。8.一种矿井通风网络解算的装置，其特征在于，包括：简化模块，用于基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；确定模块，用于基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；解算模块，用于基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果；其中，所述预设条件为所述原始通风网络图中存在局部风网中每个分支的风阻小于其他分支风阻均值的预设倍数，且所述局部风网简化所得分支与其他分支的连接点有且仅有两个；所述解算结果包括原始通风网络图中各分支的风量和风压。9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述矿井通风网络解算的方法的步骤。

技术总结

本发明提供一种矿井通风网络解算的方法及装置。所述方法包括：基于风阻值简化方法，在原始通风网络图中，将满足预设条件的局部风网简化为一个分支，得到第一通风网络图；基于所述第一通风网络图，确定以出口井或入口井为根节点的最小树以及余树枝；基于所述余树枝的深度以及修正算法，确定所述原始通风网络图解算结果。本发明提供的矿井通风网络解算的方法，通过风阻值简化方法，将复杂矿井通风网络图进行简化，基于简化后的通风网络图生成最小树以及余树枝，并根据余树枝的深度以及修正算法，确定原始通风网络图中各分支的解算结果。可提高解算速度，同时采用更合理的迭代计算赋初值方式，可提高解算的稳定性及解算效率。可提高解算的稳定性及解算效率。可提高解算的稳定性及解算效率。

技术研发人员：曲佳佳 张古强 梁志斌 齐振国 韩大伟 李春喜

受保护的技术使用者：北京东方国信科技股份有限公司

技术研发日：2021.09.29

技术公布日：2022/1/6