1 绪论
1.1 问题的提出
矿井通风是矿山生产的一个重要环节。安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统，对保证井下安全生产具有重要意义。煤矿生产过程的瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井火灾、有毒气体窒息等灾害的发生都与矿井通风有直接关系[1]。可以说，通风状况的好坏直接影响工人的安全、健康和劳动效率，直接关系到煤矿的安全生产、经济效益和可持续发展[2]。随着煤矿产量增加，开采深度加大和机械化程度提高，需要加大风量，形成多进风井、多回风井的复杂通风系统。如果矿井通风管理跟不上，事故隐患不能及时发现，矿井通风安全事故将会不断发生。不但严重危害职工的健康和生命安全，而且破坏正常的通风系统，使安全生产无法正常进行。因此，开展矿井通风网络解算、调节与评价的一体化系统研究，对保障矿井安全生产具有十分重要的理论意义和应用价值。
1.2 矿井通风系统软件的研究现状
1.2.1 国外通风系统软件研究现状
自1946年第一台计算机问世，国外的许多科学家就开始通风网络软件的研究。日本学者Hashimoto在1958年编制了最多可解算30条风道网络的程序，是世界上最早使用计算机解算风网的人。美国学者Hartman与Trafton（1963-1964）、Hartman与YJ.Wang(1967)先后利用Gauss-Seidel迭代、Fortran语言编写了风网解算程序。1970年，YJ.Wang与Saporstein进一步改进了源程序，可解算风道数少于550条、风机数少于10台的大型风网，并实现了回路的自动圈划[5]。1983年，美国学者C.J.Hall用Basic语言编写了网络解算源程序。在通风网络研究领域，波兰和美国学者的研究成果处于当今世界领先水平。目前在国际上最具影响力的是波兰科学院W.Dziurzy’nski 教授及其研究小组研制开发的真正可视化的VENTGRAPH系统，具有火灾逃生路线模拟EDESC、仿真可视化EDRYS、节点压能的网络图绘制SCHEMAT等12个子系统，它已在波兰70%的矿井得到推广应用[7]；波兰科学院研制的Mine Fire Simulator 软件能够以动态图形化方式表示火灾蔓延，通风系统中燃烧物、温度、流体等参数的变化过程。
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2 矿井通风网络的建模研究
2.1 图论的基本概念
图论作为一门科学是由18世纪的瑞士数学家欧拉创立的，在计算机问世以后，应用更加广泛。矿井通风网络解算涉及图论、数学建模理论等数学理论和矿井通风的基础知识。
2.1.1 基本术语①图的定义:图 G=(V,E,Φ)，其中:V={Vl, V2,…，Vm}是图 G 节点或顶点的有限非空集合，称为图 G 的节点或顶点集合，记作 V(G)或 V；E={el,e2,...,en}是图 G 边或分支的集合，记作 E(G)或 E；Φ 是以 E 到 V 中的有序或无序偶对所成集合的映射。通常，图也写成 G=(V, E)。②有向图和无向图：定义中的顶点偶对是有序或无序的。若边 e 所对应的偶对(a,b)是有序的，则边e 是有向边。有向边简称弧，a 叫弧 e 的始点，b 叫弧 e 的终点，统称为 e 的端点。称 e 是关联于结点 a 和 b 的，结点 a 和结点 b 是邻接的。有向边构成的图称作有向图。若边 e 所对应的偶对(a,b )是无序的，则称 e 为无向边。无向边简称棱。无向边构成的图称作无向图。通风网路图是一种有向图。
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2.2 流体网络建模
数学模型是程序算法设计的灵魂。能否选取恰当的方法，并建立起准确而全面的数学模型，是软件设计成功与否的决定性因素。①数学模型对复杂的对象或系统进行计算或仿真时，首先要建立它的数学模型[10,11]。所谓数学模型就是由一系列数学方程(包括代数方程、微分方程)描述系统的每一个具体过程，最终组成一个联立方程组。数学模型比较抽象，但它可以比较全面地反映一个复杂系统的性质。当对一个系统的内部机理比较清楚时，就可以利用数学模型对其进行进一步的研究。数学模型又可分为静态数学模型和动态数学模型[18]。②静态数学模型静态数学模型用来描述系统在稳定状态或平衡状态下各种输入变量与输出变量之间的关系。静态数学模型主要用于设计计算和校核计算，一般要求具有较高的精度。③动态数学模型动态数学模型用来描述系统在不稳定状态下各种变量随时间的变化关系。当系统从一个稳定状态变化到另一个稳定状态时，哪些参数会发生变化，其变化的速度及变化过程如何，这些都属于动态数学模型要解决的问题。
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3 矿井通风网络分析程序算法研究 ............................ 15
3.1 矿井通风网络分析的意义.................................15
3.2 矿井通风网络分析的方法 ............................... 15
3.3 通风网络解算算法 .................................... 16
3.4 网络调节优化算法 ..................................... 26
3.5 不可调分支处理 ....................................... 30
3.6 本章小结 ............................................. 32
4 矿井通风系统安全性评价研究.............................. 33
4.1 矿井通风系统安全评价指标体系的建立 .................. 33
4.2 矿井通风系统安全评价因素权重的确定和计算 ............ 37
4.3 具体评价指标权重的确定 ............................. 43
4.4 评判结果的确定 ................................... 49
4.5 评价因素赋值体系的改进和优化 ...................... 50
4.6 模糊数学综合评价法在矿井通风系统安全评价中的应用..... 50
4.7 实例评价计算 ........................................ 54
4.8 矿井通风系统安全性评价模块在计算机中的实现..........60
4.9 本章小结..........................................61
5 运行实例
5.1 新世纪煤矿概况
南川市新世纪煤矿位于南川市文凤镇南约 1km，行政区划属南川市文凤镇管辖，矿区有公路与川湘公路干线相连，距离约 2km。矿井工业场地至南川市主城区 9km，距万盛 27km。万(盛)——南(川)铁路已建成通车，矿井可利用现有的公路铁路对外运输，交通较为便利。新世纪煤矿有限责任公司原为苏家湾二矿，现由南川市新世纪煤矿有限公司购买经营。1992 年 12 月经原南川县煤炭勘察设计室设计，矿井设计生产能力为150kt/a，斜井开拓。矿井通风系统为中央并列式，通风方式为机械抽出式。由主、副斜井进风，中央回风斜井回风。根据矿井延深水平的地质构造，煤层赋存和开采技术条件及保护煤柱留设等具体情况，综合考虑采煤方法和机械化程度等因素，设计将延深水平划分为 8 个采区。即以白房村河为界，北翼 4 个采区，南翼四个采区。
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6 主要结论
本论文在阅读国内外大量相关文献和规范规程的基础上，针对矿井通风软件存在的问题，进行了矿井通风网络解算、调节和评价一体化系统研究。本论文的主要研究成果如下：①在流体网络建模的原理基础上，建立了通风网络数学模型，主要包括风机性能曲线模型、节点流量平衡模型和回路风压平衡模型。②改进了解算通风网络中的最小生成树、独立回路算法，使程序生成最小树和独立回路的速度大大加快。用牛顿法、斯考特-恒斯雷法及斯考特-恒斯雷法+塞德尔技巧等三种算法分别编制了矿井通风网络解算程序。通过三种算法的对比分析，选出了迭代精度较高的斯考特-恒斯雷法+塞德尔技巧的算法进行通风网络解算。
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参考文献（略）