矿井通风网络理论与算法

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1、第三章矿井通风网络理论与算法3.1矿井通风网络分析概述3.1.1矿井通风网络分析的目的和内容目的：主要是研究通风网络中个参数之间的相互关系（如h，Q，R等），各参数在特定的条件下的分布和变化规律，寻求解决通风实际问题的方法。内容：最基本的内容可归纳为两个方面：一是网络解算（自然分风解算）。二是网络调节（按需分风），取最优化调节方案。3.1.2通风网络分析的方法主要有三大类：（1）图解法：是网络分析最早使用的方法（国内学者：唐海清、宋化沂、王冶、杨运良等，如平煤一矿网络的结算）。（2）模拟法：电模拟、水模拟，五十年代比较流行，现已淘汰。（3）数学

2、分析法：是最早、最流行的方法之一。对于一个矿井通风网络，根据风量、风压平衡定律，可列出一个足够数量的方程组来求解各巷道的风量。但由于矿井中网络一般都比较复杂，因此列出的方程数量多，且为非线性，一般难以直接求出解析解。如单角联这样的简单网络，就无法用一个公式来求出精确解。因此，网络解算都采用数值分析方法---风量逐渐平衡试算法（渐近试算法，即斯考德-恒思雷法），需要列表进行大量繁杂的数值计算。七十年代后，随着电子计算机的广泛应用，大量繁杂的数值计算可由计算机快速完成，这使得矿井通风网络分析的数值分析法得到了迅速的发展。3.1.3通风网络分析的原则

3、在应用矿井通风网络理论去分析和解决通风的实际问题，制定通风方案时要从通风网络结构的合理布局，通风设施的合理设置等多方面进行全面地考虑，以实现矿井通风的安全可靠、风流稳定、风速适宜（舒适）、经济合理。（1）全局观点：矿井通风网络是一个有机的整体，各参数之间相互联系。一是在选取分析对象时应把整个矿井作为一个整体来分析，而不应只对某个区域进行孤立的分析。二是在分析评价一个通风方案的好坏时，要从系统全局出发去考虑。（2）长远观点：矿井通风系统随着生产的发展而不断变化着，因此在考虑通风问题的解决方案时，应首先考虑长远计划，根据长远计划来选择解决当前问题的

4、最佳方案。（3）经济观点：在保证安全的前提下，提高经济效益。经济观点是指49在花费一定的费用下，取得最好的通风效果，或者说在取得一定通风效果时，所花费的费用最低。（2）劳动环境：有害气体、粉尘、温度、湿度等---要求适宜风速。（3）稳定性观点：矿井通风系统的稳定性指：3.2图论基础图论是数学的一个分支，由于电子计算机的出现和普遍应用，图论已成为二十世纪数学中发展最快的分支之一，广泛地应用于运筹学、控制论、信息论、网络理论等很多领域。矿井通风网络图是一种线图，因此可采用图论理论和方法来分析研究。本章根据矿井通风网络分析的需要，介绍图论中有关的一些

5、概念和理论。3.2.1图的基本概念3.2.1.1图的定义（1）图的定义：图是由若干节点的集合和若干条边的集合所组成。1›.图的图解表示：图中各点与各条边之间的关系，可以用图形的方式进行描述，称为图的图解，一个图解就表示一个图（如图2-1）。通常以V1，V2，V3，……Vm,来表示各节点（m个），以e1，e2，e3，……en,来表示各条边（n条）。则每一个图都是由若干个节点和各节点之间的连线（边）所组成。节点的位置，边的长短曲直可根据需要任意描画（以美观清晰为原则）。492›.图的数学表示通常用符号G表示图，并将图G描述为：G=（V,E,ф）其中

6、：V=（V1，V2，V3，……Vm），为图中节点的集合，m为节点数；E=（e1，e2，e3，……en），为图中边的集合，n为边的数目（边又称为分支）；Ф表示图中各边与节点之间的连接关系。例2-1：G=（V,E,ф）其中：V=（V1，V2，V3，V4，V5）E=（e1，e2，e3，e4，e5，e6，e7）Ф：Ф（e1）=〈V1，V2〉Ф（e2）=〈V1，V4〉Ф（e3）=〈V2，V3〉Ф（e4）=〈V3，V4〉Ф（e5）=〈V2，V5〉Ф（e6）=〈V3，V5〉Ф（e7）=〈V4，V5〉这就描述了一个图，其图解如图2-1（a）所示。通常，图也简记

7、为G=（V,E），具有m个节点，n条边的图，通常也称为（m，n）图，如上例的图就是一个（5，7）图。图是从实际问题中抽象出来的，工程实际中的很多问题，如公路、铁路、电路、矿井通风网络、城市供排水管网，都可用这种图来描述。图论中最古老的一个实际问题（кönisbory桥问题）：哥尼斯堡（кönisbory）是东普鲁士的一座城，pregel河流经这个城市，如下图所示，C，D是河流中的两个孤岛，岛与两岸A，B间有七座桥相连。49欧拉（Euler）提出一个问题：从一点出发，通过每座桥一次又回到原地，问这条路线是否存在？欧拉把这个问题转化为图的问题，用A

8、，B，C，D四个点表示岸和岛，用点间的连线来表示桥，于是问题变为求图上从某点出发，过每边各一次又回到该点的路径问题，这样问题就变得简洁明了多了。（问题