[发明专利]优化的矿井通风系统

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2007年8月31日向加拿大知识产权局提交的且题为“Underground communication network system for personal tracking and HVACcontrol”的加拿大专利申请No.2,559,471的优先权。

技术领域

本发明一般涉及采矿地下通风控制及其根据与机器(machinery)位置跟踪和/或操作状态和/或人员位置有关的动态需求的优化。更具体地说，它涉及鼓风机能量消耗和空气分布的预测建模和模拟以及优化，以便物理上控制鼓风机和气流调节器的操作设定点。

背景技术

图1描绘了典型的具有气流控制装置的矿井通风布局。其意图并不是使图1的布局实例普遍适用于所有矿井，而是典型地说明优化的矿井通风系统应用并将优化的矿井通风系统应用结合于采矿通风。优化的矿井通风系统可以被应用于矿井布局配置的无穷个变体。

如图1上所示出的，矿井典型地由以下元件组成：

·一个或多个入口鼓风机[图1，元件(2)]将来自地面大气的空气经由一个或多个进风井[图1，元件(3)]而提供到地下的基础结构。鼓风机速度是由本地控制器或者由具有地面HMI(人机接口)的基本控制系统手动控制的。控制系统通常还包括启动和停机序列(sequence)以及保护联锁。

·进风井(多个进风井)将新鲜空气提供到作业层，其中在离开每个层[图1，元件(5、6、7)]的一个或多个开采地带上进行生产。有或者没有出入门(access door)的坡道(ramp)也会将一些空气从每个层转移到其它层[图1，元件(8、9)]。坡道为装置从一层移动到另一层提供了路径(route)。

·矿石和废料由柴油机器(diesel machinery)从生产地带中开采，并且在矿石或废料通道中掉到下层来被压碎，并且由竖井[图1，元件(26、27)]中的传送带带回到地面。

·由辅助的鼓风机和连接到鼓风机[图1，元件(15、16、30、17、18、19)]的管道来使得空气从每个层到矿石开采地带或服务区域[图1，元件(10、11、29、12、13、14)]。根据地面鼓风机，辅助的鼓风机速度是由本地控制器或者由具有地面HMI(人机接口)的基本控制系统手动控制的。来自矿石开采地带的柴油机颗粒排放污染的空气经由矿石开采挖掘(excavation)而回到该层。

·受污染的空气通过固定开口(opening)的隔墙(bulkhead)或具有可变气流调节器的隔墙[图1，元件(23、24、25)]，流向出风井(upcast shaft)(多个出风井)[图1，元件(4)]。气流调节器位置是由本地控制器或者由具有地面HMI(人机接口)的基本控制系统手动控制的。

·在某些现代的设施(installation)中，发现气流测量站在隔墙处[图1，元件(20、21、22)]。

·有时当超过地面鼓风机容量时，下层将具有用作同轴增压器的附加的增压鼓风机[图1，元件(28)]。鼓风机速度是由本地控制器或者由具有地面HMI(人机接口)的基本控制系统手动控制的。控制系统通常还包括启动和停机序列以及保护联锁。

·一个或多个排气鼓风机[图1，元件(1)]将空气从一个或多个出风井[图1，元件(4)]抽出到地面大气。鼓风机速度是由本地控制器或者由具有地面HMI(人机接口)的基本控制系统手动控制的。控制系统通常还包括启动和停机序列以及保护联锁。

传统上，气流调节器开口位置或隔墙表面区域开口和鼓风机速度的所要求的设定点的计算已经通过为在一个作业地带中存在最大限度柴油机装置的气流和调节需求的手动调查(survey)结果而实现。另外，许多矿井操作者使用被设计成模拟已有通风网络的市场上可买到的通风网络稳态非实时模拟器来辅助计算。从那些计算中获得鼓风机操作点、气流量和摩擦压降，以便帮助得到物理操作设定点。

在那些鼓风机速度和隔墙开口设定点计算中存在若干缺点和不足：

·调查是自发的测量值并且不表示真实(live)矿井的变化的操作环境。因此，最大安全设定点值必须用来表示最坏情况情形。

·市场上可买到的模拟器没有以下能力中的一个或多个，使得它们不适宜于真实的实时控制。它们也是不适宜于真实控制的非实时计算引擎。它们的压力和流量计算还可能省略了针对空气密度和压力计算的深度空气柱补偿，其产生结果上的显著误差，还使得它们不适宜于真实的实时控制。它们的流量计算可能不补偿由于温差而引起的自然通风压力流。这也使得它们不适宜于真实的实时控制。