河北峰峰集团羊渠河矿为高瓦斯突出矿井。该矿的通风系统由原来的羊一矿、羊二矿通风系统合并而成,其复杂程度在全国屈指可数,矿井日常通风管理难度很大。近年来,随着开采深度的增加,通风网络变得越来越复杂,井下通风难度不断加大。虽然对通风系统加大了改造力度,取得了一定的效果,但并没有从根本上解决目前的困难。在通风安全管理上仍存在大量的问题,如通风信息管理方式落后,通风网络解算、风量调节还没有实现自动化等等。这大大影响了分析、决策的客观性。尤其当发生异常情况时,决策偏差可能会导致重大安全事故的发生。为了解决矿井通风系统管理中存在的各种难题,提高通风系统的信息化管理水平,实现通风网络解算、风量调节的自动化,研究开发先进、高效、实用的新一代矿山通风可视化系统成为关键。目前,国内各科研院所相继研制出了不少通风安全类软件,这些软件系统在国内煤炭行业之中得到了不同程度的推广应用,取得了良好的效果,但都存在着以下的不足:(1)实用性较差,难以从根本上解决矿井通风中存在的各种问题;(2)一般仅用于简单矿井中,在复杂矿井中效果较差;(3)可视化程度不高,大多没有三维功能;(4)通风动态模拟显示功能弱;(5)大多只能在单机环境下运行,网络功能弱,数据共享困难、安全性差:(6)软件界面不友好,操作复杂;(7)缺乏统一规划,难以与矿井监测监控类系统进行有效集成;(8)矿井通风辅助决策功能弱。本课题详细分析了羊渠河矿通风系统实际情况,借鉴了国内同行在研制通风安全类软件的经验,以面向对象编程语言Visual C++为开发工具,以先进的第四代GIS技术及三维可视化技术为依托,提出了矿井通风系统三维动态模拟可视化、矿井通风管理信息化和通风网络解算、调节自动化等问题,并在Windows操作平台下,开发了基于GIS的羊渠河矿通风可视化系统。论文主要做了以下几个方面的工作。1.前期准备这个工作阶段作了以下工作:①现场调查,收集通风图件、巷道空间信息和各类报表等相关资料。②研究国内外现状,了解通风安全软件领域最新发展趋势:③确定课题研究目的、研究路线,详细确定课题研究内容和关键技术。④确定研发技术要求,保证软件的精度、可用性和安全。2.通风网络理论研究通风网络基本理论是整个软件开发的基础,本部分主要介绍了以下几个方面①矿井通风基本理论,包括风量平衡定律、风压平衡定律、能量守恒定律三大定律和通风阻力定律;②通风网络的概念与通风系统图、通风网络图;通风网路的性质:通风网络在计算机中的存储③矿井风机运转的基本理论;④通风网络解算原理和通风网络调节原理。3.系统总体设计总体设计是软件设计的重要组成部分,是软件保质保量的关键步骤,这个阶段主要完成了以下工作:①设定了系统设计的技术要求和系统设计的原则,根据矿井资料和用户要求进行了需求分析;②完成了系统总体结构设计,在逻辑上根据不同的功能把系统分为三个层次,即数据库层、MAPGIS平台层和业务应用层;③矿井通风管理涉及的各类数据较多,本论文对不同性质的数据进行了结构设计,便于存储和使用。④本系统的研发采用了MapGIS7.0为基础平台,采用微软提供Visual C++语言,并对本系统运行所需的软件、硬件环境和支持环境作了要求。4.功能模块数学模型与可视化程序实现系统研究了相关功能模块的数学模型及其可视化程序流程,具体包括:①通风网络图绘制模块数学模型及其程序流程:②通风机性能曲线处理数学模型型及其程序流程图;③通风网络解算相关数学模型及其程序流程图;④通风网络调节相关数学模型及其程序流程图:5.系统测试及其功能展示课题采用了多维空间建模与分析功能强大的第四代GIS技术—MAPGIS7.0为基础平台,融合了当前最先进的虚拟现实技术(VR技术)技术,实现了多种功能。(1)通风系统三维动态模拟可视化。①根据巷道空间拓扑关系文件,能够快速生成精确、逼真的巷道模型,也可在外部(AutoCAD、3DMax等软件)建立风机、构筑物和设备等模型,并直接导入虚拟巷道之中:②系统提供对三维立体巷道的缩放,旋转、平移等功能,支持鼠标和键盘两种操作方式。③系统可实现漫游功能,支持自动漫游、查询式漫游和交互式漫游三种漫游方式;④可在三维场景中实现对巷道、风机、构筑物等模型的管理和查询;⑤系统具有自动更新风流方向的功能。(2)通风管理信息化。系统以GIS为平台,采用大型关系型数据库(SQL Server)对通风信息涉及到的空间、图形、属性和报表数据进行整理、建库、管理。包括:①空间信息,包括巷道节点坐标信息,风机、构筑物和设备等位置信息的管理②图形数据管理,包括二维的矿井通风系统示意图、矿井通风网络图和其他矿井通风相关图件等,三维的立体示意图等。③属性数据管理。包括通风情况、防火情况、风机性能测定等属性数据。④报表信息管理。能够将通风工区、矿安检部门日常处理的30种报表进行计算机存储、计算、统计和分析。(3)本课题编写出了计算机网络解算模块,可根据矿井通风网络基础信息准确的解算出所需的矿井通风信息,主要如下:①自动生成矿井通风网络图:②自动选回路;③自动计算风量初值:④自动处理风机特性曲线;⑤自动迭代计算分支风量值;⑥自动计算分支通风阻力。当网络解算结果显示需风巷道风量不足或一般分支巷道风量过大时,就需要进行通风网络调节,使通风系统各分支风量趋于供需平衡。调节主要有三种方式,即增阻、降阻和增能调节法。本课题将编制一个网络调节模块,把解算结果输入调节模块后,系统自动分辨需调节巷道分支,并计算出其通风阻力调节量△h。①当通风调节量△h＜0时,采取增阻措施,即应安装可调节风窗,根据△h值,计算出风窗开启面积。②当通风调节量△h＞0时,采取增能措施,即安装局扇调节,设计局扇风压值应为△h。