从1953年数字计算技术首次应用于矿井通风网络分析以来,经过几十年的发展,出现了许多针对矿井通风系统管理的计算机软件,这些软件对矿井通风系统的模拟越来越完善,也越来越实用。而进入21世纪以来,随着多媒体技术和图形图像技术的快速发展,各类可视化技术、虚拟仿真技术得到了广泛的重视,越来越多的研究人员开始将这些技术应用到矿井通风系统的模拟与分析中,利用其进行图形系统的开发、矿井动态监测系统的改造和矿井地理信息系统的开发与研制等。矿井通风系统软件的研究历程如图1-1所示。
图1-1 矿井通风系统软件研究历程
1953年,英国学者Scott和Hinsley首次将数字计算机技术应用于矿井通风网络分析。1967年,Wang和Hartman开发出包含多风机和自然通风的立体矿井通风网络计算程序,该软件表明用于解决矿井通风基本参数的应用程序走向一个成熟阶段。在这之后,各国的通风研究人员相继开发出了一系列适用于复杂矿井的通风系统分析软件。
1974年,宾夕法尼亚州州立大学Stefanko和Ramani对通风系统网路分析的发展作出了很大贡献。论文《矿井通风系统中柴油废气浓度的数值模拟》研究井下柴油机对通风系统的影响,并提出一系列的相关数学公式,这些数据的有效性得到了相关实测数据的检验。1981年,Greue发表了题为《矿井通风系统污染物和燃烧实时分布的计算》的文章,该文章阐述了矿井发生火灾时矿井通风系统的污染模拟情况。在美国,20世纪90年代以前,代表性的矿井通风模拟软件有:PSU/MVS(Didyk,1974),VENTSIM(Bcklen,1968),MINES(Hitchcock and Hoover,1976),VENTS(Wang and Saperstein,1970;Hartman,1982),VENTPC(Anon,1988),MTU/Mine Ventilation Network Simulation(Greuer,1977),CSM/Vent(Hall,1976)和PENVEN(Anderson and Dvorkin,1978)。在印度尼西亚,普遍采用的是VentPC2000通风软件。在西方国家,大多数的矿井通风系统网络解算的应用软件已经商业化,而MinTech、DataMine两个软件有很强的影响力。其中应用比较广泛的有:
(1)美国开发的“Ventilation Design软件”。该软件可以将强制通风与自然通风网络分别以三维图形的方式显示出来,并且支持人机的交互操作。HTME开发的“VENDIS软件”通过图形交互显示,为用户提供不同的操作方式。用户可利用键盘或鼠标改变观察视角,通过输入巷道属性、风阻、温度以及节点信息来实现图形的三维显示。美国MVC公司开发的“VentPC2003软件”支持DXF格式的文件,系统可直接读取AutoCAD图形文件,图形显示功能以不同的颜色区分通风系统的进风、回风状态,同时该软件可以建立通风立体网络图。
(2)澳大利亚开发的“VENTSIM软件”。该软件给出多种信息输入端口,用户可以通过直接输入通风信息来参与交互,同时还可以将各种类型的通风构筑物添加到通风网络中。该软件可以模拟井下巷道的瓦斯、温度等通风参数的分布。
(3)英国R.Burto和S.Bluhm等开发的“VUMA软件”。该软件为用户提供了二维和三维通风网络图的显示环境,通过模拟巷道内风流的流动状态,可以直观地在图形中显示瓦斯浓度、温度、粉尘等环境参数。
(4)波兰W.Dziurzy'nski教授等开发的“VENTGRAPH软件系统”。该软件功能丰富,具备可视化仿真、网络图绘制、火灾及逃生仿真、巷道模拟、灾害与救护培训、安全监测、数据处理与分析、通风网络与采空区仿真等功能。
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