按钮磁化在电机自动瓦斯散布体系的运用研讨

正常通风时瓦斯浓度分布模拟采用商业软件

Fluen，t 它的湍流模型有 k-，Reynods 模

型、

LES 模型、标准壁面函数、双层近壁模型等。本次它用于二维平面、二维对称轴和三维流体

的流动分析。根据安全规程规定，采掘巷道主风流中瓦斯体积浓度低于

1%，因此模拟中需

要调整风速大小使主风流瓦斯浓度低于

1%，且掘进中的煤巷道和半煤巷岩巷主风流最低

025m/s，最高为 4m/s.
　　为了计算方便，假设巷道旁侧的瓦斯已经衰减完毕，只有掘进迎头有瓦斯涌出，且瓦
斯从掘进迎头匀速流出；同时假设巷道壁面是光滑的，风筒风速为

16m/s.通过初步模拟分

析，认为当瓦斯涌出量为

54m3/min 时，采用风速 16m/s 能满足要求。掘进巷道工作面正常

通风瓦斯浓度分布数值模拟结果（

a）。

　　脉动通风时瓦斯浓度分布根据实测可知，越靠近上隅角，瓦斯浓度越高，密度越小；
距离上隅角越远，瓦斯浓度越低，密度越大。采用脉动风流模拟瓦斯分布情况。空气入流口
的速度采用正弦脉动，空气速度关于平衡值

16m/s 的波动振幅为 5m/s，频率为 10rad/s.即

v=16+10sin10t.用 Fluent 中的 UFD 功能，导入自定义的速度进行分析计算。脉动通风过程中
瓦斯浓度分布数值模拟结果（

b）。

　　比较（

a）与（b）相应的位置，发现瓦斯积聚区面积减小了一部分，可见脉动通风对

减少掘进巷道迎头一角瓦斯积聚有一定效果。脉动射流作用于上隅角积聚瓦斯的过程中所产
生的卷吸、掺混和稀释作用，可有效地消除瓦斯积聚，同时与主风流一起将卷吸瓦斯排向回
风流。
　　智能瓦斯排放系统的建立

SRM 的模糊滑模变结构控制模型的建立在系统小信号分析的

基础上，建立了

SRD 模糊滑模变结构控制，双闭环系统，外环为速度闭环，内环为电流闭

环。系统的输入量为转速的参考值和反馈值。在此分别形成了速度和电流控制。电流滑模变结
构控制模型的建立定义

Si=i-iref。Si=didt=KIL+UsL。

　　（

1）其中，i 为电流的实际值；iref 为电流给定值；K 为比例常数；I 为相电流矢量，

I=T；L 为相电感；Us 为相电压矢量，Us=T；为速度。因此，根据滑模变结构条件：SiSi<0.
相电压的切换开关操作为

ui=Vdc（Si<0），-Vdc（Si>0），KI（Si=0）。Vdc 为直流电压。

通过式（

1）及 SiSi<0 建立了电流斩波控制的滑模变结构模型。

　　转速滑模变结构控制模型的建立

<14>定义速度滑模变结构函数 S=X1+CX2=（1C）

（

X1X2）T=CTX，调速系统的动态控制主要由 C 来决定。根据滑模变结构条件 SS<0，满

足滑模变结构条件的控制变量为

u=um（S<0），ueq（S>0），-um（S=0）。um 为其最大值；

ueq=JB-1CX2-1CX2=1C2（S-X1），其中 J 为电机的转动惯量；B 为黏滞摩擦因数。
　　智能瓦斯排放系统的建立从

Fluent 软件模拟结果可知，选取掘进巷道迎头、掘进巷道口

回风巷混合

3 个典型位置进行了瓦斯浓度检测。3 个瓦斯传感器 T1，T2，T3 分别检测瓦斯

浓度，此方法能够比较精确地表示掘进巷道内瓦斯浓度的分布情况，一个风速传感器

F1 安

装在回流区，能反映回流区风速值。由于传感器的位置不同，其检测的意义和在瓦斯排放中
的作用也不同。其中掘进巷道迎头处的瓦斯检测占主导地位，其瓦斯浓度和排放风速的大小
对掘进巷道口和回风巷混合的瓦斯浓度检测的影响很大，建模时必须考虑瓦斯排放过程中
各检测量之间的相互影响。掘进巷道瓦斯排放系统原理如所示。
　　排放系统与其它系统的比较在掘进巷道瓦斯排放系统布置图的基础上，在掘进头左上
顶角加装一个瓦斯传感器

T4。因为风筒悬挂在掘进巷道右墙壁，由（b）模拟可知，在掘进

头左上顶角常常是掘进通风的难点，所以在此处布置瓦斯传感器。在正常的矿井生产中，智
能瓦斯排放装置作为局部通风机使用。由于用风地点条件各异，则需风量也有大有小，通风