某煤矿通风系统仿真优化模拟及应用研究毕业论文.docx
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某煤矿通风系统仿真优化模拟及应用研究毕业论文
某煤矿通风系统仿真优化模拟及应用研究毕业论文
目录
摘要I
目录III
图清单VII
表清单IX
1绪论1
1Introduction1
1.1研究的意义和目的1
1.2国内外研究现状2
1.3研究内容8
1.4研究方法及技术路线9
2新元煤矿通风系统现状考察与分析11
2.1新元煤矿矿井概况11
2.2矿井通风系统阻力测定11
2.3矿井通风系统现状实时仿真21
2.4本章小结27
3矿井通风系统运行状态仿真模拟系统28
3.1系统基本任务28
3.2软件总体功能28
3.3矿井通风系统运行状态仿真模拟方法及程序30
3.4主要通风机特性曲线求解方法及程序37
3.5主要通风机工况点解析方法39
3.6主要通风机工况点优化调节方法及程序41
3.7主要通风机优化选型方法及程序43
3.8井巷实测风阻值调整（平差）方法及程序44
3.9本章小结48
4矿井通风系统运行状态模拟与优化控制50
4.1矿井通风系统运行状态模拟方案拟定50
4.2方案Ⅰ模拟解网与预测分析50
4.3方案Ⅱ模拟解网与预测分析51
4.4方案Ⅲ模拟解网与预测分析52
4.5方案比较54
4.6本章小结54
5最优矿井通风系统方案的经济技术及主通风机通风能力分析56
5.1最优矿井通风系统方案的总阻力及阻力分布分析56
5.2最优矿井通风系统方案的总等积孔分析59
5.3最优矿井通风系统方案的主通风机工况点及通风能力分析60
5.4本章小结61
6结论与展望63
6.1本文的主要内容及结论63
6.2本文展望64
参考文献66
作者简历68
学位论文原创性声明69
学位论文数据集70
Contents
AbstractII
ContentsV
ListofFiguresVII
ListofTabelsIX
1Introduction1
1.1Projectmeaningandpurpose1
1.2Researchstatus2
1.3ResearchContents8
1.4ResearchContentandResearchRouteofthePaper9
2InvestigationandAnalysisStatusoftheventilationsysteminXinyuanCoalMine11
2.1OverviewofXinyuanCoalMine11
2.2Determinationofmineventilationsystemresistance11
2.3Statusofreal-timesimulationofmineventilationsystem21
2.4Summary27
3Mineventilationsystemoperationsimulationsystem28
3.1BasicSystemTasks28
3.2Softwareoverallfunction28
3.3CurrentSituationSimulationofYunheCoalMineVentilationNetworkSystem30
3.4Themainfancurvesolvingmethodsandprocedures37
3.5Themainfanoperatingpointanalysismethod）39
3.6Themainfanoperatingpointadjustmentmethodandprogramoptimization41
3.7Themainfanselectionmethodandprogramoptimization43
3.8Roadwaymeasuredwindresistanceadjustment（adjustment）methodsandprocedures44
3.9Summary49
4OperationsimulationandoptimizationcontrolofMineventilationsystem50
4.1Mineventilationsystemoperationsimulationprogramming50
4.2SolutionsNetworksimulationandpredictionofProgram150
4.3SolutionsNetworksimulationandpredictionofProgram251
4.4SolutionsNetworksimulationandpredictionofProgram352
4.5Comparisonoftheparameters54
4.6Summary54
5Technicalandeconomiccapacityofthemainfanventilationoptimalmineventilationsystemanalysis56
5.1Totalresistanceandresistanceofoptimalmineventilationsystemdistributionanalysis56
5.2Totaloptimalmineventilationsystemandotherproduct-wellassaysolutions59
5.3Mainfanoperatingpointandoptimalventilationcapacityanalysisofmineventilationsystem60
5.4Summary61
6ConclusionsandOutlook63
6.1Themaincontentsandconclusions63
6.2Prospectarticle74
References66
Author’sResume68
DeclarationofThesisOriginality69
DissertationDateCollection80
图清单（ListofFigures）
图序号
图名称
页码
图1-1
多风井风机联合运转通风系统示意图
15
Figure1-1
Jointoperationofventilationfanventilationshaftsystemdiagram
15
图1-2
技术路线图
18
Figure1-2
TechnologyRoadmap
18
图2-1
东区310105综采工作面路线通风阻力分布规律图
24
Figure2-1
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributionFIGofEast310105
24
图2-2
北区310302综采工作面路线通风阻力分布规律图
25
Figure2-2
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributionFIGofNorth310302
25
图2-3
西区310205综采工作面路线通风阻力分布规律图
26
Figure2-3
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributionFIGofWest310205
26
图2-4
南区31007掘进工作面路线通风阻力分布规律图
26
Figure2-4
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributionFIGofSouthern31007
26
图2-5
南区集中辅运、集中东回下山掘进工作面路线通风阻力分布规律图
27
Figure2-5
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributionFIGofSoutherncentralizedauxiliarytransport,centralizedbackdownthemountainheadingEastFace
26
图2-6
西区西胶带运输、北西回风大巷掘进工作面路线通风阻力分布规律图
28
Figure2-6
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributionFIGofWestWestBeltConveyor,NorthWestAirroadwayHeadingFace
28
图2-7
冀家垴风井风机（装置）风压—风量性能曲线图
33
Figure2-7
Ppressure-airflowperformancecurveofJiNaoairshaftfan（device）
33
图2-8
韩庄风井风机（装置）风压—风量性能曲线图
34
Figure2-8
Pressure-airflowperformancecurveofWellHanzhuangwindturbine（equipment）
34
图3-1
软件总体功能设计图
36
Figure3-1
Overallfunctionaldesignsoftware
36
图3-2
通风网络解算程序设计模块框图
42
Figure3-2
VentilationNetworkSolutionBlockDiagramprogramming
42
图3-3
通风网络分支参数输入界面图
43
Figure3-3
VentilationbranchnetworkparameterinputinterfaceFigure
43
图3-4
风机安装数据输入界面图
43
Figure3-4
WindturbineinstallationdatainputinterfaceFigure
43
图3-5
风网解算程控数据输入界面图
43
Figure3-5
VentilationnetworkoperatorprogrammabledatainputinterfaceFigure
43
图3-6
风机风压—风量特性曲线图
46
Figure3-6
Fanpressure-airflowcharacteristiccurve
46
图3-7
风机特性曲线计算界面图
46
Figure3-7
Fancharacteristiccurveinterfacemap
46
图3-8
风机工况分析图
47
Figure3-8
Fanoperatingmodeanalysischart
47
图3-9
风机风压—风量特性曲线修改图
48
Figure3-9
Fanpressure-airflowcharacteristicdiagrammodifications
48
图3-10
风机优化选型界面图
50
Figure3-10
FanoptimizedselectioninterfaceFigure
50
图5-1
风机性能曲线
66
Figure5-1
Fanperformancecurve
66
表清单（ListofTabels）
表序号
表名称
页码
表2-1
测算结果表
21
Table2-1
CalculationResultsTable
21
表2-2
东区310105综采工作面路线通风阻力分布表
24
Table2-2
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributiontableofEast310105
24
表2-3
北区310302综采工作面路线通风阻力分布表
25
Table2-3
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributiontableofNorth310302
25
表2-4
西区310205综采工作面路线通风阻力分布表
25
Table2-4
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributiontableofWest310205
25
表2-5
南区31007掘进工作面路线通风阻力分布表
26
Table2-5
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributiontableofSouthern31007
26
表2-6
南区集中辅运、集中东回下山掘进工作面路线通风阻力分布表
27
Table2-6
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributiontableofSoutherncentralizedauxiliarytransport,centralizedbackdownthemountainheadingEastFace
27
表2-7
西区西胶带运输、北西回风大巷掘进工作面路线通风阻力表
27
Table2-7
MechanizedminingfaceventilationresistancelinedistributiontableofWestWestBeltConveyor,NorthWestAirroadwayHeadingFace
27
表2-8
冀家垴风井风机运行工况仿真结果表
29
Table2-8
turbineoperatingconditionssimulationresultstableofJiNaoairshaft
29
表2-9
韩庄风井风机运行工况仿真结果表
29
Table2-9
turbineoperatingconditionssimulationresultstableofHanzhuangairshaft
29
表2-10
主要用风地点风量实测与仿真结果表
29
Table2-10
Principalplaceofwindwithwindmeasurementandsimulationresultstable
29
表2-11
部分风速、阻力较高井巷汇总表
30
Table2-11
Partofthewindspeed,thehighertheresistanceroadwaySummary
30
表2-12
矿井通风网络结构复杂度分级标准表
32
Table2-12
Mineventilationnetworkcomplexitygradingtable
32
表3-1
新元煤矿矿井部分井巷百米风阻R100典型值表
55
Table3-1
PartonehundredmetersofmineroadwaydragR100typicaltableofXinyuanCoalMine
55
表4-1
各方案参数比较
60
Table4-1
Comparisonoftheparametersoftheprograms
60
表5-1
3414工作面通风阻力参数
61
Table5-1
Ventilationresistanceparameterof3414Face
61
表5-2
3414工作面路线通风阻力分布表
62
Table5-2
Lineventilationresistancedistributiontableof3414Face
62
表5-3
31009工作面通风阻力参数
62
Table5-3
Ventilationresistanceparameterof31009Face
62
表5-4
31009工作面路线通风阻力分布表
62
Table5-4
Lineventilationresistancedistributiontableof31009Face
62
表5-5
3404工作面通风阻力参数
63
Table5-5
Ventilationresistanceparameterof3404Face
63
表5-6
3404工作面路线通风阻力分布表
63
Table5-6
Lineventilationresistancedistributiontableof3404Face
63
表5-7
矿井通风难易程度评价
64
Table5-7
Theevaluatethedegreeofdifficultyofmineventilation
64
表5-8
矿井通风阻要求
64
Table5-8
Mineventilationresistancerequirements
64
1绪论
1Introduction
1.1研究的意义和目的（Projectmeaningandpurpose）
煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业，支撑着国民经济持续快速健康发展。
煤炭作为基础能源和重要原料，在我国一次性能源生产和消费结构中，煤炭的比重一直占70%左右，煤炭在相当长时期内仍将是我国的主体能源。
随着国民经济的快速发展，对能源的消耗加大，煤炭的需求量会越来越大，因此必须保证矿井安全高效的开采[1]。
然而随着矿井开采强度和深度的增加，矿井逐渐由浅部开采发展到深部开采，矿井巷道结构复杂程度增加、通风线路变长、阻力变大，通风安全管理复杂困难，严重影响矿井采掘生产效率，制约矿井的发展。
矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，主要任务是向井下各用风地点输送充足的新鲜、合格空气，稀释与排除各种有毒有害气体、粉尘等，创造良好的井下劳动环境，保障井下人员的身体健康和劳动安全[2]。
它是由驱动风流的通风动力及装置、通风方式所决定的通风网络及调节控制风流的通风构筑物所构成。
矿井通风系统是一个具有复杂性、动态性和随机性的系统，其优劣程度直接影响着矿井的安全生产、经济效益和可持续发展[3]。
安全可靠的矿井通风系统是防止各种灾害发生的重要保障。
而且在矿井发生瓦斯、火灾等事故时，可靠的通风系统能够有效的控制事故的扩展范围，最大限度的降低事故的损害程度和人员伤害等[4]。
因而，研究如何实现矿井通风系统运行的稳定、高效、可靠，是一项安全工程，也是一项效益工程，对保障矿井安全生产、改善井下劳动健康条件和防灾减灾抗灾都具有重要的现实意义。
为了保障矿井通风系统安全可靠的运行，通风技术人员需及时获取相关的通风基础数据和信息[5]，为矿井通风系统管理和决策提供依据。
然而，矿井通风系统是复杂多变的，井下各用风地点较分散，信息量庞大，且影响因素众多。
随着矿井采掘接替的进行，通风参数实时发生着变化，依靠井下工作人员测量通风参数不仅工作量庞大[6]，而且获取的信息比较滞后，很难实时准确地获取矿井通风基础数据信息，使得通风技术管理人员很难及时发现系统中存在的安全隐患，无法有效的针对存在的问题及时采取措施，从而增加了事故发生的可能性[7]。
矿井安全监控系统作为安全避险六大系统之一，在矿井瓦斯防治、灾害预警和事故调查中起着重要作用[2-3]。
通过对煤矿井下环境和生产参数的自动监测，使用相关软件分析系统对监测到的数据进行处理，并依据处理结果对生产进行信息反馈，实现矿井通风系统的预警预报和管理控制。
安全监控系统具有保障矿井通风系统安全、提高抗灾变能力等特点，是煤矿安全生产不可缺少的设备。
然而目前多数矿井的安全监控系统，只是对井下关键用风地点进行监测，存在很多监控盲区，监测数据缺乏有效利用，很难实现对灾害的预警预报，没有充分发挥矿井安全监控的安全保障作用[8-10]。
随着采掘范围的扩大和矿井产量的增加，煤矿会逐渐形成复杂的矿井多区域通风系统，矿井逐渐呈现出通风系统结构不合理、井下采掘地点风量不足、局部巷道通风阻力过大、风机超期服务效率降低等一系列问题[11]。
本文基于此，以新元煤矿通风系统为研究对象，通过理论分析、实验室试验、现场试验对通风系统进行分析研究，形成了一套符合新元煤矿实际的矿井通风系统运行状况实时仿真与运行状态预测模拟系统，从而为实际条件下通风系统优化提供一种新的方法，降低通风阻力，为矿井安全生产提供技术支撑[12]。
1.2国内外研究现状（Researchstatus）
1.2.1矿井通风软件的研究现状
随着计算机技术的飞速发展和[13]通风网络理论的不断完善，应用于矿井通风系统管理的软件不断增多，这对科学管理矿井通风技术水平的提高，起着极大的推动作用，计算机在通风安全管理中的应用也越来越广泛。
国内外的科技工作者在这方面也做了大量的研究并取得了丰硕的成果[14,15]。
1953年，英国人D.Scott和F.Hinsley首先使用计算机来解决通风网络分析的问题。
而世界上第一个通风网络解算程序，是日本学者Hashimoto在1958年编写的，通风网络电算法研究也由此正式开始[16]。
波兰科学院的W.Dziurzy`nski教授团队研发了VENTGRAPH系统，真正实现了可视化，现已被推广应用到波兰70%的矿井，是目前世界上影响力最大的风网解算软件。
此外，波兰科学院还研发了MineFireSimulator软件，可以将火灾蔓延过程以动态图形的表示出来。
美国开发的VentilationDesign矿井通风可视化软件，具有交互式设计功能，可应用三维图形的形式显示矿井自然通风和机械通风网络。
VENDIS软件可以将通风网络解算的结果以交互式图形显示[17]。
MFIRE仿真模拟软件是由美国矿业局研发的，可实现火灾发生时风流状态、烟雾及温度分布的仿真模拟。
英国诺丁汉大学MMS科研团队，研发了基于虚拟现实技术的VR-MNE系统，可实现从真三维的方位观察系统的运行状态。
此外，法国研发了基于RTD理论的通风网络仿真系统，可以实现更为综合化的动态模拟效果。
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