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1、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 IX1 绪论 11 Introduction 11.1 研究的意义和目的 11.2 国内外研究现状 21.3 研究内容 81.4 研究方法及技术路线 92 新元煤矿通风系统现状考察与分析 112.1 新元煤矿矿井概况 112.2 矿井通风系统阻力测定 112.3 矿井通风系统现状实时仿真 212.4 本章小结 273 矿井通风系统运行状态仿真模拟系统 283.1 系统基本任务 283.2 软件总体功能 283.3 矿井通风系统运行状态仿真模拟方法及程序 3

2、03.4 主要通风机特性曲线求解方法及程序 373.5 主要通风机工况点解析方法 393.6 主要通风机工况点优化调节方法及程序 413.7 主要通风机优化选型方法及程序 433.8 井巷实测风阻值调整（平差）方法及程序 443.9 本章小结 484 矿井通风系统运行状态模拟与优化控制 504.1 矿井通风系统运行状态模拟方案拟定 504.2 方案模拟解网与预测分析 504.3 方案模拟解网与预测分析 514.4 方案模拟解网与预测分析 524.5 方案比较 544.6 本章小结 545 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 565.1 最优矿井通风系统方案的总阻力及阻力分布分

3、析 565.2 最优矿井通风系统方案的总等积孔分析 595.3 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 605.4 本章小结 616 结论与展望 636.1 本文的主要内容及结论 636.2 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 70ContentsAbstract IIContents VList of Figures VIIList of Tabels IX1 Introduction 11.1 Project meaning and purpose 11.2 Research status 21.3 Research Content

4、s 81.4 Research Content and Research Route of the Paper 92 Investigation and Analysis Status of the ventilation system in Xinyuan Coal Mine 112.1 Overview of Xinyuan Coal Mine 112.2 Determination of mine ventilation system resistance 112.3 Status of real-time simulation of mine ventilation system 21

5、2.4 Summary 273 Mine ventilation system operation simulation system 283.1 Basic System Tasks 283.2 Software overall function 283.3 Current Situation Simulation of Yunhe Coal Mine Ventilation Network System 303.4 The main fan curve solving methods and procedures 373.5 The main fan operating point ana

6、lysis method) 393.6 The main fan operating point adjustment method and program optimization 413.7 The main fan selection method and program optimization 433.8 Roadway measured wind resistance adjustment (adjustment) methods and procedures 443.9 Summary 494 Operation simulation and optimization contr

7、ol of Mine ventilation system 504.1 Mine ventilation system operation simulation programming 504.2 Solutions Network simulation and prediction of Program 1 504.3 Solutions Network simulation and prediction of Program 2 514.4 Solutions Network simulation and prediction of Program 3 524.5 Comparison o

8、f the parameters 544.6 Summary 545 Technical and economic capacity of the main fan ventilation optimal mine ventilation system analysis 565.1 Total resistance and resistance of optimal mine ventilation system distribution analysis 565.2 Total optimal mine ventilation system and other product-well as

9、say solutions 595.3 Main fan operating point and optimal ventilation capacity analysis of mine ventilation system 605.4 Summary 616 Conclusions and Outlook 636.1 The main contents and conclusions 636.2 Prospect article 74References 66Authors Resume 68Declaration of Thesis Originality 69Dissertation

10、Date Collection 80图清单（List of Figures）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15Figure 1-1Joint operation of ventilation fan ventilation shaft system diagram15图1-2技术路线图18Figure 1-2Technology Roadmap18图2-1东区310105综采工作面路线通风阻力分布规律图24Figure 2-1Mechanized mining face ventilation resistance line distribution FIG of E

11、ast 31010524图2-2北区310302综采工作面路线通风阻力分布规律图25Figure 2-2Mechanized mining face ventilation resistance line distribution FIG of North 31030225图2-3西区310205综采工作面路线通风阻力分布规律图26Figure 2-3Mechanized mining face ventilation resistance line distribution FIG of West 31020526图2-4南区31007掘进工作面路线通风阻力分布规律图26Figure 2-4

12、Mechanized mining face ventilation resistance line distribution FIG of Southern 3100726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27Figure 2-5Mechanized mining face ventilation resistance line distribution FIG of Southern centralized auxiliary transport, centralized back down the mountain heading East Face26图

13、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28Figure 2-6Mechanized mining face ventilation resistance line distribution FIG of West West Belt Conveyor, North West Air roadway Heading Face28图2-7冀家垴风井风机（装置）风压风量性能曲线图33Figure 2-7Ppressure - air flow performance curve of Ji Nao air shaft fan (device)33图2-8韩庄风井风机（装置

14、）风压风量性能曲线图34Figure 2-8Pressure - air flow performance curve of Well Hanzhuang wind turbine (equipment)34图3-1软件总体功能设计图36Figure 3-1Overall functional design software36图3-2通风网络解算程序设计模块框图42Figure 3-2Ventilation Network Solution Block Diagram programming42图3-3通风网络分支参数输入界面图43Figure 3-3Ventilation branch n

15、etwork parameter input interface Figure43图3-4风机安装数据输入界面图43Figure 3-4Wind turbine installation data input interface Figure43图3-5风网解算程控数据输入界面图43Figure 3-5Ventilation network operator programmable data input interface Figure43图3-6风机风压风量特性曲线图46Figure 3-6Fan pressure - air flow characteristic curve46图3-7

16、风机特性曲线计算界面图46Figure 3-7Fan characteristic curve interface map46图3-8风机工况分析图47Figure 3-8Fan operating mode analysis chart47图3-9风机风压风量特性曲线修改图48Figure 3-9Fan pressure - air flow characteristic diagram modifications48图3-10风机优化选型界面图50Figure 3-10Fan optimized selection interface Figure50图5-1风机性能曲线66Figure

17、5-1Fan performance curve66表清单（List of Tabels）表序号表名称页码表2-1测算结果表21Table 2-1Calculation Results Table21表2-2东区310105综采工作面路线通风阻力分布表24Table 2-2Mechanized mining face ventilation resistance line distribution table of East 31010524表2-3北区310302综采工作面路线通风阻力分布表25Table 2-3Mechanized mining face ventilation resis

18、tance line distribution table of North 31030225表2-4西区310205综采工作面路线通风阻力分布表25Table 2-4Mechanized mining face ventilation resistance line distribution table of West 31020525表2-5南区31007掘进工作面路线通风阻力分布表26Table 2-5Mechanized mining face ventilation resistance line distribution table of Southern 3100726表2-6南

19、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27Table 2-6Mechanized mining face ventilation resistance line distribution table of Southern centralized auxiliary transport, centralized back down the mountain heading East Face27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27Table 2-7Mechanized mining face ventilation resistance line di

20、stribution table of West West Belt Conveyor, North West Air roadway Heading Face27表2-8冀家垴风井风机运行工况仿真结果表29Table 2-8turbine operating conditions simulation results table of Ji Nao air shaft29表2-9韩庄风井风机运行工况仿真结果表29Table 2-9turbine operating conditions simulation results table of Hanzhuang air shaft29表2-1

21、0主要用风地点风量实测与仿真结果表29Table 2-10Principal place of wind with wind measurement and simulation results table29表2-11部分风速、阻力较高井巷汇总表30Table 2-11Part of the wind speed, the higher the resistance roadway Summary30表2-12矿井通风网络结构复杂度分级标准表32Table 2-12Mine ventilation network complexity grading table32表3-1新元煤矿矿井部分井

22、巷百米风阻R100典型值表55Table 3-1Part one hundred meters of mine roadway drag R100 typical table of Xinyuan Coal Mine55表4-1各方案参数比较60Table 4-1Comparison of the parameters of the programs60表5-13414工作面通风阻力参数61Table 5-1Ventilation resistance parameter of 3414 Face61表5-23414工作面路线通风阻力分布表62Table 5-2Line ventilation

23、 resistance distribution table of 3414 Face62表5-331009工作面通风阻力参数62Table 5-3Ventilation resistance parameter of 31009 Face62表5-431009工作面路线通风阻力分布表62Table 5-4Line ventilation resistance distribution table of 31009 Face 62表5-53404工作面通风阻力参数63Table 5-5Ventilation resistance parameter of 3404 Face63表5-63404

24、工作面路线通风阻力分布表63Table 5-6Line ventilation resistance distribution table of 3404 Face63表5-7矿井通风难易程度评价64Table 5-7The evaluate the degree of difficulty of mine ventilation64表5-8矿井通风阻要求64Table 5-8Mine ventilation resistance requirements641 绪论1 Introduction1.1 研究的意义和目的(Project meaning and purpose)煤炭工业是关系国家

25、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

26、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

27、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

28、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

29、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(Research status)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

30、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.Dziurzynski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Mine Fire Simulator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Ventilation Design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。目前，在印