一缘煤业矿井通风系统优化改造实践研究

摘要

矿井通风系统在矿井的安全生产及保证其经济效益的过程中起着关键的作用，运用科学的方法优化改造矿井通风系统具有深远的意义。
　　矿井通风系统的优化一般是对系统的阻力、通风网络、安全可靠性以及通风机工况点和测量平差进行优化，其最终目的就是在满足矿井各用风地的风量需求的前提下，同时达到节能减耗、实现矿井可持续发展。通风机在矿井生产过程中起着相当于肺脏的关键性作用，常用的适用于多种矿井通风系统且简单有效的调风减耗手段就是对通风机叶片安装角的调整。同时，为了配合风机调整，保证一定的进风大巷的总进风量符合矿井生产需求且风速不超限，降低矿井通风阻力，减少风机能耗，一般还需进行优化成本较低的刷大进风大巷断面面积优化。
　　山西潞安和顺一缘煤业有限公司属于高瓦斯矿。由于该矿生产结构的变化，一些工作面的需风量也随之发生了很大的变化，为了解决这些问题，满足矿井的通风需求，且达到合理、经济通风的各项指标，一缘煤业矿井通风系统需要进行优化改造。论文主要从以下三方面内容进行了理论和实践的综合研究:
　　1)总结了已有的矿井通风网络分析方法及其软件，得出:大部分应用较广泛的数值解算方法均需要圈选回路，这些算法在应用计算机实现的过程中大都十分繁琐且耗时耗力，而且依据圈选回路方法的不同，解算结果往往差别也比较大。因此，本文提出并实现了应用以节点为基础、无需全选回路、计算快速的节点风压法分析矿井通风系统。此外，考虑到矿井通风网络风阻参数在优化改造其通风系统过程中的重要性，论文还提出和实现了利用不同情况下的各分支风量数据校验其风阻参数。
　　2)论文基于windows应用MATLAB软件实现矿井通风网络系统的全面分析，程序具有迭代次数少、速度快、初始节点和风量任选、通风网络参数在Excel表格中实时调取、记录以及更改，无需建立专门的数据库、拟合风机特性方程简易快速的优势。
　　3)论文应用所编程序分析一缘煤业现状及其所存在的问题:150103工作面采至停采线进入回收阶段，该工作面实际需风量只需原来的一半，而150107工作面的预测风量却只达到了工作面实际需风量的一半，为了解决以上问题，保证工作面生产的连续性，需对其通风系统进行优化改造:
　　为满足各工作面实际通风需求，提出了更换新立井通风系统（新风机采用-3°或-6°风机叶片安装角）及一些通风设施改造建议，同时在一定的矿井总进风要求(13000m3/min或16000m3/min)，为了减小矿井通风阻力满足各项通风指标，且降低通风能耗，选取成本较低的扩大巷道断面（13.2m2或19.4m2或25.2m2）方案。
　　应用所编程序分析以上方案，对比不同方案下，通风网络各分支（特别是主要用风点）风量及通风机工况点，得出以下结论:
　　(1)将回风斜井改为进风井，增加回风立井，使用叶片安装角为-6°的新风机;
　　(2)启用新风井同时满足矿井总进风为13000m3/min，将进风斜井断面至少刷大到13.2 m2。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 矿井通风系统及其优化

1．1．1 矿井通风系统

1．1．2 通风系统优化简介

1．2 矿井通风系统优化

1．2．1 矿井通风系统优化研究问题概述

1．2．2 矿井通风系统优化发展及研究现状

1．3 论文研究内容简述

第二章 节点风压法解算矿井通风网络

2．1 矿井通风网络解算基本理论

2．1．1 矿井通风网络图

2．1．2 矿井通风网络解算研究概述

2．1．3 风网中风流流动数学模型

2．2 节点风压法

2．2．1 节点风压法简述

2．2．2 节点风压法自然分风原理

2．3 MATLAB实现节点风压法解算矿井通风网络

2．3．1 MATLAB在矿井通风网络解算中的应用

2．3．2 MATLAB实现矿井通风网络解算流程

第三章 测风求阻校验矿井通风网络风阻参数

3．1 测风求阻法概述

3．1．1 风阻在通风系统优化中的应用

3．1．2 测风求阻校验原理

3．2 矿井通风网络风阻参数校验

3．2．1 MATLAB实现测风求阻校验风网分支风阻

3．2．2 测风求阻校验风网分支风阻实践

第四章 一缘煤矿现状分析

4．1 一缘煤矿矿井概况及其通风系统

4．1．1 一缘煤矿概况及150107工作面简述

4．1．2 150107工作面通风状况

4．1．3 150107工作面重大危险源及有害因素辨识

4．2 150107工作面通风现状分析

4．2．1 150107工作面通风概况

4．2．2 150107工作面通风系统解算

4．3 一缘煤矿主通风机曲线拟合

第五章 一缘煤矿通风系统优化与改造

5．1 新风井启用后矿井风量预测

5．1．1 新风机按-3°运行矿井风网解算结果

5．1．2 新风机使用-6°运行矿井风量预测

5．1．3 新风井投运后矿井风量预测结果与结论

5．2 回风巷断面刷大

5．2．1 按最高风速计算进风斜井(大巷)刷大后断面

5．2．2 进风斜井(大巷)断面刷大后网络解算结果

5．2．3 回风巷断面刷大优化改造结论

第六章 全文总结

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的论文