平煤六矿矿井通风系统优化设计研究.pdf

硕士学位论文硕士学位论文 论文题目论文题目 平煤六矿矿井通风系统优化设计研究 英文题目英文题目Optimation research for Ventilation System of No.6 of Pingdingshan Coal Minming Group 学位类别学位类别 硕 士 学 位 研究生姓研究生姓名名 赵 阳 学号学号 201102414 学科学科领域领域名称名称 矿 业 工 程 指导教指导教师师 段 军 职称职称 教 授 协助指导教师协助指导教师 职称职称 2013 年 06 月 07 日 分类号分类号 TD72 TD72 密密 级级 公开公开 U D C 学校代码学校代码 10127 10127 2 独独 创创 性性 说说 明明 本人郑重声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并 表示了谢意。 签名___________ 日期____________ 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文（纸质版和电 子版）的规定，即本人唯一指定研究生院有权保留送交学位论文在学校 相关部门存档，允许论文在校内被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。在论文作者同意的情况下，研究生院可以转授权第 三方使用查阅该论文。 （保密的论文在解密后应遵循此规定）（保密的论文在解密后应遵循此规定） 签名___________ 导师签名___________ 日期__________ 内蒙古科技大学硕士学位论文 I 摘摘 要要 矿井通风是指依靠通风动力，将定量的新鲜空气，沿着既定的通风路线不断地 输入井下，以满足回采工作面、掘进工作面、机电硐室、火药库以及其它用风地点 的需要；同时将用过的污浊空气不断地排出地面。矿井通风系统是矿井通风方式、 通风方法和通风网络的总称。矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分。它的 主要任务是 1供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。 2冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。 3调节井下气候，创造良好的工作环境。 随着煤炭工业的不断发展，矿井的产能越来越高，开采深度和广度越来越大， 矿井的地质条件更加复杂，导致矿井通风阻力加大，作业地点温度升高等现象，矿 井通风能力也与设计之初发生了很大的变化。矿井通风情况的优劣直接影响着矿井 安全生产状况。矿井通风系统是一个动态系统，它的构成包括矿井主通风机装置和 井下通风网络。为了确保矿井的安全生产，达到降低成本，增加效益的目的，需要 通过矿井通风系统优化工作应使矿井通风系统达到最佳运行状态。通过矿井通风系 统优化，作业环境得到有效改善，提高系统的有效性和可靠性，节省通风费用，提 高经济效益，使矿井通风系统达到最优状态。 本论文是结合平煤六矿具体情况，根据实际需要，进行了矿井主通风机的性能 测定,完成了矿井通风阻力的测定，采用数据和图形相结合的方法，利用通风仿真系 统软件MVSS对平煤六矿通风现状仿真并进行解算。按各个水平的需风量，制定 出合理的方案，通过具体分析优选方案。通过采取扩大巷道断面，增加新巷道等途 径来达到降阻的目的。通过对优化后通风能力的核定，对矿井主要通风机能力、矿 井通风网络、用风地点有效风量和稀释瓦斯能力进行验证达到了安全生产要求。本 着以风定产的原则，核定该矿生产能力为 315 万吨。本论文优化结果指导了矿井的 安全生产，并为矿井的增产和扩大提供了可行性依据，从而满足了矿井近期内的生 产需要，取得了很好的效果，起到了一定的社会经济价值。 关键词通风系统；通风仿真；系统优化；经济价值 内蒙古科技大学硕士学位论文 II AbstractAbstract Mine ventilation is put quantitative fresh air to mine continuously along the determined way, it can supply air for power keg, working face and other work station which one needs fresh air. Mine ventilation takes polluted air out of mine. Mine ventilation is general term of ventilation net, ventilation and ventilation mode. Mine ventilation system is an important part of mine production system, it’s main task are as follows 1 Supply enough oxygen for the worker in the mine. 2 Dilute toxic and hazardous gas and dust in the mine to make sure production safety. 3 Create good working environment by adjusting the climate in the mine. With the further development of coal industry, the productivity of mine is higher, the exploitation of the depth and breadth of mine is bigger and the Geological condition of mine is more complex than before. All above leads to that mine ventilation become difficult and the temperature of working face goes up, so the capacity of mine ventilation is different from design at beginning. Mine ventilation system is a dynamic system and it is made up of ventilation net under the mine and main fan motor system, it affects production safety of coal. In order to ensure safety in production and reduce costs, mine ventilation system should work in the best running state by optimizing ventilation system. After optimizing, mine production system works better than before and economic efficiency improves, the operating environment has been effectively improved to improve the effectiveness and reliability of the system, saving ventilation costs. This paper is based on the sixth coal of Pingmei,I test perance of main fan motor system and mine ventilation resistance by the of combining data and graphics and by the software MVSS which simulates and calculates the mine ventilation. Ventilation resistance can be reduced by adding new tunnels and reducing tunnels’ cross-sectional area. The capacity of main fan motor, ventilation net, effective air quantity in the position and 内蒙古科技大学硕士学位论文 III capacity of dilution gas meet the requirements of production safety according to check ventilation capacity after optimization. The principle is ventilation decides coal production. The research achievement of this paper can conduct mine production and supply basis for enlarge yield, satisfying mine’s production requirement and creating more economic benefits. Key WordsKey WordsVentilation system; Simulation system; Economic value 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 1 - 目 录 摘 要 .................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................. II 1 绪论 ....................................................................................................................................... 1 1.1 论文研究目的意义 ................................................................................................... 1 1.2 国内外研究概况 ....................................................................................................... 2 1.3 存在问题及发展趋势 ............................................................................................... 3 1.4 论文的主要研究内容 ............................................................................................... 4 1.4.1 研究方法 ......................................................................................................... 4 1.4.2 研究路线图 ..................................................................................................... 5 2 平煤六矿通风系统调查及分析 ......................................................................................... 6 2.1 矿井基本情况 ........................................................................................................... 6 2.1.1 矿井概述 ......................................................................................................... 6 2.2 自然地理 .................................................................................................................... 6 2.2.1 地形地貌 ......................................................................................................... 6 2.2.2 水文概况 ......................................................................................................... 6 2.2.3 自然条件 ......................................................................................................... 7 2.3 区域地质简况及瓦斯概况 ...................................................................................... 8 2.4 矿井通风系统基本情况 ........................................................................................... 8 2.4.1 矿井通风系统概况 ........................................................................................ 8 2.4.2 矿井需要风量、实际风量、有效风量 ....................................................... 9 2.4.3 矿井瓦斯等级，瓦斯和二氧化碳的绝对、相对涌出量 .......................... 9 2.4.4 主通风设备及运行参数 ................................................................................ 9 2.4.5 分区通风情况北主扇 .................................................................................... 9 2.5 矿井通风阻力测定 ................................................................................................. 10 2.5.1 通风阻力测定的目的及意义 ...................................................................... 10 2.5.2 平煤六矿通风阻力测定路线的选择原则 ................................................. 11 2.5.3 六矿通风阻力测定路线 .............................................................................. 11 2.5.4 监测地面气压变化 ...................................................................................... 11 2.5.5 测定数据的整理计算，矿井通风阻力计算 ............................................. 12 2.5.6 对通风网路分支风量及风阻值测算结果的评价 .................................... 15 2.6 平煤六矿通风系统的分析与评价 ........................................................................ 15 2.6.1 关键路径上的阻力分配情况 ...................................................................... 15 2.6.2 通风系统的不合理状况 .............................................................................. 16 2.6.3 本章小结 ....................................................................................................... 17 3 平煤六矿一水平通风系统优化 ....................................................................................... 18 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 2 - 3.1 一水平通风系统优化 ............................................................................................. 18 3.1.1 一水平通风系统优化的目的和意义 ......................................................... 18 3.1.2 研究的关键技术和方案 .............................................................................. 19 3.1.3 目前国内外技术现状 .................................................................................. 20 3.1.4 经济和社会效益 .......................................................................................... 20 3.1.5 推广应用前景 ............................................................................................... 21 3.2 一水平通风系统优化的实施 ................................................................................ 21 3.2.1 概况 ............................................................................................................... 21 3.2.2 实施依据 ....................................................................................................... 22 3.2.3 需要达到的主要技术指标 .......................................................................... 26 3.2.4 一水平通风系统优化方案 .......................................................................... 30 3.3 矿井通风仿真系统MVSS简介 .......................................................................... 30 3.3.1 矿井通风仿真图的生成 .............................................................................. 30 3.3.2 用 DXF 格式文件生成仿真系统图 ......................................................... 31 3.4 各巷道工业指标 ..................................................................................................... 34 3.5 效益评价 .................................................................................................................. 34 4 二水平通风系统优化方案 ............................................................................................... 36 4.1 二水平通风系统概况 ............................................................................................. 36 4.1.1 主扇概况 ....................................................................................................... 36 4.1.2 目前二水平主扇运行情况 .......................................................................... 36 4.2 丁三风井主扇改造方案的论证 ............................................................................ 36 4.2.1 丁三风井主扇改造的必要性 ...................................................................... 36 4.2.2 丁三风井主扇改造的紧迫性 ...................................................................... 38 4.2.3 丁三风井主扇改造的可行性 ...................................................................... 38 4.2.4 改造内容可分为 .......................................................................................... 38 4.3 丁三风井主扇改造方案的比较 ............................................................................ 38 4.3.1 矿井丁三风井主扇改造方案的提出 ......................................................... 38 4.3.2 通风系统优化改造方案比较 ...................................................................... 39 4.4 通风网络解算及结果分析 .................................................................................... 39 4.4.1 需风量计算的原则和方法 .......................................................................... 39 4.4.2 二水平通风容易时期的需风量计算 ......................................................... 41 4.4.3 二水平通风困难时期的需风量计算 ......................................................... 42 5 平煤六矿通风系统优化后通风的能力核定 ................................................................... 47 5.1 全矿井需要风量计算 ............................................................................................. 47 5.1.1 北风井系统需要风量计算 .......................................................................... 47 5.1.2 丁三风井系统需要风量计算 ...................................................................... 50 5.2 确定矿井通风系统能力核定生产能力 ................................................................ 54 5.2.1 北风井系统通风能力计算 .......................................................................... 54 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 3 - 5.2.2 己三风井系统通风能力计算 ...................................................................... 56 5.2.3 矿井核定生产能力计算 .............................................................................. 57 结 论 ................................................................................................................................. 58 参考文献 ................................................................................................................................ 59 在学研究成果 ........................................................................................................................ 63 致 谢 ................................................................................................................................. 64 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 1 - 1 绪论绪论 1.1 论文研究目的意义论文研究目的意义 在一个矿井中，矿井的通风系统是非常重要的，建立一个良好的矿井通风系统 能够提高矿井的生产能力，达到期望的经济效益，而且在日常的工作中增加安全 性。矿井通风系统是指将地面上新鲜的空气供给地下各个工作面，将工作面被污染 的空气替换出来，从而提高工作效率。它主要以风机作为动力，结合各种通风设备 建立有效的通风网络系统。矿井中通风系统的建立是有要求的，必须符合煤矿安全 规程，矿井不分大小都要建立相应的通风网络系统，这样，在工人们工作期间才能 呼吸到新鲜的空气，首先保证了工作人员的安全，降低了人员的体力消耗，相应的 提高工作效率。如果通风系统不够合理，会造成局部工作面粉尘和有还气体大量积 聚，给工作带来了极大的危害，随之增加了事故的发生率。所以通风系统的建立很 重要。 随着矿井的生产实现，矿井的生产能力不断的增加，工作面不断的变化，尤其 是在生产工作面的深度逐渐的增大，这给矿井的通风系统带来了不便。矿井通风系 统必须不断的完善才能保证生产，矿井通风系统中设备的老化会影响矿井的整体生 产能力，风机的效率降低，能耗高，经济效益低下等多种现象，严重制约了矿井的 发展[1] ，因此有必要对矿井通风系统进行优化设计，使其符合矿井的生产能力，提 高经济效益。 矿井通风系统对地下开采的作用就如血液循环系统对人体一样都非常重要，它 是矿山安全生产的重要堡垒。由于开采强度与矿井向深部延伸的增加，矿井必将出 现很多问题。所以，矿井通风的作用会更重要。实际生产过程可以表明，对矿井通 风系统的优化研究可以增大矿井的生产能力，降低不安全因素，增加经济效益。 平煤六矿是一个高阻力矿井，一水平矿井阻力 2011 年最高达 5100pa，造成阻 力高的原因是由于井田范围狭长，采区不断延伸，一水平戊九采区和丁九采区使用 结束采区戊七采区和丁七采区的回风下山回风，通风距离长，通风距离达 10300 米；采区通风系统由于原来为低瓦斯采区，煤层埋深浅，通风系统单一，普遍采用 “一进一回”系统；回风巷道由于利用老采区的巷道，地压变化大，失修严重，回风 断面小。因此，六矿通风阻力居高不下，为河南省最高阻力。为了适应这种高阻 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 2 - 力，六矿虽然更换了主要通风机，以提高高负压运行的稳定性，但过高的负压肯定 给通风系统带来不可靠的因素，包括风量紧张，矿井瓦斯等级从低瓦斯矿井转变为 高瓦斯矿井，2005 年丁二采区发生突出后，矿井升级为突出矿井。由于矿井瓦斯等 级提高，如何实现一个从低瓦斯矿井到高瓦斯矿井再到突出矿井，使通风系统符合 规程要求，建立专用回风系统，并确保矿井在防治煤与瓦斯突出方面提高安全性 能，也是一个大的系统工程。早期的通风系统也不适应高突矿井的要求。通过上述 分析对本矿进行通风优化研究以解决高阻力的问题具有十分重要的意义。 1.2 国内外研究概况国内外研究概况 矿井通风系统是一个研究范围很宽泛的领域，长期以来，各国广大通风专家和 学者对通风系统的建立主要研究风流的局部运动规律，没有将整个矿中通风系统整 体结合，给工作带来不便。现在各个矿井已经实现全矿的通风，都进行了比较系统 的研究。国外对煤尘、有害气体、风量指标、温度等监测监控已经初步实现了自动 化程度，大大提高了矿井通风工作的管理成效。相比之下，我国矿井通风系统的自 动化水平是较低的。矿井通风系统分析与优化研究不仅涉及通风系统稳定性、可靠 性分析及决策优化的研究领域，而且还涉及模糊理论、计算机技术、人工神经智能 技术、系统工程理论领域[26]。因此，通风系统优化不仅是一项安全工程，同时也是 一项效益工程。 （1）矿井通风系统阻力研究 对于矿井通风系统优化的研究来讲，最重要的一项工作就是研究降低矿井通风 阻力的技术措施，降低风阻的研究在矿井通风优化设计和矿井通风技术管理工作中 都起着不可忽视的作用，尽力降低矿井通风阻力，可以减低生产成本，保证矿井通 风安全，这项工作直接关系到矿井的安全生产和经济效益。 （2）矿井通风系统风量调节研究 在矿井中风量的合理调节是非常重要的，矿井中的通风系统必须配合各个工作 面的需要，风量的调节是根据通风阻力来控制的，在日常生产过程中各个工作面的 通风质量有时候不能满足要求，需要做局部的调整。风量调节是通风系统优化研究 中的的重要一环，它对矿井的安全和经济效益有着不可忽视的作用。 （3）矿井通风系统仿真的研究 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 3 - 20 世纪初，随着计算机技术的发展逐渐形成矿井仿真系统。此系统是在不干扰 真实系统正常工作的前提下，通过构建模型模拟真实系统的一种技术[710]，系统仿 真技术是通过对系统仿真模型的运行过程进行观测和整理分析，来掌握系统模型的 基本元件，获取仿真系统的最佳设计参数，应用于在真实系统上的优化设计和改进 指导，使矿井达到安全高效的目的。 （4）矿井通风系统主通风机工况优化研究 矿井主要通风机在为整个矿井通风系统提供动力。主要通风机的运行情况，对 整个矿井的安全和经济效益影响极大。矿井主通风机由于运转时发生磨损、腐蚀等 情况[11]，这样对风机的工作造成了影响，风机的工作效率一旦受到影响，会直接影