崇礼金矿通风系统三维仿真及优化改造研究.pdf

论．文题目 崇礼金矿通风系统三维仿真 及优化改造研究 作者姓名韭塞值入学时间 专业名称窒全堇担王墨研究方向 指导教师廑亡型职称 论文提交日期 论文答辩日期 授予学位日期 2 Q 兰刍E 鱼且 2 Q l 兰生且 且全一一 皿瓞趱盟通一盈 丝苤一 墨 』I I I III I I l UII I I I II II l l l l I Y 2 4 3 4 2 0 2 T H ER E S E A R C Ho NC H o N G L IG o L DM I N E V E N T I L A r I o NS Y S T E Mo P T I M I Z A T I o N AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so f t h ed e g r e eo f M A S T E Ro FP H I L o S o P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y Z h a n gH o n gW e i S u p e r v i s o r P r o f e s s o rL uG u a n g l i C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g J u n e 2 0 1 3 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名蝴 日 期捌3 ．‘，B A F F I R M A T I o N S i g n a t u r e 絮韵岣蚓 D a t e 劲艮‘．侈 竺盛嚣‰瓣～震l 耋 蚀够曲√ 订嘲‘哪 t e 叫am Ⅷ‘g Ⅶ咖蛐甜砒m 蛆眦m d n “nM 蛔觚训 ⋯删‘壹m 钯矧皓阻毗瞄幽Ⅶ S p r I≮l 垩篙l 墨誉耋渊 莒i 州咿o．_．口I；吾盯m 蛆徽她㈧盅 嬲∥№一～一‰ 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 矿井通风系统优化，是从通风系统分析开始到给出最优矿井通J x L 系统为止的一系列 工作的总称。通风系统优化问题是一个复杂的的决策问题，它受众多因素影响，同时也 是学术界持续关注的课题之一，对此方面的研究具有很好的学术价值和现实意义。 目前我国许多金属矿山随着开采年限的延长，开采深度的增加，生产能力的提高， 矿井现有通风系统己不能适应和满足矿井实际生产的需要。本文针对崇礼金矿由于生产 中段延伸和生产能力提高导致的通风系统风量不足、井下工作环境恶劣等问题展开了有 针对性的研究，研究成果改善了矿井通风条件，提高了矿井的经济效益。本论文的主要 研究内容如下 1 对矿井通风系统优化改造的成果进行了系统研究，总结了关于矿井通风系统三 维仿真及优化改造方面的研究现状，并介绍了研究的最新进展。 2 针对目前金属矿山井下需风量计算困难的现状，对金属矿山井下用风地点和燃 油设备需风量计算进行了研究，确定了崇礼金矿矿井的合理需风量。 3 对崇礼金矿通风系统现状进行详细测量和计算，获得了通风系统三维仿真及优 化改造研究所需网路及风机等的基础数据，并对通风系统现状进行了正确评价。 4 利用图论知识对复杂通风网络分析方法进行了研究，建立了崇礼金矿通风系统 三维仿真模型，并利用该模型对崇礼金矿现有通风系统进行仿真模拟，实现了矿井通风 系统信息管理与图形的交互及可视化。 5 运用通风系统网络及风量调节理论，结合所建立的崇礼金矿回风巷的最优断面 模型，提出了矿井通风系统优化改造方案，并对优化方案进行了三维仿真模拟和优选。 本文通过理论和实际相结合，采用数学建模及计算机三维仿真技术的研究方法，实 现了通风管理信息与图形的交互及可视化，研究成果在崇礼金矿矿井通风系统实际优化 改造中产生了良好的效果，改善了井下工人作业环境，降低了通风成本，提高了矿井的 经济效益，为矿山安全生产提供了强力保障。于此同时，本文所进行的研究也为其他矿 井通风系统优化改造提供了借鉴。 关键词现状测定系统优化网络解算三维仿真 山东科技大学硕士学位论文摘要 A B S T R A C T M i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mo p t i m i z a t i o ni sag e n e r a lt e r mf o ras e r i e so fw o r kt h a ts t a r t s f r o mt h ev e n t i l a t i o ns y s t e ma n a l y s i st ot h eo p t i m a lm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ．T h ev e n t i l a t i o n s y s t e mo p t i m i z a t i o np r o b l e mi sat h em u t u a li n f l u e n c ed e c i s i o n - m a k i n gp r o b l e mb ym a n y f a c t o r s ，b u ta l s oh a sb e e ne n g a g e di no n eo ft h et o p i c so fc o n c e mi nt h em i n ev e n t i l a t i o n r e s e a r c hs c h o l a r s ，t h e r e f o r er e s e a r c hh a sa c a d e m i cv a l u ea n d p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e ． W i t ht h ei n c r e a s eo fm i n i n gd e p t ha n dt h ei m p r o v e m e n to ft h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo ft h e m i n e ，i nC h i n a , m a n ym e t a lm i n e s ’v e n t i l a t i o ns y s t e mc a n n ’tm e e tt h ea c t u a ln e e d so f p r o d u c t i o no ft h em i n e ．T h i sp a p e r , c o n t r a p o s i n gt h em a i np r o b l e m so fa i rv o l u m ei n s u f f i c i e n t a n dp o o rw o r k i n gc o n d i t i o n su n d e r g r o u n de x i s t i n gi nT h eC h o n g l ig o l dm i n e ，l a u n c h e sa t a r g e t e dr e s e a r c h ．T h er e s e a r c ha c h i e v e m e n ti m p r o v e sm i n ev e n t i l a t i o nc o n d i t i o n sa n dt h e e c o n o m i cb e n e f i t so ft h em i n e ．I nt h i sp a p e r , t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea s f o l l o w s 1 O nt h eb a s i so ft h ei n s p e c t i o ni nt h es y s t e mo nr e s e a r c hp a p e r sa n dr e s u l t so ft h em i n e v e n t i l a t i o ns y s t e mo p t i m i z a t i o n ，t h ep a p e rs u m m a r i z e st h ev e n t i l a t i o ns y s t e mo p t i m i z a t i o n r e s e a r c hs t a t u sa n di n t r o d u c e st h el a t e s tp r o g r e s so f t h es t u d y ． 2 C o n t r a p o s i n gt h ed i f f i c u l ts i t u a t i o no fc a l c u l a t i n gm e t a lm i n e sn e e d i n ga i rv o l u m e ，t h e p a p e rd o e ss o m er e s e a r c ho nt h en e e d i n ga i rv o l u m eb yu s i n gw i n dp l a c ea n df u e le q u i p m e n t i nm e t a lm i n e s ，o nt h i sb a s i s ，t h ea m o u n to fr e q u i r e d 、杭1 1 di nt h eC h o n g l iG o l dM i n ei s c o r r e c t l yc a l c u l a t e da n da n a l y s i s e d ． 3 I no r d e rt oo b t a i nt h en e t w o r ka n df a nb a s ed a t ao fC h o n g l ig o l dm i n ev e n t i l a t i o n s y s t e mf o rt h r e e - d i m e n s i o n a ls i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o no ft r a n s f o r m a t i o n ，t h ep a p e rc a r r i e s o u td e t a i l e dm e a s u r e m e n t sa n dc a l c u l a t i o n so ft h em i n es t a t u sa n dm a k e sac o r r e c te v a l u a t i o n ． 4 T h ep a p e rn o to n l yt a k e sa d v a n t a g eo ft h ek n o w l e d g eo fg r a p ht h e o r yt od or e s e a r c h o nc o m p l e xv e n t i l a t i o nn e t w o r ks o l u t i o na n dc o n s t r u c t3 Ds i m u l a t i o nm o d e lo ft h eC h o n g l i g o l dm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ，b u ta l s ow eu s et h em o d e ls i m u l a t i o no nt h et h eC h o n g l iG o l d e x i s t i n gv e n t i l a t i o ns y s t e ma n dm a k ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n dg r a p h i c so ft h em i n e v e n t i l a t i o ns y s t e m i n t e r a c t i o na n dv i s u a l i z a t i o n ． 5 U s i n gt h ev e n t i l a t i o ns y s t e mn e t w o r ka n da i rf l o wr e g u l a t i o nt h e o r y , c o m b i n i n gw i t h t h er e t u r na i r w a yo p t i m a lc r o s ss e c t i o nm o d e lo ft h eC h o n g l ig o l dm i n e ，t h ep a p e rp r o p o s e s o p t i m i z a t i o nt r a n s f o r m a t i o np r o g r a ma n du s e st h ee s t a b l i s h e dt h r e e d i m e n s i o n a ls i m u l m i o n 山东科技大学硕士学位论文 摘要 m o d e lo ft h em i n ev e n t i l a t i o ns y s t e ms o l v e r st h eo p t i m i z a t i o np r o g r a m ，t oo b t a i nt h em o s t e c o n o m i c ，r e a s o n a b l ea n df e a s i b l eo p t i m a ls o l u t i o n ． T h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no ft h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lm e t h o d ，u s i n gt h em a t h e m a t i c a l m o d e l i n ga n dt h r e e d i m e n s i o n a lc o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c hm e t h o d s ，t h e r e s e a r c hr e s u l t si nt h ea c t u a lp r o d u c t i o no ft h em i n ea f f o r dg o o dr e s u l t s ，i m p r o v i n gt h e o p e r a t i n ge n v i r o n m e n to ft h em i n ew o r k e r s ，r e d u c i n gv e n t i l a t i o nc o s t s ，a n di m p r o v i n gt h e e c o n o m i cb e n e f i t so ft h em i n e ，w h i c hp r o v i d e st h eb a s i s f o r t h es a f ep r o d u c t i o ni n m i n e s p r o t e c t i o n ．A tt h es a m et i m e ，i ta l s op r o v i d e sa r e f e r e n c et ot h em i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m o p t i m i z a t i o n ． K e y w o r d s c u r r e n t s t a t u s d e t e r m i n a t i o n ；s y s t e m o p t i m i z a t i o n ；n e t w o r ks o l u t i o n ；t h e t h r e e ．d i m e n s i o n a ls i m u l a t i o n 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 论文研究的背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外通风系统优化研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 本文的主要研究内容及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 2 金属矿山矿井需风量计算研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．1 金属矿山井下用风地点需风量计算分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 2 2 ．2 金属矿山井下燃油设备需风量计算分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 2 ．3 崇礼金矿矿井合理需风量的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 崇礼金矿现有通风系统分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．1 矿井通风系统现状调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．2 矿井通风仿真系统基础参数测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．3 矿井现有通风系统基础参数主要测算结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．4 矿井现有通风系统评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 4 矿井现有通风系统三维仿真模型的建立及仿真模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．1 复杂通风网络分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 0 4 ．2 矿井通风系统网络模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 9 4 ．3 矿井通风系统三维仿真模型数据库的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 4 4 ．4 矿井现有通风系统三维可视化模拟及评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 崇礼金矿通风系统优化方案三维仿真研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 0 5 ．1 通风系统优化改造原则分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 5 ．2 崇礼金矿回风巷断面参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 5 ．3 矿井通风系统优化方案三维可视化模拟及优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 8 5 ．4 矿并通风机的合理运行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 5 ．5 远期通风系统优化方案规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 0 6 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 餮【谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 4 坐查型垫查兰堡主堂垡堡茎 旦茎 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 5 攻读硕士期间主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 8 附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 9 山东科技大学硕士学位论塞 望墨 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1T h e b a c k g r o u n d a n ds i g n i f i c a n c e o f t h e t h e s i s ．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．- ．．．．．⋯⋯1 1 ．2M e t h o d so f v e n t i l a t i o ns y s t e mo p t i m i z a t i o na th o m ea n da b r o a d ．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．2 1 ．3T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n dr e s e a r c hm e t h o d s ．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．1 I 2T h er e s e a r c ho na i rv o l u m er e q u i r e db ym e t a lm i n e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．1T h ea n a l y s i so na i rv o l u m er e q u i r e db yu s i n gw i n dp l a c eo f m e t a lm i n e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2T h ea n a l y s i so na i rv o l u m er e q u i r e db yf u e le q u i p m e n to f m e t a lm i n e s ．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．1 7 2 ．3T h ed e t e r m i n a t i o no fr e a s o n a b l ea i rv o l u m er e q u i r e db yC h o n g l ig o l dm i n e ．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．18 3 A n a l y s i so fC h o n e x i s t i n gg o l dm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．1T h es u r v e y o f e x i s t i n gm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 3 ．2D e t e r m i n a t i o no f b a s i cp a r a m e t e r so f t h es i m u l a t i o no f m i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．2 2 3 ．3T h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y s i so f t h et h ee x i s t i n gm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．2 6 3 ．4E x i s t i n gm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e me v a l u a t i o n ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯．．⋯．⋯⋯⋯．．3 8 4M i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mt h r e e ．d i m e n s i o n a ls i m u l a t i o na n ds o l v e rs i m u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．1T h em e t h o do fa n a l y z i n gc o m p l e xv e n t i l a t i o nn e t w o r k ss o l u t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．2T h ee s t a b l i s h m e n to f t h em i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mn e t w o r km o d e I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．3T h ed a t a b a s ee s t a b l i s h m e n to f m i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m3 Ds i m u l a t i o nm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．4M i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mt h r e e ．d i m e n s i o n a ls i m u l a t i o na n ds o l v e rw i t ht h er e a l i t i e so f a n a l o g ⋯⋯．5 7 5T h er e s e a r c hb a s e do n3 Ds i m u l a t i o ns y s t e mo fv e n t i l a t i o ns y s t e mo p t i m i z a t i o n ⋯⋯⋯．6 0 5 ．1T h ea n a l y s i so nv e n t i l a t i o no p t i m i z a t i o np r i n c i p l e 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e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 8 A p p e n d i x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 8 9 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 绪论 近年来，随着人们收入的增加和对生活质量的不断追求，国内、国际市场对黄金的 需求量越来越大，黄金行业进入了发展的“黄金”时期。各个生产企业纷纷采取各种措 施提高黄金的产能，以满足市场的需求，但是随着矿山开采深度的不断增加，各种先进 采掘和运输工艺在矿山企业的广泛应用，矿山生产也面临着一些棘手的问题，尤其是一 些老矿井，经过多年的开采，随着生产能力的增大，生产矿井的延伸，生产布局的变化， 地质条件也更加复杂，与矿井设计之初时相比，矿井的通风条件改变了很多，导致了不 少矿井的通风能力与矿井的实际生产能力不匹配，对矿井的生产和安全产生很大影响， 也对矿山工人的安全健康产生了不利影响，矿井通风系统在矿井安全生产中起着越来越 大的作用。 因此，对于生产矿井由于生产能力的提高，生产布局的变化等自身条件变化影响的 原因，造成通风系统已不能适应矿山安全高效生产的矿井，必须对通风系统进行优化和 改造，只有这样才能保证矿井的安全高效生产，保障井下工人的安全健康，提高矿井和 社会的经济效益。 1 ．1 论文研究的背景和意义 1 ．1 ．1 论文研究的背景 通风井巷网络、通风动力及其装置、风流监测及控制等设施构成了矿井通风系统【1 1 。 矿井通风系统在矿井正常生产时期的主要功能是利用风机等提供的动力，向井下各需风 地点提供质优量足经济的新鲜空气，提供井下作业人员呼吸所必须的氧气，稀释C O 、 粉尘等各种有毒有害物质并将它们从井下排出，降低矿井热害，为井下工作人员创造良 好的工作环境；在矿井灾害发生时，能准确地控制风量及改变风向，并与其他矿井消灾 措施相结合，从而防止事故的扩大、进而消灭事故[ 2 1 。显然矿井通风系统运行的可靠性 与经济性是直接影响矿井安全生产、防治灾害和提高经济效益的基本要素，在很大程度 上直接影响到矿井的安全生产、矿井的经济效益、矿井的稳产和高产及矿井灾害时期的 应变能力等。因此在矿井正常生产期间和远期规划时，均应详细的分析矿井通风系统， 及时发现系统中可能存在的问题并进行优化改造。 1 些查型些奎兰堡主堂垡笙茎 堕笙 崇礼金矿股份有限公司，为适应矿山发展的需要，提高矿山生产企业的经济效益和 社会效益，矿山企业进行了生产技术改造，采用先进的采掘和无轨运输工艺，使矿山生 产规模由日处理矿石量8 5 0 吨左右提高到2 5 0 0 吨左右。伴随着矿山生产企业生产规模的 扩大，井下工作人员的增多，大量无轨运输设备的采用，以及矿井开采深度的增加，原 有矿井通风系统已不能保证矿山在现有生产能力下的安全高效生产，造成井下风量不足， 风流质量差，风机效率低下，工人工作环境恶劣，因此必须对矿井通风系统进行优化改 造。 1 ．1 ．2 论文研究的意义 矿井通风系统优化改造研究，不仅能够保证矿井在安全的条件下进行生产，还能为 矿山企业带来重大的经济效益和为社会带来良好的社会效益，并且能够带动矿井通风学 科的发展。因此，对矿井通风系统进行优化是保证矿井安全生产的需要，是提高矿山企 业抗灾能力的需要，是确保矿山高产、稳产的需要，是提高矿山经济效益的需要，是确 保我国经济持续、稳定、快速发展的需要。 随着崇礼金矿产能的提高，矿井巷道的增多，矿井通风系统日益复杂，若单靠人工 管理如此复杂的通风系统相当困难，单靠人工解算如此庞大的网络非常麻烦，根本满足 不了生产实际要求，本文在对崇礼金矿通风系统现状进行详细的调查分析后，构建了通 风系统三维仿真模型，采用计算机仿真及解算技术，对崇礼金矿通风系统进行模拟仿真， 找出矿井存在的问题和潜在的隐患，给出准确、详实的分析报告，对崇礼金矿矿井通风 系统改进和优化具有重要的意义，并为井下工人工作提供良好的作业环境，具有重要的 现实意义。 1 ．2国内外通风系统优化研究方法 矿井通风系统研究已有8 0 多年历史。早先人们可利用的计算工具比较简陋，对很多 复杂的工程问题无法直接求解，通常采取简化处理或凭经验解决。到2 0 世纪4 0 年代， 电子计算机出现及其很快的普及，使许多学科的基础理论和实用技术研究得到了前所未 有的发展，同时，也推动了矿井通风系统优化研究的开展，并取得了一系列令人瞩目的 成就。矿井通风系统优化改造也由经验优化发展到科学优化，用计算机进行复杂通风网 络解算，出现了专家决策型辅助管理系统，计算机三维仿真模拟系统，在定量、定性优 化、通风信息可视化管理等方面均发生了深刻的变化，成为当今矿业安全工程领域极其 活跃的分支之一。 2 些查型垫查兰堡圭兰垡笙壅 堡堡 矿井通风系统优化，是从通风系统分析开始到给出最优矿井通风系统为止的一系列 工作的总称。可主要分为两个层次的内容，一是对矿井通风系统方案的优化，即在各拟 定的系统设计或改造方案之间选择最优通风系统，包括通风巷道断面最优化、矿井通风 压力最优化、主要通风机选型最优化；二是矿井通风系统调节最优化，包括矿井通风网 络调节和主要通风机的调节最优化，从而使矿井通风系统达到和保持最佳的运行状态。 1 ．2 ．1 矿井通风系统方案的优化 1 ．2 ．1 ．1 通风巷断面优化 在通风系统优化改造中确定最优井巷断面是优化改造的一项重要内容，早期研究人 员优选井巷断面时，首先根据提升、运输等设备的外形尺寸和安全问隙选择各类井巷的 断面，然后验算风速是否在符合法律规范要求。在通风设计中，井巷断面往往与矿井总 风压相矛盾。如若断面过小，必将导致通风系统总风压过大，对通风系统的安全可靠和 经济运行不利，甚至选不到合适的通风机；如若断面过大，将会导致井巷掘进工程量过 大，则矿井总风压过小，也难以选择合适的通风机，并且断面过大对地质条件要求较高。 近年来，矿井通风井巷断面的最优化技术随着最优化理论、系统工程以及计算机应 用的迅速发展取得了长足进步。日本东京都大学名誉教授平松良雄于1 9 8 1 年提出了的单 一通风巷道经济断面的求法，但此方法的缺点是没有考虑巷道的维护费用，并且次经济 巷道的求法仅适用于单一巷道断面确定[ 3 1 ；前苏联学者K N 塔托米尔法，也称为拉格朗 日乘数法，需要先确定网路的总风压，那么与断面大小有关的掘进费、维护费和通风电 费总额是否最低没有结论，因为该方法不能考虑通风电费[ 4 1 。随着研究的深入，研究的 对象由单巷道到简单串、并联网络再到复杂网络。优化的目标函数也越来越完善，从初 期只考虑巷道掘进费和维护费逐步完善发展到既考虑巷道掘进费和维护费又考虑巷道的 通风费用优化的约束条件从决策变量的上、下限到附加遵循巷道网络风流流动定律的 束。优化模型趋于合理，优化方法由处理单巷道或简单网络的解析分析法到处理复杂网 络的数值计算法。具体算法可分为通路法和网络法两类，以网络法更为适用。 1 关键路径与关键割集法 其优化目标是降阻幽所增加的掘进、维护费用小于或等于降阻△五所减少的通风电 费。