矿井降温活动效果评测研究.pdf

万方数据 论文题目论文题目 矿井降温活动效果评测研究矿井降温活动效果评测研究 作者姓名曹 梦 婷作者姓名曹 梦 婷 入学时间入学时间2015 年年 9 月月 专业名称安全技术及工程专业名称安全技术及工程 研究方向灾害预测与防治研究方向灾害预测与防治 指导教师辛 嵩指导教师辛 嵩 职职 称教称教 授授 论文提交日期论文提交日期 2018 年年 5 月月 论文答辩日期论文答辩日期 2018 年年 5 月月 授予学位日期授予学位日期 2018 年年 6 月月 万方数据 STUDY ON OPTIMIZATION OF VENTILATION SYSTEM IN BEISU COAL MINE LATE MINING A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Cao Mengting Supervisor Professor Xin Song College of Mining and Safety Engineering May 2018 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 I 摘摘 要要 随着矿井热害问题越来越突出，故而对矿井降温活动降温效果的评测也成 为了大环境下必须研究的课题。通过研究发现，降温工程、降温技术和降温设 备的各种降温活动带来了一系列新技术、新设备和新理论，但目前对它还没有 一个系统的总结概述，同时，针对如何真实反映矿井具体降温活动的有效性， 始终没有一套统一的、权威的和客观的评价指标体系和评价方法来界定。 该论文研究了一个评测矿井降温活动降温效果的办法。首先，提出将矿井 降温活动进行分类，并对其理论成果进行了总结概述；再根据指标选取原则对 影响降温活动的指标进行分类和总结以确定所有相关指标，征询热害防治专家 委员会的权威专家进行指标的筛选提炼，确定了由技术性能、成本控制、安全 性能和环境影响四个层面构造而成的矿井降温活动效果评价指标体系，并对已 确定的 15 个定性、定量指标进行了无量纲化处理；然后，经对比分析常用评价 方法确定应用动态权重评价模型， 利用该评价模型对赵楼煤矿 5302 工作面进行 降温效果评测，验证了该评价方法的客观性；最后，以降温活动效果评测软件 的总体目标和系统需求为中心，对软件系统进行设计和开发，并应用该评测软 件对赵楼煤矿 5302 工作面进行评价，得到的结论与实际矿井降温状况一致，验 证了该评价软件的有效性。 论文总结的矿井降温活动、确定的降温活动效果评价指标体系、提出的动 态权重评价模型以及设计的降温活动效果评测软件对实现矿井有效降温具有指 导和参考意义。同时，这些工作对保证煤矿安全高效生产具有重要的实用价值 和理论价值。 关键词关键词降温活动；指标体系；无量纲化；动态权重；评价软件 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 II ABSTRACT As the problem of thermal damage in mines becomes more and more prominent, the uation of cooling effect of mine cooling activities has also become a subject that must be studied in a large environment. Through research, it has been found that various temperature-reduction activities of cooling projects, cooling technologies, and cooling equipment have brought a series of new technologies, new equipment, and new theories. However, at present, there is not a systematic overview of it, and at the same time, it is aimed at accurately reflecting mines. The effectiveness of specific cooling activities has never been defined by a unified, authoritative and objective uation index system and uation . The paper studied a to uate the cooling effect of mine cooling activity. Firstly, it proposed to classify the cooling activities of mines and summarizes the theoretical results. Then, according to the principle of index selection, the indicators that affect the cooling activities are classified and summarized to determine all relevant indicators, and the expert experts of the Committee of Experts on Thermal Disaster Prevention are consulted. Through the selection and refinement of indicators, the uation index system for the effect of cooling activity in mines, which consists of four levels of technical perance, cost control, safety perance, and environmental impact, has been determined, and the fifteen qualitative and quantitative indicators that have been established have been dimensionlessly dimensioned. After the comparative analysis of commonly used uation s to determine the application of dynamic weight 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 III uation model, using this uation model to uate the cooling effect of the 5302 work face in Zhaolou coal mine, to verify the objectivity of the uation ; Finally, to uate the effect of cooling activity The softwares overall goal and system requirements are centered. The software system is designed and developed, and the uation software is used to uate the 5302 working face of Zhaolou Coal Mine. The conclusion obtained is consistent with the actual mine cooling status, which verifies that the uation software is effective. The mine cooling activity summarized in this paper, the uation index system of the determined cooling activity effect, the proposed dynamic weight uation model, and the designed software for uating the effect of cooling activity have guidance and reference significance for realizing effective cooling of the mine. At the same time, these tasks have important practical and theoretical values for ensuring the safe and efficient production of coal mines. Key Words Cooling activity; Index system; Dimensionless; Dynamic weight; uation software 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 IV 目目 录录 1 绪论绪论 ..................................................................................................... 1 1.1 课题研究背景 ..................................................................................................... 1 1.2 研究目的及意义 ................................................................................................. 2 1.3 研究现状分析 ..................................................................................................... 3 1.4 研究内容 ............................................................................................................. 7 1.5 技术路线 ............................................................................................................. 8 2 矿井降温活动内容概述矿井降温活动内容概述 ..................................................................... 9 2.1 降温工程 ............................................................................................................. 9 2.2 降温技术 ........................................................................................................... 12 2.3 降温设备 ........................................................................................................... 18 2.4 本章小结 ........................................................................................................... 23 3 降温活动效果评价指标体系的确立降温活动效果评价指标体系的确立 .............................................. 24 3.1 确定降温活动指标体系常见问题 ................................................................... 24 3.2 指标选取原则 ................................................................................................... 24 3.3 指标确定方法 ................................................................................................... 27 3.4 指标体系内容 ................................................................................................... 28 3.5 降温活动效果评价指标确定 ........................................................................... 30 3.6 指标无量纲化处理 ........................................................................................... 31 3.7 本章小结 ........................................................................................................... 35 4 降温活动效果评价方法的研究及应用降温活动效果评价方法的研究及应用 .......................................... 36 4.1 评价方法的研究 ............................................................................................... 36 4.2 动态权重对矿井降温活动效果评价的意义 ................................................... 38 4.3 动态权重的评价模型建立 ............................................................................... 38 4.4 评价方法的实例应用 ....................................................................................... 48 4.5 本章小结 ........................................................................................................... 61 5 降温活动效果评测软件的设计与应用降温活动效果评测软件的设计与应用 .......................................... 62 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 V 5.1 评价软件的设计 ............................................................................................... 62 5.2 评价软件的应用 ............................................................................................... 71 5.3 本章小结 ........................................................................................................... 77 6 总结和展望总结和展望 ....................................................................................... 78 6.1 主要工作及结论 ............................................................................................... 78 6.2 主要创新点及工作展望 ................................................................................... 79 参考文献参考文献 ................................................................................................. 80 致谢致谢 ......................................................................................................... 84 攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果 ......................................................................... 85 附录附录 ......................................................................................................... 86 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VI Contents 1 Introduction ............................................................................................................ 1 1.1 Research Background .............................................................................................................. 1 1.2 The Aim and Meaning of the Research ................................................................................... 2 1.3 Research Status Analysist ........................................................................................................ 3 1.4 Research Content ..................................................................................................................... 7 1.5 Technical Route ....................................................................................................................... 8 2 Overview Mine Cooling Activities ........................................................................ 9 2.1 Cooling Project ........................................................................................................................ 9 2.2 Cooling Technology............................................................................................................... 12 2.3 Cooling Equipment ................................................................................................................ 18 2.4 Summary of this Chapter ....................................................................................................... 23 3 Establishment of uation Index System of Effect of Cooling Activity ...... 24 3.1 Common Problems of Determining Cooling Activity Index System .................................... 24 3.2 Select Indicator Principle ....................................................................................................... 24 3.3 Indicator Determination ........................................................................................... 27 3.4 Index System Content ............................................................................................................ 28 3.5 Cooling Activity Effect uation Index Determination ..................................................... 30 3.6 Index Dimensionless Processing ........................................................................................... 31 3.7 Summary of this Chapter ....................................................................................................... 34 4 Study and Application of uation of Cooling Activity Effect ....... 36 4.1 Research on uation s .......................................................................................... 36 4.2 Significance of Dynamic Weight uation on Effect of Mine Cooling Activity ................ 38 4.3 Establishment of Dynamic Weight uation Model .......................................................... .38 4.4 Example Application of uation ......................................................................... 48 4.5 Summary of this Chapter ....................................................................................................... 61 5 Design and Application of Software uation Software for Cooling Activity ..................................................................................................................................... 62 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 VII 5.1 uation Software Design .................................................................................................. 62 5.2 uation Software Application ........................................................................................... 71 5.3 Summary of this Chapter ....................................................................................................... 77 6 Summary and outlook ......................................................................................... 78 6.1 Main Work and Conclusion ................................................................................................... 78 6.2 Major Innovations and Work ............................................................................................... 79 References ................................................................................................................... 80 Acknowledge ............................................................................................................... 84 Major Achievements during Master Degree ......................................................... 85 Appendix ..................................................................................................................... 86 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究背景课题研究背景 随着社会的发展和煤炭资源需求的日益增加，煤炭产量日益增大，浅部煤 炭资源越来越少，世界各主要采煤国家相继进入深部开采。德国和俄罗斯的部 分矿井开采深度达到 15001600m；南非部分金矿开采深度达到 3800m；加拿大 和美国分别有 30 对、 11 对开采深度超过千米的矿井。 根据世界各地的调查数据， 全球的平均地温梯度为 3℃/100m[1]。根据中国的煤田地温观测数据，百米地温 梯度为 24℃/100m，在已探明的煤炭储量中，深度为 10002000m 的煤炭储量 是总储量的 53。 图图 1.1 国内外深部工程开发现状国内外深部工程开发现状 Fig. 1.1 Development status of deep engineering at home and abroad 图图 1.2 我国国有重点煤矿平均采深变化趋势我国国有重点煤矿平均采深变化趋势 Fig. 1.2 Trend of average depth acquisition in key state-owned coal mines in China 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 2 矿井开采深度不断增加，井下围岩温度也随之升高，故而引起了一系列的 矿井高温热害问题。根据我国重点煤矿采深的调查数据，可以看出平均采深以 每年 10-25m 的速度向下延伸，热害问题日趋严峻。根据 2016 年的统计，我国 有超过 86 对的矿井出现了不同程度的热害， 所有热害矿井中采掘工作面气温超 过 30℃的有 54 座，其中有 21 座气温为 30-32℃，19 座气温为 32-35℃，14 座 气温达到 35℃以上[2]，根据最新的信息，我国新疆等西北区域的矿井也存在矿 井高温热害问题。 综上，矿井热害问题越来越严重，它已成为矿井瓦斯、火灾、粉尘、矿井 水和矿山压力并列的六大灾害之一，热害严重影响井下工人的健康和效率，甚 至影响到整个国民经济的可持续发展。故而对矿井降温活动及其降温效果的研 究也成为了大环境下必须研究的课题。 1.2 研究目的及意义研究目的及意义 1.2.1 研究目的研究目的 解决矿井的高温热害问题，首先需要深入了解并掌握矿井降温工程、降温 技术和降温设备三大方面的内容。降温工程是依靠一定数额的投资，经过决策、 设计和施工等一系列降温活动[3]， 不合理的降温工程不仅不能达到预期的降温效 果，同时影响矿井的生产及经济效益。目前矿井降温技术有很多方面，主要采 用非机械制冷降温措施和机械制冷降温措施[4]。 非机械制冷降温技术在浅部开采 和热害问题不突出的矿井取得了良好的降温效果。然而，对于高温热害矿井， 一般情况下矿井通风不能完全解决问题，因此机械制冷降温已成为矿井热害防 防治的必要手段。除此之外，随着矿井热害治理实践趋向，降温工艺及设备的 研发技术也越来越成熟，多种降温设备已经运用在不同条件的矿井并实现了一 定程度的矿井降温。 在确定矿井的降温方案时，会涉及到矿井降温工程、降温技术和降温设备 三大降温活动中的任何一方面或者几方面，由于没有一个具体客观的降温活动 效果的评测方法，无法合理并准确的评判出某矿井降温活动的效果优劣。而且， 在以往的研究中，所谓仁者见仁智者见智，每个研究者都认为自己提出的降温 方案的降温效果是最好的。为了有效实现矿井降温，就不能以自我评价为中心， 应建立一个客观的评价方法，这将有利于对矿井降温工程、技术以及设备三大 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 3 降温活动进行个体或整体效果评价，实现对各大降温活动效果客观、公正以及 有效的评价，同时也可以实现对好的降温技术及设备的推广。 1.2.2 研究意义研究意义 基于以上提出的问题，本课题研究了一个针对矿井降温活动效果的评测方 法。这无论是对矿井降温活动评价指标体