三维通风可视化在矿井通风系统优化中的应用研究.pdf

工程硕士专业学位论文 三维通风可视化在矿井通风系统优化中的 应用研究 Study and Application of 3D Ventilation Visualization in Optimization of Mine Ventilation System 作 者徐明伟 校内导师张 驎 教授 校外导师张建国 高工 华北科技学院 二 O 一六年六月 万方数据 中图分类号 TD75 学校代码 11104 UDC 622 密 级 公开 华北科技学院 工程硕士专业学位论文 三维通风可视化在矿井通风系统优化中的应用研 究 Study and Application of 3D Ventilation Visualization in Optimization of Mine Ventilation System 作 者 徐明伟 校内导师 张 驎 校外导师 张建国 申请学位 工程硕士专业学位 培养单位 研究生处 学科专业 安全工程 研究方向 矿井通风 答辩委员会主席 丰继林 评 阅 人 张力 马尚权 二 O 一六年六月 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解华北科技学院有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰 写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理，即①研究生在校攻读学位 期间论文工作的知识产权单位属于华北科技学院， 学校有权保存并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保 密论文外）；②为教学和科研目的，学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以允许使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文，学校可以将公 开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、 浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）。 本学位论文属于 □保密，在年解密后适用本授权书。 不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏 览。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名 校内导师签名 年 月 日 校外导师签名 年 月 日 万方数据 论文审阅认定书论文审阅认定书 研究生 徐明伟 在规定的学习年限内， 按照研究生培养方案 的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本 学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论 文撰写格式符合学校的相关规定， 同意将本论文作为学位申请论文送 专家评审。 校内导师签字 校外导师签字 年 月 日 万方数据 致谢致谢 本论文是在导师张驎教授的悉心指导下完成的。 在选题和论文的写作过程中， 无不浸透着老师的心血。张老师坚持辅导答疑，百忙之中从工作地点返回学校， 对我进行论文指导， 几乎每天通过微信进行学术交流至深夜， 每每想起甚是感动 他渊博的知识、严谨的治学作风以及诲人不倦的态度深深感动着我，并成为我以 后工作及学习上的楷模。正是张老师对我的精心指导和帮助，使学位论文的撰写 得以顺利完成。最值得一提的是张老师在做人待事给我树立榜样，他的大爱精神 令我叹服他不仅教育了我治学要严谨，而且在做人上要正派，富有爱心在此 之际，谨向张老师致以衷心的感谢和最崇高的敬意 同时， 在论文撰写过程中也得到了我的校外导师平煤集团总工程师张建 国老师给予指导， 在现场测试中张老师给予的建议， 保证了现场测试的顺利进行。 另外老矿矿长吴昕、总工程师曹其俭，通风科长温树民，通风队聂山人，宋凯、 李国鹏等在现场测试、调研过程中提供了很大的便利。从他们身上学到了采矿人 坚毅、顽强的拼搏精神，在此，表示深深的感谢 另外，在本论文的研究过程中，张超老师在通风优化方面给与指导，孙春峰 老师在模型建立方面指导和帮助；另外，我的师兄弟，丁振，张勇，李鑫在我的 研究报告后期修改中给予帮助。在此，向给予我帮助的老师（特别是我的导师） 和同学一并表示感谢 限于水平有限疏漏之处在所难免，敬请各位专家、老师批评指正 最后，我要感学在百忙中抽出时间悉心评阅本的各位专家老师，并衷心祝愿 所有专家身体健康、工作顺利 万方数据 I 摘摘 要要 老矿于 1955 年开工建设，1958 年 8 月投产，是新中国成立后最早的一批矿 井之一。已经服役 60 余年之久的老矿，一些老巷弃用，变形，漏风情况严重。 本论文研究的目的是为了能科学、有效地解决老矿通风系统中存在的问题。 本论文是在查阅大量关于矿井通风系统优化的相关文献基础上， 对研究成果 进行了总结和分析。在研究中对老矿进行了全矿井通风阻力测试，对老矿全矿井 重新进行了风量分配。同时分析测试矿井主要通风机装置、风量、功率与效率等 风机特征参数相关信息，从而对老矿矿井通风系进行分析，并指出目前存在的问 题。根据实测数据，利用 Ventsim 软件建立老矿三维可视化模型，提出解决老矿 通风问题的方案，并且在三维模型上进行模拟，记录模拟结果。从安全可靠，经 济合理，技术可行三方面建立矿井通风优化评价系统，根据评价结果选择最优优 化方案，该方案经过实际验证，达到了良好的效果。 本论文建立的三维可视化系统精度方面符合要求， 能够为老矿通风系统的调 节提供依据，能够更直观、更方便的实现风网解算，对矿山数字化建设起到了推 动作用。 多目标的模拟结果对定性与定量的多目标决策内容进行了补充，使其进 行分析评价时具有更准确的依据。 该论文有图 32 幅，表 43 个，参考文献 56 篇。 关键词关键词通风系统；三维建模；层次分析法；通风优化 万方数据 II Abstract Coal mine construction started in 1955, and put into operation in August 1958, wich is one of a number of new Chinese mine after the founding of the earliest . As it has been serviced for more than 60 years, some old airwaywere abandoned, deation, serious air leakage. The purpose of this paper is to solve the problems in the ventilation system of the four coal mine. In this paper, the research results are summarized and analyzed on the basis of consulting and studying a large number of literatures about 3D visualization and ventilation system optimization. In the study of ventilation resistance tests were carried out, and the air distribution of air flow in the four mine was re - carried out. At the same time, analysis and test of the main fan device, air volume, power and efficiency of wind turbine characteristic parameters related ination, so as to analyze the mine ventilation system of the four coal mine, and pointed out the existing problems. According to the measured data, using Ventsim software to build a 3D visualization model, proposed to solve the problem of mine ventilation four programs, and the three- dimensional model to simulate, record the results of simulation. From the safe, reliable, economic and reasonable, technical feasible three aspects of the establishment of mine ventilation optimization uation system, according to the uation results to select the optimal optimization scheme, the program after the actual verification, to achieve a good effect. The established the 3D visualization system accuracy meets the requirements for mine ventilation system control provides a basis can be more intuitive, more convenient realization of ventilation network settlement, the digital mine construction to the role. Multi objective simulation results are added to the qualitative and quantitative multi objective decision making, so that it has more accurate basis for analysis and uation. This paper has 32 figures, 43 tables, 56 references. Keywords Ventilation system; 3D modeling; AHP; Optimization of ventilation 万方数据 III 目目 录录 摘摘 要要 ................................................................................................................... I 目目 录录 ................................................................................................................ III 图清单图清单 ............................................................................................................... VII 表清单表清单 ................................................................................................................ IX 1 绪论绪论 ................................................................................................................... 1 1.1 矿井通风系统优化的意义...................................................................... 1 1.2 国内外研究现状...................................................................................... 2 1.3 研究内容................................................................................................. 4 1.4 技术路线................................................................................................. 5 1.5 本章小结................................................................................................. 5 2 老矿老矿概况及通风参数的测定概况及通风参数的测定 ........................................................................... 6 2.1 矿井概况................................................................................................. 6 2.2 矿井通风参数测定................................................................................. 9 2.3 通风机性能相关参数数值分析与拟合............................................... 25 2.4 本章小结............................................................................................... 32 3 通风系统分析通风系统分析 ................................................................................................. 33 3.1 老矿各用风点风量分配....................................................................... 33 3.2 矿井通风系统阻力分析....................................................................... 38 3.3 本章小结............................................................................................... 47 4 矿井通风系统可视化建模矿井通风系统可视化建模 ............................................................................. 48 4.1 网络解算理论基础............................................................................... 48 4.2 老矿通风系统模型建立....................................................................... 50 4.3 本章小结............................................................................................... 56 5 矿井通风系统矿井通风系统改造改造方案模拟和评价方案模拟和评价 ............................................................. 57 5.1 优化改造方案的提出........................................................................... 57 5.2 矿井通风系统评价与分析................................................................... 67 5.3 本章小结............................................................................................... 74 6 结论与展望结论与展望 ..................................................................................................... 75 万方数据 IV 6.1 结论....................................................................................................... 75 6.2 创新点................................................................................................... 76 6.3 展望....................................................................................................... 76 参考文献参考文献 ............................................................................................................. 77 作者简历作者简历 ............................................................................................................. 81 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 ......................................................................................... 82 学位论文数据集学位论文数据集 ................................................................................................. 83 万方数据 V Contents Abstract ................................................................................................................. I Contents ............................................................................................................. III List of Figures ................................................................................................... VII List of Tables ...................................................................................................... IX 1 Introduction ....................................................................................................... 1 1.1 Significance of Optimization of Mine Ventilation System ...................... 1 1.2 Research Status at Home and Abroad ...................................................... 2 1.3 Research Contents .................................................................................... 4 1.4 Technical Route ........................................................................................ 5 1.5 Chapter Conclusions ................................................................................ 5 2 Survey and the Determination of Ventilation Parameters .......................... 6 2.1 General Situation of Mine ........................................................................ 6 2.2 Determination of Mine Ventilation Parameters ....................................... 9 2.3 Numerical Analysis and Fitting of Perance Parameters of Fan...... 25 2.4 Chapter Conclusions .............................................................................. 32 3 Ventilation System Analysis ........................................................................... 33 3.1 The Wind Point Distribution .................................................................. 33 3.2 Analysis of Resistance of Mine Ventilation System .............................. 38 3.3 Chapter Conclusions .............................................................................. 48 4 Visualization Modeling of Mine Ventilation System .................................... 49 4.1 Theoretical Basis of Network Computing ............................................. 49 4.2 Ventilation System model Establishment ............................................... 51 4.3 Chapter Conclusions .............................................................................. 57 5 Simulation and uation of Mine Ventilation System ............................ 58 5.1 Proposed Optimization Scheme ............................................................. 58 5.2 uation and Analysis of Mine Ventilation System ............................ 68 5.3 Chapter Conclusions .............................................................................. 75 6 Conclusion and Prospect ................................................................................ 76 万方数据 VI 6.1 Conclusion ............................................................................................. 76 6.2 Innovation .............................................................................................. 77 6.3 Prospect .................................................................................................. 77 References ........................................................................................................... 78 Author’s Resume ................................................................................................ 82 Declaraton of Thesis Originality ....................................................................... 83 Thsis/Dissertation Data Colection .................................................................... 84 万方数据 VII 图清单图清单 图序号 图名称 页码 图 1-1 技术路线 5 Figure 1-1 Technical research program Roadmap 5 图 2-1 矿井立体示意图 9 Figure 2-1 Three-dimensional map of mine 9 图 2-2a 图 2-2a 两测点间没有分支巷道图 11 Figure 2-2a Map of two no branch roadway between the measurement points 11 图 2-2b 两测点之间有一条分支巷道图 11 Figure 2-2b Map of one branch between the two measuring points 11 图 2-2c 两测点间巷道通过的风量图 11 Figure 2-2c Map of two the flow chart between the measurement points 11 图 2-3 丁组采区通风系统 15 Figure 2-3 Ventilation system of Ding era 15 图 2-4 己三采区、三水平采区通风系统 15 Figure 2-4 Ventilation system of Jisan,third level era 15 图 2-5 戊组采区通风系统图 16 Figure 2-5 Ventilation system of Wu era 16 图 2-6 庚组采区通风系统 16 Figure 2-6 Ventilation system of Geng era 16 图 2-7 矿井通风系统网络图 25 Figure 2-7 Network diagram of mine ventilation system 25 图 2-8 主要通风机性能测定方案示意图 26 Figure 2-8 Schematic diagram of the main fan perance measurement 26 图 2-9 轴流式（对旋）系列主要通风机静压管布置示意图 26 Figure 2-9 Axial flow type series of main fan static pressure pipe layout sketch map 26 图 2-10 一水平风井主要通风机性能曲线 30 Figure 2-10 The 1level shaft ventilation machine perance curve 30 图 2-11 二水平风井主要通风机性能曲线 31 Figure 2-11 The 2 Level shaft ventilation machine perance curve 31 图 2-12 三水平风井主要通风机性能曲线 32 Figure 2-12 The 3 level shaft ventilation machine perance curve 32 图 3-1 一水平风井戊 9、10-19130 工作面线路通风阻力分布图 49 Figure 3-1 Resistance distribution wu 9 10-19130 working face of 1 level well 43 图 3-2 二水平风井己16、17-23120 工作面线路通风阻力分布图 43 Figure 3-2 Resistance distribution tableji16、17-23120 working face of2 level well ventilation 44 图 3-3 二水平风井庚一采区线路通风阻力分布图 45 万方数据 VIII Figure 3-3 Resistance distribution 2 level well Geng 1ventilation 45 图 3-4 图 3-4 三水平风井己15-23130 工作面线路通风阻力分布图 46 Figure 3-4 Resistance distribution table of 3 level well Ji15-23130 ventilation 46 图 3-5 三水平风井丁56-19170 工作面线路通风阻力分布图 47 Figure 3-5 Resistance distribution of 3 level well Ding56-19170work face ventilation 47 图 4-1 Ventsim 运行界面 52 Figure 4-1 Operating interface Ventsim 52 图 4-2 巷道的描绘与编辑 52 Figure 4-2 Description and editing of airway 52 图 4-3 巷道风速显示 53 Figure 4-3 Tunnel wind speed display 53 图 4-4 巷道风量显示 53 Figure 4-4 Air way volume display 53 图 4-5 巷道安装风门 54 Figure 4-5 Tunnel door installation 54 图 4-6 移动巷道端点 54 Figure 4-6 Move roadway endpoint 54 图 4-7 添加风机 55 Figure 4-7 Adding fan 55 图 4-8 模拟结果显示 55 Figure 4-8 Simulation results 55 图 4-9 老矿全矿井通风模型 56 Figure 4-9 Mine ventilation model of PCD NO.4 56 图 5-1 庚一运输石门改造 59 Figure 5-1 Transport reconstruction of Geng 1 59 图 5-2 庚煤布置工作面以及模拟情况 59 Figure 5-2 Geng coal working face layout and simulation 59 图 5-3 庚煤布置工作面以及模拟情况 60 Figure 5-3