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1、摘要*煤矿矿井瓦斯涌出量较低，无高瓦斯区，为低瓦斯矿井。但因为开采历史长，煤层、煤质较差，井下通风系统复杂、通风路线长等原因，日益表现出通风困难、管理困难的现象。本课题运用系统工程的观点，采用理论研究、实验分析、现场实测相结合的方式，针对*煤矿通风系统的特点及存在的问题，从安全可靠性、整体性、经济性出发，由通风系统优选的相关理论入手，结合*煤矿生产开拓布局和接续计划，综合考虑各种因素，对*煤矿通风系统优选过程进行了技术分析和研究。根据矿井通风系统阻力测定和风机性能测试的分析结果，结合现场调研，明确通风系统存在的主要问题，结合矿井的生产实际，提出多组通风系统优选改造方案。对每一组优选方案综合考虑
2、安全性、可靠性、经济性、适用性、可操作性等方面，对通风系统方案进行优选，确定最优方案。在本次矿井通风系统优选工作中，首先建立高效可行的采煤工作面分风调控方式与通风方式，控制有害漏风、利用有益漏风。通过方案优选，进一步减少矿井总风阻，降低通风电耗。最后经过全局优选，科学选择实施方案。创建以采煤工作面为服务核心，建立矿井通风系统优选的新方法。关键词：通风系统；通风安全；系统优选；风阻 ABSTRACTBaoan coal mine is a low gas mine without gas zone and the gas emission is low. But the long mining
3、history, poor coal quality, complicated mine ventilation system and long route of the ventilation lead to ventilate being difficult also with the managing.This paper use the viewpoint of system engineering and theoretical research, experimental analysis combined with field test. According to the cha
4、racteristics of Baoan coal mine ventilation system and the existing problems from the view of safety, reliability, integrity and economy, rearch start from the relevant theory of optimization of ventilation system. Considering the production development and succession planning of Baoan coal mine wit
5、h various factors, analyzed and researched the optimization process technology of ventilation system. According to the mine ventilation resistance determination and analysis of the results of fan performance test, combined with field investigation, the main problems existed in ventilation system is
6、clear, combined with the actual situation of the mine, multiple sets of ventilation system optimization retrofit scheme was put forward. Considering the various factors of safety, reliability, economy, applicability, interoperability and so on, ventilation system scheme was carried out optimization
7、and determined the optimal solution. In the optimization of the system, established efficient and feasible way of coal mining working face points wind control and ventilation at first, control the harmful air leakage, use the beneficial air leakage. Through the scheme optimization, reduced the total
8、 mine wind resistance and ventilation power consumption. Finally, through the global optimization, scientific selected the implementation plan. Key words: Ventilation system; ventilation and safety; system optimization; resistance目 录1 绪论11.2 国内外研究现状31.3 论文研究目的与意义71.4 研究的主要内容研究方法与技术路线81.5 本章小结122 矿井通
9、风系统状况分析与调节技术142.1 *煤矿矿井通风系统特点142.2 矿井通风系统影响因素分析与评价172.3 矿井通风系统优化调节理论与方案优选技术192.4 本章小结253 矿井通风系统评价技术与评价方法263.1 矿井通风系统分析评价方法263.2 矿井通风系统的模糊综合评价技术与方法353.3 本章小结464 矿井通风系统决策优选指标体系及权重的确定474.1 影响矿井通风系统优选决策的模式474.2 矿井通风系统决策优选指标的确定与分析494.3 非结构决策分析单元系统因素权重的求解原理554.4 本章小结585 矿井通风系统模糊优选理论模型595.1 概述595.2 模糊优选的理论
10、模型595.3 本章小结646 *煤矿矿井通风系统优选改造方案的制定656.1 *煤矿矿井概况656.2 *煤矿3700、31000采区通风系统现状分析676.3 *煤矿3700、31000采区联合通风方案优选研究686.4 本章小结837 结论及展望847.1 结论847.2 展望84参考文献86致 谢88附 录891 绪论矿井通风系统是向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称，在矿井生产中起着重要作用。在生产时期，矿井通风系统的主要任务是利用通风动力，以最经济的方式向井下各用风地点供给新鲜空气，保证井下作业人员的呼吸；稀释并排除瓦斯、粉尘等有毒有害
11、物质，降低井下作业地点温度，为井下作业人员创造良好的工作环境；在发生事故时，及时有效地控制风流方向及大小，同时与其它措施结合，降低事故危害。长期以来，由于我国多数煤矿在通风技术管理方面投入不足、安全设施老化，许多矿井的通风系统衍生了很多问题。目前，我国矿井通风系统普遍存在以下问题：（1） 通风系统不够合理。如采掘工作面、用风区域存在风流不稳定的角联分支、矿井通风动力运行不稳定等现象普遍存在；（2） 矿井通风阻力大、阻力分布不够合理；随意性调节比较严重；（3） 主要用风地点风流稳定性低，风量不足或过剩；（4） 矿井通风系统抗灾减灾能力较差，达不到矿井灾害防治技术要求；（5） 主要通风机和局部通风
12、机运行可靠性差、效率低下，风机性能与矿井通风网络的匹配程度较差；（6） 通风设施质量问题严重，布局不合理。煤炭一直是我国的主要能源，在我国的一次性能源结构中煤炭占70左右（近年来有所降低，但仍在60%以上），并且今后相当长的时间内在我国一次性能源结构中仍将占据重要地位。自1989年以来，我国煤炭的产量和消费量在世界上一直居于首位，2012年煤炭产量高达36.5亿吨。随着国民经济的快速增长，煤炭需求量将会进一步增大。根据预测，2015年中国煤炭产量将达到38亿吨。随着国民经济的高速发展，煤炭需求将不断增加，煤炭作为我国主体能源的地位在今后50年内不会有大的改变1。图1.1 煤炭在一次性能源结构中
13、的比例图1.2 煤炭产量及预测随着矿井开采强度和开采深度的不断加大，矿井的开采与安全条件必将趋于复杂，井下生产布局调整将会更加频繁，矿井通风系统安全运营在矿井安全生产中的作用也更加重要。矿井通风系统合理与否，与矿井的安全生产、矿井防灾抗灾能力及经济效益的提高和矿井的高产高效都有着很大的关系。影响矿井通风系统的因素很多，且各因素之间还存在着比较复杂的关系。所谓矿井通风系统优选，就是利用科学的方法综合考虑矿井通风系统中各种因素的影响，拟定优选方案；从众多方案中优选确定出技术可行、安全可靠、经济合理的矿井通风系统。矿井通风系统优选的目的是确定能够满足矿井通风要求的在经济上合理、在技术上先进、在安全上
14、可靠的矿井通风系统优选方案，保证矿井通风系统的合理、稳定，并能满足矿井生产能力的需求。因此，及时地发现矿井通风系统中存在的问题和缺陷，并适时地进行通风系统优选尤为重要。1.2 国内外研究现状矿井通风系统优选是一个由定性和定量相互结合、相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统的决策问题。可主要分为两个层次的内容。是对矿井通风系统方案的最优选，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：包括通风井巷断面最优选、矿井通风压力最优选、主要通风机选型最优选；二是矿井通风系统调节最优选：包括矿井通风网络和主要通风机的调节最优选，使矿井通风系统达到和保持最佳的运行状态。矿井主要通风机及其附属装置的
15、运转效率低，矿井通风费用高。一方面主要通风机长期处于高负压状态运行，耗电大，经济不合理。另一方面，主要通风机风硐、反风装置等由于长期使用，破损和锈蚀情况都比较严重，而主要通风机装置的负压大，造成大量的外部漏风，浪费巨大。表1.1显示了山东省部分矿井主要通风机的运转状况。表1.1 山东部分矿井主要通风机数据表2集团公司矿井名称风井名称风量/m/min负压/Pa风机输入功率/kW风机输出功率/kW风机效率/淄博西河矿山后风井10075308771251872.8石谷矿斜井49112683312.4219.670.3枣庄柴里矿西风井11135275084051060.7袁堂风井62981950336
16、.120460.9陶庄矿东风井4051196227013249.1庄头风井4155228622015871.9续表1.1 山东部分矿井主要通风机数据表新汶协庄矿中部风井8614152131321869.6良庄矿北风井7342360073040060.3肥城大封矿边界风井3447250624014460杨庄矿边界风井3844172715111073图1.3 山东部分矿井主要通风机数据图由图1.3可见，主要通风机的效率普遍较低，再加上许多矿井存在的大马拉小车、电机效率低、外部漏风率高的情况，使得矿井主要通风机装置的总效率通常只有50%左右。矿井主要通风机的电耗在矿井通风成本中占据较大的比例，这主要
17、是因为主要通风必须每天24小时不间断运转的缘故。据统计，轴流通风机叶片角度每降低一个梯度（通常是5度），通风机的功耗相应降低3050kW，则每年可以节约的电费为：（3050）243650.4元/度=1017万元，经济效益十分可观。矿井通风系统优选最重要的是确定矿井通风系统方案的评判指标和优选方法。因为评判指标和优选方法直接影响矿井通风系统方案的优选结果，通过对多个矿井的通风系统方案优选的实践，确定客观反映矿井通风系统特性的评判指标和优选方法。贵州工业大学的郁钟铭教授3等把评价矿井通风系统的指标分为通风有效性、经济合理性、通风稳定性、安全可靠性四大类，提出了矿井风压、矿井风量、矿井等积孔、矿井风
18、量供需比、通风方式、主要通风机功率、主要通风机效率、吨煤主要通风机电费、通风基本工程费、风机运转稳定性、用风地点风流的稳定性、风质、矿井的抗灾能力共13项指标3。武汉工业大学的祝启坤教授从安全性、有效性、经济性三个方面出发，提出了通风设备、通风井巷、主要通风机运转效率、有效风量率、风质合格率、气候条件，抗灾能力、通风总费用共8项指标。山东科技大学的谭允祯教授4等从技术可行、经济合理、安全可靠三个方面入手，提出了矿井风压、矿井风量、矿井等积孔、矿井风量供需比、通风方式、主要通风机功率、主要通风机效率、吨煤主要通风机电费、通风井巷工程费、主要通风机运转稳定性、用风地点风流稳定性、矿井抗灾能力共21
19、项指标。辛嵩教授等在上述12项指标的基础上精炼出9项指标，分别为：矿井风压、风量供需比、矿井等积孔、通风机效率、通风电耗、通风井巷工程费用、主要通风机运转稳定性、用风地点的风流稳定性、矿井抗灾能力4。中国矿业大学王省身教授5等从矿井通风系统可靠性、矿井通风防灾抗灾系统可靠性、矿井安全监测系统可靠性三大方面提出了36项评价指标。中国矿业大学王德明教授从安全角度出发对矿井通风系统进行全面分析，并参考煤矿安全规程与生产矿井质量标准化标准中有关规定、指标和现场科技人员的经验，再按照有关原则来确定，把评价矿井通风系统安全性的指标归为9类：主要通风机运转稳定性、各用风地点是否实行分区通风且风量足够、矿井通
20、风量供需比、通风设备的自动监控系统、调节设施的合理性、是否有利于排除瓦斯和矿尘、防治煤炭自燃及降温、矿井通风压力、反风系统的灵活程度和隔爆装置完善程度5。还有学者把影响矿井通风系统优选的主要因素指标，确定为3大类，10小项。分别为技术先进（矿井分压、风量供需比、结构合理性），经济合理（设备购置费、巷道维护费、吨煤通风电费），安全可靠（用风地点角联数、风速超限状况、风机运转稳定性、矿山抗灾能力）。矿井通风网络的优选，也是长期以来通风领域研究的热点和难点之一。控制型分风网络由于具有线性特点，其优选研究工作进展较快、较成熟和完善，已提出用工程网络、割集运算、最小费用流、线性规划、整数规划等寻求通风网
21、络最优调节方案的方法。尽管这种网络在实际中很少见，但它是一般通风网络优选的基础。Y. J. Wang提出用工程网络的关键路径法求出一组最优解，然后通过割集运算求不同最优调节方案的方法。该法是将网络中节点和分支的通风参数和工程网络中的事件、活动和时间作类比，得出它们之间的对应关系。Thys. B. Johnson提出用网络最小费用流求最优解的方法，并采用网络规划的算法（Out-of-Kilter）求解，Thys. B. Johnson认为这一技术能更有效地处理含有多台风机和调节风窗的控制型分风网络，计算速度快，容易掌握。S. Bhamidi. Pati提出包括使动力消耗风机购置安装及维护等通风费
22、用最小的控制型分风网络线性规划和工程网络联合优选模型，求解方法是：首先在地表风机运行时用线性规划程序求得网络各分支的阻力，找出最大阻力路径：其次将风机逐台加人最大阻力路径各分支中，进行灵敏度分析，并分别计算其动力消耗费用和年度总费用，取其年度总费用最小方案；然后找出新的最大阻力路径，重复上述计算步骤，直到在新的最大阻力分支上加设风机，使年度总费用上升时停止；根据年度总费用最小的方案，应设几台风机，设在哪一分支中的答案即可求出。近年来，通风网路优选研究即风量调节方法的研究取得了一些可喜的成果，尤其是在美国和我国煤炭系统。控制分风网路由于具有线性特性，其优选研究工作进展较快，已提出用工程网路和割集
23、运算、最小费用流、线性规划、整数规划等寻求通风网路最优调节方案的方法，尽管这种网路在实际中很少见，但它是一般通风网路优选研究的基础，因此，研究将会继续深化。自然分风网路的优选是一个复杂的非线性规划问题，目前尚只限于研究使矿井通风动力消耗最小的调节优选。寻求解答通风网路非线性规划的各种途径，将是通风工作者要探索的课题。1.3 论文研究目的与意义在*煤矿改扩建工程实施后，-300 m水平大巷与老井系统贯通，形成了多水平、多采区的复杂通风系统，东风井新主扇的投入使用以及矿井通风系统结构的变化，使得东风井新主扇工况与风网的匹配和相互干扰情况变得复杂，混合井投入使用后，矿井自然风压的变化规律也随之发生变
24、化，随着季节的变化对矿井通风系统的影响也将日趋显现。3700采区属*煤矿改扩建工程的首采区，3702工作面是3700采区的首采面，3702面投产后，必然要增加风井服务区域的供风量，届时东风井的主扇工况点和叶片调整角度可能也要随之调整。矿井开采区域的变化必然带来生产条件和通风需求的变化，矿井未来更大的需风量、更长的通风流程以及更高的负压，使得*煤矿矿井通风的难度越来越大，而且随着采掘活动区域扩大，通风构筑物增多，使通风网络变得更加复杂，通风网络安全性和稳定性也随之降低。对*煤矿通风系统进行适时优选调整，从而形成合理的通风网络结构，使之适应由矿井生产开拓布局变化和接续计划而引起的井下用风地点的风量
25、需求的变化，并对现有东风井主通风机进行优选，以满足矿井各用风地点的风量和风速要求，对保障矿井的安全生产和高产高效必将具有重要意义。对*煤矿通风系统的优选调整，能够使*煤矿达到煤矿开采时期的风量合理分配，降低通风阻力，简化通风网络，有效控制和排出配采时期产生的有毒有害气体，使矿井通风系统更加合理安全，主要通风机运行更加经济可靠，有效地解决目前矿井通风系统中存在的实际问题，保障新老生产水平过渡期间矿井的安全生产和高产高效，提高矿井的防灾抗灾能力，从而确保*煤矿可持续发展，产生的经济、社会效益是巨大的，对产业化方向分析也具有十分重要的意义。1.4 研究的主要内容研究方法与技术路线本文主要借助于毕业实
26、习，通过广泛收集和整理资料、听从专业人员的讲解、联系实习实践并广泛参考相关文献，在指导老师的悉心指导下，综合运用自己所学的专业知识，采用理论与实践相结合的研究思路，对本文进行研究。依据相关资料和实习经历，研究本文。1.4.1 研究的主要内容1）矿井通风阻力测定矿井通风阻力测定是通风技术管理工作的重要内容之一。对*煤矿通风系统阻力进行全面测定，实测风井井底到通风机段的阻力，对阻力测定结果进行综合分析，并检验通风阻力测定基础数据的有效性，进而为矿井通风网络解算及通风系统优选提供必要的基础数据和技术参数。本此测定采用了气压计逐点测定法。2）*煤矿通风系统现状分析根据矿井通风阻力测定分析结果和东风井风
27、机运行状况，结合现场调研和矿井的生产接续计划，对*煤矿通风系统现状进行综合分析，进一步明确矿井通风系统中存在的实际问题，为下一步有针对性的进行通风系统优选提供可靠依据。3）新主扇工况与风网匹配和相互干扰情况分析首先结合矿井通风阻力测定的基础数据，对东、南风井更换主扇后矿井的通风系统进行网络解算，结合网络解算结果、新主扇实际运行工况参数和矿井通风系统的风网结构，对东、南风井新主扇与现阶段风网匹配情况以及两主扇的相互干扰情况进行分析，为今后调节主扇工况参数提供依据。4）矿井自然风压变化规律及影响分析随着混合井投入的使用，矿井自然风压的变化规律也随之也将发生变化，而自然风压受季节、气候等多重因素的影
28、响，变化规律复杂且不易控制，同时自然风压还是影响矿井通风系统可靠性和稳定性的主要因素，对现阶段矿井自然风压变化规律及影响进行分析6，趋利避害，对于保障矿井的安全、可靠和提高矿井的经济效益具有一定意义。5）矿井通风系统优选方案拟定与优选（1） 矿井通风系统优选方案的拟定现阶段*煤矿矿井通风系统的最大特点是：矿井需风量大，最大总需风量超过2900 m3/min左右；风量分配不均衡，主要工作面用风地点集中于矿井东翼；通风网络结构复杂，通风设施较多。同时生产的不均衡性造成了矿井各用风地点风量分配的不平衡性，随着生产布局的变化，致使通风系统必然要随之调整以适应井下生产的用风需求。（2） 井下用风地点需风
29、量计算依据煤矿安全规程第103条和AQ1056-2008煤矿通风能力核定标准，参照国家安全生产监督管理总局下发的煤矿通风能力核定办法，结合该矿矿井实际情况，制定“*煤矿矿井通风系统风量计算方法”。按照“*煤矿矿井通风系统风量计算方法”，对井下采煤工作面、掘进工作面、独立通风硐室、其它供风地点的需要风量进行计算。分别计算出各个用风地点的实际最大需风量，从而求出该地区的风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，作为该地区的供风量。即由采、掘工作面、硐室和其他用风地点计算到各个采区和全矿井需风量。（3） 矿井通风系统网络图的绘制和网络解算 对矿井通风系统井下各主要用风地点的风量进行计算、汇总，并初步估算
30、风井所需承担的回风量。 针对不同方案的矿井通风系统图，绘制相应的通风网络图。 根据矿井通风阻力测定结果，基于矿井通风网络图，确定出各条风路的基础技术参数。 根据矿井主要通风机性能测试结果和风机的实际运行状况，基于矿井通风网络图，确定出有关风机工作静压风量工况点，并查取相关数值。 进行矿井通风系统网络解算。将通风网络原始数据（各条风路的基础技术参数、主要通风机工况点参数）输入网络解算软件进行解算。得出矿井通风系统各巷道分支的风量和阻力、主要通风机的实际运行工况点等参数。（4） 矿井通风系统优选方案的优选按照前面所述的通风系统网络解算步骤分别对每一组优选方案进行网络解算，最后从安全性、可靠性、经济
31、性、适用性、可操作性等方面优选出最优方案。1.4.2 研究方法和技术路线本文运用系统工程的观点，采用理论研究、实验分析、现场实测相结合的方式，针对*煤矿通风系统的特点及存在的问题，从安全可靠性、整体性、经济性出发，由通风系统优选的相关理论入手，结合*煤矿生产开拓布局和接续计划，综合考虑各种因素，对*煤矿通风系统的优选进行研究。根据矿井通风系统阻力测定和风机性能测试的分析结果，结合现场调研，明确通风系统存在的主要问题，结合矿井的生产实际，提出多组通风系统优选改造方案。对每一组优选方案进行网络解算，结合网络解算结果，综合考虑安全性、可靠性、经济性、适用性、可操作性等方面，对通风系统优选方案进行优选
32、，确定最优方案，并进行现场实施。在本次系统优选中，采用以工作面为核心的工作方法。首先建立高效可行的采煤工作面分风调控方式与通风方式，增强采煤工作面分风的可控性与有效性，提高有效风量率和风速合格率，降低风量备用系数，适当减少矿井供风量，从而在改善采煤工作面作业环境的同时，大幅度的降低电耗。然后围绕采区设计相宜的进、回风系统，尽量采用多路进风、多路回风，各路按照最优分风原则合理分风，控制有害漏风、利用有益漏风。通过方案优选，进一步减少矿井总风阻，降低通风电耗。最后经过全局优选，科学选择实施方案。整个实施过程始终围绕采煤工作面进行，步骤从采煤工作面到进回风系统，创建以采煤工作面为服务核心，建立矿井通
33、风系统优选的新方法。本文研究的技术路线图如图1.4所示。图1.4 技术路线框图1.5 本章小结本章主要阐述了论文的研究背景、国内外研究现状；分析探讨了*煤矿通风系统目前所存在的一些主要技术问题，在此基础上，拟定了本文的主要研究内容、研究方法与技术路线。在研究方法上，本文作者拟采用以理论分析、现场观测与模拟评价相结合的方法进行研究与探讨，以期取得符合*煤矿生产与安全实际的研究成果，为矿井的安全生产提供技术参考。2 矿井通风系统状况分析与调节技术矿井采用中央边界式通风方式，主通风机工作方法为抽出式。主、副斜井进风，回风井回风。井下目前只有1个生产水平（300水平），4个采区（3110、3700、3
34、1200、31000），其中3110和31200为准备采区，各水平、采区均实现分区通风。矿井通风系统：新鲜风流从主、副井主、副井井底车场-300水平进风大巷各采区进风巷各采掘作业地点（乏风）各采掘作业地点回风巷各采区回风巷矿主要回风巷东风井地面。东风井装有2台型号为4-72-1No.20B离心式通风机，配用电机型号YS355L-8，额定功率：220kW，转速：710r/min。一台工作，一台备用。矿井利用反风道进行反风。矿井总进风量3045m3/min，总回风量3090m3/min，计算需要风量2911m3/min，实际有效风量2732m3/min；矿井负压1739Pa；回风井筒断面7.06m
35、2，实际风速7.29m/s，井总风回巷断面西翼5.1 m3、东翼5.6m3，实际风速西翼4.3 m/s、东翼 5.3m/s。等积孔 1.51m2，外部漏风率3.7%。2.1 *煤矿矿井通风系统特点生产矿井通风系统的特点与生产矿井井下生产及工作面布置的特点密切相关，通常情况下显现出比较复杂和通风管理困难的特点。一些经过一定服役期和需要改扩建的生产矿井都因为开采历史长，煤层、煤质较差，井下通风系统复杂、通风路线长等原因，日益表现出通风困难、管理困难的现象。*煤矿的通风系统具有下述基本特点： 1）通风路线长，回风断面小，阻力大矿井由于开采时间长，生产通常都处于矿区的边远地带，通风距离大大延长。同时由
36、于回风巷道的服务年限长，支护年久失修或受采动的影响，矿井的通风阻力通常较大。不同生产能力的矿井，其最大通风阻力和总风量也不相同，衡量一个矿井的通风阻力通常应该与其历史数据及井型、瓦斯状况相结合来进行。2）井下生产分散，通风调控管理困难由于*煤矿矿井的机械化程度通常不高，井下生产条件差，采煤工作面的长度短、产量低，因此，为了保证矿井的煤炭产量和效益，通常井下布置较多的采煤工作面和掘进工作面。这些工作面和掘进头由于布置在矿区的边缘地带，一方面供风比较困难，另一方面，风流调控也具有分散、要求变化大（如某一残采工作面从某一翼搬迁到矿井的另一翼）、设施多、内部漏风严重的情况。这种情况给通风管理带来诸多困
37、难。当前，矿井在进行通风调节时仍然使用经验性的调节，即：当某工作面搬迁时，通常只需将老工作面封闭，而相邻的新工作面风量就基本增加到要求的风量。这种方法在矿井正常生产时期是有效、可靠的，能够满足矿井日常风量调节工作的需要（风量控制虽然不十分精确，但在工程要求范围内）。但是，这种方法得以应用的一个前提条件是：要求调节发生在同一采区内部或同一翼的相邻采区、同一区域的延伸水平上。当调节要求跨越多个采区或一翼时，依靠经验进行调节就显得力不从心，往往封闭一个工作节余的风量不能调节到新开的工作面上。对于经过一定服役期的*煤矿矿井，由于井下工作面的布置分散，接替工作面的布置不能顺序、有规划地进行，从而使得依靠
38、经验进行的通风调节难以奏效。也就是说，由于矿井其本身的通风安全问题更为严重，要求更高水平的通风安全技术和管理，才能保障生产的安全和顺利。3）矿井生产区域集中，风量分配不合理时有出现由于矿井的生产的计划性开采难以保证，因此，生产区域有时会集中在矿井的某一采区或某一翼、某一水平，从而造成井下的供风紧张。这种情况下，在一定时期内，如何调控通风以保障生产的需要，是矿井通风管理经常遇到的问题。对于矿井供风需求集中于矿井一翼的情况增加了通风调控的难度，因为在矿井设计时期，通风是按照均衡供风进行的。如果两翼共用一台主要通风机，限制某一翼的风量，只保持几个掘进工作面和硐室的供风，需要增大该翼风阻，从而造成矿井
39、总风阻增加，总阻力增高，总风量减少。这是必须考虑风机能力和用风一翼过风断面的问题。如果是两翼对角式通风，每一翼有单独的主要通风机供风或安设有更多的主要通风机，则风机性能的匹配就必须考虑。由于一翼需风量的大幅度减少，可能需要调整承担其通风任务的主要风机的叶片角度，以获得更好的经济效益。总之，这种短时期内不均衡的生产模式，给通风调节和管理都带来相应的难度。4）井下的通风设施多，通风系统结构复杂一般情况下煤矿通风调节在主要通风机能力许可的情况下，通常采用增阻调节，而且，在不是十分必要的情况下，很少进行通风设施的优选。利用已有的井巷实现通风目的是生产矿井通风经常采用的方法，然而，在节省开支的同时，也使
40、得矿井的通风系统趋于复杂，角联分支和不稳定分支大量存在，给通风管理和矿井灾害防止增添了困难。由于矿井供风地点多，往往还存在一些残采工作面、回收煤柱工作面等。这些工作面通常需要的风量不多，但单独供给风量施行独立通风又比较困难，因此，就出现串联通风或被迫使用可控循环通风、辅助通风机通风等，给井下的通风管理增加难度。利用废弃的回风巷道、上山等回风以解决回风系统断面小的问题，也是矿井解决通风困难的一个方法。但是，这样做通常伴随产生角联分支增多，漏风严重的其它安全问题，使得通风网络的复杂性大大增加。5）矿井漏风严重，井下有效风量率低矿井的井下通风设施管理是通风管理的一个重要方面。由于采动的影响，矿井巷道
41、状况通常不好，特别是回风侧。大部分的通风设施安设在回风侧，封闭的采空区、风门、风墙的裂隙都使得井下存在大量的漏风。这些漏风一方面造成用风地点的供风紧张，另一方面又成为诱发井下灾害的隐患。因此，堵漏和均压也是解决矿井通风困难的一个重要方面。6）井下安全生产条件更趋复杂，矿井的抗灾能力降低经过多年开采，矿井赋存条件较好的煤炭大部分已经采完，开采煤层转向薄煤层和边角区域，残采和回收所占的比重越来越大。这一时期，一方面工作面的矿山压力显现增大，造成进回风断面和过风量难以保证；另一方面，严重的漏风和大面积的采空区也使得涌出的瓦斯量增大，自燃的危险性增加。矿井原有的封闭火区、积水区域等也给生产安全带来威胁
42、。由于井下工作地点的分散和通风系统的复杂化，使矿井的抗灾能力减弱。井下一旦发生灾害，角联分支和不稳定分支使灾害很容易扩大，而复杂的通风系统又使得通风控制难以实施。综上所述，*煤矿矿井较新型的现代化矿井和充满活力的发展期矿井，其通风安全方面有着显著的差异。这一方面是由于矿井的开发年代早，当时的科技水平和装备水平低，人员、机构庞大，当前又处于市场经济时代，经济效益差，安全投入相对较少造成的；另一方面，经过多年的运营，生产设备和井下的设施都已经老化，而安全生产条件却进一步恶化。从而造成这些生产矿井通风安全的被动局面。通风是矿井安全的根本保证，通风系统的优选完善对矿井的安全生产有着十分重要的意义，由此
43、可能产生的经济效益更是为安全生产带来新的活力。2.2 矿井通风系统影响因素分析与评价2.2.1 矿井通风网络结构的合理性分析与评价1）采掘工作面串联通风发生率矿井通风网络的基本形式分为串联网络和并联网络7，并联网络有很大的优越性。采用并联风路对于减小矿井通风阻力，提高主扇工作风量有重要的作用。根据有关规定，在低瓦斯矿井中，串联通风的工作面的总个数不应高于所有工作面总个数的20%。2）矿井风网独立回路数和角联分支数矿井风网独立回路数与角联分支数反映了矿井通风系统风流的稳定性和网络的复杂程度。角联分支越多，网络结构越复杂，矿井风流的稳定性越差。由于角联分支的风量和风流方向的不稳定，所进行的通风系统
44、的调整工作就越频繁。由于调整通风系统时会对矿井有关地点的风流的稳定性造成影响8，可能出现用风地点的风量不足现象，使矿井通风系统的安全可靠性降低。2.2.2 供风地点的风量供需比供风地点的风量供需比指矿井各用风地点的实际风量与按规定计算所得风量之比，它反映了矿井通风系统供风的有效性。在各采区内部，各用风地点实际供风量不宜过大，否则在矿井风阻不变的情况下，会造成通风阻力偏大，从而提高了主扇的风压，耗电量增大；同时会使矿井各地点，尤其是主要进、回风联络巷的风门压差变大，漏风增大；相反，若风量供需比过小，则可能使某些用风地点的风量不足，不能及时排出工作地点的有害气体和粉尘，甚至可能酿成事故。因此，煤矿
45、安全规程及有关通防管理要求，矿井总进风量比不能超过110%。2.2.3 矿井通风网络阻力的分布情况矿井通风系统阻力分布指的是矿井通风阻力在关键通风线路上所占的比例。它关系到矿井的通风能力、通风稳定性和风流控制的难易程度。目前，矿井的通风设计中通常的做法是依据形象设计规定的最大允许风速来设计巷道断面，而对巷道断面的缩小、变形问题考虑不够充分。事实上，由于巷道的老化、年久失修，尤其是受地压作用，个别地段巷道断面发生缩小、变形，而这些巷道大都集中在采区和矿井的主要回风流中，缺少必要的巷道维护条件，难以进行维护，导致矿井通风阻力增大，回风量不足，通风能耗增大，降低了矿井的通风能力。2.2.4 通风设施
46、的分布与质量的合格性这里的通风设施主要是指风门和调节风门。通风设施总道数的多少反映了矿井通风系统管理的复杂程度和网络风流保持稳定的难易程度。通风设施的数量越少，风流的稳定性越高，通风系统的管理越容易。另一方面，若矿井内部的风门的完好程度较差，存在较大漏风，则会增大矿井内部漏风，使进入矿井各用风地点的风量减小，降低矿井的有效风量率。2.2.5 主要通风机的能力备用系数主要通风机的能力备用系数指在矿井既定通风条件下，主要通风机的最大可调风量与实际风量之比。备用系数越大，说明主扇运行越稳定、安全。为使主扇运行稳定、安全，应尽量减小矿井通风阻力，使主扇的工况点落在合理的工作范围内，避免主扇的负压过大。
47、否则，既不利于主扇的稳定运行，当主扇采用抽出式通风时，又会造成采空区漏风过大，增大采区内尤其是采空区内的瓦斯涌出量，甚至引起煤炭自燃。2.2.6 矿井自然风压对矿井通风系统的影响由于煤矿开采深度较深，主通风巷风井部分地段断面较小，矿井的自然风压的方向常年不变，冬、夏季节仅有数量差别。由于受自然风压的影响，矿井的总进风量一年四季是变化的。冬季总进风量较大，矿井负压增大，作用于井下各处尤其是主要进、回风联络巷风门上的压差增大，开关风门的困难程度提高，易于造成风门损坏而形成较大漏风；相反，夏季总进风量减小，可能会使采空区的某些地点出现供风不足的情况。2.3 矿井通风系统优化调节理论与方案优选技术2.3.1 矿井通风系统优选的基本情况简介1）矿井通风系统优选的现状与发展矿井通风系统优选是个比较受关注的研究领域，国内外不少专家和学者对矿井通风系统优选进行了广泛的研究，并取得了很多成果，在矿井通风网络解算和矿井通风系统图建立等几个方面都有应用软件投入使用，为矿井通风系统优选带来极大方便，80年代初，就开发出一套较完整的矿井通风管理软件，以加拿大、美国、英国、澳大
