（采矿工程专业论文）矿井通风网络可视化软件的研制与实现——通风网络可视化研究.pdf

东北大学 硕士学位论文摘要 矿井通风网络可视化软件的研制与实现 通风网络可视化研究 摘要 矿井通风系统是一个复杂的立体结构，巷道数目 繁多，纵横交错，上下重叠， 相互的关系复杂。 为了有效地对矿井通风系统进行管理， 本文利用面向对象的程序 设计方法，借助 o b j e c t a r x开发软件包， 针对矿井通风系统的 特点， 设计出 符合 工程技术人员的习惯和容易操作的矿井通风系统可视化软件。 矿井通风系统管理是矿井安全生产工作中的重要组成部分。 多年来， 经过众多 学者的探讨和研究， 开发出了诸多的计算机模拟管理系统， 从各个不同的角度对矿 井通风网络进行计算机模拟， 取得了可喜的成果。 从最初单纯的数值计算到如今的 图形化处理， 都有很大的进步。 从单一的网络处理到综合模拟平台， 都大大提高了 通风管理的计算机应用水平. 但从实际应用上看，能够普遍适应于不同矿井、 适合 不同层次人员使用的管理系统很少，其中或多或少地存在着问题。 为提高通风管理的自 动化水平，本文所述的矿井通风可视化系统不但可以直 观、明了的观察矿井通风网络图， 也可以清楚地对矿井通风网络进行分析。 绘制矿 井通风系统图和网络图， 其主要目的是实现矿井通风系统方案设计、网络解算、绘 图一体化和计算机自 动控制。 它改变了 传统的设计方法， 简化了设计过程， 节约了 手工劳动及工作时间， 为实现矿井计算机通风安全一体化管理创造条件。 利用通风 网络理论及计算机技术， 研制开发了集绘图、数据管理、 风网解算于一体的可视化 矿井通风系统，为矿并通风图形一数据可视化管理提供了一种新的研究方法。 关键字 矿井通风系统 通风网 络 可视化 o b j e c t a r x 东北大学 硕士学位论文 ab s t r a c t t h e mi n e v e n t i l a t i o n n e t w o r k v i s u a l s o f t w a r e s d e v e l o p m e n t a n d r e a l i z a t i o n v e n t i l a t i o n n e t wo r k v i s u a l s t u d y ab s t r a c t mi n e v e n t i l a t i o n s y s t e m i s a c o m p l i c a t e d t h r e e - d i m e n s i o n a l s tr u c t u r e w h i c h k i n d s o f t u n n e l s , a r r a n g e d i n a c r i s s c r o s s p a t t e rn , o v e r l a p p e d r e l a t i o n , s o t h a t e f f i c i e n t l y m a n a g e s i t . t h e p a p e r u s e s o b j e c t - o r i e n t e d p r o g r a m m i n g m e a n s , b y o b j e c t a r x p a c k a g e o f s o ft w a r e , a n d i t s f e a t u r e f o r d e s i g n i n g m i n e v e n t i l a t i o n s y s t e m o f v i s u a l s o f t w a r e w h ic h a c c o r d i n g w it h h a b i t o f p r o j e c t t e c h n i c a l p e r s o n n e l a n d s i m p l e o p e r a t i o n mi n e v e n t i l a t i o n s y s t e m m a n a g e m e n t i s i m p o rt a n t p a rt i n w h i c h s a f e t y p r o d u c t i o n o f m i n e . f o r y e a r s m a n y r e s e a r c h e r s d e v e l o p a g o o d m a n y o f c o m p u t e r s i m u l a t i v e m a n a g e m e n t s y s t e m t h a t o f p e r s p e c t iv e s , m i n e v e n t i l a t i o n n e t w o r k c a r r i e s o u t c o m p u t e r s i m u l a t i o n a n d g a i n s t h e g r a t i f y i n g fr u i t . i n t h e m e a n w h i l e , i t m a k e s g r e a t p r o g r e s s fr o m s i m p l e n u m b e r - a c c o u n t in g i n i t i a l l y t o g r a p h i c p r o c e s s n o w a d a y s ; f r o m s i n g l e n e tw o r k p ro c e s s t o c o m p l i c a t e d s i m u l a t i v e p l a t f o r m . t o s o m e e x t e n t , t h e r e a r e s o m e p r o b l e m s th a t i n f a c t , i t s c a r c e l y a d a p t s d i ff e r e n t t h e m i n e a n d a d j u s t s t o d i f f e r e n t le v e l s o f s t a f f t h a t u s e ma n a g e me n t s y s t e m. t o i m p r o v e v e n t i l a t i o n m a n a g e m e n t o f a u t o m a t i o n l e v e l , t h i s p a p e r n o t o n l y v i s i b l y a n d p l a i n l y o b s e r v e s m i n e v e n t i l a t i o n n e t w o r k g r a p h i c b u t a l s o c l e a r l y a n a l y z e s i t d r a w i n g m in e v e n t i l a t i o n s y s t e m a t ic g r a p h i c a n d n e t w o r k g r a p h i c i n o r d e r t o r e a l i z e m i n e v e n t i l a t i o n s y s t e m p l a n d e s i g n , n e t w o r k c a l c u l a t i o n g r a p h i c - u n i f y i n g a n d c o m p u t e r a u t o m a t i c c o n t r o l . i t c h a n g e d t r a d it i o n a l d e s i g n m e t h o d , s im p l i f i e d d e s i g n p r o g r a m , e c o n o mi z e d ma n u a l l a b o r a n d wo r k t i me s o t h a t c r e a t e d c o n d i t i o n f o r r e a l i z e d mi n e c o m p u t e r v e n t i l a t i o n s a f e t y - u n i f y i n g . o n t h e b a s e o f n e t w o r k m e t h o d a n d c o m p u t e r o f t e c h n o l o g y t o w h i c h r e s e a r c h a n d d e v e l o p g r a p h i c d a t a m a n a g e m e n t , p l a n n i n g c a l c u l a t i o n - u n i f y i n g v i s u a l m i n e v e n t i l a t i o n s y s t e m t h a t m i n e v e n t i l a t i o n g r a p h i c - d a ta 一1 1 - 东北大学硕士学位论文 v i s u a l m a n a g e m e n t p r o v i d e s a k i n d o f n e w r e s e a r c h m e a n s ab s t r a c t k e y wo r d s mi n e v e n t i l a t i o n s y s t e m , v e n t i l a t i o n n e t w o r k , v i s u a l , o b j e c t a r x i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 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作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签字 日期:a tq 呼、 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流， 请在下方签名; 否则视为不同意。 ) 学 位 论 文 作 者 签 杯 私森 导师签名: 孔 耻 全 签 字 日 期 : 1 4 0 ik , 1,2 、 甲签 字日 期: 奋 0 a 1卜 . 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章 绪论 1 . 1矿井通风发展概况 1 . 1 . 1国外矿山矿井通风技术发展简介 在国外，矿井通风是一项非常浩大的工程，各个矿业大国对矿井通风都十分 的重视，并且在这方面作了许多的工作。下面介绍了目 前国外金属矿山矿井通风 发展概况: ( 1 )矿井通风自 动监控技术不断发展1 1 1 . 矿井通风自 动监控技术的应用不仅具有经济效益，更重要的方面在于安全， 它可早期发现通风异常情况，发出危险信号并及时进行调整。在国外，这一技术 仍处于发展研究阶段。 在法国 广泛采用c t t63 /4 3 型监控系统， 最近又发展了一种 矿山环境集中监控 ( c g a )系统，它包括地面微处理机和各种传感装置 ( 最多可 达 1 0 2 4 个) ， 并在屏幕上显示、 记录和打印结果。 英国有一种叫mi n o s 风机监控 和控制计算机系统，可根据对监控信息的分析，判断可能导致的危险性。此外， 南非的深矿井制冷降温系统中也采用了自 动控制系统。 ( 2 ) 电 子计算机的 应用促进了通风计算技术的 新发展i l l 法国研制的微型机软件，可对 4 0 0 条分支、2 5 5 个节点的网络进行快速解算， 并可在对话式图形终端上将网路显示出来;德国研究了利用电子计算机自动绘制 矿并通风平面图的e d p程序。它可自 动绘出通风平面图，并将计算数据清楚地反 映在图上。美国利用计算机解算多中断深井通风问题的电 算程序，考虑到自 然通 风和机械通风两种情况，用来模拟矿井灾变时污浊空气的散步和矿井密闭区内瓦 斯浓度的变化。 ( 3 ) 矿山火灾时的风流控制向电子计算机控制方向发展 l 1 发生火灾时，通风系统中风流的不稳定状态对火势的发展和人员的救护有直 接影响。美国介绍的火灾非稳定瞬时通风状态的电模拟程序，考虑了矿工的移动 于污染物流动之间的关系，可实时地计算烟火和其他污染物的分布。波兰早年已 研究了保持工作面上向风流稳定性的必要性。最近，在稳态与非稳态的流动条件 下给出了保持上向风流稳定的条件式，并着重分析了横向风流流入时的影响。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章 绪论 1 . 1矿井通风发展概况 1 . 1 . 1国外矿山矿井通风技术发展简介 在国外，矿井通风是一项非常浩大的工程，各个矿业大国对矿井通风都十分 的重视，并且在这方面作了许多的工作。下面介绍了目 前国外金属矿山矿井通风 发展概况: ( 1 )矿井通风自 动监控技术不断发展1 1 1 . 矿井通风自 动监控技术的应用不仅具有经济效益，更重要的方面在于安全， 它可早期发现通风异常情况，发出危险信号并及时进行调整。在国外，这一技术 仍处于发展研究阶段。 在法国 广泛采用c t t63 /4 3 型监控系统， 最近又发展了一种 矿山环境集中监控 ( c g a )系统，它包括地面微处理机和各种传感装置 ( 最多可 达 1 0 2 4 个) ， 并在屏幕上显示、 记录和打印结果。 英国有一种叫mi n o s 风机监控 和控制计算机系统，可根据对监控信息的分析，判断可能导致的危险性。此外， 南非的深矿井制冷降温系统中也采用了自 动控制系统。 ( 2 ) 电 子计算机的 应用促进了通风计算技术的 新发展i l l 法国研制的微型机软件，可对 4 0 0 条分支、2 5 5 个节点的网络进行快速解算， 并可在对话式图形终端上将网路显示出来;德国研究了利用电子计算机自动绘制 矿并通风平面图的e d p程序。它可自 动绘出通风平面图，并将计算数据清楚地反 映在图上。美国利用计算机解算多中断深井通风问题的电 算程序，考虑到自 然通 风和机械通风两种情况，用来模拟矿井灾变时污浊空气的散步和矿井密闭区内瓦 斯浓度的变化。 ( 3 ) 矿山火灾时的风流控制向电子计算机控制方向发展 l 1 发生火灾时，通风系统中风流的不稳定状态对火势的发展和人员的救护有直 接影响。美国介绍的火灾非稳定瞬时通风状态的电模拟程序，考虑了矿工的移动 于污染物流动之间的关系，可实时地计算烟火和其他污染物的分布。波兰早年已 研究了保持工作面上向风流稳定性的必要性。最近，在稳态与非稳态的流动条件 下给出了保持上向风流稳定的条件式，并着重分析了横向风流流入时的影响。 东 北大学 硕士学 位论文第一章绪论 ( 4 ) 大断面机械化掘进作业面的通风除尘方法的改进以及柴油尾气污染控 制的研究i l l . 联邦德国在机械化掘进作业而安设吸尘系统和除尘器。 当掘进机进行截割时， 主要靠吸尘系统将含尘气流排走，并经过除尘器处理。此时，对通常采用的压入 式通风加以限制， 使其出口 射流不直接吹向作业面， 而是通过“ 柯安达” ( c o a n d a ) 式风管，从切向 送出，以 避免作业面粉尘被吹出。美国、加拿大队柴油机尾气采 用一种简便的空气质量监控方法。从而，更好地解决了柴油机尾气的污染。 其他方面还有受控再循环通风法用于生产、深井开采面临高温威胁及露天矿 通风防尘技术的发展等等。 1 . 1 . 2国内矿山通风发展概况 我国金属矿井从5 0 年代开始逐步建立机械通风系统。 6 0 年代， 建立分区通风 系统和棋盘式通风网络，7 0 年代，出现梳式通风网络、爆堆通风，推广地温预热 技术及云锡的排氛通风经验等。 进入8 0 年代， 我国金属矿井通风技术以节约能耗 为中心有了比较快的发展，取得的主要成就有:高效节能风机的研制与推广;多 风机多级机站通风新技术的应用;矿井通风网路的节能技术改造;建立矿井通风 计算机管理系统和井下风流调控技术与手段的完善等。 由于每个矿山的矿体赋存条件、历史状况、经济现状等各不相同所以多级机 站通风系统模式的建立应因地制宜不拘一格。只要在有限的条件下达到最优的效 果便可以认为该系统是成功的。在大力提倡应用自 然洁净能源的今天，应积极重 视和开发地温预热防冻、地温预冷降温、自 然通风等自 然能源的利用技术，进一 步节约电能，降低人为能源的消耗比例。鉴于对井下作业条件要求的不断提高， 将通风网络优化与井下空气的热力过程相结合，对于研究井下流场、温度场以及 湿度场的变化规律，调节作业地点微气候条件具有实际意义。应结合多级机站通 风系统，积极开展井下机站形式的研究，使之适应多级机站通风系统的发展。 总结我国 金属矿山 矿井通风发展现状，可归结为如下少 l 点z 1 , ( 1 )级机站通风系统新 模式; ( 2 ) 井通风中的自 然能源利用技术; ( 3 ) 气幕技术的应用: ( 4 ) 级机站通风系统的机站形式; 一 2- 东 北大学 硕士学 位论文第一章绪论 ( 4 ) 大断面机械化掘进作业面的通风除尘方法的改进以及柴油尾气污染控 制的研究i l l . 联邦德国在机械化掘进作业而安设吸尘系统和除尘器。 当掘进机进行截割时， 主要靠吸尘系统将含尘气流排走，并经过除尘器处理。此时，对通常采用的压入 式通风加以限制， 使其出口 射流不直接吹向作业面， 而是通过“ 柯安达” ( c o a n d a ) 式风管，从切向 送出，以 避免作业面粉尘被吹出。美国、加拿大队柴油机尾气采 用一种简便的空气质量监控方法。从而，更好地解决了柴油机尾气的污染。 其他方面还有受控再循环通风法用于生产、深井开采面临高温威胁及露天矿 通风防尘技术的发展等等。 1 . 1 . 2国内矿山通风发展概况 我国金属矿井从5 0 年代开始逐步建立机械通风系统。 6 0 年代， 建立分区通风 系统和棋盘式通风网络，7 0 年代，出现梳式通风网络、爆堆通风，推广地温预热 技术及云锡的排氛通风经验等。 进入8 0 年代， 我国金属矿井通风技术以节约能耗 为中心有了比较快的发展，取得的主要成就有:高效节能风机的研制与推广;多 风机多级机站通风新技术的应用;矿井通风网路的节能技术改造;建立矿井通风 计算机管理系统和井下风流调控技术与手段的完善等。 由于每个矿山的矿体赋存条件、历史状况、经济现状等各不相同所以多级机 站通风系统模式的建立应因地制宜不拘一格。只要在有限的条件下达到最优的效 果便可以认为该系统是成功的。在大力提倡应用自 然洁净能源的今天，应积极重 视和开发地温预热防冻、地温预冷降温、自 然通风等自 然能源的利用技术，进一 步节约电能，降低人为能源的消耗比例。鉴于对井下作业条件要求的不断提高， 将通风网络优化与井下空气的热力过程相结合，对于研究井下流场、温度场以及 湿度场的变化规律，调节作业地点微气候条件具有实际意义。应结合多级机站通 风系统，积极开展井下机站形式的研究，使之适应多级机站通风系统的发展。 总结我国 金属矿山 矿井通风发展现状，可归结为如下少 l 点z 1 , ( 1 )级机站通风系统新 模式; ( 2 ) 井通风中的自 然能源利用技术; ( 3 ) 气幕技术的应用: ( 4 ) 级机站通风系统的机站形式; 一 2- 东北大学硕士学位论文第一章绪论 本世纪5 0 年代以 来， 我国 矿井通风理论与技术研究取得如下主要进展f2 1 , ( 1 ) 对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定; ( 2 ) 建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法，为风量计 算方法提供了理论依据; ( 3 ) 应用电子计算机计算和分析复杂通风网络，为矿井通风系统分析提供了 有效的方法; ( 4 ) 射流通风理论与技术得到发展，利用风流动压的方向 性调节与控制风流 的技术获得应用; ( 5 ) 矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化，建立起若干典型风流 控制方案; ( 6 )受控循环通风理论推动了空气净化装置的研制和污染源控制技术的发展; ( 7 )深井热源、 空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展， 初步形成矿内热力学理论体系; ( 8 ) 开展了露天矿通风理论与技术的研究。 1 . 2矿井通风系统 矿井通风系统是指向井下作业地点供给新鲜空气， 排除污浊空气的通风网络、 通风动力和通风控制设施的总称。矿井通风系统与井下各作业地点相联系，建立 一个完善的矿井通风系统是搞好矿井通风防尘工作的基础。 在矿井通风网络中，风流按各风路风阻大小自 然流动，其风量不可能恰好满 足各用风地点按稀释和排除炮烟或粉尘确定的风量要求，而且随着生产的发展， 矿井的井巷状况及工作面位置等条件均在变化，因此，对矿井的风量分配要经常 地进行调节，使其满足各用风地点的需要，达到安全生产的目的。所以，风量调 节是矿井通风管理工作中一项不可缺少的、经常性的工作，它直接影响到矿井开 采的经济性和安全性。 风量调节计算原则是在已知通风网络中，各风道风阻和所需风量条件下，根 据风压平衡原理求算被调风道所需调节的风压值，此风压值是各种调节方法确定 调节量的依据。在调节的每一网孔中至少确定一条风道作为风量调节风道。 矿井通风系统与矿床开拓系统密切相关相辅相成，因此在选择开拓系统方案 时必须同时提出相应的通风系统方案，以便全面分析比较有关的技术因素为通风 一 3- 东北大学硕士学位论文第一章绪论 本世纪5 0 年代以 来， 我国 矿井通风理论与技术研究取得如下主要进展f2 1 , ( 1 ) 对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定; ( 2 ) 建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法，为风量计 算方法提供了理论依据; ( 3 ) 应用电子计算机计算和分析复杂通风网络，为矿井通风系统分析提供了 有效的方法; ( 4 ) 射流通风理论与技术得到发展，利用风流动压的方向 性调节与控制风流 的技术获得应用; ( 5 ) 矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化，建立起若干典型风流 控制方案; ( 6 )受控循环通风理论推动了空气净化装置的研制和污染源控制技术的发展; ( 7 )深井热源、 空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展， 初步形成矿内热力学理论体系; ( 8 ) 开展了露天矿通风理论与技术的研究。 1 . 2矿井通风系统 矿井通风系统是指向井下作业地点供给新鲜空气， 排除污浊空气的通风网络、 通风动力和通风控制设施的总称。矿井通风系统与井下各作业地点相联系，建立 一个完善的矿井通风系统是搞好矿井通风防尘工作的基础。 在矿井通风网络中，风流按各风路风阻大小自 然流动，其风量不可能恰好满 足各用风地点按稀释和排除炮烟或粉尘确定的风量要求，而且随着生产的发展， 矿井的井巷状况及工作面位置等条件均在变化，因此，对矿井的风量分配要经常 地进行调节，使其满足各用风地点的需要，达到安全生产的目的。所以，风量调 节是矿井通风管理工作中一项不可缺少的、经常性的工作，它直接影响到矿井开 采的经济性和安全性。 风量调节计算原则是在已知通风网络中，各风道风阻和所需风量条件下，根 据风压平衡原理求算被调风道所需调节的风压值，此风压值是各种调节方法确定 调节量的依据。在调节的每一网孔中至少确定一条风道作为风量调节风道。 矿井通风系统与矿床开拓系统密切相关相辅相成，因此在选择开拓系统方案 时必须同时提出相应的通风系统方案，以便全面分析比较有关的技术因素为通风 一 3- 东 北大学硕士学 位论文 系统方案的最终确定提供有力依据。 ( 一) 通风系统选择的原则: 在拟定矿井通风系统时，应严格遵循安全可靠 和最低，以 及便于管理的原则: 第一章 绪论 、通风基建费用和经营费用之总 ( 1 ) 矿井通风网路结构合理，集中进、回风线路要短，通风总阻力要小;多 阶段同时作业时，主要人行运输巷道和工作点上的污风不串联。 ( 2 ) 内外部漏风少。 ( 3 ) 通风构筑物和风流调节设施及辅扇要少。 ( 4 ) 充分利用一切可用的通风井巷，使专用通风井巷工程量最小。 ( 5 ) 通风动力消耗小，通风费用低。 ( 二)拟定通风系统的几项具体规定: ( 1 ) 每个矿井和阶段水平之间都必须有两个安全出口。 ( 2 )通 风 井巷 与 采掘 工 作 面的 进 风 流的 粉 尘 浓 度 不 得 大 于0 .5 m g / m 3 , ( 3 ) 设计的 箕斗井和混合井禁止作进风井;己作进风井的箕斗井和混合井必 须采取净化措施，使进风流的含尘量达到上述要求。 ( 4 ) 主要回风井巷不得作人行道， 井口 进风不得受矿尘和有毒有害气体污染， 井口排风不得造成公害。 ( 5 ) 风井有效风量率应在6 0 %以上。 ( 6 ) 采场、二次破碎巷道和电耙道，应利用贯穿风流通风;电 耙司机应位于 风流的上风侧;有污风串联时，应禁止人员作业。 ( 7 ) 井下破碎铜室和炸药库，必须设有独立的回风道。 ( 8 ) 局扇一般应设返风装置，要求 1 0 m i n内实现返风，风量 6 0 %. 1 . 3通风系统的一般原则 矿井通风系统的一般原则: ( 1 ) 矿井通风系统应与矿山 生产发展和安全卫生标准的要求相适应。良 好的 通风系统应能快速的将生产过程中产生的大量烟尘及时排走，保持井下各作业地点 有良 好的空气质量，舒适的作业条件，促进生产的发展，保证矿工安全、健康。 ( 2 ) 矿井通风系统应在保证安全生产的前提下，力求经济合理。既要根据需 要开凿必要数量的专用通风井巷，以减少通风工程量，也要供给井 下 足够数量的新 _a- 东 北大学硕士学 位论文 系统方案的最终确定提供有力依据。 ( 一) 通风系统选择的原则: 在拟定矿井通风系统时，应严格遵循安全可靠 和最低，以 及便于管理的原则: 第一章 绪论 、通风基建费用和经营费用之总 ( 1 ) 矿井通风网路结构合理，集中进、回风线路要短，通风总阻力要小;多 阶段同时作业时，主要人行运输巷道和工作点上的污风不串联。 ( 2 ) 内外部漏风少。 ( 3 ) 通风构筑物和风流调节设施及辅扇要少。 ( 4 ) 充分利用一切可用的通风井巷，使专用通风井巷工程量最小。 ( 5 ) 通风动力消耗小，通风费用低。 ( 二)拟定通风系统的几项具体规定: ( 1 ) 每个矿井和阶段水平之间都必须有两个安全出口。 ( 2 )通 风 井巷 与 采掘 工 作 面的 进 风 流的 粉 尘 浓 度 不 得 大 于0 .5 m g / m 3 , ( 3 ) 设计的 箕斗井和混合井禁止作进风井;己作进风井的箕斗井和混合井必 须采取净化措施，使进风流的含尘量达到上述要求。 ( 4 ) 主要回风井巷不得作人行道， 井口 进风不得受矿尘和有毒有害气体污染， 井口排风不得造成公害。 ( 5 ) 风井有效风量率应在6 0 %以上。 ( 6 ) 采场、二次破碎巷道和电耙道，应利用贯穿风流通风;电 耙司机应位于 风流的上风侧;有污风串联时，应禁止人员作业。 ( 7 ) 井下破碎铜室和炸药库，必须设有独立的回风道。 ( 8 ) 局扇一般应设返风装置，要求 1 0 m i n内实现返风，风量 6 0 %. 1 . 3通风系统的一般原则 矿井通风系统的一般原则: ( 1 ) 矿井通风系统应与矿山 生产发展和安全卫生标准的要求相适应。良 好的 通风系统应能快速的将生产过程中产生的大量烟尘及时排走，保持井下各作业地点 有良 好的空气质量，舒适的作业条件，促进生产的发展，保证矿工安全、健康。 ( 2 ) 矿井通风系统应在保证安全生产的前提下，力求经济合理。既要根据需 要开凿必要数量的专用通风井巷，以减少通风工程量，也要供给井 下 足够数量的新 _a- 东北大学硕士学位论文第一章 绪论 鲜空气，尽量减少漏风，提高有效风量率，以节省通风动力消耗。总之要在保证良 好通风效果的前提下，尽量降低通风费用。 ( 3 ) 矿井通风系统应从矿山具体条件出发，因地制宜，不拘一格，建立起最 切合实际情况的通风系统。要根据矿山地形地貌，矿床赋存状况，矿体产状形态， 矿井开拓方式及开采方法特点以及矿井生产规模、开采强度等客观条件，确定合理 的通风系统。 ( 4 ) 矿井通风系统不是一成不变的。一个矿山，在不同生产阶段，随着矿体 自 然条件、 开采规模和开采方法的变化， 矿井通风系统也应随着有不同程度的变化。 在矿井生产的不同时期，有可能采用两种完全不同的通风系统。 ( 5 ) 矿山生产虽有一定的计划性，但由于地质条件多变，生产计划的变动较 大。因此，在拟定通风系统时，应考虑具有较大的适应性和一定的备用能力。 ( 6 ) 矿井通风系统设计方案应结合开拓系统一并提出，以便全面分析比较有 关的技术因素及其间的相互制约关系。对多个通风系统设计方案，应进行技术经济 比较最后确定出最优方案。 1 .4目 前我国非煤矿山矿井通风存在的问题 ( 1 )通风系统不合理。 矿井在开采过程中，普遍存在着 “ 先吃肥， 后吃瘦” ， 安排生产时，对矿井通风 系统是否合理考虑较少，造成通风系统不合理，通风管理困难，巷道利用率低，增 加了巷道维护量。 ( 2 )恶性调节。 目前，习惯采用增阻调节。由于采用增阻调节法使通风系统的风阻增大，矿井 总进风量减少，需要增加风量的采区风量增加不上去，为此把调节风窗的面积任意 缩小，几乎把巷道堵塞，造成恶性调节。 ( 3 )回风段局部阻力大。 由于局部阻力对矿井通风影响没有引起充分的注意，所以矿井设计和通风管理 中对产生局部阻力的地点 ( 断面突然扩大或缩小、巷道转弯、分岔、冒顶、倒棚、 片帮、 通风设施拆除不彻底和煤、 泥堵塞等) ， 没有采取必要的措施， 致使局部阻力 增大。 ( 4 )回风段段面小，风速超限，阻力和功率消耗增加。 一 5- 东北大学硕士学位论文第一章 绪论 鲜空气，尽量减少漏风，提高有效风量率，以节省通风动力消耗。总之要在保证良 好通风效果的前提下，尽量降低通风费用。 ( 3 ) 矿井通风系统应从矿山具体条件出发，因地制宜，不拘一格，建立起最 切合实际情况的通风系统。要根据矿山地形地貌，矿床赋存状况，矿体产状形态， 矿井开拓方式及开采方法特点以及矿井生产规模、开采强度等客观条件，确定合理 的通风系统。 ( 4 ) 矿井通风系统不是一成不变的。一个矿山，在不同生产阶段，随着矿体 自 然条件、 开采规模和开采方法的变化， 矿井通风系统也应随着有不同程度的变化。 在矿井生产的不同时期，有可能采用两种完全不同的通风系统。 ( 5 ) 矿山生产虽有一定的计划性，但由于地质条件多变，生产计划的变动较 大。因此，在拟定通风系统时，应考虑具有较大的适应性和一定的备用能力。 ( 6 ) 矿井通风系统设计方案应结合开拓系统一并提出，以便全面分析比较有 关的技术因素及其间的相互制约关系。对多个通风系统设计方案，应进行技术经济 比较最后确定出最优方案。 1 .4目 前我国非煤矿山矿井通风存在的问题 ( 1 )通风系统不合理。 矿井在开采过程中，普遍存在着 “ 先吃肥， 后吃瘦” ， 安排生产时，对矿井通风 系统是否合理考虑较少，造成通风系统不合理，通风管理困难，巷道利用率低，增 加了巷道维护量。 ( 2 )恶性调节。 目前，习惯采用增阻调节。由于采用增阻调节法使通风系统的风阻增大，矿井 总进风量减少，需要增加风量的采区风量增加不上去，为此把调节风窗的面积任意 缩小，几乎把巷道堵塞，造成恶性调节。 ( 3 )回风段局部阻力大。 由于局部阻力对矿井通风影响没有引起充分的注意，所以矿井设计和通风管理 中对产生局部阻力的地点 ( 断面突然扩大或缩小、巷道转弯、分岔、冒顶、倒棚、 片帮、 通风设施拆除不彻底和煤、 泥堵塞等) ， 没有采取必要的措施， 致使局部阻力 增大。 ( 4 )回风段段面小，风速超限，阻力和功率消耗增加。 一 5- 东北大学 硕士学位论文第一章绪论 矿井设计与矿井开拓过程中， 对总回风巷断面考虑较小，不论新老矿井都存在 着回风段面偏小问 题。由 于总回 风道断面偏小， 风量集中， 致使 矿井阻力增大， 功 率消耗增多。 ( 5 )通风设施设置不合理，质量差。 应该构筑密闭的地方不构筑，而用风门代替，使风门数量增多。并且有的风门 设在主要进回风巷之间，两边的压差大，漏风严重。采区的进风量都比较大，但工 作面风量不足，主要原因是通风设施的质量差，漏风大，由于通风构筑物的漏风使 通风管理困难。 ( 6 )生产布局不合理，通风管理困难。 采掘工作面安排对通风管理考虑较少，使回采工作面处于对角风路中，由于工 作面不断推进，巷道风阻的不断变化，致使回采工作面的风量和风流方向不稳定。 ( 7 )主扇效率低。 由 于选用的设备本身效率不高， 加之扇风机性能与矿井通风阻力状况匹配程度 较差，扇风机工作效率普遍较低 ( 低于6 5 %) a 1 . 5 矿井通风的基本概念以及理论基础分析 矿井通风理论源于流体力学、热力学等基础理论，但对于它们之间联系的了解 却是一个薄弱环节。 对矿井通风学与流体力学、 热力学等基础理论进行了比照分析， 重点剖析了矿井风流流动规律理论分析中遇到的难点。旨在加强矿井通风学与流体 力学、热力学等基础理论的联系，以 便充分利用相关基础理论的新成果完善和发展 矿井通风学，为矿井通风新技术的开发和实践应用服务。力学、热力学、流体力学 等 ( 专业) 基础理论的发展，为矿井通风动力学奠定了 基础，但从事矿井通风安全 领域的技术人员往往难以将矿井通风动力学与力学、热力学、流体力学联系起来， 特别是容易混淆其应用条件、假设、公式的适用范围，出现公式推导和应用错误。 流体流动基础理论与矿井通风理论脱节，将会影响相关基础理论在矿井通风动力学 中的进一步应用。针对矿井通风安全技术人员和科研工作者，在对矿井风流流动规 律进行理论分析时理解上容易出现的难点，进行了详细的分析，力图加强矿井通风 理论与流体流动基础理论的联系。在相关理论技术开发和实践应用中，常出现下列 理解的困难: ( 1 ) 理想气体究竟属于完全气体还是理想流体?在物理化学、热力学、流体 _6- 东北大学 硕士学位论文第一章绪论 矿井设计与矿井开拓过程中， 对总回风巷断面考虑较小，不论新老矿井都存在 着回风段面偏小问 题。由 于总回 风道断面偏小， 风量集中， 致使 矿井阻力增大， 功 率消耗增多。 ( 5 )通风设施设置不合理，质量差。 应该构筑密闭的地方不构筑，而用风门代替，使风门数量增多。并且有的风门 设在主要进回风巷之间，两边的压差大，漏风严重。采区的进风量都比较大，但工 作面风量不足，主要原因是通风设施的质量差，漏风大，由于通风构筑物的漏风使 通风管理困难。 ( 6 )生产布局不合理，通风管理困难。 采掘工作面安排对通风管理考虑较少，使回采工作面处于对角风路中，由于工 作面不断推进，巷道风阻的不断变化，致使回采工作面的风量和风流方向不稳定。 ( 7 )主扇效率低。 由 于选用的设备本身效率不高， 加之扇风机性能与矿井通风阻力状况匹配程度 较差，扇风机工作效率普遍较低 ( 低于6 5 %) a 1 . 5 矿井通风的基本概念以及理论基础分析 矿井通风理论源于流体力学、热力学等基础理论，但对于它们之间联系的了解 却是一个薄弱环节。 对矿井通风学与流体力学、 热力学等基础理论进行了比照分析， 重点剖析了矿井风流流动规律理论分析中遇到的难点。旨在加强矿井通风学与流体 力学、热力学等基础理论的联系，以 便充分利用相关基础理论的新成果完善和发展 矿井通风学，为矿井通风新技术的开发和实践应用服务。力学、热力学、流体力学 等 ( 专业) 基础理论的发展，为矿井通风动力学奠定了 基础，但从事矿井通风安全 领域的技术人员往往难以将矿井通风动力学与力学、热力学、流体力学联系起来， 特别是容易混淆其应用条件、假设、公式的适用范围，出现公式推导和应用错误。 流体流动基础理论与矿井通风理论脱节，将会影响相关基础理论在矿井通风动力学 中的进一步应用。针对矿井通风安全技术人员和科研工作者，在对矿井风流流动规 律进行理论分析时理解上容易出现的难点，进行了详细的分析，力图加强矿井通风 理论与流体流动基础理论的联系。在相关理论技术开发和实践应用中，常出现下列 理解的困难: ( 1 ) 理想气体究竟属于完全气体还是理想流体?在物理化学、热力学、流体 _6- 东北大学硕士学 位论文第一章 绪论 力学与矿井通风等著作中对完全气体、理想气体、理想流体的定义存在差异。 ( 2 ) 能量方程与动量方程在一定条件下的共性是什么?积分型动量方程与微 分型运动方程称谓不同的原因。 ( 3 ) 热力学第一定律与流体力学的能量方程描述流体流动特性的共性是什 么? ( 4 ) 描述不同流体流动规律的各类方程组的 封闭 性( 有确定解) 分析。既然必 需用质量、动量、能量守恒定律及其对应的定理和公式来描述流体( 包括矿井风流) 流动规律， 为什么矿井通风动力学中描述矿井风流流动规律只用伯努利方程( 能量方 程 和连续性方 程 ( 质量守 恒) 就己 经 足够? ( 5 ) 流体力学中质量、动量、能量方程的积分微分型式，拉格朗日型、欧拉 型相关公式的特性， 应用范围、 假设条件、 相关关系及其与矿井通风动力学的联系。 流体作为物质的一种运动形态，必须遵循自 然界中关于物质运动的某些普遍规 律，如质量守恒定律、牛顿第二定律和能量守恒定律等，将这些普遍规律应用于描 述流体运动规律， 就可以得到反映各流动参数之间关系的流体动力学基本方程。质 量守恒定律、牛顿第二定律和能量守恒定律的原始形成都是针对 “ 系统”的表述， 而在流体力学的许多实际问题中，采用 “ 控制体”的概念更为方便口 1 .6 计算机在矿井通风当中的应用 矿井通风系统管理是矿井安全生产工作中的重要组成部分。多年来，经过众多 学者的探讨和研究，开发出了诸多的计算机模拟管理系统，从各个不同的角度对矿 井通风网络进行计算机模拟，取得了可喜的成果。从最初单纯的数值计算到如今的 图形化处理，都有很大的进步。从单一的网络处理到综合模拟平台，都大大提高了 通风管理的计算机应用水平。但从实际应用上看，能够普遍适应于不同矿井、适合 不同层次人员使用的管理系统很少，其中都或多或少地存在着诸多问题: ( 1 )自 动化程度不高; ( 2 ) 操作不方便可视化程度低; ( 3 )软件的综合设计和管理层次不高。 东北大学硕士学 位论文第一章 绪论 力学与矿井通风等著作中对完全气体、理想气体、理想流体的定义存在差异。 ( 2 ) 能量方程与动量方程在一定条件下的共性是什么?积分型动量方程与微 分型运动方程称谓不同的原因。 ( 3 ) 热力学第一定律与流体力学的能量方程描述流体流动特性的共性是什 么? ( 4 ) 描述不同流体流动规律的各类方程组的 封闭 性( 有确定解) 分析。既然必 需用质量、动量、能量守恒定律及其对应的定理和公式来描述流体( 包括矿井风流) 流动规律， 为什么矿井通风动力学中描述矿井风流流动规律只用伯努利方程( 能量方 程 和连续性方 程 ( 质量守 恒) 就己 经 足够? ( 5 ) 流体力学中质量、动量、能量方程的积分微分型式，拉格朗日型、欧拉 型相关公式的特性， 应用范围、 假设条件、 相关关系及其与矿井通风动力学的联系。 流体作为物质的一种运动形态，必须遵循自 然界中关于物质运动的某些普遍规 律，如质量守恒定律、牛顿第二定律和能量守恒定律等，将这些普遍规律应用于描 述流体运动规律， 就可以得到反映各流动参数之间关系的流体动力学基本方程。质 量守恒定律、牛顿第二定律和能量守恒定律的原始形成都是针对 “ 系统”的表述， 而在流体力学的许多实际问题中，采用 “ 控制体”的概念更为方便口 1 .6 计算机在矿井通风当中的应用 矿井通风系统管理是矿井安全生产工作中的重要组成部分。多年来，经过众多 学者的探讨和研究，开发出了诸多的计算机模拟管理系统，从各个不同的角度对矿 井通风网络进行计算机模拟，取得了可喜的成果。从最初单纯的数值计算到如今的 图形化处理，都有很大的进步。从单一的网络处理到综合模拟平台，都大大提高了 通风管理的计算机应用水平。但从实际应用上看，能够普遍适应于不同矿井、适合 不同层次人员使用的管理系统很少，其中都或多或少地存在着诸多问题: ( 1 )自 动化程度不高; ( 2 ) 操作不方便可视化程度低; ( 3 )软件的综合设计和管理层次不高。 东北大学 硕士学位论文第二章 图 论及其在矿井通风网 络中 应用 第二章 图论及其在矿井通风网络中的应用 2 . 1概述 图论是数学中应用非常广泛的一个分支， 矿井通风、 运输规划、 电工学、 化学、 销售学、 教育学等各个不同领域内的许多问 题都可以 描述