（安全技术及工程专业论文）恒源公司矿井通风系统优化研究.pdf

恒源公司矿井通风系统优化研究 a b s t r a c t t h eo p t i m i z a t i o no fm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mi sad e c i s i o nq u e s t i o n o fac o m p l i c a t e ds y s t e mf o r m e db yn u m e r o u s f a c t o r s t h ep 印e r c o n s i d e r st h et e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i ca n ds a f b t yf a c t o r ss y n t l l e t i c a l l y ， a n da n a l y s e sa n ds e t su pan e wa n do v e r a l la n ds c i e n t i f i co p t i m i z a t i o no f m i n ev e n t i l a t i o ns y s t e ms c h e m ei n d e xs y s t e mc o r r e s p o n d i n gt or e a l i t y o p t i m i z e ，a n du t i l i z e st w oy u a nc o n t r a s tt on xr i g h tv a l u eo fo p t i m i z e d i n d e x t h r o u g | lt h eo p t i m i z a t i o no fm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e ms c h e m eo f h e n g y ，u a nc o m p a n m t h e p 印e rf i n a l l y r e a l i z e s o p t i m i z a t i o n o f i i p l e m e n t a t i o ns y s t e ma n dg u i d e s t h er e a lw o r ka n do b t a i n e st h e r e n l a r k a b l ee c o n o m i cb e n e n ta n ds o c i a lb e n e f i t k e yw o r d ：m i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ；i n d e xs y s t e m ；o p t i m i z a t i o n ； s y s t e ma n a l y s i s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得 塞徵翌王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用 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。 学位论文作者签名：到瘤彳 签字日期：碑6 月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解童微堡王太堂有保留、使用学 位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单 位属于安徽理工大学。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。本人授权塞徽垄三 太堂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，可以呆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保 密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：匆- j 蜜寄 导师签名；嗍t 签字日期：妒年占月日签字日期：扩z 年么月f 日 恒源公司矿井通风系统优化研究 1绪论 11 论文研究背景和意义 11 1 论文研究背景 矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气并排出污浊空气的通风 网络、通风动力和通风控制设施等构成的体系的总称。矿井通风系统在生产时 期，其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足 够的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，稀释并排除瓦斯、粉尘等各种有害物质， 降低热害，给井下工人创造良好的工作环境；在发生事故时，有效及时地控制 风流方向及大小，同时与其它措施结合防止和消灭灾害的发生。 矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，它服务于生产系统，同时 又制约着生产系统。矿井通风系统的优劣好坏，直接影响着矿井的安全生产、 灾害防治和l 经济效益。在矿井的实际生产中，往往由于矿井通风系统的不合理， 影响了矿井的f 常生产和矿井的抗灾能力，导致矿井经济效益的严重滑坡。为 确保矿井安全生产、稳产和高产、提高矿井的抗灾能力，最终提高矿井的经济 效益，通风系统必须保持最佳运行状态。因此，建立完善、合理的矿井通风系 统是矿井安全生产和提高效益的基本保证。而实行矿井通风系统优化正是为这 一目的而进行的，它是通风管理工作和矿井设计过程中的一项重要任务和内容。 矿井通风系统优化应达到三个目标：一是改善作业环境，提高系统的稳定 性和可靠性，保证矿井生产的安全；二是提升通风系统的先进性，应用先进的 设备设施，适应现代化采矿技术和生产的发展；三是节省矿井通风费用，提高 经济效益。三者必须同时兼顾。 矿井通风系统优化可分为两个类型：一是通风网络内部调节最优化，其目 标是对给定的正在运行的通风系统，在实现按需供风的条件下，确定一个最优 的网络内部调节方案。此种多用于闩常的通风管理。二是对一个未来系统进行 优化。即在多种可行的方案中，按照一定的决策( 目标) 准则，通过评价选择 最优的通风系统方案。当然，其前提是，各个方案的网络内部均应实行最优调 节。目前的现状是，第一类的优化问题研究得比较充分，而第二类的优化问题 则研究得较为肤浅。本文是在结合实际的基础上，重点进行了第二类优化问题 的研究。 恒源公q 矿井通风系统优化研究 矿井通风系统是个受多种因素制约的复杂的非线性大系统。尤其是随着 矿井向深度和广度的延伸，使得矿井规模越来越大，矿井通风系统的规模也随 之增大，复杂性随之增高。矿井通风系统不仅是一个一般的矿井工程技术措施 的问题，而且是一个必须考虑矿井开采经济效益和社会效益因素在内的一个具 有综合性和战略性的大系统问题。它涉及面广，影响因素多：而且有许多随机 性、模糊性和不确定性因素存在，致使常规的定量方法难以实现通风系统综合 优化之目的。因此，就迫切需要寻求并运用有关现代系统工程理论、方法及先 进的数学手段，把定性分析和定量计算相结合，通过模拟及仿真，以实现系统 综合最优化，从而为决策者和现场通风技术管理人员提供方法、手段和信息， 为矿井通风系统管理政策的制定和优化决策提供科学依据。 1 1 2 论文研究意义 矿井通风系统是由矿井主要通风机装置和井下通风网络组合而成的动态系 统。为保证安全生产和降低生产成本，这个动态系统应保持最佳运行状态。然 而生产矿井的生产布局的不断发展变化必然要对这个动态系统的运行状态产生 较大影响，制约矿井的安全生产、同时导致技术经济也不合理。这种情形在当 前我国矿井通风系统中具有一定的普遍性。因此，矿井通风系统优化工作对提 高我国煤矿经济效益、改善煤矿经营状况将具有重要的意义。 良好的矿井通风系统的标志是各矿井主要通风机装置运行状态良好，通风 井巷联结形式合理，通风网络内部实行最优化调节。许多矿井的通风系统由于 在安全、技术、经济方面存在着不合理现象，从而导致煤矿经济效益的严重滑 坡，有的甚至难以维持矿井的诈常生产。产生这些不合理现象的原因可能是由 设计不当引起，或是因通风技术管理不当、生产布局的发展变化、设备老化或 是主要通i i ) i l 机通风能力与井巷通过能力不匹配等造成。而实践证明：不论是哪方 面原因引起的矿井通风系统不合理，只要及时加以改造、优化调整，相应的通 风系统就会大大改善，从而有利于安全生产。 恒源矿井随着矿井采掘生产逐渐向：二水平转移，通风流程逐渐增长，中央 风井的通风能力不足的问题逐渐暴露，特别是当矿井进入i i4 1 下、1 16 l 下采区 及f f l 断层以北开采时，中央风井通风距离超过1 3 0 0 0 m ，因此，恒源公司的二 水平通风系统优化对保证矿井的安全生产至关重要。 对设计阶段矿井的通风系统进行优化、生产矿井通风系统质量的正确评估 一0一 恒源公一j j 矿井通风系统优化研究 及优化改造，刈矿井灾害的预测预报及其控制，对矿井的安全生产及通风系统 的科学管理，均有萧重要的意义。 由此呵见，矿井通风系统优化的研究，无论是对设计矿井还是对生产矿井 都会产生深远的影响，能为之带来重大的经济效益和社会效益。它是确保矿井 安全生产的需要，是提高矿井抗灾能力的需要，是确保矿井稳产、高产的需要， 是提高矿井经济效益的需要。 12 国内外研究现状及存在问题 矿井通风系统优化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。它要求决策者综合考虑技术、经济和社 会诸因素对系统方案的优劣做f i 锕j 确评判，从而从众多的可行设计方案中选出 最优的矿井通风系统方案。显然，对各系统方案的优劣做出科学、准确的评判 显得至关重要。所以，评判指标体系的合理建立和评判方法的科学选用正是作 好矿井通风系统方案优化选择的关键所在。 1 2 1 矿井通风系统的设计方案优化方法 目前在实际工程中，矿井通风系统方案的优化选择往往是通过专家技术人 员对各个方案进行定性的分析比较，筛选出几个技术可行的方案后，再进行粗 略的经济比较，最后根据经济比较结果确定最优矿井通风系统方案。 这种做法存在两个弊端：一是技术比较完全凭借人为的个人判断，对方案 进行定性分析比较，难以准确反映方案在技术上的先进程度。二是技术比较和 经济比较相脱节，在最终选择方案时二者不能兼顾；同时也忽略了方案的安全 性。因而，难免造成某些矿井通风系统方案选择不合理、事后修修补补的现象。 为改变这种状况，近十几年来，广大采矿通风界专家、学者作了大量的潜心研 究，提出了一系列的矿井通风系统的优化方法：但由于煤矿的特殊性，确定了 最优通风系统方案。 1 2 2 矿井通风系统的评判指标体系 以往，人们常用“矿井等积孔”和“有效风量”等单指标来评价通风系统 的优劣。其实，矿井通风系统很复杂，各矿之问情况又千差万别，单指标评判 显然具有一定的局限性，很难真实地反映整个矿井通风系统的好坏程度。可以 恒源公司什通风系统优化研究 用来评价矿井通风系统状况的指标很多，到底用哪些指标来评价最合适，一直 众说纷纭。当然，更多的人是用一组指标对矿井通风系统进行综合评价。1 9 8 3 年中国矿、i k 大学黄元平教授等提出了七个具体指标：福州大学林香民曾提出并 采用了气候条件等六项指标；山东矿北学院的谭允祯教授从技术先进性、经济 合理性、安全可靠性三方面入手，从诸多指标中选择了二十个能够较准确地反 映通风方案特性的评判指标，1 ：采删专家评审法最终筛选确定了十二个指标作 为最终评判指标；另外还有福州大学的沈斐敏、山东矿院的李秉芮、山西矿院 的张兆瑞、贵州工业大学的郁钟铭等都从不同的角度出发提出了各自认为合适 的评判指标。 在国家“十五”科技攻关中，安徽理工大学提出了通风系统可靠性评价的 十项一级指标和1 0 0 项二级指标，并通过专家咨询的方法确定了各个指标的权 重。大大推进了生产矿井通风系统的评价的技术进步。 矿井通风系统的评判指标，必须能够较为准确、全面地反映出矿井通风系 统的安全程度、经济程度、有效程度。综观上述诸指标体系，各有长短，没有 一种指标体系为大家所认可。 实践证明，上述j l 种方案优化理论或方法有其一定的科学性、实用性和有 效性，同时有其一定的局限性。随着煤炭工业的不断发展，需要不断完善和丰 富这些方法，并进一步提出更科学、更符合实际、更简练有效的新方法。 在汲取前人成果的基础上，从安全、技术和经济三个方面提出评价指标， 对恒源公司拟定的通风系统方案进行优化选择，最终得出最优的矿井通风方案。 1 3 论文研究内容及技术路线 1 3 1 论文研究内容 本论文的指导思想是，理论研究与恒源矿井的实际相结合，成果应具有实 用性。在进行多日标多属性优化的理沦研究、收集、整理、分析了国内外大量 与此相关的文献的基础上，首先对恒源公司的通风现状进行调研，对通风系统 进行计算机模拟，初步实现矿井通风系统数字化，然后进行后期通风系统方案 设计和优化。另外，还建立安全可靠性评价的数学模型，确定评价方法，制定 可靠性评价指标体系，通过安徽理工大学安全教研室开发的可视化评价决策支 持软件，进行现场评价，提出改进措施。重点进行了以下几个方面的研究： 4 恒源公刊矿片通风系统优化研究 ( ”矿井通风系统方案优化指标的确定及通风系统方案优化模型的建立 通过对矿井通风系统的研究分析，建立评判指标体系，并根据对方案优选 影响因素的不同，从中选择对方案优选影响较明显，或在不同方案之间进行比 较中影响程度差别较大的因素作为最终的评判指标；然后根据二元比较的方 法求解评判指标的权重。并在这个基础上建立了评价矿井通风系统的综合评判 模型。 ( 2 ) 矿井通风系统能力的考察 本部分主要是以矿井通风安全理论为基础，通过对矿井通风系统进行研究， 从而建立起矿井通风网络结构合理性、阻力分布合理性、主通风机稳定性分析 等数学模型以及一些阻力测定模型和矿井通风能力核定模型。 ( 3 ) 恒源公司通j x l 系统分析 进行通风系统调查、通风系统阻力测定及主要风机性能测定的基础上进行 通风系统现状模拟，将通风系统的几何和物理参数数字化，存储于计算机中， 为现代化管理提供科学依据：同时，通过对矿井通风网络结构合理性、阻力分 布合理性及风机稳定性的分析，对恒源公司的通风系统做出了分析和评价；另 外，通过对矿井通风系统的通风能力的核定，为后期的通风系统的改造提供了 理论依据。 ( 4 ) 、恒源公司矿井通风系统改造与优化 通过优化对是否打风井以及风井打在什么位置进行多方案优化。提出降低 通风阻力的技术措施；并对矿井进入二水平丌采后的通风系统进行优化，解决 当矿井进入二水平开采后南风井是作进风井还是作回风井以及在后期是否要增 加回风井等通风技术难题。通过对后期的通风系统的模拟预测，并在此基础上， 引进一种新的方案优化方法，即综合性评价理论分析法，综合考虑技术、经济 和安全指标，运用该方法对拟定的恒源公司后期通风系统各可行方案进行优化 选择，最终确定最优的矿井通风方案。 1 3 ，2 论文研究技术路线 该论文的技术路线是：国内外相关文献阅读分析一矿井现场调研和技术测 定一矿井通风系统优化理论研究( 包括矿井通j x l 系统阻力分布合理性、主通风 机稳定性分析等) 应用研究( 包括数掘分析、处理技术等) 的技术研究路线进 行，如图1 一】所示。 一5 一 懂源公两伊井遥巍系统优化研究 收集、夜阕霸 分睾陲跫商的研究成聚 矿井避娥袭绞分橱、傥 化、决麓的理论研究 矿并邋风系统数字 傀与现状横接分析 矿井中远潮通风系统 方案制定与模拟预测 系统优化疆剡辔标建嶷 谭判指标 权厘确定 优化评判 方法选择 系统优化评判 模璎建立 矿井通风系统 蛮寨饿他 黼卜l 论文骄究豁技术路线蠲 6 一 恒源公司矿井通风系统优化研究 2 矿井通风系统优化决策理论 矿井通风系统是复杂的大系统，影响因素多，通风系统方案选择属多属性、 多目标优化决策问题。用于解决此类问题的主要应用模糊综合评价方法。 模糊数学是用定量数学方法研究和处理模糊性现象的数学。所谓模糊性， 是指客观事物中的不分明性，模糊性的根源在于客观事物差异问存在着中间过 渡状态。这种现象在矿井通j x l 系统设计方案评价中屡见不鲜，如评价一个矿井 的抗灾能力强、较强、中等、较弱和弱。这就是一种模糊概念。这种由于概念 外延的模糊而造成的划分上的不确定性，称作模糊性。 1 9 6 5 年，美国著名数学家鸯德( 1 t f ia s k e rz a d e h ) 在模糊集合一文中提出 了处理模糊事物的新的数学概念一“模糊集合”，并引入“隶属函数”概念 来描述模糊与不模糊之间的过渡。它标志着模糊数学的诞生。由于人们对事物 的描述、看法、评价在很大程度上都是模糊的，因此，它在教育学、心理学。 管理学、自然灾害预测预报、人工智能等许多领域得到了广泛应用。 矿井通风系统方案模糊综合评价，必须建立在对系统的深入细致分析基础 之上。由于评价系统的指标不只个，一般有十几个指标，因此必须采用模糊 综合评价方法。在确定各指标权重分配上采用层次分析法。矿井通风系统评价 具有模糊性。随着矿井丌采规模扩大，许多因素指标是变化的，其中有些是随 机变化的，有些是按计划变化的。因此，可以采用分层评价法，先将复杂的矿 井通风系统划分为矿井通风系统框架和采区通风系统两个层次，分别进行模糊 综合评价。如有必要，再将两部分合并进行综合评价。 由于矿井通风系统具有动念和发展特点，因此对设计方案的评价也应考虑 在所取的设计阶段内系统整个动态发展过程中的综合状况，采用动态综合分析 法。采区通风系统随着区域内采掘工程进展，其状况也在不断变化，只是变化 范围较小，为了简化计算，可近似地采用静态分析方法。即选取采区某一典型 生产状态进行评价。 2 1 矿井通风系统方案设计 2 1 1 矿井通风系统方案设计的方法和区间划分 ( 1 ) 矿井通风系统方案设计的一般方法 在方案设计之前，首先应根掘具体情况将矿井生产发展分为近期( 未来卜3 7 一 恒源公司矿弗避飙系鲮优化瑚 冤 。一 年以内) 、r ；蚓( 未来j8 年以内) 和届蝴( 来束j 铲2 0 年以内) ，并论证各个时麓 通风系统改造优化的必耍性及优化的鹤标，再据此提出各时期源帆系统的若干 令可行设计宠褰。另外，在生产瘩平邈渡辩期，嚣遇强系统比较复杂，应单独 作为一个时期麓点分析。 其次，应与规划、计螂、生产、丌拓、地质、机电等有关部门，综合分析， 先裁定出迓期、中襄和矮期生产发震规划帮若干个黢使矿井生产稳定发展的聚 掇工程布蜀方案，荐据j 鞋：进行方案设计、援定崮稠应的若干通风系统方案。这 样的综合分析与平衡可以避免现行通风系统中因开拓布局等因索引起的不焱 全、不合理、_ ；经济的局黼。 ( 2 ) 秽+ 并遂艇蕊捌 矿井通j x l 规划要保诋砷“井通风系统与全矿设计相协调，一个最优的设计成 考虑到每一个分支系统对其它系统和念矿的影响。通风系统的设计不是全矿设 计的一个孤立部分，它斑绦证其与全矿设诗在矿著激睾阶段( 总体矮翻) 弱矿势 开采完毕整个过程中始终结合为一个熬体。 规划过程般也分为近期、中期秽后期三个时期。在近期规划中是用来处 瑾与系统熬残经震清援鸯美鹃一些交椽：嚣期纛翅，要这虱这撵一个嚣菰，黼 已设计的系统对未来设计的系统约束鼹小：而在这两者之间的中期规划的目的 熙要保证通j x l 系统设计的逶续性，以便达到后期规划的目标。照然，后期规划 霹以按照已经发生戆交能麓疆改变，困露惹期豹逶撼蕊翔豹交燹楚不哥逮受豹， 但后期规划同时必须具有菜些稳定性。 通风规划的三个层次保证了通风系统的有秩序的发展根据制定的矿井通 鼹i 瘦楚，鄹爵磺定援翻中羧定方案豹瓣期。毽不论逶羯、孛裁竣惹籀豹通援娩 划，由子矿井在各个时期内的生产布尉都可能发生较大的变他，相应的矿井邋 风系统也会艘生一定的变化，因而为了使设计的方案适应相应时期冉的变化， 程具体设嚣方案对可投掇袋送帮蠲城囊羹点豹变纯憾援，将菜一个孵期再划分必 不同的时间隧间，并明确备时间区间内要解决的主黉内容等。 2 1 2 矿井通风系统方寨设计优化流稷 矿著遗弧系统的饶亿方案是逶撤方式、通腻方法、逶飙网络稻调节方法掰 涉及的各种参数的合理的组合。矿井通风系统方案设计优化流稷，如图2 一l 所 承。 一采一 恒瓣公司矿嵬：通风系统优化研究 i 根据矿井的| 开拓、歼采方式及矿井通风方i lj | 式，分析矿弗遥瓯系统优纯的慧义和必簧性| i 瑰蠢遴琏磊统涟轰：现款簇援， 阻力测定，风机鉴定 布明 j 前通风系统存在的问题 l 拟定矿井通风系统优化设计方案 叮步的技术经济比较分析，确定比较方案 l 确定指标值 l 选抒优他方案，对通风系缆进行优化 l 确定矿井通风系统最优方案 2 1 矿井通风系统方案设计优化漉猩 2 1 3 矿并通风优化方案设计的原则和指导思想 遴风系统方案设计总的骠则是要保证所提方案安全可纛、技术可行，同时 兼颥经济合理。设计雌注意的因素较多，僚要抓住主要作用的因素来进彳亍综合 分析，这样一+ 有可能拟定出比较合理的若干方案，从而运用有关理论、方法进 蠢优化选择。 融此，在通矾系统方案设计时主要遵循的原则： ( 1 ) 提莲逶风系统豹豫定桎，馊缛用撼地点域鳖嚣城滚方囱缳拷不变。 ( 2 ) 充分利用现有的井巷和通风设备，极大地发挥其潜力并进行合理调整。 ( 3 ) 尽鼗减少开据工程耜基本建设瑗嚣。 ( 4 ) 根据生产实际t 合理安排采掘部潜，均衡生产，充分发挥各个系统的 逶菇能力； 一9 恒源公川矿井通风系统优化研究 ( 5 ) 尽量碱少外部漏j x l 和内部漏风，以提高有效风量率。 ( 6 ) 改善矿井通风状况、创造良好的劳动卫生条件，为安全生产、一不断改 善和戗造安全舒适的劳动环境、保护劳动者的身体健康提供保障。 ( 7 ) 在改善矿井通风效果的基础上，尽可能节约能耗，以提高本矿经济效 益并为支援国家建设做出贡献。 ( 8 ) 如果回j x l 段阻力大，尽量缩短回风路线，或设法采取降阻措施，以减 少回风阻力，使通风系统合理化。 矿井通风系统优化改造和设计是一项复杂的技术工作，它不仅要考虑当前 矿井的生产情况、巷道网络情况、通风设施情况还必须考虑到规划期间，甚 至是更长远时期矿井的各种情况以及变化。因此，通风系统优化方案拟定的指 导思想是：针对现实，着眼长远，以增强矿井的抗灾能力，确保安全生产，并 能收到长期的经济效益。 2 2 矿井通风系统设计方案评价指标 矿井通i x l 系统在优化改造或设计时，根据矿井的地质条件、矿井开拓和生 产布局，可以拟定出众多的可行设计方案，并且各个方案各有优缺点。为能全 面地表述各矿井通风系统方案的实际状况和优劣，从众多的方案中选择出最优 的通风系统方案，则必须首先引入一组能够确切反映矿井通风系统实际状况的 参数指标。建立一个科学合理的评判指标体系是做好整个矿井通风系统方案优 化的关键之。 无论是矿井通风系统方案还是采区通风系统方案的评价，都首先必须确定 一个全面、合理和科学的指标体系。一般采用“征集专家评分”方法，遵循“独 立明确的物理概念，符合科学、可测、可比、可操作性和简单实用”的原则来 确定。 2 2 1 矿井通风系统方案优选指标的建立 2 21 1 矿井通风系统评判指标建立的原则 建立科学合理的评价指标体系是实现矿井通风系统评价的关键。评价指标 体系应该遵照一定的原则。评价指标体系具有科学性、全面性、正确性与适用 性。 在些文献中，对构建指标体系的准则做了阐述，本文结合矿井通风系统 一1 0 恒源公r q 矿升通风系统优化研究 的特点来确定1 = j 建指标体系应遵循的准则如卜： ( 1 ) 指扔、体系是建立在通风系统分析基础之上的 在矿井通风系统现状的调查、通风阻力测定和风机能力鉴定的基础上，建 立矿井通风系统评判指标体系。 ( 2 ) 系统性 本文在对矿井通j x l 系统分析中，从系统观点出发进行分析。系统性包括目 的性、整体性、层次结构性、相关性和适用性。 a 、目的性 建立评价指标体系的目的是对矿井通风系统可靠性进行评价，以达到既定 目的，围绕这。目标就要建立与此相关的指标体系，并进行优化、控制。 b 、整体性 评价指标之 b j 、评价指标与安全评价整体是一个有机的结合体，安全评价 不是各个评价指标的简单集合，评价指标及其功能，评价指标之间的关系必须 要服从安全评价整体的目的和功能，只有在整体功能下，多评价指标才能进行 评价，进而形成整体的评价。 c 、层次结构性 评价结构有多种，如线状、网状层次等，实践中用的最多的是层次结构。 评价指标体系由一定层次结构的评价指标组成。各评价指标表述了不同层次评 价指标的从属关系，从而形成一个有序的层次结构。使评价指标层次结构能更 好地反映其功能。 d 、相关性 要对评价指标体系内部的指标属性进行相关性的分析。相关性分为纵向之 间的关系与横向之蚓的关系。要使评价指标的相互关系明了、准确，从而建立 评价指标之间的结构，达到合理评价目的。 e 、适用性 评价指标体系要同现有阶段的科学技术水平、经济状况、工业发展水平等 相适应。要有较强的操作性，任何夸大超越或严重落后都是不合理的。要充分 考虑到矿井通风系统可靠性管理的实际水平。 ( 3 ) 科学性原则 导致矿井通风系统可靠性和稳定性降低的故障因子，具有绝对的真实性。 这就要求对其评价的指标具有科学性和客观性。评价指标必须通过客观规律、 一1 1 恒源公司矿井通风系统优化研究 理论知i _ 分析获得，形成经验与知识的互补，任何人为的凭主观性确定的指标 都是不可取的。科学性还必须保证评价指标的外延和概念的明确，对于矿井通 风系统，指标具有模糊性，应该在明确期内涵的情况下，用模糊数学的方法来 处理。 ( 4 ) 单元划分与合成的原则 矿井通风系统由几个子系统组成，具有不同的空间位置，直接将矿井整体 进行可靠性评价是困难的，必须根据其功能划分为不同的单元进行评价，然后 一层一层向上评价。 ( 5 ) 评价指标的可量化性 在进行多指标评价时，评价指标最终须要量化处理，处理的方法可以根据 指标的性质不同而区别对待。如对于“通风系统的完整性”、“通风系统的独立 性”等模糊性指标必须进行“模糊处理”，这就是要求可靠性指标都必须定量化。 ( 6 ) 评价指标的特殊性与普遍性原则 在确定矿井通风系统的评价指标时，应该考虑共性的东西。抓住矿井通风 系统的普遍存在的因素。如通风动力、通风网络等都是共性的。但具体研究一 个特定的对象时，应该充分考虑该矿井的具体情况，这样的评价指标才具有实 用性。 2 2 1 2 评判因子的建立 对于不同的通风系统，涉及影响因素不同，要想将影响因素全部罗列出来， 并确定出进行方案比较的评判指标是很困难的。因此，必须从解决矿井通风系 统方案优选的观点出发，确定进行方案优选影响因素分析及建立评判指标体系， 仅选择对方案选择影响较明显，或在不同方案之间进行比较中影响程度差别较 大的因素。根据影响因素，建立指标体系，选择相同因子。 根据评判指标确立的基本原则，并在大量调研、文献检索、统计分析、经 验总结和反复听取并征求各方面专家的意见的基础上，提出了影响矿井通风系 统方案优选的主要因素指标集，共分3 大类，7 小项，其层次结构模型如图2 2 所示。 - 陋源公司矿j t 豇亘风系统优化研究 剀2 2 指标体系层次结构图 2 2 1 3 模糊优选评判因子的意义及计算 矿井通风系统评判指标力求全面客观地评佶矿井通j x l 系统的可靠程度，其 指标应能反映矿井通风系统的技术质量特征，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和生产矿井质量标准化标准中有 关规定和现场科技人员的经验，综合分析，按照主从相关、回归关系和方向性 原则，确定的评价指标。 以上建立7 个指标分别是：表明矿井通风系统安全性的指标共3 项，即风 量供需比、通风系统稳定性、风机运转可靠性；表明矿井通风系统经济性的指 标综合为l 项，即总费用；表明矿井通风系统技术性的指标共3 项，即管理复 杂性、方案实施难易性和技术先进性。 一、安全性指标 ( 1 ) 风量供需比。矿井实际通过的风量q 与矿井所需风量瓯的比值即是矿 井风量供需比b 。即8 = q q 。 一般认为矿井风量供需比值在 1 ，1 2 之间较为合理，小于1 时矿井风量 不足，大于1 ，2 时风量过剩，最大不超过1 5 ，由此得出该指标量化公式为： 恒源公司矿井通风系统优化研究 1 5 或 1 1 2 。k 1 0 、7 式中：p 通风能力，万t a ； q 矿井总进风量，m 3 m i n ： o 0 9 2 6 总回风巷按瓦斯浓度不超o 7 5 核算为单位分钟的常数； q “矿井瓦斯相对涌出量，m 3 t ；在通风能力核定时，当矿井有瓦斯 抽放时，q 相应扣除矿井永久抽放系统所抽的瓦斯量。q 相取值不小于1 0 ，小于 l o 时按l o 计算。扣减瓦斯抽放量时应符合以下要求： k 综合系数；足= k ，k 。k ；k 。 表3 1 k 取值表 f 值概念取值范围 备注 产量最高月平均日产量 膏十 矿井产量不均衡系数 年平均日产量 矿井瓦斯涌出不均衡高瓦斯矿井不小于1 2 f t 系数突出矿井、冲击地压矿井不小于1 3 斤备用工作面用风系数七= 1 0 + n 0 0 5n * 一备用工作面个数 矿井总进风量年平均值 膏_矿井内部漏风系数 矿井有效风量年平均值 ( 2 ) 由里向外核算法 对于矿井年产量在3 0 万吨以上矿井可使用这种法。 ( a ) 生产矿井需要风量按各采煤、掘进工作面，硐室及其它巷道等用风地 一2 3 恒源公司矿井通风系统优化研究 点分别进行计算。现有通风系统必须保证各用风地点稳定可靠供风。 驴目、( 口采十口捆+ p 幂+ 口鲁+ 口其它) r 通( m 3 m i n )一( 3 3 ) 式中：口采煤工作面实际需要风量的总和，m 3 m i n ： p 一一掘进工作面实际需要风量的总和，m 3 m i n ； 口自一一硐室实际需要风量的总和，m 3 m i n ； 口。备用工作面实际需要风量的总和，m 3 m i n ： 口其它矿井除了采、掘、硐室地点以外的其它巷道需风量的总和， m 3 m i n ： r 通矿井通风系数( 抽出式m 取1 1 5 1 2 ，压入式，m 取1 2 5 1 3 ) 。 其中一些主要参数计算如下： 采煤工作面的需要风量 每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有 害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中 最大值。 掘进工作面的需要风量 和回采工作面所需风量的计算方法基本相同。 井下硐室需要风量，应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和来 计算： 口硐= p 喇。+ p _ 2 + 口骨a + + p 嗣。( 3 4 ) 式中：p _ 所有独立通风硐室需要风量总和，m 3 m i n ： 口_ 、0 _ z 、口_ s 、p _ 。不同独立供风硐室需要风量，m 3 m i n 。 其它井巷实际需要风量，应按矿井各个其它巷道用风量的总和计算： 口其它= p 葛l + 口萁2 + p 其3 + + 口其。( 3 5 ) 式中：口# 、p # ：、p # 。、p # 。各其它井巷风量，m 3 m i n 。 ( b ) 矿井通风能力计算 按照矿井总进风量与矿井各用风地点的需风量( 有效风量) 计算出采掘工 作面个数( 按合理采掘比皿、恐) ，取当年度每个采掘工作面的计划产量，计算 矿井通风能力。 )嵋 时 p 川一 十 孔 靳 一 p 芝 萨 恒源公司矿井通风系统优化研究 式中：r 矿井通风能力，万t a ； p * ，一一第i 个回采工作面正常生产条件下的年产量，万t a ： p * ，第j 个掘进工作面正常条件下的年进尺换算成煤的产量，万t a ； 腽一一回采工作面的数量，个： 啦掘进工作面的数量，个 皿，施应符合合理采掘比。 3 2 4 矿井通风能力验证 ( 1 ) 矿井通风动力的验证。按照矿井主要通风机的实际特性曲线对通风能 力进行验证，主要通风机实际运行工况点应处于安全、稳定、可靠、合理的范 围内。 ( 2 ) 可进行通风网络解算验证矿井通风能力的企业，在进行通风能力核定 中，可按下限选取有关系数。通风网络解算时，要对矿井所有巷道进行阻力测定， 利用矿井通风阻力测定的结果对矿井通风网络进行解算，验证通风阻力与主要 通风机性能是否匹配，能否满足安全生产实际需要。 ( 3 ) 用风地点有效风量验证。采用矿井内采区有效风量验证用风地点的供 风能力，核查矿井内各用风地点的有效风量是否满足风量需要，井巷中风流速 度、温度应符合煤矿安全规程规定。 ( 4 ) 稀释瓦斯能力验证。利用瓦斯等级鉴定结果以及矿井瓦斯安全监测仪 器仪表检测的结果，验证矿井通风稀释排放瓦斯的能力，各地点瓦斯浓度应符 合煤矿安全规程的有关规定。 3 3 矿井通风系统阻力测定 3 3 1 通风阻力测定的意义 井巷风阻是反映通风特性的重要参数。通风阻力测定的主要内容和目的是 通过测量各种类型并巷的通风阻力和风量，以标定它们的标准摩擦风阻值和标 准摩擦阻力系数值，将其编集成册，作为矿井通风技术管理的基本资料。在矿 井通风系统优化工作中，井巷风阻是最重要的参数之一。而矿井井巷摩擦风阻 的测定是通过摩擦阻力的测定来进行的，因此，矿井通风阻力的测定工作就成 了矿井通风系统优化中必不可少的内容。 通过矿井摩擦阻力的测算，可以掌握矿井通风阻力的分配状况、通风网络 一2 5 谯源公司矿势遗菇系统饶纯毳拜究 效率、各矿井主要通风机裟鼹的工矿点、运行效率以及矿井通风熊耗等的情况， 然后通过论诞矿芳通风系统的技术经济食理性，为疑蚕有进行系统优化改造的 妊要往提供瑾论莜疆。 另外，只有以井巷风阻作为基础参数，才可解算矿井通风网络、设计优化 的矿井通风网络和优选主骚通风机装罄，最终给出一个最优的通风系统方案。 3 3 2 矿井通风阻力计算 ( 1 ) 两测点问的通风隰力 巷道串蘧令耀邻溺煮i 与j 之阉豹逶嚣阻力诗舞公式甄下： u ) = 玩( ) + t u ) + ，( 1 ) ( 3 7 ) 戏中 恁) 测点i 与j 之间的静压差，p a ； 恁( = 擎。g l 嚣鏊一哆) 一遗一辑) 】 茸、曰j 测定仪器在i 、j 测点测定时，熬点仪器的读数( 可通过溅 点仪器压力的测值曲线上焱褥) ： 焦、鑫；嚣定仪器在i 、j 溺轰戆读数，p 鑫； 吃t f ) 断面i 与j 之间的饶压差，p a ； 舞舶) ：奎戤 z ，一z ，) 掣粤 ( 3 8 ) 五毗) 断面i 与j 之间的遮压差。 ( 2 ) 测爨鼹线总阻力诗葵 从进风井口到通风机入口前风硐内测点的全矿井通风阻力， 通风路线上备条巷道通风阻力之和，即： 母= 赣瑚 3 3 3 阻力测定精度的评价 等于一条主要 ( 3 9 ) 由于测定仪器本身的精度及环境等因素的影响，测定误差的产生是难免懿。 德是只要将溯定误差控制在定范围海，测定结莱照可靠貔。 根据风机房水柱计读数及自然风聪饭和风峒的幼压，计算出矿井实际通风 隰力h r 。再与蜜测通风阻力h f 相比较。两者的差值即为测定路线的绝对误差e 。 一2 6 恒源公司矿井通风系统优化研究 e = h 一耳i 式中：h ，一矿井实际通风阻力，i = + 珥一氐； h 一风机房水柱计读数，p a ； h 。一测定系统的自然风压，p a ： h v 一风峒内安装水柱计处断面的平均动压，p a ： h r 一矿井实测通风阻力，p a 。 测定系统的相对误差6 可按下式计算 占：j ! 型1 0 0 ， 式中符号意义同上。一般要求6 5 。 3 3 4 通风阻力测定结果分析 南、北翼通风系统的阻力测定路线的测定误差如表3 2 所示。 表3 2 测定路线误差汇总表 路线名称计算阻力p a实测阻力p a绝对误差p a相对误差 南翼 2 6 4 2 2 6 3 840 1 北翼 2 6 4 22 5 2 51 1 7 4 6 5 各个测定路线的阻力及其阻力分布见表3 3 。 表3 3 各通风路线总阻力及阻力分布表 ( 3 一lo ) ( 3 _ 1 1 ) 测定路线区段测段通风阻力p a占系统总阻力的百分比( ) 进风段 1 3 7 6 2 32 3 5 8 用风段 3 7 3 9 1 1o ，4 2 南翼通风线路 回风段 3 9 4 6 2 0 0 57 6 0 0 合计 2 6 3 81 0 0 进风段 l 6 5 3 8 2 1 3 用风段1 4 2 1 8 33 2 9 北翼通风线路 回风段 9 1 4 、2 1 2 8 1 9 0 47 5 4 1 合计2 5 2 51 0 0 通过阻力测定得出的结论如下： 1 ) 矿井采用中央并列式通风，这种通风方式的特点是通风线路长，进风井 2 7 恒源公司矿井通风系统优化研究 与风井相距近，势必造成井下通风设施增多，从丽也增大了矿井内部漏风，现 场管理中，应加强这些通风设施的管理，以提高矿井的有效风量率。 。 2 ) 从阻力测定结果可看出，南翼巷道高阻力主要在回风侧，回风段巷道 阻力值为2 0 0 5 p a ，占南翼阻力的7 6 2 9 ，其中总回风道阻力高达5 2 9 p a ，主要 原因是巷道断面小而通过的风量大；从百米阻力可看出，在巷道的进风侧和回风 侧阻力都较高。这主要是因为巷道断面较小，风速较高形成的：北翼巷道高阻 力测段分别为北大巷、4 4 皮带大眼上口、4 2 运输上口以及总回风道，其阻力分 别为1 4 3 p a 、1 2 8 p a 、3 8 7 p a 和8 5 l p a ，分别占系统的5 6 7 、5 0 9 、1 5 3 1 和 3 3 6 9 。主要是巷道断面小，风速较高。 3 ) 从测定结果可看出，矿井主石门阻力较高，达2 2 5 p a ，主要是由于矿井 进风量大而石门断面小造成的。建议扩大巷道断面或增设一条新巷道。 4 ) 六五采区主要回采煤柱煤，局部地点通风混乱，漏风较为严重，因而 造成局部用风地点需风不足。 3 4 矿井主要通风机性能鉴定 矿井主要通风机是矿井通风系统的主要组成部分。掌握其性实际特性是保 证矿井通风系统稳定可靠性的前提。为了使通风系统模拟、分析结果可靠，2 0 0 4 年1 1 月1 8 日对矿井的主要通风机进行了性能测定。 3 4 1 1 号( 北) 风机测定结果 根据测定记录的数据整理得到的1 号( 北) 风机实测性能参数汇总如表3 4 所示。 3 4 22 号( 南) 风机测定结果 根据测定记录的数据整理得到的2 号( 南) 风机实测性能参数汇总如表3 5 所示。 实测资料可见，两台风机的性能略有差别。测定结果可满足现场管理使用。 恒渊公司矿井通风系统优化研究 表3 4 恒源公司中央风井1 号( 北) 风机实测性能参数汇总表 测定i