赵明河南理工毕业设计说明书(论文)

.河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）题目 平煤天安四矿三水平 三水平矿井通风优化设计 站 别 平顶山函授站 年级专业 2012级安全工程 学生姓名 赵 明 指导教师 李 创 起 2014 年04月25日河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）任务书站名：平顶山函授站 年级专业 2012级安全工程 学生姓名 赵明 一、设计（论文）题目： 平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计 二、设计（论文）任务与要求三、设计（论文）时间2014年 03 月 05 日至 2014 年 04 月 20 日指导教师（签名） 成教院院长（签名） 河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）评定书站名：平顶山函授站 年级专业 2012级安全工程 学生姓名 赵明 一、设计（论文）题目：平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计 二、设计（论文）说明书 53 页，附图 1 张。三、审阅意见及评语根据学院毕业设计管理的有关规定，同意（不同意）参加毕业设计（论文）答辩。指导教师（签名） 职 称 工 作 单 位 河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）答辩委员会记录平顶山函授站 年级专业 2012级安全工程 学生 赵明 的毕业设计（论文） 于 2014 年 05 月 17 日进行答辩。设计（论文）题目：平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计答辩学生向毕业设计答辩委员会（小组）提交以下资料：一、设计（论文）说明书 共53页二、设计（论文）图纸 共 1 张三、指导教师评阅意见 共 页根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议：一、毕业设计（论文）的总评语：二、毕业设计（论文）的总评成绩：毕业答辩委员会主任（组长）签字：委员（成员）签字： 年 月 日;.平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计 摘 要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。矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分。随着煤炭工业的不断发展，矿井生产能力越来越大，开采深度和广度不断加大，开采的地质条件也更加复杂，矿井通风对矿井的生产与安全起着越来越大的影响。矿井通风系统优化应达到两个目标，一是改善作业环境，提高系统的有效性和可靠性;另一是节省通风费用，提高经济效益，两者必须同时兼顾。 本文就是通过对平煤四矿的通风阻力测定，通风网络解算和通风系统分析之后,结合矿井的实际情况，制定出了合理的优化方案。通过对优化后通风能力的核定，本着以风定产的原则，核定该矿生产能力为315万吨。指导了矿井的安全生产，并为矿井的增产和扩大提供了可行性依据。从而满足了矿井近期内的生产需要，起到了一定的社会经济价值。关键词：通风系统，系统分析，系统优化，阻力测定，通风网络解算目 录摘 要11 矿井概况41.1矿井概述41.2交通情况41.3自然地理51.3.1水文地貌51.3.2水文概况51.3.3气候61.3.4地震61.4区域地质简况71.5区域经济概况72 平煤四矿通风系统分析82.1矿井通风系统基本情况82.1.1矿井通风系统概况82.1.2矿井需要风量、实际风量、有效风量82.1.3矿井瓦斯等级，瓦斯和二氧化碳的绝对、相对涌出量82.1.4主通风设备及运行参数，风量，风压，通风阻力，等积孔82.1.5分区通风情况北主扇担负的北风井系统92.2矿井通风阻力测定102.2.1通风阻力测定的目的及意义102.2.2平煤四矿通风阻力测定路线的选择原则102.2.3平煤四矿通风阻力测定的方法112.2.4测定数据的整理计算，矿井通风阻力计算112.2.5矿井通风阻力测定结果的评价112.2.6对通风网路分支风量及风阻值测算结果的评价122.3平煤四矿通风系统的分析与评价122.3.1关键路径上的阻力分配情况122.3.2通风系统的不合理状况142.3.3本章小结143 矿井通风系统优化的可行性论证163.1四矿三水平通风系统优化的目的和意义有以下几方面163.2四矿三水平通风系统优化的必要性163.3四矿三水平通风系统优化的紧迫性163.4四矿平通风系统优化的可行性173.5四矿通风系统优化的关键技术和原理173.5.1关键技术173.5.2优化采用的原理173.6四矿通风系统优化要达到的主要技术指标184 矿井通风系统优化设计的选择与计算194.1 三水平通风系统优化的实施194.1.1三水平实施依据194.1.2需要达到的主要技术指标194.2 实施过程204.3 方案比较234.4工程量及预算244.5风量计算及风量分配254.5.1矿井需风量计算254.5.2采煤工作面需要风量254.5.3掘进工作面需要风量284.5.4硐室需风量324.5.5矿井需风量334.6矿井通风能力计算344.6.1能力核定计算公式344.7矿井通风能力验证354.7.1矿井主通风机能力的验证354.7.2矿井通风网络验证354.7.3用风地点有效风量进行验证364.7.4稀释瓦斯能力验证374.8通风阻力测定394.8.2平煤四矿通风阻力测定路线的选择原则及方法395 矿井通风设备的选择415.1主要通风机选型415.2主要通风机的工况点455.3电动机选择466 矿井通风评价486.1矿井吨煤通风电费486.2矿井等积孔、总风阻487 矿井通风安全管理507.1采区主要风机的安全管理和反风措施507.2采区主要通风设施与质量管理措施507.3采区风量的调节方法安全管理措施517.4掘进工作面扇风机的安装、开、停管理措施527.5掘进工作面风筒吊挂质量及漏风控制措施52参考文献53致 谢541 矿井概况1.1矿井概述中国平煤神马集团具有广泛的发展空间和巨大的潜力,通过已签定的合作协议,煤田面积达3000平方公里,煤炭储存量150亿吨,为企业快速发展提供了充足的战略资源.煤种齐全,焦煤,电煤,瘦煤无烟煤资源充足,特别是中国稀缺的焦煤资源充足,是中国具有重要影响的焦煤基地.经济地理位置优越,是国家规划建设的13家大型煤炭基地之一是铁道部拟建的全国十大煤运通道之一。平顶山天安煤业股份有限公司四矿(前身为平煤集团四矿)位于擂古抬山下,距市6公里市北环路横穿矿区公路铁路四通八达交通变利.职工总数6200人,固定资产1.926亿元是平顶山天安煤业股份有限公司的大型骨干矿井之一。该矿1955年破土动工,1958年8月1日正式投产，60年代四矿人发扬自力更生艰苦创业的精神建成全国四个质量标准化样板矿之一。1985年12月二水平建设投产,年设计能力有60万吨增加到120万吨。进入90年代以来该矿大力实施科技兴矿战略，企业步入快速发展的新阶段，实际年生产能力达到180万吨以上，经济实力显著增强,矿井面貌焕发出生机。该矿坚持走以煤为本多种经营综合发展的道路非煤产业迅速发展,重点项目有矸石热电厂,切块水泥厂，磁化肥厂，标准件厂等20多个厂点，从业人员2500人资产总额6718万元，成为企业经济发展的主要支柱。该矿矿井井田面积7.5平方公里，可采储量5160.7万吨，可采煤层3组8层，各煤层赋存条件交好，地质构造简单。平煤四矿的开拓方式为立、斜井多水平上下山混合开拓，分区开采。目前四矿现有两个生产水平，一水平主采丁、戊组煤层，二水平主采己组煤层。一水平有丁九、戊九两个生产采区，二水平有己三采区、己一东翼残采区和庚一开发采区、三水平前期开拓工程四个采区。其中丁九采区主采丁56煤层、己三采区主采己1617煤层都曾发生过煤与瓦斯突出，鉴定为突出采区。1.2交通情况平煤四矿距平顶山市区约6km，市内有七路公交车直通矿区，并有一、八路公交车经过四矿口。平顶山火车站向东有漯宝线与京广线相接，往西经宝丰与焦枝线相连，区内还有平韩线、平午线。公路北通郑州，南达南阳，与临近市、区的长途汽车，均为全天侯公路，交通方便（见图1.1）。图1.1 平煤四矿交通位置图1.3自然地理1.3.1水文地貌平顶山煤田位于沙河和汝河之间的低山、丘陵地带，四周均为平原，四矿位于煤田中段南部。井田内最高点为擂鼓台，标高505.6m，最低点在褚庄附近，标高150.4m。井田中部高，南北低，擂鼓台、小擂鼓台及407.7m高地一线为近东西向分水岭，分水岭以南坡度较陡，以北坡度较缓，基本呈单面山地形。1.3.2水文概况井田内无大的河流，只有季节性小溪和冲沟，分水岭以北的小溪和冲沟在雨季有水北流，属汝河水系，分水岭以南的小溪和冲沟有水流出井田入湛河（人工河）至沙河。沙河流径井田南部边缘，流向向东，属淮河水系，最大流量3000m3/s，旱季流量0.8m3/s，河床宽阔，坡降较小。1.3.3气候平顶山地区属大陆性半干旱气候，年均降雨量742.6mm，平均气温14，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明。据平顶山气象站历年资料：气温：最高气温42.6（1966年7月19日），最低气温-18.8（1955年1月30日），历年平均气温为14。降雨量：年最大降雨量1461.6mm（2000年），最小降雨量373.9mm（1966年），年平均降雨量742.6mm，月最大降雨量481.3mm（2000年7月）。最大连续降雨天数9天（1964年4月13日21日）。雨季集中在7、8、9三个月。蒸发量：年最大蒸发量2825mm（1959年），最小蒸发量1490.5mm（1964年）。月最大蒸发量408.9mm（1959年7月），月最小蒸发量40.7mm（1957年1月）。蒸发量大于降雨量。温度和风速：平均绝对湿度13.5mm，平均相对湿度67%。冰冻期一般是11月到来年3月。最大冻土深度14cm（1977年1月30日）。最大风速24m/s，平均风速2.8m/s。风向北西、北北西和北东，常年主风向为北东。1.3.4地震历年记载，许昌地区共发生地震九次，河南省有史以来的八次地震中，七次对本区有较大的破坏，1556年叶县地震的记载，有声如擂鼓，山裂石飞，毁屋人死，现将1820年4月在许昌地区发生的一次大地震情况详见表1.2。本区属地震烈度区度区，按中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区所属地震动峰值加速度分区为0.05g。表1.2 平煤四矿地震区域分布图时 间震 中 区震 级震 中烈 度破 坏 程 度波 及 范 围1820年8月4日许昌东北乡N341E1134968震中许昌县东北乡破坏房屋无数计受灾169个村禹县、临颖。鄢陵、扶沟。淮阳、武陟、临汝等1.4区域地质简况平顶山煤田处于秦岭纬向构造带的东延部位，淮阳山字型构造的西翼反射弧顶部，为纬向构造与山字型构造的复合部位，由于二者的共同影响，使得整个煤田形成了一系列北西向的复式褶皱（李口向斜、灵武向斜、郭庄背斜、牛庄向斜、诸葛庙背斜等）和大断层（白石沟逆断层、锅底山正断层、山庄逆断层等），总体构造线为北西向。追溯区域地质历史，平顶山煤田曾受到中岳运动、少林运动、怀远运动、加里东运动、印支燕山运动和喜山运动六期构造运动的影响，在煤系沉积以后，燕山运动最为重要，使区内中生代及其以前地层（包括前震旦纪）卷入了这次运动，形成了北西向的褶皱和断裂，并拌有中酸性岩浆侵入。喜山运动在本区主要表现为差异升降运动，并使先期断裂再次活动，形成了一幅复杂的构造图案。井田地表多被第四系地层覆盖，依据钻探工程揭露地层从老到新依次有：寒武系崮山组、石炭系本溪组、太原组和二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组和第四系。1.5区域经济概况本区经济由于受交通条件影响，在山北由于交通不便，经济较为落后；在矿区南部，经济条件较好。平顶山市以煤炭生产为主产业，其原煤产量居全国第三位，为缓解南方煤炭馈缺起着不容忽视的作用；并以其为中心形成了铁路、公路网络，交通运输极为便利；同时，还有平高电器、姚孟电厂等大型企业，工业较为发达。平顶山市的农业生产以小麦、玉米为主，并发展畜牧业养殖多种经营模式，在向现代农业过渡。2 平煤四矿通风系统分析2.1矿井通风系统基本情况2.1.1矿井通风系统概况四矿通风方式为中央并列式，进回风井分布在井田的中央。通风方法为抽出式通风，分别在2个回风井安装2台主要通风机通风。进风井五个，即三水平主井、二水平主井、副井、南风井和东风井；回风井二个，即北风井和已三风井。如表2.1所示。表2.1 进回、风井筒数量及风量表风井类别进风井回风井风井名称一水平主井二水平主井副井南风井东风井北风井已三风井风井风量（ m3/min）3254422153838251100717679242.1.2矿井需要风量、实际风量、有效风量矿井总需要风量13834m3/min，实际进风量14783 m3/min，有效风量14059 m3/min。其中北风井系统需要风量6381 m3/min，实际进风量6859 m3/min，有效风量6541 m3/min。己三风井系统需要风量7453 m3/min，实际进风量7924 m3/min，有效风量7518 m3/min。2.1.3矿井瓦斯等级，瓦斯和二氧化碳的绝对、相对涌出量想四矿矿井为煤与瓦斯突出矿井。2005年矿井瓦斯等级鉴定结果为，矿井最大绝对瓦斯涌出量57.51 m3/min，二氧化碳涌出量12.97 m3/min；最大相对瓦斯涌出量9.56 m3/t, 二氧化碳涌出量2.15 m3/min。2.1.4主通风设备及运行参数，风量，风压，通风阻力，等积孔北风井主要通风机为2台型号相同的AGF606-2.2-1.3-2型抽出式通风机，一台使用，一台备用，配套电机型号为YR1000-6/1180，额定功率1000KW。己三风井为2台型号相同的BDK-8-NO30高效对旋抽出式风机，一台使用，一台备用，配套电机型号YBF630S1-8，额定功率2500K。目前运行的风机参数如表2.2所示表2.2 矿井主要通风机运行参数表风机名称北风井主要通风机(东台)己三风井主要通风机（东台）型号AGF606-2.2-1.3-2BDK-8-NO30工作风量m3/s123.3143工作风压Pa42503500风叶角度-2.532.5电机型号YR1000-6/1180YBF630S1-8额定功率kw10002500转速rpm988739额定电压V660067002.1.5分区通风情况北主扇担负的北风井系统由丁九、戊九采区组成，2个系统为并联网络，回风由北风井排出；己三主扇担负的已三风井系统由已一东翼采区和已三采区组成，2个系统为并联网络，回风由已三风井排出。采区实行上、下山开拓，丁九采区和己三采区皆为突出采区，戊九采区为高瓦斯采区，上述三个采区均为皮带运输下山和轨道运输下山进风、专用回风下山回风的“两进一回”通风系统；已一东翼采区为低瓦斯采区，为皮带运输下山进风、轨道运输下山回风的通风系统。其各采区风量及工作面情况如表2.3所示。表2.3采区风量以及用风地点分布情况见表系统名称采区名称进风量回风量主要用风地点北风井系 统丁九采区19602048丁56-19070备面戊九采区48995128戊9、10-19120采面、戊8-19190采面、已15-31120机巷、已15-31120风巷、已15-31120尾巷、戊九新总回己三风井系统己三采区54815755己1617-23100采面、己16-23070备面、己1617-23060机巷、己1617-23060风巷、三水平回风下山联巷已一东翼采区21082213己1617-23100采面、己1617-23060机巷、己1617-23060风巷2.2矿井通风阻力测定为了摸清矿井通风阻力沿程分布状况，获得课题研究所必需的基础参数数据，于2013年3月4月对平四矿东翼、己三、戊九和丁九四个采区进行了较为全面的井下通风参数技术测定工作。2.2.1通风阻力测定的目的及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井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，作为矿井通风技术管理的基本资料。运用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、通风网络效率、各矿井主要通风机装置的工矿点、运行效率以及矿井通风能耗等的情况，然后通过论证矿井通风系统的技术经济合理性，为是否有进行系统优化改造的必要性提供理论依据。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要通风机装置，最终给出一个最优的通风系统方案。2.2.2平煤四矿通风阻力测定路线的选择原则(1) 在所有并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的风流风路作为测定路线。(2) 应选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线。(3) 应选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线。2.2.3平煤四矿通风阻力测定的方法采用了气压计法中的两点同时测定法。2.2.4测定数据的整理计算，矿井通风阻力计算两测点A-B之间的通风阻力h阻AB为：h阻AB=hs+hz+hv (2-1) 式中：h阻AB-两测点A-B间的通风能力，pa hs-两测点A-B间的静压差，pahs=PA-PB+P （22）式中：PA，PB-A-B两测点上两太仪器的同时读数值，paP-两台仪器的基准及变档差植校正，pa hz -矿井自然风压，pahz = g(ZA-ZB) （23）hv-两测点A-B间的动压差，pahv= (AvA2-BvB2 ) （24） 式中：AB-空气密度，/m3vA vB-A,B两测点断面上的平均风速，m/s 主测线路上矿井通风总阻力:h阻测=h阻 AB (25)2.2.5矿井通风阻力测定结果的评价本矿井为抽出式通风矿井，根据矿井通风阻力与通风机装置压力关系，由机房水柱计读数推广的矿井通风阻力为： h阻j=hs2-hv2 +HN （26） 式中： h阻j-由风机房水柱读数对算的矿井通风阻力，pa; hs2-风机房U型水柱计读数， pa; HN- 矿井自然风压， pa hv2- 风硐中传压管处断面上的速压，pa。 各主测路线实测阻力的相对误差计算公式为： h=h阻j-h阻测 100 (27)式中：h-相对误差； h阻j-由风机房水柱读数对算的矿井通风阻力，pa; h阻测-主测路线上各段实测阻力之和，pa 将测定的上述有关的参数代入上式，分别得出主测路线I(东翼采区系统)实测阻力的相对误差Ah为3.8%;主测路线II(己三采区系统)实测阻力的相对误差dh为4.9%;主测路线III（戊九采区系统)实测阻力的相对误差Ah为4.7%;主测路线N (丁九采区系统)实测阻力的相对误差Ah为3.6%。可以看出，各主测路线实测阻力的相对误差均小于5%，说明精度符合要求。2.2.6对通风网路分支风量及风阻值测算结果的评价由计算的风阻值，再根据目前运行风机的特性曲线（风机特性曲线表附件1），对目前通风网路进行计算机解算。由解算结果可以看出，测算的各风路的风量和风压值与电算结果基本一致，比较吻合。从而表明:通风网路内风阻值的测算结果是可靠的，满足网路分析的要求。2.3平煤四矿通风系统的分析与评价合理良好的矿井通风系统应该是既能保证井下各作业地点良好的通风效果、很强的抗灾能力和矿井的安全生产，又能做到能量消耗最小，且管理方便。通过对平煤四矿整个通风系统的调查，下面就其矿井通风阻力分布状况和通风系统不合理状况作一简要分析与评价。2.3.1关键路径上的阻力分配情况进风区阻力占关键路径总阻力的20%以下，用风区阻力的相应比例约为4050%,回风区阻力占55%以下;否则，视为阻力分布不合理。根据实际测定的数据，计算出矿井三段(进风段、用风段、回风段) 由表2.4矿井通风阻力表可以看出，对己三风井风机担负的通风总阻力的8.0% ;用风段巷道虽没有回采面，但断面较小，百米阻力值较大，占总阻力的47.3:三段阻力分布基本合理。对己三风井风机所担负的通风路线II来说，进风段巷道断面好，阻力较小，占总阻力的16.2%;用风段阻力较大，占总阻力的49.4%:回风段通风线路短，通风阻力小，占总阻力的34.4%,三段阻力分布状况不合理。表2.4矿井通风三段阻力分布情况表路 线区 段点号划 分长 度 （m）阻力 （pa）占阻力百分比（%）百米阻力值（pa） 路线1 进风段1-10612142808.022.47用风段106-1161547151047.397.95回风段116-119668145044.7214.12合计3429324010095.27路线2进风段1-380311850016.216.68用风段380-4001548150049.487.28回风段400-4061856105034.4118.27合计65223050100119.68 路线3 进风段1-302281445615.5617.10用风段302-312221087635.1279.56回风段312-3181700127949.3295.58合计7145261110048.79路线4进风段1-315280098417.658.2用风段315-3262645101425.942.6回风段326-3311678171746.5106.38合计7123371510068.66对北风井风机担负的通风路线III来说，进风段为多路进风，主斜井通风路线长，进风量较小，故阻力1556%，所占比例偏低;用风段路线较长，阻力较大，占总阻力的3512%，该段阻力所占比例偏高，这主要是由于回风段线路较长，风量较大所致;总的来说，进回风段阻力分布不合理。北风井风机担负的通风路线IV 来说，由于进风断面大，路线短，进风段通风阻力较小，占总阻力的176%;用风段路线较长，阻力较大， 占总阻力的25.9%;回风段阻力占总阻力的46。5%，回风段阻力偏高。2.3.2通风系统的不合理状况(1) 东翼采区四条进风路线中，有三条路线(东翼高强皮带、暗轨、技改)均由南北两头同时进风，容易出现通风零点，使得部分分支现无风、微风现象，尤其在东翼高强皮带和暗轨极为明显。(2)己三高强皮带机头没有独立的通风线路，上下供风时风量小，皮带机头及皮带散热大且无法排除，从而导致皮带机头、己三皮带下山及其下部工作面进风温度偏高，工人作业环境恶劣。(3)己三采区一300m石门巷道受压严重，断面狭小，通风阻力大，维护费用高。(4)己三大仓处于东翼与己三两采区的大角联中，风流不稳定，经常反向，造成串联通风，给系统的安全可靠性带来极大威胁。(5)己三的两台BDK-8-NO30风机老化运转，给以风定产带来了安全隐患。(6)北回风立井只做到一260m水平，使得丁九下山采区回风要通过轨道上山从一440m 水平回到一260m 回风石门，再到北回风立井，通风路线长。阻力大。同时，由于丁九上、下山采区回风都经一260m 回风石门，回风量大，巷道断面小，风速高达11.81m31s，明显超限;随着丁九下山的开发，这种现象将更加严重。 (7)从矿井主要通风机性能核定结果来看，风机性能都存在不同程度的下降，以同角度下风机工况点的风量为指标，己三风机下降20.3%，北风井风机下降了142%。(8)另外 ,在测定过程中发现北风井风机房水柱计读数不稳定，分析其原因，可能是由于丁九石门与戊九石门都与戊九总回相通，且风门间没有闭锁，运输过程中有时出现两道风门同时开启，造成风流短路。2.3.3本章小结从以上分析评价来看，戊九采区通风系统基本合理，而东翼、丁九及己三采区在通风有效、安全可靠、经济合理以及管理水平上则存在不同程度的问题，有些甚至严重威胁着矿井的安全生产。如果不对上述通风系统存在的问题进行解决，矿井以风定产的要求就难以满足。特别是随着己三及东翼下山采区的延伸开发，通风阻力路线变长，阻力增大，通风系统将更加复杂，供风不足现象更加明显，这将严重影响着矿井的安全生产和经济效益的提高。因此，在对平煤四矿通风系统分析的基础上,制定了一套切实可行的优化改造方案.对该矿建立合理优质的矿井通风系统、确保矿井安全生产、创造良好健康的井下作业环境以及提高整个矿井的经济效益，将具有重要的意义并产生深远的影响。3 矿井通风系统优化的可行性论证3.1四矿三水平通风系统优化的目的和意义有以下几方面1）可以解决矿井通风困难问题，提高通风系统的稳定可靠性。2）可以提高突出矿井的安全性能，提高矿井的本质安全性，增加矿井抗风险的能力。3）可以找到一条矿井通风系统升级改造的新路子，为其他类似矿井提供基础资料。3.2四矿三水平通风系统优化的必要性随着矿井不断的开拓延伸，矿井自然条件和开采技术条件也在不断的发生变化。主要表现在下列方面：A 矿井瓦斯等级从低瓦斯矿井转变为高瓦斯矿井，1997年丁九采区发生突出后，矿井升级为突出矿井。由于矿井瓦斯等级提高，如何实现一个从低瓦斯矿井到高瓦斯矿井再到突出矿井，使通风系统符合规程要求，建立专回系统，并确保矿井在防治煤与瓦斯突出方面提高安全性能，也是一个大的系统工程。早期的通风系统也不适应高突矿井的要求。B矿井通风阻力上升，一方面矿井阻力增加造成矿井负压与主要通风机不匹配不适应；另一方面，矿井通风也变的十分困难，形成两个极端，一方面采区内部风量紧张，瓦斯不能很好的得到释放，瓦斯经常处于临界状态，瓦斯超限次数增加，威胁安全生产；再者，采区总回风因为巷道断面小，风速超限。C早期的采区通风系统单一，为“一进一回”系统，也不适应高阻力矿井的要求。D矿井的机械化程度却越来越高，对风量、温度的要求也越来越高，因此必须对通风系统进行改造3.3四矿三水平通风系统优化的紧迫性（1）随着多水平开采的强力开发，采煤方法和采煤工艺进一步先进，矿井不断向下延伸，瓦斯问题日益突出，系统的优化和风机的改造势在必行。（2）北风井必须改造，保证风机安全可靠运行，增大供风能力才能满足矿井的生产需要。3.4四矿平通风系统优化的可行性A研究的技术条件。对于通风系统改造，目前国家制订了一套可以用来测定的技术标准。比如矿井通风阻力测定，网络解算，主扇性能鉴定等，在使用这些技术方面，四矿也有比较成熟的经验。B研究的现场条件。通过采取施工新巷道解决通风阻力和提高矿井安全性能的方法是目前国内采用的主要方法。在三水平，由于原来的通风系统通风方法单一，为“一进一回”通风系统，采用并联通风网络解决高阻力问题技术上可行。以前也做过这方面的研究，但是由于研究的深度不够，没有达到应有的效果，以至造成阻力节节攀升。本次提出的优化方案将结合国内现有的经验，结合自己的条件，大胆创新，完全能够解决高负压和提高系统安全性能问题。3.5四矿通风系统优化的关键技术和原理3.5.1关键技术本次优化的关键之处在于使用“三个测定”，完成了“三个同时”。 “三个测定”，是指阻力测定、网络解算、主扇性能测定。这三个测定要注重数据准确可靠,尤其前两个测定,对分析优化方案起关键性作用。“三个同时”，是指在采区外部、内部、采煤工作面同时进行优化改造。要根据不同的地点，“三个测定”的数据，采取不同的优化方式，达到安全与效益最大化。3.5.2优化采用的原理本次优化采用通风安全技术中的阻力测定技术、网络解算技术、主扇性能鉴定技术等。所采用的原理为流体力学中有关流体方面的定理如博努里方程、摩擦阻力定理、主要通风机特性曲线等。伯努里方程：p11gh11v12 = p22gh22v22式中：p1、p2为断面1、2点的大气压力；1、2为断面1、2点的空气密度；h1、h2为断面1、2点的标高；v1、v2为断面1、2点的空气流速。摩擦阻力定律： Hr = 式中：Hr为井巷的摩擦阻力;为摩擦阻力系数；L为井巷长度；U为井巷湿周；Q为井巷内风量；S为井巷断面。3.6四矿通风系统优化要达到的主要技术指标负压指标：三水平降低通风阻力1800pa，增加风量500m3/min，即由2004年3月份的负压4850pa，风量6529 m3/min，降低到负压3050pa，风量增加到7029 m3/min 。或者在调高主扇角度的情况下降低阻力1200pa，风量增加1200 m3/min以上。即负压降低到3650pa，风量增加到7929 m3/min以上。安全指标：瓦斯超限次数减少80%，通风系统完全符合规程要求。4 矿井通风系统优化设计的选择与计算4.1 三水平通风系统优化的实施4.1.1三水平实施依据该项目采用通风安全技术中的阻力测定技术、网络解算技术、主扇性能鉴定技术等。所采用的原理为流体力学中有关流体方面的定理如伯努里方程、摩擦阻力定理、主要通风机特性曲线等。伯努里方程：P1+1gh1+1v12/2= P2+2gh2+2v22/2式中，P1，P2为断面1、2点的大气压力；1，2为断面1、2点的空气密度；h1，h2为断面1、2点的标高；v1，v2为断面1、2点的空气流速。摩擦阻力定理：H f= 式中，Hf为井巷的摩擦阻力；为摩擦阻力系数；L为井巷长度；U为井巷湿周；Q为井巷内风量；S为井巷断面。 根据以上步骤，确定具体的优化通风系统的工程项目方案。4.1.2需要达到的主要技术指标（1） 主要指标负压指标：三水平降低通风阻力1800pa，增加风量500m3/min，即由2004年3月份的负压5000pa，风量6529 m3/min，降低到负压3200pa，风量增加到7029 m3/min 。或者在调高主扇角度的情况下降低阻力1200pa，风量增加1200 m3/min以上。即负压降低到3800pa，风量增加到7929 m3/min以上。（2）安全指标：瓦斯超限次数减少80%，通风系统完全符合规程要求。4.2 实施过程（1）通风阻力测定在进行通风系统改造前，必须对矿井通风阻力进行测定，一方面掌握矿井的阻力的分配情况，以便采取针对性的措施，另一方面，得到井下的摩擦阻力，便于进行网络解算，确定方案以及确定井巷断面尺寸。采用基点法，其两测点间的通风阻力值用下式计算：hi,i+1 =（PiPi+1）（HiHi+1）（i + i+1）9.812 +（ii22i+1i+122）+（Pdi+1Pdi）式中 hi,i+1 i至i+1点间的通风阻力值，Pa；Pi、Pi+1 分别为i和i+1点的绝对压力值，Pa；Hi、Hi+1分别为i和i+1点的标高值，m；i、i+1分别为i和i+1点的空气密度，Kg/m3;i、i+1分别为i和i+1点的风速，m/s;Pdi+1、Pdi分别为i和i+1点读数时的地面大气压力变化值，Pa。测定路线是从进风井经过用风地点到回风井口的所有风流路线中没有安设增阻设施的一条风流路线，既要能控制一个通风系统的全网络，又能便于了解各类巷道的阻力分布状况。具体测定数据见下表。通过对阻力测试结果分析，可以看出，其中采区进风段阻力1600帕，占总阻力的31.3%，采区回风段阻力1700帕，占33.3，采区总回风段阻力1800帕占35.4，进、用、回阻力比为基本为1：1：1，对于这样的系统，要解决阻力高的问题，必须采取综合措施，方能解决问题。表4.1矿井通风三段阻力分布情况表名称压力温度标高密度位压差风速风速动压差阻力长度巷高巷宽断面形状副井上口2.916.12031.1900副井下口60.116-264.371.259-56091212.022.56113.846728.2圆形己三暗斜口58.714.8-263.61.2639.5142724.5310.41-1406503.934.7716.2拱形三水平明斜55.615.4-255.21.256103.73986.6314.66-2028502.3447.6拱形1#交叉点55.315.9-255.81.254-7.381011.68-25.9-63.2802.774.269.8拱形2#交叉点53.815.9-256.51.252-8.593355.5817.74-1912202.73.277.65拱形戊九皮下下口5517.2-264.11.248-93.12133.55-11.715.26902.44.067.93拱形中部变电所64.520.4-3441.245-9761472.45-4.12-40.2662.33.977.4拱形中川69.722-410.21.245-8081382.3-0.45-2884602.154.126.99拱形戊8-19120机巷73.822.3-453.11.248-5242263.775.562-78.52402.133.45.97拱形已15-31120风巷74.122.8-465.51.246-1523856.4216.81-1051002.63.327.42拱形下部变电所75.622.9-495.31.248-3645108.519.42-2052701.82.94.29拱形下延运输平巷7522.9-502.61.247-89.22353.92-35.5-2051002.43.26.55拱形已16-31170机巷口75.523.4-546.61.246-5371672.78-4.74-4723602.244.19.18矩形已16-31090风巷口68.730-517.31.211352.61612.68-0.47-3489002.353.68.46矩形1#泵站口66.830-504.11.208156.52153.583.4-30.11002.23.57.7矩形已15-31120风巷口61.629.3-467.51.205432.92564.273.213-1143602.537.5矩形戊0-19120机巷口60.628.6-461.41.20772.13535.889.918-18502.43.17.44矩形戊8-19120风巷口55.127.9-425.11.203428.74527.5313.26-1082102.152.956.34矩形新中部变电所45.327.9-371.81.192625.73656.08-12.1-4362902.23.738.21矩形戊8-19030机巷36.627.6-314.61.183665.82554.25-11.4-2263183.044.614矩形戊8-19030机巷3327-287.91.182309.43395.658.172-62.45122.54.1410.4矩形戊8-19030风巷口27.326.6-273.81.177162.93525.871.388-4561602.54.2410.6矩形明斜井口22.528.2-2501.165273.13575.950.371-2072002.93.9711.5矩形老泵站口19.527.6-242.61.16484.4369011.556.33-169602.72.926.95拱形距明斜136米17.227.2-232.71.163112.864610.8-9.56-127762.53.357.14拱形戊七变电所回风口13.827.2-224.41.15994.4172412.116.97-2497223.16.2梯形戊九辅助回风口0.826.7-155.41.146779.185314.231.42-5003482.52.876.27拱形通2.5米轨道小川-826-129.21.138293.25378.95-70.2-6473843.23.3510.7矩形北风井底-1524.8-751.135603.63065.1-30.8-14776拱形