基于三维仿真系统的矿井风流调控技术及应用研究

摘要

矿井风流对通风系统犹如人体循环系统中的血液一样重要,风流合理有效的流动是地下矿山安全生产的重要保障。随着矿业的发展,矿山通过增加开采深度,扩大开采范围,提高开采强度来扩大生产能力的同时,通风系统愈加复杂,风流调控难题愈加突出,常出现风流短路、循环甚至停滞等问题,导致风量分配不合理、通风效率低,危害矿山安全生产。而矿井风流调控受通风网络、自然风压、通风动力等多因素影响,传统的网络分析手段和风流调控技术难以有效改善复杂系统的通风效果。因此,本文应用三维仿真系统,分析多因素对矿井风流的影响,研究矿井风流调控技术。主要研究内容及结论如下:
　　(1)分析矿井通风三维仿真与优化系统的设计构架和仿真解算模型,通过数值实验研究风网解算结果的影响因子及可靠性,结果表明:解算精度取10-5m3/s,初始风量取10 m3/s时模拟解算准确度较高。
　　(2)应用Visual Basic语言建立矿井自然风压实时计算模型,并分析自然风压对通风系统和矿井风流的影响规律,为自然风压的调节和控制提供依据。
　　(3)通过综合分析通风网络定律和PMV-PPD指标,建立矿井风流稳定性、热舒适性和有效性的评价模型和指标,定量定级别的评价矿井风流作用效果,为风流调控提供依据。
　　(4)分析硐室型风流调控技术的结构、类型、功能、影响因素和风流调控理论模型,确定其应用条件和范围。应用矿井通风三维仿真分析系统,探索硐室型技术设计选型方法,并应用与某机械化盘区硐室型风机机站调控,有效改善风流短路、作业面风量不足问题。
　　(5)对江西某铜矿展开现场测试,综合分析和评价矿井通风系统和风流作用效果,通过仿真模拟和自然风压影响分析研究,提出合理的风流调控技术方案。方案实施后矿井风流分配更合理,通风效果明显改善。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 通风系统仿真模拟与风流调控技术研究现状

1.3 研究内容及技术路线

第二章 矿井通风三维仿真与模拟分析

2.1 仿真系统构架设计

2.2 通风网络三维仿真与解算

2.3 风网解算影响因子及可靠性分析

2.4 本章小结

第三章 自然风压实时计算及其影响与控制

3.1 自然风压特性

3.2 矿井自然风压实时计算模型

3.3 自然风压影响分析与控制

3.4 本章小结

第四章 矿井风流特性分析与调控技术研究

4.1 矿井风流特性分析

4.2 通风网络中风流调节

4.3 硐室型风流调控技术研究

4.4 硐室型风流调控技术设计选型研究

4.5 本章小结

第五章 矿井通风系统仿真分析与风流调控应用研究

5.1 矿山概况

5.2 通风系统测定分析与评价

5.3 通风系统三维仿真与网络模拟分析研究

5.4 矿井风流调控研究

5.5 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参 考 文 献

附 录A 风网解算结果

致谢

攻读学位期间的研究成果