突出矿井采掘接替与通风系统的动态模拟及优化

摘要

针对煤与瓦斯突出矿井中近距离煤层群联合开采的特点,在总结和分析国内外已有研究成果的基础上,运用采矿学、矿井通风学、通风网络图论、流体力学、非线性优化理论,以及计算机科学中的软件开发、计算机图形学等学科相关内容,系统研究矿井采掘工程接替理论与矿井通风系统动态仿真及优化调节理论及技术。论文的主要研究内容和取得的主要成果如下:
　　⑴统计分析了综采面本煤层百米钻孔瓦斯抽放量与瓦斯预抽期的指数函数关系,确定出合理的瓦斯预抽时间;以相同班产量下综采面相对瓦斯涌出量的平均值作为当前班产量下的统计样本,得出了班产量与绝对瓦斯涌出量的幂函数关系,确定了瓦斯涌出不均衡系数;获得了不同班进尺下掘进工作面累计进尺与绝对瓦斯涌出量的指数函数关系;提出了基于统计法的瓦斯分源预测修正模型。
　　⑵在矿井采掘接替通用技术规则的基础上,建立了煤与瓦斯突出矿井中近距离煤层群联合开采的采掘工程接替因素指标体系,提出了基于可变模糊理论的采掘工程接替编制方法,设计开发了矿井采掘接替专家系统。
　　⑶建立了矿井独头巷道掘进与接替的状态模型、采煤工作面推进与接替状态模型、巷道注销模型、采掘推进过程中工作面巷道风阻值的变化模型及井下用风地点需风量变化模型,结合矿井通风系统静态模拟,提出了基于采掘推进与接替的矿井通风系统动态仿真理论,开发了矿井通风动态仿真系统。
　　⑷建立了以矿井总通风功耗、调节设施装置地点数目及采空区漏风通道压差最小化为目标函数,以余树弦分支风量、可调节分支阻力调节量为决策变量,巷道风速、用风地点需风量、矿井通风总阻力、巷道阻力调节量不超限作为不等式约束条件,以通风网络回路风压平衡方程、节点风量平衡方程及风机特性曲线方程作为等式约束条件的矿井通风网络优化调节非线性优化模型,提出了微分进化与关键路径法联合求解模型的算法,设计了算法的数据结构和程序。
　　盘江矿区金佳煤矿为煤与瓦斯突出矿井,采用中近距离煤层群联合开采的开采方式,矿井通风系统为多风井分区式。将研究成果在金佳煤矿进行了应用研究,获得了金佳矿采掘工程接替主要影响因素变化规律,编制了金佳矿经济性和安全性最优的采掘工程接替5年计划方案,在此基础上,应用矿井通风系统动态仿真理论,获得了矿井通风系统随采掘接替的近期变化情况,结合控制采空区漏风的通风系统优化调节技术,对提升矿井灾害防治、保障矿井安全生产具有重要的现实意义。
　　该论文有图52幅,表30个,参考文献130篇。

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图清单

表清单

变量注释表

1绪论

1.1研究的背景及意义(Background and Significance of Research)

1.2国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3主要研究内容(Main Contents of Research)

1.4论文研究的关键技术路线(Key Technical Route of Research)

1.5本章小结(Brief Summary)

2煤与瓦斯突出矿井采掘工程接替主要影响因素分析

2.1应用矿井基本概况(Introduction of Research Coal Mine)

2.2采煤工作面瓦斯预抽期计算(Calculation of Gas Extraction Period in Working Face)

2.3综采面瓦斯涌出量分源修正预测研究(Research of a Modified Forcasting Model of Different Gas Source in Fully Mechanized Working Face)

2.4采掘工作面推进速度变化规律研究(Research of Changing Laws of Day Mining Footage Law of Working and Heading Face )

2.5本章小结(Brief Summary)

3煤与瓦斯突出矿井采掘接替计划编制技术及程序设计

3.1矿井采掘工程接替总方针(General Principle of Mining and Excavation Planning)

3.2矿井采煤工作面接替专家系统设计(Designing the Expert System of Working Face Planning)

3.3矿井掘进工作面接替专家系统设计(Designing the Expert System of Heading Face Planning)

3.4采掘工程接替计划合理性检验(Rationality Test of Mining Planning)

3.5煤与瓦斯突出矿井煤层群联合开采接替研究(Research of Mining Planning for the Combined Mining in Coal and Gas Outburst Mine)

3.6金佳煤矿采掘工程接替应用分析(Application of Mining Planning and Excavation in Jinjia Coal Mine)

3.7本章小结(Brief Summary)

4基于采掘推进与接替的矿井通风系统动态仿真

4.1矿井通风系统静态仿真模拟(Static Simulation of Mine Ventilation System)

4.2矿井通风系统动态仿真模型(Dynamic Simulation Model of Mine Ventilation System)

4.3初始数据(Initial Data)

4.4仿真模拟算法(Simulation Algorithm)

4.5金佳煤矿分区式通风系统动态仿真模拟(Dynamic Simulation of Parallel Ventilation System of Jinjia Coal Mine)

4.6本章小结(Brief Summary)

5控制采空区漏风的通风系统优化调节技术研究

5.1含采空区间漏风的矿井通风网络优化调节模型(Optimization and Regulation Model of Mine Ventilation Network with Air Leakage between the Gobs)

5.2微分进化算法基本原理(Basic Principles of Differential Evolution Algorithm)

5.3通风系统优化调节模型求解及程序设计(Solving and Programming of Optimization and Regulation Model of Mine Ventilation System)

5.4金佳煤矿通风网络优化调节分析(Analysis of the Optimization and Regulation of Jinjia Mine Ventilation Network)

5.5本章小结(Brief Summary)

6结论

6.1主要研究结论(Main Conclusions)

6.2论文创新点(Innovation of Research)

6.3研究展望(Prospect of Research)

参考文献

附录1

附录2

作者简历

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