青山煤矿通风系统优化报告1

沈煤集团盛隆公司青山煤矿通风系统优化研究报告辽宁工程技术大学沈煤集团鸡西盛隆公司沈煤集团盛隆公司青山煤矿二OO九年七月目录TOC\o"1-3"\h\z1矿井概况 11.1自然条件 11.2开拓开采 11.3机电与运输 21.4一通三防 21.5研究内容 32矿井通风仿真系统功能 52.1矿井通风仿真系统的主要功能 52.2矿井通风网络拓扑关系自动建立与管理 73矿井通风仿真系统模型建立 133.1矿井风流状态方程 133.2仿真模型 133.3矿井通风仿真系统三要素 153.4自然分风数学模型 153.5矿井通风仿真系统优化调节数学模型 203.6风机特性曲线最正确拟合次数 224矿井通风系统测试 26矿井通风系统阻力测试 264.2青山煤矿通风系统测试分析 265矿井通风系统现状解算调试 355.1系统解算的调试原那么 355.2系统解算的调试结果 356矿井通风系统优化 386.1通风系统优化方案结算 386.2通风系统优化方案比拟初步结论 447结论 501矿井概况1.1自然条件1〕地理位置：青山煤矿位于黑龙江省牡丹江市林口县青山乡境内，地理坐标为东经130°30’～130°33’，北纬45°28’～45°29’，面积52km2。地面标高：最低+325m，最高+493m，平均+425m。2〕开采历史：该区域煤窑繁多、小井林立，最早建井在1967年，至今已有四十多年的开采历史。历史上最近一次设计后投产时间为1974年10月，设计生产能力30万吨/年，其中：一井为15万吨/年，二井为9万吨/年，六井为3万吨/年，八井为3万吨/年；但由于地质条件复杂，资金投入匮乏，生产技术落后，矿井始终没能达产。并购史：沈煤集团于2005年初进展了收购青山煤矿的前期准备工作，2005年5月18日正式收购青山煤矿。并购后对矿井进展了大规模改扩建，设计生产能力90万吨/年。改扩建主体工程于2005年末根本完成，并正式投产。3〕煤层：煤层共有24层，可采层10层，煤层总厚度。倾角10～20°，属缓倾斜煤层。4〕储量：工业储量6960万吨，可采储量5293万吨。5〕瓦斯等级：一井、二井为高瓦斯，六井、八井为低瓦斯。青山煤矿各井瓦斯等级见表1-1。表1-1青山煤矿各井瓦斯等级表〔2021年7月测定〕井口绝对瓦斯量〔m3/min〕相对瓦斯量〔m3/t〕瓦斯等级一、二井高瓦斯六、八井37低瓦斯1.2开拓开采1〕井田开拓〔1〕设计生产能力：改扩建后设计生产能力90万吨/年。效劳年限：5293/〔90×1.6〕=36年。〔2〕开拓方式：各井均属片盘斜井开拓。2〕采煤〔1〕采煤方法：走向长壁后退式。高档普采和爆破采煤。〔2〕顶板管理方法：全部跨落法。单体柱配铰接顶梁支护。3〕掘进〔1〕掘进方式：爆破掘进。〔2〕掘进主要设备：=1\*GB3①耙斗机：型号P-60B，功率30KW；型号P-30B，功率17KW。=2\*GB3②局扇：22KW对旋风机，型号FBDNo5.6/2×11，风量290m3/min；15KW对旋风机，型号FBDNo5.0/2×7.5，风量260m311KW对旋风机，型号2BKJNo4.5/2×5.5，风量240m3/min1.3机电与运输1〕主提升绞车〔1〕一井副井〔箕斗井〕：绞车型号JK-2.5/20，电机功率310KW；人车型号XRC-6/6，绞车道长650m，倾角30°。〔2〕二井副井：绞车型号JK-2.5/20，电机功率380KW；人车型号XRC-6/6，绞车道长1000m，倾角25°。〔3〕六井副井：绞车型号JT-1.2，电机功率75KW；绞车道长240m，倾角25°。〔4〕八井副井：绞车型号JT-1.2，电机功率75KW；绞车道长150m，倾角28°2〕主运系统皮带〔1〕一井主井大倾角皮带：型号SMPJ-1000，功率2×400KW，运输能力300t/h。〔2〕六井及八井主井大倾角皮带：型号SMPJ-800，功率200KW，运输能力130t/h。3〕暖风设备〔1〕一井、二井暖风炉：型号XDRM-G-MW/h，功率2×22KW，进风-25°，出风+80°，排风量25000m3〔2〕六井、八井暖风炉：型号XDRM-G-MW/h，功率2×11KW，进风-25°，出风+80°，排风量24000m31.4一通三防通风方式：六井、八井通风系统均为中央并列式；一井、二井通风系统也属于中央并列分区式〔由于两井间已经打通了一条18#层主运大巷，一井风流会流经二井一局部〕。通风方法：抽出式。一井〔二井同〕主扇：20#对旋风机〔2台，一台备用〕，型号FBCDZ54-6-No20，功率220×2KW；设计工况点为：风量Q=5000m3/min，风压h=3300Pa六井〔八井同〕主扇：19#对旋风机〔2台，一台备用〕，型号FBCDZ54-6-No19，功率185×2KW；设计工况点为：风量Q=4200m3/min，风压h=3300Pa各风井风机的风量、风压见表1-2。表1-2青山煤矿各风井风机风量风压表〔2008年12月井别总入风量〔m/min〕总回风量〔m/min〕总回风风速(m/s)风压〔mmH2O〕一井3530249010300二井40744232408六井29623084112八井298034501199反风装置：反转反风。抽放系统：〔1〕地面抽放泵：135真空水环泵〔2台，一台备用〕，型号CBF400-2，功率160KW，抽放能力115m3/min-128m〔2〕抽放现状：混量60m3/min，浓度19%，纯量3/min，月抽放纯量约40万m38〕其它〔1〕平安监控主机：KJ333。〔2〕瓦斯发电机组：5000GF-RW，6台。1.5研究内容采用矿井通风网络拓扑理论与现场实测相结合的方法研究，对盛隆公司青山煤矿通风系统进展现场普查、测试、数据处理与分析，在风量满足矿井生产要求的前提下，对预设的矿井通风系统设计优化方案进展仿真模拟，确定切实可行的通风系统优化方案。在对盛隆公司青山煤矿通风系统阻力及设施测试的根底上，确定通风系统参数，进展矿井通风系统优化、构筑物设置等研究，完成沈煤集团盛隆公司青山煤矿通风系统优化研究。保证矿井通风系统平安、可靠运行，为矿井平安生产提供保障。主要研究内容：1〕沈煤集团盛隆公司青山煤矿通风系统参数测试；2〕应用矿井通风系统解算软件进展沈煤集团盛隆公司青山煤矿通风系统现状解算；3〕沈煤集团盛隆公司青山煤矿通风系统存在的问题分析；4)沈煤集团盛隆公司青山煤矿通风系统改造方案解算，确定盛隆公司青山煤矿通风系统调整改造优化方案。

2矿井通风仿真系统功能2.1矿井通风仿真系统的主要功能矿井通风仿真系统〔矿井通风仿真系统〕可用于新井、老井改建或扩建的通风设计，以及日常通风管理工作，可对当前通风系统的状态进展仿真。图2-1是矿井通风仿真系统可视化主界面。图2-1矿井通风仿真系统运行界面矿井通风仿真系统主要功能有：〔1〕模拟新井巷开掘贯穿和旧井巷报废后的通风状况=1\*GB3①模拟新的井巷贯穿利用鼠标选中【绘图】菜单中【网络拓扑】的弹出菜单【巷道】后，利用鼠标绘制新的巷道，绘制完毕后，鼠标点击【鼠标选图形】菜单后，利用鼠标在视图区选择双击新增加的巷道，或利用鼠标选中新增的巷道，按鼠标右键那么弹出一菜单，选择【查询属性】菜单后，弹出如图2-2所示的对话框，输入相应的参数后，选择【通风系统】菜单项后，选择【风流分配仿真】的弹出式菜单【风流分配仿真】后，弹出如图2-3所示界面，对整个矿井通风系统进展风流分配仿真。=2\*GB3②模拟旧井巷道报废后利用鼠标选择将要报废的巷道，选择完毕后，利用鼠标选择【视图】菜单项中的【删除】操作菜单后。然后选择“风流分配仿真〞菜单，进展仿真。图2-2巷道属性对话框图2-3矿井通风仿真系统可视化界面图2-4编辑构筑物属性对话框〔2〕模拟构筑物的位置及调节量首先要放置构筑物的地方绘制一构筑物，然后通过双击或选中该构筑物后点击鼠标右键，选择弹出对话框，输入相关属性数据，弹出如图2-3所示对话框，输入相关属性数据即可。点击【通风系统】，然后选择【按需调节仿真】的弹出式菜单【按需调节仿真】。〔3〕模拟井巷断面大小、形状、支护方式、局部堵塞等变化首先编辑巷道属性对话框，通过如图2-2所示的对话框的，通过对话框改变相关的参数，选择【通风系统】菜单项后，选择【风流分配仿真】的弹出式菜单【风流分配仿真】后，对整个通风系统进展风流分配仿真。〔4〕模拟地面主扇及其工况、模拟井下机站的位置及其工况利用鼠标绘制相应的通风动力装置图形，然后通过选择构筑物，单击右键，通过弹出如图2-5所示的对话框编辑其属性数据，或者双击新增加的通风动力装置，那么弹出如图2-6所示通风动力装置可视化界面，输入相关参数，然后进展风流分配仿真。〔5〕确定矿井通风网络按需分风的优化调节利用鼠标点击相应的按需调节仿真菜单，选中“需调节仿真〞菜单后，运行菜单如图2-7运行界面，图中所示被红色填充的巷道是当前调节的最大阻力路线，被绿色填充的巷道是可以进展增租调节的巷道，通过图2-7中的对话框中列表框，选择相应的调节巷道，那么继续运行，直至调节完成后。图2-5编辑通风动力装置属性数据图2-6矿井通风动力装置可视化界面图2-7按需分风调节可视化界面〔6〕模拟矿井的最大通风能力根据矿井通风网络中每条巷道的最高允许风速，计算出矿井通风系统的最大通风能力，为矿井改扩建提供必要的依据。2.2矿井通风网络拓扑关系自动建立与管理矿井通风系统拓扑关系及概念无论是矿井的通风系统〔包括有风流流动的井巷通道、调节风量分配用的构筑物、作为通风动力的风机等等〕，城市集中供热系统〔包括输送管路、各种调节阀门、作为动力的泵站等等〕，还是城市煤气输送系统、自来水供给系统、集中空调系统等各种有流体流动的管路系统，它们都有一共同的特点，那就是它们都是由输送流体的管路、各种调节设施及动力设施构成，流体管路连接在一起形成流体网络。抛开流体网络的各种属性，只考虑流体管路的几何连接拓扑关系，将管路称之为分支，三条以上分支的连接点称之为节点。在一些图论著作中分支习惯上也称之为边、弧，节点叫做结点或顶点。当流体网络中的分支有流体流动时，将位于流动方向始端的节点称为始节点，位于末端的节点称为末节点。有时为研究问题方便，将管路的某种属性的交变点也称为节点，如井巷支护方式的变化点、断面形状及面积的变化点、坡度的变化点、自来水管路的变径点等等，也就是说两条物理属性不同的分支的交点也称之为节点。还有一类分支，其一端与其他分支相连接，而另一端是自由的，不与任何分支相连接，如矿井的井口、将这类端点也称为节点。所以从某种意义上来说，流体网络中的节点就是分支上一些有特殊意义的点，每一分支都有两个端点，称之为节点，分支通过节点连接起来形成网络。图2-8为某矿井的通风系统示意图，抛开风机、风门等具体矿井通风问题，只考虑井巷的连接关系，那么其对应的通风网络如图2-9所示。该网络有8个节点，10条分支，系统图与网络图的对应关系如表2-1所示。矿井通风网络的拓扑关系〔1〕矿井通风网络拓扑关系的数表表示在通风网络中，每一分支都对应着两个节点，当网络中流体流动方向确定时，节点分为始节点和末节点。流体网络的拓扑关系可以用分支与节点的对应关系表来表示。〔2〕矿井通风系统拓扑关系特点对矿井通风系统进展网络解算，对矿井通风系统进展优化设计和改造，以及矿井火灾时期决策支持系统，都需要提供矿井通风系统的拓扑关系。传统的做法是根据矿井通风系统图，绘制矿井通风网络图，利用手工对矿井通风系统网络图的节点、巷道〔风路〕进展编号，形成拓扑关系文件。然后根据文件对矿井通风系统进展自然分风、按需分风等仿真计算。当矿井通风系统发生变化时，首先在系统图添加相应图形，然后修改网络图，最后根据图形修改拓扑关系文件，这样很难保持系统图和网络图以及拓扑关系文件之间一致。通过上述方式建立的矿井通风系统网络的拓扑关系，容易出错，并且浪费了大量的人力，效率十分低下。针对这些情况，提出了基于计算机内存地址自动地管理矿井通风系统的拓扑关系，在建立矿井通风系统图时，就自动建立了矿井通风系统的拓扑关系。也就是说建立了矿井通风系统图后，不需要绘制网络图，无需再建立矿井通风系统的网络拓扑关系文件，就可以进展矿井通风系统仿真。这样能节省了大量的人力，提高了劳动生产率。图2-8通风系统示意图图2-9通风网络图表2-1通风系统图与通风网络图对照关系网络分支对应井巷名称分支始节点巷道端点分支末节点巷道端点1：主斜井2：暗立井；3：一水平主运输道6：二水平主运输道5：上山5：上山4：下山3：一水平主运输道3：一水平主运输道7：回风井矿井通风系统中对应的巷道、节点、构筑物、通风动力装置、风流方向等几类实体对象关系如下：①巷道和节点一条巷道对应始末节点，巷道的方向由始节点指向末节点。节点是连接整个矿井通风系统中巷道的关节，如果巷道方向发生改变，那么拓扑关系发生了改变。网络的邻接矩阵、根本关联矩阵、树、独立回路矩阵、独立割集矩阵、通路矩阵都是以巷道与节点之间的拓扑关系为根底。一旦巷道与节点的关系发生改变或错误，整个矿井通风系统中上述矩阵将发生变化，整个系统的仿真结果将发生变化。在矿井通风系统中，不存在孤立的节点，同时也不存在孤立的巷道。管理好巷道与节点之间的拓扑关系是对矿井通风系统进展仿真的根底。②巷道与构筑物和通风动力装置一个矿井开拓完成后，假设自然分风不能够满足井下生产需要时，需要对矿井通风系统进展调节来满足矿井生产需要。采取方法有两种：eq\o\ac(○,1)降低和增加矿井通风系统中某条或某些巷道的阻力；eq\o\ac(○,2)增加某条或某些巷道的动力。一般采取增阻和增能的方法进展调节，而很少采用降阻的方式进展调节。在矿井通风系统中，一个构筑物或通风动力装置只属于一条巷道。如果一条巷道被废除，和其对应的构筑物和通风动力装置将会被拆掉或者被废除。为此，在矿井通风系统图中，假设删除一个构筑物或者通风动力装置时，相应的巷道要与被删除对象解除绑定关系。③巷道与风流方向风流方向表示巷道中风流流动方向，由巷道的始节点指向末节点。一个风流方向只属于一条巷道，如果矿井一条巷道是一个角联分支，风流方向随着系统发生改变而变化，巷道风流方向发生变化时，要求表示风流方向的图形旋转180度。这样，删除一个风流方向时，要求解除与之相对应的巷道之间的绑定关系；删除巷道时，要求删除与之相对应风流方向。矿井通风系统拓扑关系自动建立和管理实现机制〔1〕巷道与节点在矿井通风系图2-10〔a〕中，当绘制第一条巷道，的始末节点分别是和，向巷道集合中参加巷道，节点集合中参加节点和节点，绘制第二条巷道时〔图b〕，首先得到始末节点坐标，与节点集合中节点对象的坐标进展比拟，假设两点的距离小于规定的距离，那么认为是同一个节点，增加节点过程如图2-11所示。在图中巷道始节点与末节点距离小于规定值，认为是的始节点，此时自动与和相关联。在图2-10〔c〕中，假设巷道是一个轨道上山，由于生产的需要，需要在节点掘一个顺槽〔巷道〕，这样整个系统拓扑关系发生了变化，通过执行相应的操作，指定节点的位置，那么系统自动解除与的关联关系，并建立与关联关系，绘制巷道，并且自动建立与和关联关系。如果在图2-10〔c〕中删除巷道时，自动解除与的关联关系；自动解除与的关联关系；的出度和入度均为零，自动执行删除操作。〔2〕巷道与构筑物和通风动力装置图2-12所示的是一个构筑物或通风动力装置的拓扑关系示意图。图2-12〔a〕中矩形块表示一个通风构筑物或通风动力装置,与巷道绑定。图2-12〔b〕中从巷道上处掘一条巷道，系统拓扑关系发生变化，被分成两段巷道和，如果让继续属于巷道，位置明显不合理，如果让与巷道绑定，需要解除与巷道绑定关系。在图2-12〔a〕中，删除时，自动解除与的绑定关系；删除巷道时，那么自动删除。〔3〕巷道与风流方向图2-13所示关于巷道与风流方向之间的拓扑关系，风流方向表示巷道的风流方向，在矿井通风系统中，可能是一角联风路，系统中的关联通路发生了变化，可能导致结算后风流方向发生改变，整个拓扑关系就发生了改变。始末节点发生变化，由图〔a〕变成图〔b〕，由原来的〔，〕变成〔，〕，相应的风流方向旋转180度。在图〔c〕中，在的掘一巷道时，巷道被分成两段和，风流方向不能表示风流方向，根据风流方向几何中心所在坐标，自动风流方向。同样删除时候，自动与它相关巷道的绑定关系；删除巷道时，与其关联的风流方向将自动删除。图2-10巷道与节点拓扑关系图图2-11增加节点图2-12巷道与构筑物或通风动力装置之间拓扑关系图2-13巷道与风流方向之间的拓扑关系

3矿井通风仿真系统模型建立3.1矿井风流状态方程风流在井巷中流动其速度，密度，风压及温度是时间及空间函数并构成一个三维流场〔3-1〕如果不考虑风流在横断面上的变化，那么空间可简化成一维线性变量。在一维情况下其连续方程、运动方程、能量方程、状态方程分别如(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)式所示：(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)(3-3)式中，。为实验比例系数，无因次；为水力直径，m，，为井巷周长，m；为重力加速度，等于/s2。在一维稳流情况下风流运动方程可写成(3-6)3.2仿真模型用集合表示的通风网络为(3-7)式中，为通风网络；为风路集合；为节点集合；为第个风路；为第个节点；为风路数；为节点数。文中黑体字符表示集合。风路风量、风阻及风压的集合表示为:(3-8)式中，为网络的风量集合；为风阻系数集合；为风压值集合；第个风路的风量值，m3/s；第个风路包括局部风阻及调节设施风阻在内的风阻值，Ns2/m8；第个风路的风压值，Pa。风路风阻，风压的计算式为(3-9)(3-10)式中，可以是自然风压，火风压以及风机风压等附加等效风阻值。在网络中节点风量平衡与回路风压平衡的数学表示分别如(3-11)、(3-12)式：(3-11)(3-12)(3-11)，(3-12)式中，为的关联矩阵的元素；为回路矩阵的元素。网络分风采用Cross迭代法，回路风量校正式为(3-13)式中，为风路风压的一阶导数，用(3-10)式计算，包括风机风压、自然风压、火风压。风机模型为(3-14)风机风压；风机特性曲线方程的常数项，采用5次方程可以将扇风机不稳定工作区段及风机反转区段的特性进展拟合；风机风量；扇风机装置及机站漏风量；网络风量，即有效风量；扇风机站等效的漏风风阻；指数值，。3.3矿井通风仿真系统三要素矿井通风仿真系统三要素如表3-1所示。表3-1矿井通风仿真系统三要素通风系统数字模型计算机井巷增减：如开掘新井巷，报废老井巷；采场预留通风眼的贯穿；采场充填使预留眼暂时阻断等等风路增加时分为5种情况：风路减少时对应节点可以不减=1\*GB3①插入节点：在数据库中增加一个节点，同时将插入节点的风路分成两个风路；在视窗中作相应的插入节点操作。②增加节点：在数据库及视窗中作相应的增加操作，此项可随意操作。③增加风路：在数据库及视窗中执行增加操作。④删除风路：直接删除，涉及到的节点可不考虑。井巷断面积增大；减小；形状变化；支护方式变化断面大小及形状对应；支护方式对应。在数据库中选择对应的，改变值，与视窗无关巷道冒落；矿车堵塞；井巷有堆积物；设置风门、风窗等构筑物；撤除风门、风窗等构筑物；增大风窗面积；减少风窗面积等等发生变化的风路为，对应风路局部风阻发生变化在数据库中选中，改变值井下或地面安装风机；井下或地面撤除风机；风机串联；风机并联有风机时包括风机项风机并联风压相等风量相加，风机串连风量相等风压相加在数据库中选中并设置有无风机标志，在风机库中选择。视窗也要作相应操作改变风机叶片角度改变改变风路对应的风机名称，操作数据库火风压；自然风压的组成局部，注意方向直接给值或计算3.4自然分风数学模型自然分风预处理考察矿井通风系统，地面大气从进风井进入矿井，然后又从出风井排出矿井。如果不考虑其它因素的影响，那末进入矿井的空气总量应当等于排出矿井的空气总量，所不同的是进风井口和出风井口的压能值不同。也就是说，通风网络的源点与汇点之间保持风量平衡，从源点流入网络的总风量等于从汇点流出网络的总风量，只是源点与汇点的压能不同。另外，在多源多汇的情况下，源点之间以及汇点之间的压能有时也是不一样的。为了使求解模型具有通用性，通过增加虚拟节点和虚拟分支的方法将有源汇的通风网络变成无源汇的通风网络。有向通风网络，设一虚拟的节点，我们把它定义为基点，连接基点和网络源汇点的虚拟分支为：(3-15)此时网络变成：，。分支对应的风量、风阻和风压分别用、和表示，并有：(3-16)式中，、、分别为包括虚拟节点和虚拟分支在内的网络分支对应的风量、风阻和风压集合。视具体情况，对单一源汇网络也可以用一虚拟分支直接将源汇节点连接起来，对多元多汇网络也有直接将源汇节点合并的情况，本书对此不予讨论。有关虚拟分支的主要参数规定如下：1)风量等于与之相连的网络入边或出边的风量；2)风压等于基点的压能与分支的另一节点的压能之差，基点的位置及其压能值均可任意设置；3)风阻值的大小按照分支风压定律计算，但是当虚拟分支风压是0，而且风阻又位于分母时，风阻取无穷大。自然分风算法综述关联矩阵的秩为，如果将分支风量视为未知数，那末通过根本关联矩阵可以构造个线性独立的关于分支风量的方程组。同理，回路矩阵的秩为，如果把分支的风阻作为数，利用根本回路矩阵也可以构造个关于分支风量的二次非线性方程组。将风量平衡方程和风压平衡方程联立，个分支，个方程，一般来说理论上是有解的。当通风网络中所有的风阻为，并网络的总风量、或回路的附加阻力，求所有分支风量的过程叫做自然分风，也称网络解算。[1]，1925年发表了关于通风网络中的角联分支理论[2]，1931年提出了用几何学的方法解含有角联分支的型通风网络[3]。1935年波兰学者S.Barczyk根据非线性方程组的Newton解法，提出了一种通风网络的近似解算方法[4]［5］。1951年英国学者D.Scott、F.Hinsley在在英国的?煤矿工程?上发表了“通风网络理论〞一文，文中系统提出了通风网络的解算方法，该法在本质上与Cross法一样，也属于逐次迭代计算法。此外，1938年英国学者S.Weeks尝试了用图解法来解算简单的通风网络，1950年美国学者M.Mcllrog、荷兰学者W.Mass采用钨丝灯泡来模拟通风网络，日本学者在这段时间相继提出了京大一法和京大二法求解通风网络[7,8,9]。矿井通风仿真系统所采用的网络解算方法属于Cross算法，但是在无初始风量、单向回路处理、扇风机特性曲线5次拟合、20次迭代后不收敛分支重新排序、由网络派生的虚拟简化分支的风量修正算法等方面具有创新性。综上，网络解算可分为：解析法、图解法、物理相似模拟法、数值方法。数值法属于近似法，是目前研究分流的主要手段。从计算数学的角度看，数值方法可分为三类：斜量法、迭代法和直接代入法。矿井通风仿真系统采用Cross法，它属于迭代法。Cross法(H.Cross，1936)Cross算法亦称Scott-Hinsley法(D.Scott，F.Hinsley，1951)。网络解算的根本方程组如下：(3-17)式中，为分支风量；为回路阻力平衡方程，简记成；为根本关联矩阵元素；为根本回路矩阵元素。将回路阻力平衡方程求解的个变量称作基准变量，可以任意拟定基准变量，只要使得回路是独立的就行。拟定基准变量的常用方法是：在图中首先拟定一棵树，树支为，余支就是基准变量，。将分支集合、根本回路矩阵、风量矩阵等均分成对应的余支和树支两局部，而且分支的排列次序保持一致，即：；；。同时构造回路附加阻力矩阵。按照节点风量守恒定律，首先构造风量初始值矩阵，即给分支风量一个初始值。对进展Taylor展开，第次()展开的表达式是：(3-18)式中，表示回路阻力函数的第次展开；为初始风量值对应的阻力函数值；为第次展开初始风量值与回路阻力平衡方程根之间的差，即：(3-19)由于是关于的可略的二阶无穷小，于是就有(3-18)式的矩阵表示：(3-20)或写成:(3-21)式中：是函数的初值矩阵，也叫常量矩阵，是的转置；为第次迭代余支风量修正矩阵，是的转置；是函数初值的一阶导数矩阵，也叫Jacobi矩阵，即(3-22)如果回路选择的合理，可以使Jacobi矩阵除主对角线外其余元素为0，即：(3-23)上式说明，个回路风压平衡方程中每一个回路仅含有一个基准分支，显然当回路时，上式会成立，并有：(3-24)将代入上式，有：(3-25)如果令，那么有回路风量校正值公式为：(3-26)式中，为第个根本回路、第次迭代时的回路风量修正值，；为迭代次数，；为根本回路矩阵第行，第列元素值；为回路第列对应的分支风阻；为回路第列对应的分支在第次迭代时的初始风量值；为第个根本回路的附加风压。回路分支风量校正式为：(3-27)上式的第二行是为了加快收敛速度所采取的算法，也就是用用已经修正过的风量值计算后面回路的风量修正值。Cross法程序流程是：拟定树及余树：、；拟定根本回路矩阵：；计算回路风量修正值：；修正回路风量：；误差验算，满足精度程序完毕；否那么，，转到(4)继续迭代。3.5矿井通风仿真系统优化调节数学模型网络优化国内外研究概况网络优化调节是矿井通风设计与管理中最重要的核心内容之一。在风路集合中回采工作面、掘进工作面、机电峒室、炸药库等有固定需风量的风路集合为，为固定风量的风路数。所谓通风网络优化调节，就是在满足各风路风量要求的前提下，使风机功耗最小。其目标函数为(3-28)约束方程为(3-29)式中，为网络关联矩阵；为回路矩阵；，第条风路的风量下限及上限值，根据允许风速确定；，第条风路的风阻下限及上限值，比方井筒以及主要运输大巷等等不宜设置调节设施的对风阻就有下限要求；扇风机风压、自然风压、火风压。国内外文献介绍的各种各样的优化调节方法可以归纳为3类。(1)在固定风量分支上进展调节。该法的实质是首先去掉网络中的固定风量分支，对子网进展自然分风解算，然后再加上，在中根据回路风压平衡进展增阻或降阻调节。该方法的调节位置及调节量是固定的，不存在优化问题。(2)线性规划法。该法以风机风压最小为目标函数，以回路风压平衡方程为约束条件，多采用单纯形法进展求解。该法能够选出较优的调节位置及调节量，在实践应用上也是可行的，但缺点是必须从多种调节方案中进展优选，不能一次确定最正确调节方案。(3)非线性规划法。该法以求解非线性规划为出发点，将分风计算与调节综合在一起一次解出风量值及调节位置和调节量。但是当网络规模较大时，无论是在解算方法上还是在实践应用上均存在很大问题，有待进一步研究。在矿井通风仿真系统中提出的通路法首先确定使矿井功耗最小的、唯一的、固定的调节总量，然后在满足矿井实际要求的情况下选择调节位置，无论是在原理上，还是在实践应用上均优于上述3种方法。矿井最小调节功耗及其实现的通路法通风网络的通路矩阵为 (3-30)式中，为网络的通路总数，可由下式计算(3-31)矿井通风仿真系统采用人工智能理论中的深度优先搜索法寻找全部通路。通路风压矩阵为(3-32)在网络平衡时通过一样风机的所有通路的风压值是一样的。矿井通风总功耗为(3-33)式中，为第台风机的通风风压，也就是通过第台风机的任意一条通路的总风压；为第台风机的风量；为回风井个数，即运行风机台数，为表达简便，以后假设回风井数为1。当网络无任何调节设施，井下风量进展自然分配时，矿井总功耗是最小的。根据这一公理，先对进展自然分风，分风后对整个网络来说节点满足风量平衡定律，但包含有()的回路不一定满足风压平衡定律，即各通路的风压值不一定相等。非平衡状态下的矿井通风总功耗为:(3-34)非平衡状态下的矿井最大风压为(3-35)对应的最大风压通路为，将风机的最大风压值与风机总风量的乘积定义为矿井最小功耗。矿井最小功耗及最小调节量分别如(3-36)、(3-37)式所示(3-36) (3-37)通路法的实质就是确定最优的调节位置和调节量，并使矿井总功耗和总调节量满足(3-36)、(3-37)式。优化调节流程图通路法的原理框图如图3-1所示。该方法总是以非平衡状态下的最大风压路线通路为基准通路，调节次最大风压通路，所以不会导致矿井总功耗的增加。另外每调节完一条通路，那么对剩余通路的风压重新进展计算并排序，确定新的次最大风压通路。如果一条通路中有数个风路可调，那么根据风路的可调性选择最宜设置调节设施的风路进展调节。为此，在原始数据中将各风路分为优先调、可调、不宜调以及不可调4类。如联络巷道、通风行人巷道等设为优先调；上山等为可调；主运输巷、主进回风大巷等设为不宜调；而进回风井那么设为不可调。这样不但获得理论上的最正确调节量和调节位置，保证了矿井总功耗最小，而且确定的调节方案在矿井实际应用中切实可行，防止了回路法中的调节位置及调节的不可选择性。3.6风机特性曲线最正确拟合次数风机个体特性曲线方程目前，风机特性曲线的拟合多采用二次或三次多项式，这对稳定工作区域进展的拟合是可行的，但在网络结算时，易出现不收敛或假收敛的情况，如图3-2所示，图中○表示假收敛点。是否能将风机稳定工作区域与非稳定工作区域(如轴流式风机的马鞍形区域)用同一多项式进展拟合？文献[1]给出了风机特性曲线的最正确拟合次数。研究方法〔1〕在实际风机特性曲线上取点，取点原那么是所取的点应包括特性曲线的关键点，即风量的最大值和最小值所对应的点、风压的最大值和最小值所对应的点及风机合理工作范围所对应的点。根据以上原那么，得到拟合分析所需的原始数据如表3-2所示。〔2〕用不小于二次的多项式进展拟合，将拟合曲线与实际特性曲线绘在同一坐标系中。〔3〕比照各拟合曲线同实际特性曲线的偏差并加以比拟分析。图3-1通路法原理框图图3-2风机特性曲线的拟合曲线拟合原理采用最小二乘法进展风机特性曲线拟合。即设函数的逼近函数为，在上取个点进展逼近拟合，在给定的权条件下，使其误差平方和最小，即：(3-38)曲线拟合〔1〕曲线拟合的原始数据根据上述在实际风机特性曲线上取点的取点原那么，所取点的风量-风压如表3-2：表3-2曲线拟合的原始数据风量(m3/s)风压(Pa)风量(m3/s)风压(Pa)160175100200125150(2)拟合曲线与实际风机特性曲线的比照采用Origin6.0进展绘图及拟合，从2次开场逐次拟合，拟合到6次时，发现可根据偏差得到最正确拟合次数。从2次到6次拟合曲线与实际风机特性曲线比照方图3-3(a)～(d)所示。(3)曲线拟合方程及偏差分析从2次到6次逐次拟合的拟合曲线方程如下：二次：三次：四次：五次：六次：拟合曲线与实际特性曲线偏差对照如表3-3所示：实际曲线拟合曲线图3-3不同次幂风机曲线拟合比拟表3-3拟合曲线与实际特性曲线偏差对照表拟合次数23456相关系数偏差(4)结果分析从拟合曲线与实际风机特性曲线比照图及拟合曲线与实际风机特性曲线偏差对照表可以看出二次拟合显然不能满足要求，五次和六次曲线能够较好地对原始风机特性曲线进展近似，且并非拟合次数越高偏差越小，从表3-3可以看出，6次拟合反而比5次拟合偏差大。根据以上分析，得出以下几条结论：①风机特性曲线的拟合并非次数越高越好；②用5次多项式进展风机特性曲线的拟合效果是最正确的；③5次多项式不仅拟合了风机稳定工作区，而且很好地拟合了不稳定工作区。

4矿井通风系统测试矿井通风系统阻力测试为了保证测试数据及处理结果的准确性，课题组研究决定采用单管倾斜压差计法，拉胶管、用皮托管、压差计测压差，精细气压计测静压。这种方法虽然费时费力、工作量大，但具有较高的测试精度。同时精细气压也读取数据，在积水较深无法拉胶管的巷道以及长度较长、风量较大的巷道，阻力大，精细气压计法测试误差能满足要求得测段，精细气压即可作为补充测试方法。为了保证测试数据的准确性，保证仿真系统调试有足够的精度，并适应矿井采掘面变化，也能保证系统数据的可靠，由辽宁工程技术大学组织，盛隆公司青山煤矿协助配合，课题组于2021年10月对盛隆公司青山煤矿全矿井的所有巷道的阻力、风量和全矿井的所有风门的压差进展了全面详细的测试，测试事先进展了充分的组织、人员和仪器的准备。测试内容和测试路线以及时间安排根本上都是按方案进展的。测试采用气压计法和倾斜压差计法两种方法相结合的方法同时进展，从主进风井、井底车场、大巷、采区底板道、工作面、总回风道到回风井，除一些联络巷、掘进面外，对盛隆公司青山煤矿几乎所有的巷道进展了全面系统的、详细的测试。测试期间，盛隆公司青山煤矿领导以及通风队给予了大力支持；双方领导和课题负责人对此次测试都非常重视，双方的技术骨干负责具体的测试工作。全体测试人员克制了井下工作时间长、测试路线难走等困难，圆满地完成了测试任务。测试完毕后，课题组成员快速准确地完成了所有测试数据的处理工作。测试过程及数据和处理结果见?盛隆公司青山煤矿通风系统阻力测试报告?。由阻力测试报告可看出：青山矿本次阻力测试误差小于10%，结果比拟可靠，完全符合工程要求，可供通风系统优化设计使用。4.2青山煤矿通风系统测试分析4.2.1青山煤矿通风系统存在通过测试发现盛隆公司青山煤矿通风系统存在以下问题：阻力较高的巷道较多。阻力较高的巷道的特性参数见表4-5、4-6、4-7。表4-5一、二井阻力较高的巷道巷道名称测段风量Q〔m3/s〕阻力H〔Pa〕一井8709回顺巷17-18一井18层运输巷47-46一井回风井13-12一井箕斗井3-4一井5路付石门25-26二井付井回风巷48-47a二井主井51-52二井回风巷79-80二井1823回风道75-76表4-6六井阻力较高的巷道巷道名称测段风量Q(m3/s)阻力H(Pa)回风副井604-603主运皮带道632-633从表中可看出：回风副井、材料井，集中运输巷巷，副井绕道，集中回风巷，回风井等段的阻力比拟大。表4-7八井阻力较高的巷道巷道名称测段风量Q(m3/s)阻力H(Pa)主井运输下山801-802右翼总回风823-824总回风826-827〔2〕测段风阻值较大的巷道见表4-8、4-9、4-10。表4-8一、二井测段风阻值较大的巷道巷道名称测段长度L(m)标准风阻R0(Ns2/m8)一井主井10-11200一井主运巷31-32200二井付井回风巷48-47a200一井三区集运巷33-34200一井8709回顺巷17-18200从表中可看出：一井中的主井、主运巷、三区集运巷、8709回顺巷风和二井中的付井回风巷阻值较大。表4-9六井测段风阻值较大的巷道巷道名称测段长度L(m)风阻R(Ns2/m8)主运皮带道632-6331506615运输巷622-6231506615回顺巷〔工作面〕620-621906615回顺巷618-619150回风井604-603150集中运输巷624-625100集中回风巷614-615100集中回风巷613-614140集中运输巷626-62795从表中可看出：主运皮带道，6615运顺巷，6615回顺巷〔工作面〕，6615回顺巷，集中运输巷到地表等段风阻值较大。表4-10八井测段风阻值较大的巷道巷道名称测段长度L(m)标准风阻R0(Ns2/m8)8709运顺巷814-815150右翼总回风823-824150南翼运输巷道812-8131008709回顺巷817-818150主井运输下山801-802150从表中可看出：八井中的8709运顺巷、右翼总回风、南翼运输巷道风阻值较大。〔3〕测段百米风阻较大的巷道见表4-11、4-12、4-13。表4-11一、二井测段百米风阻较大的巷道巷道名称测段面积S(m2)风量Q(m3/s)百米风阻R100(Ns2/m8)一井主井10-11一井主运巷31-32一井三区集回巷41-40二井付井回风巷48-47a一井三区集运巷33-34一井8709回顺巷17-18从表中可看出：一井中的主井、主运巷、三区集回巷、三区集运巷、8709回顺巷和二井中的付井回风巷等段百米风阻值较大。表4-12六井测段百米风阻较大的巷道巷道名称测段面积S(m2)风量Q(m3/s)百米风阻R100(Ns2/m8)主运皮带道632-6336615回顺巷〔工作面〕620-6216615运输巷622-623集中运输巷624-625集中回风巷614-6156615回顺巷618-619回风井604-6039.950051.1032集中回风巷609-610集中运输巷626-627集中回风巷607-608从表中可看出：主运皮带道，6615回顺巷〔工作面〕，6615运顺巷，6615回顺巷，集中运输巷等段百米风阻值较大。表4-13八井测段百米风阻较大的巷道巷道名称测段面积S(m2)风量Q(m3/s)百米风阻R100(Ns2/m8)8709运顺巷814-815南翼运输巷道812-813右翼总回风823-8248709回顺巷817-8188708运输道809-810从表中可看出：八井中的8709运顺巷、南翼运输巷道、右翼总回风、8709回顺巷、8708运输道、等段百米风阻值较大。〔4〕摩擦阻力系数较大的巷道见表4-14、4-15、4-16。表4-14一、二井摩擦阻力系数较大的巷道巷道名称测段面积S(m2)风量Q(m3/s)标准系数α(Ns2/m4)一井三区集运巷33-34一井主运巷31-32二井六号皮带道59-60一井三区集回巷41-40一井三区集运巷37-38一井5路付石门24-23一井绕道20-19表4-15六井摩擦阻力系数较大的巷道巷道名称测段面积〔m2〕风量Q(m3/s)标准系数α(Ns2/m4)回风井604-6036615回顺巷〔工作面〕620-6216615运输巷622-623主运皮带道632-633集中运输巷626-627集中回风巷614-615集中回风巷607-608集中运输巷624-625表4-16八井摩擦阻力系数较大的巷道巷道名称测段面积S(m2)风量Q(m3/s)标准系数α(Ns2/m4)8709运顺巷814-815南翼运输巷道812-813右一路运巷805-806主井运输下山801-8028708运输道809-810右翼总回风823-824〔5〕面积较小的巷道见表4-17、4-18、4-19。表4-17一、二井测段面积较小的巷道巷道名称测段面积S(m2)一井主井10-11二井付井81-82二井付井回风巷48-47a一井回风付井17-18一井回风井13-12一井箕斗井3-4二井1823回风道75-76一井三区集回巷41-40一井18层运输巷47-46三区右翼运输石门35-36从表中可看出：一井主井、二井付井、二井付井回风巷、一井回风付井、一井回风井、一井箕斗井、二井1823回风道、一井三区集回巷等巷道的阻力比拟大，断面比拟小。表4-18六井测段面积较小的巷道巷道名称测段面积S(m2)主运皮带道632-6336615回顺巷〔工作面〕620-6216615回顺巷618-6196615运输巷622-623集中运输巷624-625集中回风巷614-615集中回风巷69-610集中回风巷613-614从表中可看出：主运皮带道，集中回风巷，6615运顺巷，6615回顺巷〔工作面〕等面积较小，阻力较大。表4-19八井测段面积较小的巷道巷道名称测段面积S(m2)右翼总回风823-8248709回顺巷817-818总回风826-827南翼运输巷道812-8138709运顺巷814-815右一路总回巷807-808从表中可看出：八井的右翼总回风、8709回顺巷、总回风、南翼运输巷道，8709运顺巷，右一路总回巷断面比拟小。.2测试结论本次测试对青山煤矿〔一、二、六、八井〕的主要进、回风道、工作面进展了测试。共测试了143个测点、53测段、28道风门，测试获得了858组数据。计算处理后获得2145组数据。经阻力检验较核，测试误差较小〔<10%〕，测试结果比拟可靠。通过测试可得出以下结论：〔1〕井下主要用风地点采面的风量见表4-20，根本满足生产需要。表4-20青山矿采面风量工作面测点测试风量m3/s需风量m3/s是否满足1823采面67-68，71-7224是6615备采623-622，621-620，619-6186是8709备采814-815，817-8184是〔2〕青山矿通风阻力分布见表4-21。表4-21青山矿通风阻力分布风井区进用回风段阻力〔Pa〕比例〔%〕一井风机进风段19.39%用风段36.10%回风段44.51%总阻力100.00%二井风机进风段17.06%用风段27.18%回风段55.77%总阻力100.00%六井风机进风段23.17%用风段14.28%回风段61.47%总阻力100.00%八井风机进风段20.42%用风段7.46%回风段71.47%总阻力100.00%矿井通风阻力分布不合理，进风段阻力约占总阻力的20%左右〔19.4%~27.2%〕；用风段阻力小于36%；回风段阻力大，二井回风段阻力达2394Pa，占总阻力的56%，六井回风段占总阻力的%，八井回风阻力占总阻力71.47%。因为八井回风巷道上有风门限制。二井回风路段巷道冒落较多，导致回风阻力较大。〔3〕风机工况点。青山煤矿风机为FBCDZ系列煤矿防爆对旋抽出式轴流主扇风机，一、二井的风机型号为FBCDZ-54-6-NO.20，转数980r/min；额定功率为2×220KW；电压为6000V。六、八井的风机型号为FBCDZ-54-6-NO.19，额定功率为2×185KW；电压为6000V，转数980r/min。2021年10月青山煤矿风机各风机的工况点参数见表4-22，图见4-1~4-4。表4-22青山煤矿各风机工况点表〔2021年10月〕风井最大通风线路长度m风机型号角度/o风量m3/s水柱计读数Pa风机静压Pa风阻Rf等积孔m2一井=SUM(ABOVE)46196二井49936六井=SUM(ABOVE)2807-6单590590八井=SUM(ABOVE)2213-3单11201120一井风机工况点见图4-1。图4-1一井风机工况图二井风机工况点见图4-2。图4-2二井风机工况图六井风机工况点见图4-3。图4-3六井风机工况图八井风机工况点见图4-4。图4-4八井风机工况图

5矿井通风系统现状解算调试系统解算的调试原那么在进展了青山煤矿通风系统普查、阻力测试、风机性能测试等工作后，获得了青山煤矿通风系统重要的根底数据，在此根底上，对青山煤矿通风系统解算进展调试。系统解算调试必须根据实测数据，按照以下原那么进展：〔1〕调试必须保证各风路的风量与实测风量一致；〔2〕各风门的解算调节阻力与风门测试阻力相等；〔3〕矿井主要通风机的风量和装置静压的解算结果必须与实测值一致。5.2系统解算的调试结果青山煤矿通风系统解算调试按照2021年10月的生产状况进展的。解算结果见附表5-1。各风路风量的解算结果与测试比拟见表5-1，主要通风机的风量和静压的测试与解算结果比拟见表5-2，可知：解算结果与测试数据根本一致，数据吻合性很好。说明系统解算的调试工作已完成，符合现场实际，可应用于青山煤矿通风系统方案优化。其他各地点的解算风量与测试风量比拟都比拟接近。可用于方案解算优化。表5-12021年10月风量解算与测试比拟风路名称风路始节点末节点测试风量m3/s解算风量m3/s一井主井11218层皮带下山32820五路前石门434井底变电所6421五路前石门75618层运输巷1078三区集运巷12810一井主运巷至皮带下山1483418层运输巷15919三区变电所1710171三区集运巷191114三区右翼运输石门201213三区集回巷251516三区集回巷271718五路副石门291920五路副石门302021五路副石门312124箕斗井322223副井下部862425一井副井3625261号井风机392727a2号井主井402829六路运输石门433031六路运输石门463132六号皮带道5133341823运输巷6036a371823运输巷6237381823采面6438391823回顺巷6539401823回风道6740a411823回风道6841422号井回风巷7043442号井回风巷7346472号井副井754748785152845459926061936142二井风机9550500706号井材料井601601602材料井下部602602603集中运输巷604603606主运皮带道606604605主运皮带道下部607605606集中运输巷609606607集中运输巷611607608集中运输巷612608609集中运输巷613608610集中回风巷614609627集中运输巷6156106146613集中运输巷6166106116613集中回运输巷620614613集运回联络巷621614615集中运输巷625615619集中运输巷628618625集中运输巷6296196216615改道16306216226615运顺巷6316226236615回顺巷〔工作面〕6326236246615回顺巷633624625集中回风巷634625626集中回风巷635626627集中回风巷636627628集中回风巷637628629集中回风大巷638629630集中回风大巷6396306316号井回风井6406316326号井风机64163363552主井运输下山801801802左一路集运巷802802803左一路集中运输巷803802815左一总回风巷8068048058708运输道8088058068709运顺巷811807808右翼总回风816812813右翼总回风817813833左一路集中运输巷821815816左一路集中运输巷822816817集中回顺巷840828829集中回顺巷8418298308号井风井8458338348号井风机85083883961表5-22021年10月两风井风机解算与测试结果风机角度风量(m3/s)阻力(Pa)测试解算测试解算1号井风机6°43002号井风机6°7043006号井风机3°526108号井风机3°611370

6矿井通风系统优化6.1通风系统优化方案结算在对青山矿通风系统阻力测试及通风系统现状解算的根底上，对青山矿二八井联通、二井21煤回采时的通风系统方案进展计算。按照二、八井集运联通、集回联通，一、六井集运联通，二井21煤布置1采，风量1600m3/min，1备面，风量800m3/min，4掘进面，风量4*350m3/min；二井14煤布置1采，风量1600m3/min，1备面，风量图6-1二井21煤采掘面布置图提出以下方案见表6-1。表6-1青山矿通风系统优化方案方案方案要点方案一四个风井四台现有风机08年10月的角度同时运行方案二现有的四台风机最大角度6度同时运行方案三六、八井两台风机最大角度6度同时运行方案四六、八井两台风机换为直径的大风机最大角度6度同时运行方案五二井21煤回风道通八井断面扩大到9m2。六、八井两台风机换为直径的大风机，最大角度6度同时运行方案六一井风机停，二、六、八井现有的三台风机用最大角度6度同时运行。方案一、四个风井四台现有风机08年10月的角度同时运行。计算结果见表6-2。表6-2方案一计算结果表风井始点末点风量风压备注一井风机6度2727a二井风机6度50500六井最小角度08年10月633635八井最小角度08年10月838839总风量=SUM(ABOVE)一、二井主运至皮带下山834一、六井集运巷6037二、八井间集运巷28035二、八井间集回巷279281需风量二井21煤采面268270根本满足二井21煤备面267271根本满足二井21煤4个掘面268270风量缺乏二、八井间14煤面274275风量缺乏二、八井间14煤备面274275风量缺乏二、八井间14煤4个掘面274276风量缺乏输入文件zrff_in-jxqs12680-4fj。结果文件：zrff_out-jxqs12680-4fj。二、八井间采煤面风量缺乏。以二、八井间采煤面回风为分界分别回二、八风井。方案二、现有的四台风机最大角度6度同时运行。计算结果见表6-3。表6-3方案二计算结果表风井始点末点风量风压一井风机6度2727a二井风机6度50500六井6度633635八井6度838839总风量=SUM(ABOVE)一、二井主运至皮带下山834一、六井集运巷6037二、八井间集运巷28035二、八井间集回巷279281需风量二井21煤采面268270根本满足二井21煤备面267271根本满足二井21煤4个掘面268270不满足二、八井间14煤面274275不满足二、八井间14煤备面274275不满足二、八井间14煤4个掘面274276不满足输入文件zrff_in-jxqs12680-4fj6。结果文件：zrff_out-jxqs12680-4fj6。二井14煤采面风量略显缺乏。以二、八井间采煤面回风为分界分别回二、八风井。方案三、一、二井风机停，六、八井两台风机最大角度6度同时运行。计算结果见表6-4。表6-4方案三计算结果表风井始点末点风量风压一井风井进风2526二井风井进风4647六井6度633635八井6度838839总风量=SUM(ABOVE)一、二井主运至皮带下山834一、六井集运巷6037一、六井集回18631二、八井间集运巷28035小二、八井间集回巷279281需风量二井21煤采面268270不满足二井21煤备面267271不满足二井21煤4个掘面268270不满足二、八井间14煤面274275不满足二、八井间14煤备面274275不满足二、八井间14煤4个掘面274276不满足输入文件zrff_in-jxqs1268-2fj-bukuomian，结果文件zrff_out-jxqs1268-2fj-bukuomian。二井21煤采面风量明显缺乏。二八集运巷风量太小。不可行。方案四、六、八井两台风机换为直径的大风机最大角度6度同时运行。计算结果见表6-5。表6-5方案四计算结果表风井始点末点风量风压一井风井进风2526二井风井进风4647六井28633635八井28838839总风量=SUM(ABOVE)一、二井主运至皮带下山834一、六井集运巷6037一、六井集回18631二、八井间集运巷28035小二、八井间集回巷279281需风量二井21煤采面268270不满足二井21煤备面267271不满足二井21煤4个掘面268270不满足二、八井间14煤面274275不满足二、八井间14煤备面274275不满足二、八井间14煤4个掘面274276不满足输入zrff_in-jxqs1268-2fj28-bukuomian，结果zrff_out-jxqs1268-2fj28-bukuomian。二井21煤、14煤采面、备面、掘进风量明显缺乏。二八集运巷风量严重缺乏。不可行。方案五、二井21煤回风道通八井巷道断面扩大到9m2，参数见表6-6。六、八井两台风机换为直径的大风机，最大角度6度同时运行。计算结果见表6-7。表6-6扩断面巷道参数表始点末点巷道名称L(m)现断面S扩后S风阻R4140a1823回风道185940a401823回风道81941421823回风道225942431823回风道7494344回风巷18194445回风巷256940275二八集回3359275277二八集回209277279二八集回1709279281二八集回3009281826八井回风309826827集中回顺巷2239827819集中回顺巷1269819828集中回顺巷449828829集中回顺巷1379829830集中回顺巷1379830832一路总回999832833一路总回3069833834风井979总长度=SUM(ABOVE)3026表6-7方案五计算结果表风井始点末点风量风压变化一井风井进风2526二井风井进风4647六井28633635八井28838839减少911Pa总风量=SUM(ABOVE)增加16m3一、二井主运至皮带下山834一、六井集运巷6037一、六井集回18631二、八井间集运巷28035小二、八井间集回巷279281需风量21煤总风量271271二井21煤采面268270不满足二井21煤备面267271不满足二井21煤4个掘面268270不满足二、八井间14煤面274275不满足二、八井间14煤备面274275不满足二、八井间14煤4个掘面274276不满足输入Zrff_in-jxqs1268-2fj28-kuo9。结果文件zrff_out-jxqs1268-2fj28-kuo9。二井21煤、14煤采面、备面、掘面风量明显缺乏。二八集运巷风量严重缺乏。不可行。不用扩巷。方案六、一井风机停，二、六、八井现有的三台风机用最大角度6度同时运行。计算结果见表6-8。表6-8方案六计算结果表风井始点末点风量风压一井风井进风2526二井风机650500六井66336351607.1689八井6838839总风量=SUM(ABOVE)一、二井主运至皮带下山834一、六井集运巷6037小一、六井集回18631二、八井间集运巷28035二、八井间集回巷279281需风量二井21煤采面268270根本满足二井21煤备面267271不满足二井21煤4个掘面268270不满足二、八井间14煤面274275根本满足二、八井间14煤备面274275不满足二、八井间14煤4个掘面274276不满足zrff_in-jxqs1268-3fj268-6-bukuomian。结果文件zrff_out-jxqs1268-3fj268-6-bukuomian。二井21煤采面风量根本满足，备面、掘进面风量缺乏。一、六井集运巷风量严重缺乏。6.2通风系统优化方案比拟初步结论由上述方案计算结果，可得出以下结论：1、由于二井21煤的开采，其瓦斯涌出量大，需要加强抽放。工作面需风量大，通风路线长，巷道断面小，所以通风问题较难解决。方案一、二、六根本勉强。其他方案均不可行。2、四个井两台风机工作的对角联合通风方式有三个方案：即方案三：一、二井风机停，六、八井两台风机最大角度6度同时运行；方案四：八井两台风机换为直径的大风机最大角度6度同时运行；方案五：二井21煤回风道通八井断面扩大到9m2，六、八井两台风机换为直径的大风机，最大角度6度同时运行。三个方案中总风量都低于270m3/s，与四台风机分区通风现在角度相比总风量相差无几，且扩巷3026m，还存在二井21煤、14煤采面、备面、掘面风量明显缺乏、二八集运巷风量严重缺乏的问题。因此两台风机工作的对角联合通风方式不可行。3、四台风机分区通风有两个方案：方案一：四个风井四台现有风机08年10月的角度同时运行；方案二：现有的四台风机最大角度6度同时运行。风量可以维持生产。4、目前的四个井三台风机工作的方案六：一井风机停，二、六、八井现有的三台风机用最大角度6度同时运行。根本勉强。二井21煤采面风量根本满足，备面、掘进面风量缺乏。一六井集运巷风量缺乏。5、二八井之间的集运巷、集回巷还是必须要开掘的，集运巷从八井向二井的14煤进风，集回巷回二井14煤的风量。6、根据计算结果，还是维持目前四个风机通风的系统。二井21煤只能布置1个采面、1个备面、2个掘进面或1个采面、4个掘进面。二井下部14煤〔或11煤〕只能布置1个采面、1个备面、3个掘进面。因此，目前青山矿维持四台风机分区通风的通风方式，但是，鉴于一些进、回风主要巷道的断面小，阻力过大，需要扩大巷道断面。需要扩面的巷道特征见表6-9。表6-9需要扩面巷道特征参数表始点末点巷道名称L(m)现断面S扩后S风阻R一样断面八井281826集中回顺巷309六井材料井631-630测点S=9826827集中回顺巷2239827819集中回顺巷1269819828集中回顺巷449828829集中回顺巷1379829830集中回顺巷1379830832一路总回999832833一路总回斜下306810833834八井风井9710总长度=SUM(ABOVE)1199新掘6037一六集运16239.618631一六集回18009.6275277二八集回209.6277279二八集回1709.6279281二八集回3009.6新掘总长度=SUM(ABOVE)3913从上述计算结果还可看出，一井进回风井、二井回风井、八井进风井阻力过大，是制约一、二井通风的瓶颈。长远看，还应扩大以下井筒的断面，见表6-10。表6-10需扩面的井筒参数始点末点巷道名称L(m)现断面S扩后S风阻R2526一井回风副井8409.62829二井进风主井9009.64647二井回风副井6209.6801802八井进风井2319.6总长度=SUM(ABOVE)2591按照方案二，分区通风，现有的四台风机最大角度6度同时运行。未扩巷时、扩巷后、巷道井筒都扩后各井的最大阻力路线及风机工况计算结果见表6-11~6-14。表6-11一井最大阻力路线表风路始节点末节点未扩巷扩巷后k扩巷、井筒扩后khj风量阻力风量阻力风量阻力112328从地面到一井18层皮带下山底=SUM(ABOVE)=SUM(ABOVE)=SUM(ABOVE)128101610111811122012132213