《《矿井通风系统优化理论及方法》讲课[总30]10年0308修改》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《矿井通风系统优化理论及方法》讲课[总30]10年0308修改（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2018年10月,山东科技大学安全专业,1,矿井通风系统优化理论与方法,主要内容：优化理论与方法决策 授课目的：学习优化理论与方法,山东科技大学资环学院安全工程系,2018年10月,山东科技大学安全专业,2,主 要 内 容,1 通风系统优化理论简介1.1 系统优化的意义与目的1.2 系统优化的一般步骤1.3 矿井风机工况的优选方法 2 优化理论与方法 2.1 优化理论介绍2.2 优化解算计算机软件。,2018年10月,山东科技大学安全专业,3,1 通风系统优化理论简介 1.1 系统优化的意义与目的,1.1.1 系统优化紧密结合生产矿井通风系统的风网结构，利用调整巷道布局结构、通风设施布置、主要
2、进回风井巷断面或风机性能等方法，拟定若干技术可行、安全可靠的通风系统优化方案，分别进行优化解算；根据解算结果对各方案进行技术、经济、安全三方面1220指标因素的量化比较，而最终确定矿井通风系统最佳运营方案的过程。典型的通风系统优化类型包括：（1）专门优化通风系统风网结构的优化；（2）专门优化通风系统中主要进回风井巷断面的优化；（3）专门优选风机最佳运行工况的优化；（4）以通风系统节能降耗为目标的通风系统优化；（5）生产矿井全局通风系统优化等。 1.1.2 优化的意义与目的1）优化的意义系统优化作为生产矿井重要的科技与技术投入环节，对于生产矿井的,2018年10月,山东科技大学安全专业,4,节资
3、降耗与安全运行具有重大的战略意义， 特别是对于矿井通风工作中已经显现一定困难和问题的生产矿井，进行系统优化则是快速、高效解决许多困难和问题的最佳技术选择。它投资少、见效快，又能提高矿井通风系统的安全运行可靠性，是所有生产矿井进行通风系统技术改造与技术进步的首要选择和必要步骤！（二）优化的目的（1）对矿井通风系统进行实测和调查，找出不安全因素，及时进行技术改进；（2）确定矿井通风系统经济、合理、可靠的运行方案；（3）对矿井通风方案进行技术评估和安全评价；（4）节资降耗，努力实现矿井通风经济运营；（5）提高矿井通风系统的安全可靠度等。 1.1.3 优化的基本指导思想立足生产矿井现有开拓与通风系统，
4、不干扰或尽量少干扰矿井正常生产，不增加或尽量少增加新的煤、岩开拓工程量；本着高效、节能、安全、简化、合理、实用的基本要求，来优化、规划矿井在未来一定时期内的网络结构；验算与确定矿井风机运行工况等。,2018年10月,山东科技大学安全专业,5,1 通风系统优化理论简介 1.2 系统优化的一般步骤,1.2.1 系统优化的方法、步骤一般为：（1）基础性工作：包括矿井通风系统调查、阻力测定、风机鉴定、通风网络结构与位置调查等；（2）拟38个技术可行性较强的通风系统方案； （3）对各方案编制电算表，并进行优化解算；（4）对所有方案进行技术、经济、安全三方面评价指标计算；（5）选择优化方法，确定最好的通风
5、系统方案。即进行多方案二级模糊综合评判与优选；（6）确定最优方案的风机经济运行工况和实际转速；（7）最优方案的评价与技术实施说明等。 1.2.2 生产矿井通风系统调查与分析1）矿井通风阻力测定（1）测定工作的组织、井下实测、数据整理；（2）确定通风系统优化所使用的数据资料:主要包括进行系统优化优化解算时使用到的井巷百米风阻值等。,2018年10月,山东科技大学安全专业,6,右表 1为经过井下实测所确定的井巷百米风阻值一览表。,2018年10月,山东科技大学安全专业,7,以VisualB 6.0开发的整理软件界面,2018年10月,山东科技大学安全专业,8,2018年10月,山东科技大学安全专业
6、,9,2）矿井主要风机装置性能鉴定(1) 鉴定工作的组织、现场实测、数据整理（略） (2) 风机特性曲线的说明1、 实测风机个体特性曲线按照现场测得的风机与电动机各种性能指标数值，经计算机计算以后，可以绘出矿井运转风机在实际转速n 时的装置个体特性曲线。该曲线是进行系统优化优化解算基础资料。2、利用风机类型特性曲线求个特曲线根据矿井所安装的风机（例如G4-73-11系列风机）的类型特性曲线，可以绘出其在不同转速（n）和前导器角度（）情况下个体特性曲线。例如，若要绘制G4-73-1125D在n=480rpm、=45、=1.2 kg/m3、D=2.5m条件下的个体特性曲线，方法是： 利用G4-73
7、-11系列风机的类型特性曲线，从中选取风机合理工作范围内高效区上的69个点，可得到相应的流量系数、压力系数、功率系数和效率i之坐标值，见表2-2-1。,2018年10月,山东科技大学安全专业,10, 绘制G4-73-1125D在n=480rpm、=45、=1.2 kg/m3、D=2.5m条件下的个特曲线，就是将表2-2-1中的相应数据代入式(2、2、2)，经计算后可得到其个特曲线上的坐标点，见表2-2-2。(2.2.1)将相应的数据代入上述公式后，得以下公式：(2.2.2)将表2-2-1中的数据代入公式（2.2.2)，则得表2-2-2。,2018年10月,山东科技大学安全专业,11, 以表2-
8、2-2中的数据为坐标点，可绘制出G4-73-1125D在标准转速n=480rpm、前导器角度=45、矿井标准状况=1.2 kg/m3和风机动轮直径D=2.5m条件下的出厂个体特性曲线。同样利用其它类风机的类型特性曲线也能求出相应风机的个特曲线。(3) 以VisualB 6.0开发的风机鉴定数据整理软件界面见以下3页之中。 1.2.3 生产系统优化方案拟定依据上述调查和分析，结合生产矿井开拓开采及通风系统实际，首先划分系统优化研究时间阶段；其次，就每个时间阶段，在充分考虑矿井通风困难原因的情况下，拟订38个技术可行较强的通风方案，组成备择方案集。任何矿井总的生产时期均可划分为3个大的生产阶段：一
9、是从矿井初期投产到达产的生产阶段；二是矿井前、中、后期正常生产阶段；三是矿井后期减产到报废的生产阶段。,2018年10月,山东科技大学安全专业,12,通风系统优化研究中最重要的工作是正确选择优化指标体系和优化方法；优化研究的可靠性基础则是研究中所使用的原始资料符合矿井实际。矿井通风系统的优化准则1 单风井单风机运营的矿井，其风机工况点必须落在风机个特曲线合理稳定的工作段上；多风井多风机联合运转的通风系统：当总风量一定时，整个矿井通风网络功率消耗为最小的必要条件是使各风井的风机具有相同的工作压力，即各风井系统通风阻力消耗相等；2 矿井通风网络中所有有效通风巷道的总功率消耗应取最小值，即：3 矿井
10、通风网络在完全自然分风与完全按需分风时的功耗比系数K应趋近于1，即 式中,N、Nn分别为按需分风及自然分风时矿井通风网络各自的总功率消耗，Kw。,2018年10月,山东科技大学安全专业,13,VisualB 6.0开发的风机鉴定数据整理软件界面,2018年10月,山东科技大学安全专业,14,2018年10月,山东科技大学安全专业,15,4 矿井通风系统中的主要及关键巷道应选取经济运营断面。5 矿井通风系统经济合理，即矿井风机与矿井通风网络应达到合理匹配；矿井风机满足为矿井提供充足的矿井风量，风机工况点运行在稳定合理的区域内，风机年运转经济费用最小；使矿井各独立通风区域的总阻力均衡分配。 1.2
11、.4 方案的优化解算（见后面的第2章） 1.2.4 方案的优选（见后面的第3章）主要包括三部分：1 对所有方案进行技术、经济、安全三方面评价指标计算；2 选择优化方法，确定最好的通风系统方案。即进行多方案二级模糊综合评判与优选；3 确定最优方案的风机经济运行工况和实际转速。 1.2.5 最优方案的实施说明包括对最优方案的评价与技术实施细则说明等内容。,2018年10月,山东科技大学安全专业,16,通风系统优化理论简介 1.3 矿井风机工况的优选方法,1.3.1 矿井风机工况优化的目的矿井风机工况优选决策的最终目标有两个：1 确保矿井主要风机在其服役期内的安全、稳定运转；2 确保风机高效、经济性
12、运营,即始终使矿用风机获得最高效率区为工况点的最佳运行转速，风机运行总能耗最低。具体讲，对矿用风机进行工况优选决策，都是在确保风机为矿井通风提供足够风量及适宜风压的前提下,使得风机能耗(即风机轴功率)最低,风机工作效率最高,即让风机在其服役期内始终处于工况点最优状况之中。实践表明，在生产矿井多种不同参数组合的通风系统中，所安装的某些高效型风机不一定能够获得很高的工况点效率，特别是对于大风量、低阻力的特大型矿井通风系统和小风量、高阻力的中小型矿井通风系统，则在风机运转期间就利用不上其高效区。生产矿井需要降耗节能、提高风机运行效率时，就必须通过现场实测对风机工况进行实时优选决策。生产矿井风机工况优
13、化与节能调节的效果则可从风机运营中取自电网的耗电量降低值上得到反映。由此可见,生产矿井风机工况优选决策是矿井通风系统整体优化中的重要组成部分。,2018年10月,山东科技大学安全专业,17,1.3.2 矿井风机工况优选决策方式风机工况点是由风机在特定转速n时的个体特性曲线和矿井通风网络风阻特性曲线的交点共同确定的。对于某一生产矿井来讲，只要这两条曲线之一(或同时)的形状与位置有了改变， 风机工况点的位置也就有了改变。因此，风机工况的优选决策，从理论上讲则是通过改变风机性能曲线或矿井通风网络风阻特性曲线来实现的。风机工况的优选决策就是基于矿井风机的运行运行状况，根据矿井通风的需要，人为的改变风机
14、运行工况点位置，使风机风量，风压等工作参数适应矿井新条件下的通风要求。 1） 风机工况优选决策方式(1) 改变风机个体特性曲线主要方法有：1 改变风机转速n；2 改变轴流式风机动轮叶片安装角；3 改变离心式风机前导器角度 。(2) 改变矿井通风网络风阻特性曲线,2018年10月,山东科技大学安全专业,18,主要方法有：1 优化矿井风网结构，降低通风网络的风阻值R;2 调节风机风硐调节闸门的开启程度。2）风机工况优选决策调节的方法与实施风机工况调节方法与节能的关系密切。一般讲,对生产矿井都有多种风机工况优选决策方式可以改变风机工况点，调节风机工作风量和风压使之满足矿井通风的动态变化需要，但各种风
15、机工况优选决策方式的运行总能耗却相差很大。例如,我国矿井过去习惯采用调节风硐闸门来改变风机工况点,这种方法操作简单容易，快捷易于实现，然同时消耗于闸门的能量损失也很大。所以，进入20世纪80年代以来，我国的矿用风机工况调节越来越倾向于首选采用风机工作转速n的调节方式。 （1）风机最佳工作转速n计算方法1 准备工作进行风机最佳工作转速n的计算时，首先应根据矿井通风系统的要求选配风机的工作风量Q(m3/s)和工作负压H(Pa)。风机工作风量Q中包括矿井需风量Qxv和风硐、机房设施漏风量QL；风机工作负压H应按矿井通风容易、困难两时期的矿井通风阻力并结合预选风机的类别（轴流式或离心式）通过计算得到。
16、拟合预选类型风机的无因次特性曲线函数关系 ，以备后用。,2018年10月,山东科技大学安全专业,19,2 设计矿井风机选型与最佳转速计算设计矿井在进行风机选型计算时，重要的环节之一是确定所选风机的机号（即确定风机动轮直径D）。根据风机无因次特性参数关系式：经组合计算，容易得到风机动轮直径Dx的预选计算公式为：式中，Q、H分别为利用矿井通风阻力值计算得到的风机工作风量和负压；G4-73-11系列风机最高效率点的流量系数和压力系数分别为0.23和0.4364（无前导器时），4-72系列风机最高效率点的值分别为0.22和0.42834。当以所设计矿井前、后期通风容易、困难两时期的两组工况代入上式进行计算时，即可求得拟选风机动轮直径Dx的取值范围，确定2、3个邻近的动轮直径规格D，继续以下的计算。以下确定风机的最佳工作转速n：由上述风机的无因次特性参数关系式，可分别得到两种转速的计算式：,2018年10月,山东科技大学安全专业,
