矿井通风及其系统可靠性

本书是第一部比较系统地阐述矿井通风系统稳定性和可靠性的专著。全书从矿井通风系统出发，深入地介绍了矿井通风的基本理论、通风网络分析技术，特别是非灾变时期影响通风系统稳定的因素及其影响程度，以及通风系统稳定控制理论与技术。

本书数据翔实、图文并茂，既有理论分析，又有实测数据和数值计算实例，具有很强的可读性和资料价值，可供从事矿业、安全科学与工程领域的教学、科研、管理及工程技术人员阅读，也可供大专院校师生参考。

1绪论1

11概述1

12矿井通风系统稳定性研究综述2

121国外矿井通风系统可靠性研究3

122国内矿井通风系统可靠性研究5

123矿井通风系统稳定性研究综述8

13计算机在矿井通风系统稳定性研究中的应用10

131国外矿井通风软件研究综述11

132国内矿井通风软件研究综述11

14矿井通风系统可靠性研究存在的问题16

15矿井通风系统稳定性的研究内容与方法182矿井空气物理学21

21空气的物理性质21

22空气的状态24

221温度24

222湿度26

223气体状态方程27

224焓28

225湿空气的焓湿图29

226气候条件的舒适性34

23矿井通风中的热湿交换37

231热传导38

232对流换热42

233复合传热43

234空气与水之间的热湿交换45

24矿井通风中的有害物质49

241一氧化碳50

242氮氧化物51

243二氧化硫52

244硫化氢52

245甲醛53

246二氧化碳53

247矽尘543矿井通风中的风流运动55

31空气压力及测定55

311空气压力55

312空气压力的测定61

32风流的流速及测定66

321矿内风流的速度分布与平均风速66

322风速测定67

323风表校正70

33风流的运动状态71

34风流的运动形式72

341巷道型风流与紊流变形73

342硐室型风流与紊流扩散74

35风流运动的能量方程式75

351空气流动连续性方程75

352单位质量（1kg）流量能量方程78

353单位体积（1m3）流量能量方程81

354断面不同的水平巷道能量方程83

355断面相同的垂直或倾斜巷道能量方程84

356有扇风机工作时的能量方程式85

357关于能量方程运用的几点说明85

36热湿交换的风流能量方程86

361流动体系的能量方程86

362风流温度变化的基本方程89

37风路的通风阻力90

371摩擦阻力91

372局部阻力93

38矿井通风动力95

381扇风机的构造与分类95

382扇风机的个体特性曲线98

383扇风机联合作业107

384通风设备选择113

385扇风机工况调节1144矿井通风网络解算及污染分析理论116

41网络分析基本术语116

42通风网络中风流流动的基本定律117

421风量平衡定律117

422风路风压平衡定律117

423矿井空气流动定律118

43网络解算迭代技术119

431迭代技术119

432风路风量增量值计算公式推导119

433HardyCross迭代法解算过程122

44网孔选择122

441图论基本知识122

442独立网孔圈定124

443矿井复杂通风网络解算125

45矿井通风网络非线性优化技术128

451模型分析128

452基干巷道的选择130

453模型解算130

46矿井火灾实时模拟理论131

461污染物计算的数学模型131

462气流温度变化的数学描述134

463实时计算系统的描述138

47矿井通风网络中的烟尘分布与合理分风139

471爆破后的烟尘分布规律139

472正常作业时的粉尘分布规律143

473混流式通风网络的合理分风方案148

474分流与混流式网络的评价1505矿井通风网络分析软件开发153

51矿井通风网络分析软件自主开发的必要性153

52矿井通风网络分析软件开发过程154

521软件概要设计154

522软件详细设计156

523软件编码实现及调试1606矿井通风系统稳定性影响因素分析164

61复杂矿井通风系统的特点164

62矿井通风系统稳定性事故树分析166

621矿井通风系统不稳定事故树建造166

622事故树应用与分析170

63影响因素的影响范围及程度分析172

631通风系统固有影响因素172

632井下正常作业及灾变1767矿井通风系统稳定性及敏感度理论179

71稳定性概念179

72Lyapunov稳定性分析181

721概述181

722Lyapunov意义下的稳定性问题182

73Lyapunov稳定性理论185

731Lyapunov第一法185

732Lyapunov第二法187

733线性系统与非线性系统的稳定性比较190

74基于Lyapunov的矿井通风系统稳定性分析190

741通风网络的集合表示190

742通风系统状态方程195

743矿井通风系统动力学模型196

744矿井通风系统Lyapunov稳定性196

75基于数学模型的矿井通风系统稳定性分析198

751风量和风压敏感度的概念199

752风量敏感度的计算199

753风压敏感度的计算201

754分支风量对自然风压敏感度201

755敏感度分析的特点203

76矿井通风网络的风流稳定性204

761多中段通风网络的风流稳定性204

762多扇风机通风网络的风流稳定性210

763提高通风网络风流稳定性的途径2138矿井通风网络解算影响因素及可靠性215

81网络解算收敛性影响因素分析215

811给定精度对算法收敛性的影响216

812初始风量对迭代次数的影响218

813网络复杂程度对迭代次数的影响218

82矿井通风系统网络解算结果可靠性影响分析220

821网络解算结果误差分析220

822风机工况与实际不符对模拟结果可靠性影响221

823网络结构与实际不符对模拟结果可靠性影响222

824电网波动对模拟结果可靠性影响222

83网络解算结果可靠性判定与验证224

831测定仪器及精度225

832主要测定内容225

833部分测定结果及结果分析2259矿井通风网络参数的可调节性228

91某铅锌矿矿井通风系统简介228

92特征分支选择230

921特征分支选择原则230

922特征分支确定231

93分支风阻变化对通风系统影响231

931主进风井分支风阻变化对矿井通风系统的影响232

932主回风井分支风阻变化对系统的影响235

933中段进风段分支风阻变化对系统的影响237

934工作面分支风阻变化对系统的影响240

94特征分支风阻变化对风机等效风压的影响242

95多风机通风系统稳定性影响分析245

951多风机通风系统245

952风机数量对通风子系统稳定性影响246

953矿井风流入口数对通风子系统稳定性影响249

954其他因素对矿井通风子系统稳定性影响25610自然风压对矿井通风系统稳定性影响259

101自然风压的形成259

102自然风压影响因素分析261

103自然风压计算262

104自然风压测定264

1041直接测定法264

1042间接测定法265

1043某铅锌矿自然风压测定结果266

105分支风量对自然风压敏感性分析266

1051只有自然风压作用下单回路情形267

1052机械通风和自然风压联合作用下单回路情形268

106自然风压对风流状态影响分析270

107自然风压变化对通风系统稳定性影响验算27211矿井动压通风与冲击风流275

111无风墙辅扇通风275

1111无风墙辅扇通风原理275

1112无风墙扇风机在井巷中单独工作279

1113无风墙扇风机通风应用中的几个问题280

112导风板引风282

1121导风板引风原理282

1122导风板引风时巷道的临界风阻285

1123导风板引风对巷道风量分配影响分析285

1124导风板设计286

1125导风板应用举例288

113矿用空气幕290

1131矿用空气幕作用原理290

1132空气幕的有效功率和相对有效功率293

1133空气幕逆向隔断风流的动力特性293

1134阻力门增压机制294

1135空气幕有效压力的影响因素295

1136空气幕机组的有效压力296

1137矿用空气幕的参数设计297

114溜井放矿时冲击气流299

1141冲击气流的形成299

1142冲击风速影响因素试验301

1143冲击风速计算302

1144连续卸矿时的冲击风流305

1145控制冲击风流的措施30612矿井活塞风及其影响310

121矿井活塞风310

122中段运输设备活塞风计算模型311

1221基本假设311

1222中段运输设备活塞风模型313

1223模型参数确定316

1224活塞风影响因素分析317

123提升系统活塞风计算模型320

124矿井活塞风对通风系统稳定性影响实例325

1241矿山基本情况325

1242矿井活塞风对通风系统稳定性影响分析和控制32613矿井运输巷道内活塞风风流组织模拟330

131FLUENT简介330

132使用FLUENT的流程332

133湍流模型333

1331直接数值模拟方法（DNS）333

1332大涡模拟方法（LES）333

1333湍流模式理论（RANS）334

1334kε两方程模式336

134主控方程选择343

135模型几何及网格划分344

136边界条件及计算方法345

137模拟结果及分析345

1371平面速度场分布347

1372平面压力场分布354

1373典型子平面速度、静压分布35714矿井通风系统稳定性与耗散结构365

141耗散结构理论365

142矿井通风系统耗散条件与稳定性366

1421构建开放的矿井通风网络366

1422控制系统参量间的非线性作用367

1423利用涨落优化和完善矿井通风系统369

143矿井通风系统耗散行为与稳定性372

144矿井通风系统稳定性耗散控制37515矿井灾变时期通风系统稳定性分析380

151矿井火灾380

1511概述380

1512外因火灾381

1513内因火灾383

152矿井灾变对通风系统的影响385

1521矿井灾害事故的特点385

1522矿井灾害事故处理基本决策方法386

1523矿井火灾引起节流和浮力效应387

1524火灾时期风流紊乱规律390

1525矿井火灾对矿井主要通风机的影响392

1526灾变时期风流控制397

1527突水对矿井通风系统稳定性的影响399参考文献401 2100433B

金属矿藏地下开采是生产工业原材料的基础工业，它在整个国民经济发展中占有重要地位。矿井通风与安全工作是保证矿工安全、健康，促进金属矿藏地下开采高效生产的一个重要方面，也是实施金属矿藏地下可持续发展的需要。

矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件。在正常生产时期，矿井通风系统并不是一个孤立的系统，而是受到内、外部因素影响的开放系统。系统内外部参数的变化，必然会对矿井通风系统带来影响，从而导致矿井通风系统部分、甚至全部不能达到矿井通风的目的，失去矿井通风系统原有的机能。在井下发生灾变时，可以根据撤人和救灾的需要调节和控制风流流动路线，从而防止灾难情况恶化或争取更多的时间确保井下人、财、物的安全。

20世纪80年代以来，随着金属矿藏地下开采机械化水平的提高，采矿方法、巷道布置及支护的改革，通讯和计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足的进步，通风管理日益规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备愈来愈多地投入应用。以低耗、高效、安全为准则的通风系统优化改造在许多矿山得以实施，使其能够更好地为高产、高效、安全的集约化生产提供安全保障。同时，随着地表金属矿藏资源的日渐枯竭，金属矿藏资源开采向纵深发展是必然的趋势。据统计，在未来的10～15年，我国将有近三分之一的有色矿山即将进入深井开采，很多煤矿已经进入了深部开采。目前，我国地下矿山的最大开采深度已到1070m；南非金矿开采深度达3800m。据预测，南非在2010年，深度达3000m的矿井将占30%。因此，南非工程技术人员已开始了3500～5000m深度区段的极深地下采矿工程的研究。在如此深的地层深部进行采矿开挖工程，人类尚无这方面的知识和经验。较浅部开采相比，矿井通风系统扮演的角色将更加重要。矿井通风系统的内、外部条件将变得更加复杂，各影响因素对矿井通风系统稳定性的影响形式和程度将发生变化。因此，对金属矿藏地下开采过程中的矿井通风系统稳定性问题的研究是矿业和安全科学研究的重要领域，具有重要的理论价值和现实意义。

本书从传统金属矿地下开采八大系统之一的通风系统出发，主要介绍了金属矿矿井通风的基本理论，通风网络分析技术，特别是非灾变时期影响通风系统稳定的因素及其影响程度，以及通风系统稳定控制理论与技术。

第1章矿井通风系统可靠性

1.1矿井通风系统可靠性的基本指标

1.2矿井通风系统可靠性的内涵

1.3矿井通风系统可靠性的研究现状分析

参考文献

第2章矿井通风系统可靠性评价

2.1矿井通风系统可靠性的评价方法概述

2.2网络系统可靠性综述

2.3基于网络流理论的可靠性评价模型

2.4风网系统可靠性不交最小路集算法

参考文献

第3章主要通风机可靠性的Markov过程分析

3.1可修系统的Markov过程模型

3.2基于Markov的主要通风机可靠性分析

3.3实例分析

3.4主要通风机系统影响因素分析

3.5提高主要通风机可靠性的措施

参考文献

第4章矿井通风系统可靠性仿真

4.1系统可靠性模型选择

4.2人工神经网络技术及其应用

4.3系统可靠性BP网络模型

4.4基于自适应神经网络的可靠性参数估计

4.5矿井通风系统的可靠性、维修性和有效性

4.6通风系统可靠性影响因素解析

4.7通风系统运行期间使用可靠性

4.8主要通风机首次故障时间

参考文献

第5章矿井通风系统可靠性预警

5.1预警作用及研究手段

5.2粗集理论及其应用

5.3粗集的基本原理

5.4数据的预处理

5.5通风系统可靠性的RS—ANN预警

5.6通风系统可靠性预警实现

5.7可靠性评价网络的分层发掘

参考文献

第6章矿井通风系统可靠性设计

6.1通风系统可靠性设计目的

6.2通风系统可靠性分配方法

6.3主要通风机可靠性分配实例

6.4基于分配可靠度的主要通风机工况点研究

6.5主要通风机性能曲线的自动绘制

参考文献

附录

附表1某矿井通风网络分支参数测量结果汇总表

附表2某矿井通风阻力测量结果汇总表

附表3某矿井通风阻力最小、最大路线结果汇总表2100433B

矿井通风系统可靠性分析与实践内容简介

《矿井通风系统可靠性分析与实践》可作为矿业工程、安全工程、系统工程、网络工程、机械和电子工程等专业的本科生、研究生的教材，也可供从事系统可靠性研究的相关领域科研工作者和工程技术人员参考。

矿井通风系统可靠性分析与实践作者简介

王洪德，教授，博士学位，1963年11月出生于辽宁省阜新市。目前主要从事受限空间灾害防治、区域风险评估、安全信息工程等领域的科研及教学工作。现就职于大连交通大学土木与安全工程学院。国家注册安全工程师、国家二级安全评价师、辽宁省安全生产专家、辽宁省工程爆破协会理事、大连市安全生产专家、大连市防震减灾专家。近年来，主持或参加完成各类国家、省部级和市级科研项目10余项，主持横向课题20余项；获省部级科技进步二等奖3项、三等奖1项、市级科技成果一等奖2项。主编出版学术著作9部；发表学术论文62篇，EI收录20篇。

本书以矿井通风系统可靠性、稳定性、安全性为主线，结合作者的科研，提出一些新理论和新方法。全书共分为矿井通风与灾害防治，矿内空气动力学及风流流动，通风网络计算基础，通风网络运算理论，基于通路法和灵敏度理论的矿井通风系统优化调节，矿井通风系统可靠性理论与算法，矿井火灾时期通风系统可靠性理论与算法，广义角联结构确定数学模型，基于灵敏度和灵敏度衰减率的通风系统稳定性理论，通风系统抗灾变能力分析评价，矿井通风网络中的单向回路数学模型计算法，基于通风网络特征图的通风系统分析理论与技术，高瓦斯矿井以风定产决策支持系统等十三章。