一矿一面

依托单位：中国矿业大学二○一三年十月2013年矿井通风专业委员会年会交流材料汇报提纲一、项目简介二、项目主要研究进展三、成果推广前景及效益一、项目简介高产高效集约化生产是我国煤炭工业发展的方向1、项目背景规划建设13个大型亿吨级煤炭基地，已建成神东、晋北和两淮等神东矿区十余对矿井的单面年产量普遍达到千万吨级神东一矿（井）一面千万吨级集约化生产矿井1、项目背景高产高效集约化生产矿井通风系统简单，但存在重大隐患通风系统变化频繁、参数波动幅度大通风设施数量少，但结构重要度高智能化调节和控制水平低矿井采掘布局与通风方式的关系针对高效集约化矿井的研究较少通风能力的确定缺少动态预测方法2、研究现状通风系统可靠性、稳定性现有可靠性评价难以适用于高度集约化矿井尚缺乏对通风系统各部件的可靠性参数统计及等级划分未实现通风参数的实时获取，不支持通风系统的在线、实时“体检”及预警矿井通风系统优化与调节传统的矿井通风优化调节主要是阶段性静态优化，难以满足集约化生产矿井采掘速度快、系统变动频繁下的动态优化需求对通风监测参数的利用率低，尚无法进行多元信息的提取与深层知识的挖掘通风控制主要由人工完成，尚未实现通风系统的实时模拟和智能化控制2、研究现状3、立项目的及意义集约化生产矿井通风技术基础实现采掘接替下矿井通风能力动态核定实时获取通风网络参数并进行动态反演解算完成对通风系统的日常体检促进矿井通风调节与控制的智能化从全局上提高一矿一面矿井通风系统的安全性与抗灾能力4、主要研究内容“一矿（井）一面”合理采掘布局及通风方式高度集约生产矿井通风系统可靠性、稳定性评价模型与指标体系矿井通风系统智能控制理论与方法年度主要研究计划2012年开展调研工作及案例分析，研究集约生产矿井通风方式与采掘布局的关系，建立矿井通风能力动态核定模型。2013年建立通风网络分支风阻反演求解模型和通风系统可靠性、稳定性、经济性评价指标体系，提出指标计算模型与方法；提出基于实时数据的评价方法。2014年开发集约生产矿井通风系统可靠性、稳定性、经济性实时诊断与预警支持系统，对风路、通风构筑物、动力设施进行智能预警和分级智能优化管理，并应用于示范矿井。2015年总结成果，按项目要求完成各项指标，征求意见，修改完善，提交报告。5、研究计划二、项目主要研究进展研究工作进展（一）针对“一矿一面”矿井采掘接替速度快，通风系统变化快的特点，构建了矿井采掘工程接替时间序列模型，提出了通风能力动态核定方法，开发了矿井通风系统动态模拟软件。矿井通风系统动态模拟，通过自动逻辑推理，依据采掘工程接替方案实现通风系统通风能力的预测与评估，达到通风网络分支动态增减和数据库及时更新，真正实现“动态”解算。为通风系统的可靠性分析和优化调节提供了依据。矿井通风系统动态仿真模型(1)独头巷道掘进与接替的状态模型(2)采煤工作面推进与接替状态模型a-10-2回采-3注销停止回采开始回采引入-4收尾掘进a-10-2掘进引入引入新的停止系统动态模拟模型是以一个时间步长的系统变化为基础，将整个模拟时间区间0,MtT划分为mn个等间隔时间t（例如d1t）的区间：011211,,,,,,,,,mmjjnntttttttt进行模拟，其中mnMtT。矿井通风系统的一步动态模型反映了在某一时间段1,jjtt内系统结构和参数的所有变化，即从1jt到jt经过一个时间步长t的模拟。(3)巷道自动注销模型如果某条巷道的存在时间不满足给定条件，那么“注销”这条分支巷道，即从通风网络分支的始末节点信息表中删除该注销分支i对应的元素。(4)用风地点需风量变化模型在模拟采掘工作面随机推进的同时，根据产量（推进速度）与瓦斯涌出量的关系，计算其需风量的相应变化。(5)采掘推进过程中工作面巷道风阻值的变化随着采掘工程的推进，采掘工作面系统的通风距离将发生变化。对于长壁回采工作面系统，其进回风平巷的通风长度逐渐缩短，导致风阻减小。研究工作进展（一）输入原始信息通风系统初始状态模拟（t=t0）模拟开始：掘进的独头巷道状态模拟巷道注销工作面回采状态模拟需风量变化矿井通风系统自然分风模拟N检查通风系统参数是否合理N矿井通风系统风量按需重新进行调节模拟j=j+1,YY完成整个动态模拟过程：开始完成矿井通风系统动态仿真模拟的流程图研究工作进展（一）研究工作进展（一）掘进巷道模型流程回采工作面模型流程研究工作进展（一）矿井通风系统动态模拟软件算例：模拟某矿采掘接替下矿井通风系统动态仿真，设定总时间为360d，计算步长为10d，计算步数为36步，分别模拟采掘工作面推进速度分别为4m/d和7.5m/d和快速推进分别为10m/d和15m/d两种情况做对比。研究工作进展（一）。2012-1-12012-3-12012-4-302012-6-292012-8-282012-10-272012-12-26时间111811工作面1193工作面1193运输巷1193切眼1137运输巷1137切眼11225运输巷1193回风巷1137回风巷11225回风巷1292工作面1293工作面1293运输巷1293切眼12131运输巷12131切眼1293回风巷12131回风巷输入：矿井采掘工作面接替布局图1193工作面1137工作面11225工作面111811工作面11121工作面1293工作面1292工作面12131工作面1215工作面1135工作面1234567891011121314151820212223242526272829303132353637383940414243444547484980818283848586878889909192101102103104105108109110111113114115116120121122123124125126128129130131133134135150151152158159160161162163164165166167050010001500200025002011-12-312012-2-142012-3-302012-5-142012-6-282012-8-122012-9-262012-11-102012-12-25时间风机风压Pa一采区风机二采区风机050010001500200025002011-12-312012-2-142012-3-302012-5-142012-6-282012-8-122012-9-262012-11-102012-12-25时间风机风压Pa一采区风机二采区风机0204060801001201402011-12-312012-2-142012-3-302012-5-142012-6-282012-8-122012-9-262012-11-102012-12-25时间风机风量m3/s一采区风机二采区风机0204060801001201402011-12-312012-2-142012-3-302012-5-142012-6-282012-8-122012-9-262012-11-102012-12-25时间风机风量m3/s一采区风机二采区风机0510152025303540452011-12-312012-2-142012-3-302012-5-142012-6-282012-8-122012-9-262012-11-102012-12-25时间风量m3/s111811129211931293113705101520253035402011-12-312012-2-142012-3-302012-5-142012-6-282012-8-122012-9-262012-11-102012-12-25时间风量m3/s111811129211931293输出：采煤工作面风量随时间变化图输出：主要通风机风量变化图输出：主要通风机工作风压变化图输出：采煤工作面风量随时间变化图输出：主要通风机风量变化图输出：主要通风机工作风压变化图掘进速度7.5m/d，回采速度4m/d掘进速度15m/d，回采速度10m/d研究工作进展（二）1.通风系统可靠性分配模型针对“一矿一面”矿井通风设施可靠度需求高的特点，建立可靠性分配的模糊层次分析模型。该方法依据矿井的自然条件、生产方法及设计要求，对通风系统的组成单元从总体上调整权重关系合理规划出可靠度，并开发了可靠性分配设计软件。通风系统可靠性分配设计软件研究工作进展（二）基于“一矿一面”矿井通风特点，初步建立了包含25项评价指标科学的矿井通风系统健康指数评价指标体系，初步提出了基于三角白化权函数的模糊灰色系统二级综合评价模型。为基于监测监控系统的矿井通风系统实时“健康体检”奠定基础。矿井通风系统健康指数评价指标体系O通风动力M1主要通风机运转稳定性X1主要通风机风压合理性X2通风方式与方法可靠性X3主要通风机综合效率X4自然风压稳定性X5吨煤通风电费X6通风网络M2通风质量M3通风设施M4通风监测M5通风管理M6通风网络复杂度X7通风阻力分布合理性X8通风网络风流稳定性X9最大与最小系统采区阻力百分比X10局部通风系统合理性X11回风巷道失修率X12专用回风巷道合理性X13矿井有效风量率X14矿井风量供需比X15用风地点风量合格率X16用风地点风质合格率X17通风设施合格率X18防灾设施合格率X19矿井反风系统灵活性X20千米巷道通风设施数X21通风监测利用率X22通风监测数据质量X23第一学历为通风与安全专业比例X24通风监测数据质量X252.通风系统健康指数评价模型12111222[,]0()[,][,]kkkkjkkkkkkkkkxaaxafxxaaaxaxa模拟了不同推进速度条件下，工作面风量分配的非稳定性。结果表明：工作面推进速度越快，工作面风量波动越剧烈；模拟了不同配风量下条件下，工作面风流的波动特性。结果表明：随着配风量的增加，工作面风流呈现波动程度先减小后增大的趋势，说明集约化生产工作面具有抗波动性的最优配风量。3.研究工作面推进度，工作面初始风量对工作面风量波动的影响，揭示了:0100200300400500600700800900100011000.030.040.050.060.070.08风量波动幅度工作面推进距离（m）650m3/min750m3/min850m3/min950m3/min1050m3/min0100200300400500600700800900100011000.000.010.020.030.040.050.060.075m/d8m/d10m/d风量波动速率工作面推进距离（m）不同工作面推进速度、不同配风量下条件下工作面风流波动特性研究工作进展（二）最优配风范围引入灵敏度理论总结了失效关键巷道利用统计学方法计算系统可靠性4.研究通风系统动态可靠性评定方法：研究工作进展（二）针对静态评价忽略了系统随机、动态特性的问题。采用MonteCarlo随机模拟方法，从统计学角度描述系统的可靠性，其结果更能真实反映矿井通风系统可靠性。研究工作进展（二）5.初步建立传感器“全覆盖”要求下的优化布置复杂通风网络瓦斯积聚缓慢涌出瓦斯人工排放瓦斯异常喷出或突出瓦斯...确定井巷中容易发生瓦斯积聚的地带,建立含源通风网络解算模型、风量比例法模型，局部高浓度瓦斯源定位与识别模型复杂通风网络中瓦斯时空运移规律计算综合模型复杂通风网络瓦斯时空运移规律及特征数值模拟复杂通风网络瓦斯传感器布置监测监控系统特点井下通风特点传感器无盲区布置规则微风分支、有瓦斯涌出或突出可能的分支、长距离分支、竖直分支采掘工作面分支、采空区分支以及其他分支的瓦斯传感器无盲区布置规则及参数，失效瓦斯传感器识别与定位模型复杂通风网络传感器无盲区优化布置综合模型复杂通风网络瓦斯传感器无盲区优化布置方法及参数瓦斯传感器布置中存在的问题实例验证、修改完善数值模拟实例验证、修改完善研究对象研究成果实验研究理论分析模型建立数值分析针