南溫河鎢礦通風(fēng)系統(tǒng)井巷斷面動態(tài)優(yōu)化與通風(fēng)節(jié)能的研究

【摘要】：礦井通風(fēng)技術(shù)是礦山安全科學(xué)中最重要的領(lǐng)域之一。礦井通風(fēng)系統(tǒng)與井下各作業(yè)地點相聯(lián)系,是井下開采大系統(tǒng)中最重要的一個子系統(tǒng),既依附又制約著礦井開采大系統(tǒng),通風(fēng)系統(tǒng)好壞對全礦的通風(fēng)安全狀況具有全局性影響。通風(fēng)系統(tǒng)的好壞一般要從可靠性、技術(shù)性和經(jīng)濟性三個方面來評估。在通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方面,通風(fēng)井巷斷面的確定十分重要,每一個進、回風(fēng)井巷確定多大的斷面才最合理,而這合理性也是由可靠性、技術(shù)性和經(jīng)濟性等綜合因素來考慮的。 本文依托《文山麻栗坡紫金鎢業(yè)集團有限公司南溫河鎢礦復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究》項目開展,目的是對通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化做出一些工作以減少礦山的通風(fēng)費用,并為礦山生產(chǎn)下一步的通風(fēng)問題做出有益的參考意見。在項目研究過程中發(fā)現(xiàn),由于該礦山獨特的地質(zhì)情況,其巖石整體性較好,穩(wěn)固性較好,因此通風(fēng)井巷可選擇較大斷面,而由此造成的結(jié)果便是雖然通風(fēng)阻力小帶來了通風(fēng)動力費少的效益,但同時也產(chǎn)生了較大的通風(fēng)井巷基建費和維護費,因此選擇合適的通風(fēng)井巷斷面,使經(jīng)濟效益達到最佳點以實現(xiàn)通風(fēng)節(jié)能,即是本文的研究方向。通過南溫河鎢礦通風(fēng)系統(tǒng)改造項目的實際情況,對新建回風(fēng)井的斷面進行優(yōu)化,以確定最佳的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法,并結(jié)合優(yōu)化方法建立了全礦動態(tài)優(yōu)化模型,最終實現(xiàn)通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化。論文在總結(jié)和借鑒前人研究方法的基礎(chǔ)上,做了如下工作： 1、對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化理論的研究進行了總結(jié),提出了問題研究的必要性,闡述了通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化在通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化中的重要作用,并列舉了前人對通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化所進行的工作,對比了前人所建立的比較典型的優(yōu)化模型方法。本文認(rèn)為優(yōu)化模型不僅應(yīng)考慮通風(fēng)井巷的基建費和維護費,也要考慮通風(fēng)動力費,并在可靠性和技術(shù)性等綜合因素的約束條件下尋求最低的通風(fēng)總費用。 2、介紹了確定通風(fēng)井巷的傳統(tǒng)方法,分析傳統(tǒng)方法的不足,將通風(fēng)井巷斷面的確定轉(zhuǎn)為數(shù)學(xué)最優(yōu)化問題。本文通過對比各種通風(fēng)井巷費用模型,研究其合理性和準(zhǔn)確性,最終推導(dǎo)出最優(yōu)的通風(fēng)井巷總費用的數(shù)學(xué)模型——即用最小二乘法擬合求解出合理的經(jīng)驗公式,同時考慮資金的時間價值,使模型具有通用性,并可用該模型研究單一通風(fēng)井巷最優(yōu)斷面的確定。 3、本文認(rèn)為通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方法分為整體和分層優(yōu)化以及靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)化,對于復(fù)雜的礦井通風(fēng)系統(tǒng)井巷斷面優(yōu)化問題而言,將系統(tǒng)考慮為一個階段性發(fā)展的動態(tài)系統(tǒng)更為合理和有效,通過分析通風(fēng)井巷斷面與基建費、維護費和通風(fēng)動力費三者的關(guān)系,建立出一個可以確定全礦通風(fēng)井巷斷面的數(shù)學(xué)模型,該模型可以通過迭代搜索確定出最優(yōu)斷面。 4、本文根據(jù)對南溫河鎢礦的通風(fēng)現(xiàn)狀進行的調(diào)查和測定,得到研究所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),提出需要解決的問題,對所發(fā)現(xiàn)的問題提出了思考方式,即如何對特殊地質(zhì)條件下金屬礦山大斷面的通風(fēng)井巷斷面進行優(yōu)化研究,再將所建立的通風(fēng)井巷斷面數(shù)學(xué)模型應(yīng)用到南溫河鎢礦通風(fēng)系統(tǒng)實際的優(yōu)化改造中,對優(yōu)化方法進行理論研究,研究南溫河鎢礦新建通風(fēng)井巷最優(yōu)斷面的確定以及全礦通風(fēng)井巷的動態(tài)優(yōu)化過程。單一井巷最優(yōu)斷面的確定可以為礦山新建井巷斷面的確定提供理論依據(jù),而全礦動態(tài)優(yōu)化則為新建礦山的井巷開拓及全礦的系統(tǒng)改造提供方法。 5、對于用最小二乘法求解井巷費用的經(jīng)驗公式,本文用MATLAB編制了程序求解其擬合系數(shù),而對于全礦動態(tài)優(yōu)化模型,本文則在Visual Studio環(huán)境下編制了計算程序,通過用計算機程序搜索解決復(fù)雜迭代計算過程,簡化計算量,確定出最佳通風(fēng)井巷斷面,以此選擇出最優(yōu)斷面,以達到一定的節(jié)能效果。這些方法在一定程度上豐富了通風(fēng)井巷優(yōu)化理論,為通風(fēng)井巷斷面較大的礦山提出了確定斷面方法的理論基礎(chǔ),也為通風(fēng)方案的制定提供了科學(xué)依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：礦井通風(fēng) 優(yōu)化 通風(fēng)井巷 最優(yōu)斷面 數(shù)學(xué)模型 最小二乘法 動態(tài)優(yōu)化 節(jié)能
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TD724
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 研究目的與意義13-14
• 1.3 礦井通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化研究綜述14-20
• 1.3.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化理論與技術(shù)發(fā)展概況14-16
• 1.3.2 通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化研究的必要性16-17
• 1.3.3 當(dāng)前通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化理論研究概述17-20
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容及技術(shù)途徑20-23
• 1.4.1 論文研究的主要內(nèi)容20-21
• 1.4.2 論文研究的技術(shù)途徑21-23
• 第二章 通風(fēng)井巷斷面理論與優(yōu)化問題23-29
• 2.1 通風(fēng)井巷斷面概述23-25
• 2.2 傳統(tǒng)通風(fēng)設(shè)計確定井巷斷面尺寸的方法25-26
• 2.3 最優(yōu)化問題及數(shù)學(xué)模型概述26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立29-41
• 3.1 通風(fēng)井巷費用模型的研究29-36
• 3.1.1 通風(fēng)動力費的推導(dǎo)29-30
• 3.1.2 最佳半徑方程確定法數(shù)學(xué)模型的研究30-32
• 3.1.3 最小二乘法數(shù)學(xué)模型研究32-36
• 3.2 通風(fēng)井巷最優(yōu)斷面模型的研究36-40
• 3.2.1 通風(fēng)井巷費用考慮時間價值的計算方法36-38
• 3.2.2 最優(yōu)斷面模型的建立及分析38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第四章 通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)斷面優(yōu)化方法的研究41-51
• 4.1 通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)斷面優(yōu)化的基本思想41-42
• 4.1.1 整體和分層優(yōu)化思想41
• 4.1.2 靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)化思想41-42
• 4.2 長大獨頭平巷掘進通風(fēng)的分階段動態(tài)優(yōu)化42-47
• 4.2.1 動態(tài)優(yōu)化基本模型42-43
• 4.2.2 最優(yōu)風(fēng)筒直徑的確定實例43-47
• 4.3 通風(fēng)井巷斷面分層動態(tài)優(yōu)化方法的模型建立47-48
• 4.4 模型的求解方法48-50
• 4.4.1 問題的提出48-49
• 4.4.2 解算方法49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第五章 南溫河鎢礦通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化實例51-80
• 5.1 南溫河鎢礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)概況51-53
• 5.1.1 礦山開采概況51-52
• 5.1.2 現(xiàn)有井下通風(fēng)系統(tǒng)狀況52
• 5.1.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)亟待解決的主要問題52-53
• 5.2 單一通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化研究53-64
• 5.2.1 井巷掘進費的最小二乘法擬合54-62
• 5.2.2 通風(fēng)井巷斷面優(yōu)化節(jié)能分析62-64
• 5.3 全礦動態(tài)優(yōu)化64-78
• 5.3.1 問題的分析65-66
• 5.3.2 建立輸入數(shù)據(jù)文件66-72
• 5.3.3 優(yōu)化結(jié)果匯總72-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 第六章 全文總結(jié)80-83
• 6.1 研究的主要結(jié)論80-81
• 6.2 研究展望81-83
• 致謝83-84
• 參考文獻84-89
• 附錄A (攻讀碩士期間公開發(fā)表的論文及參加的科研項目)89-90
• 附錄B (有色金屬工業(yè)礦山井巷工程預(yù)算定額)90-94
• 附錄C (南溫河鎢礦井下通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù))94-97
• 附錄D (程序源代碼)97-107
• 附錄E (南溫河鎢礦兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)井巷施工布置圖)107

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