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1、目录目 录摘要前言1 矿井通风系统优化的意义1 1.1 我国煤炭企业安全生产状况11.1.1 我国煤炭企业生产的基本情况11.1.2我国煤矿安全生产现状1 1.2 矿井通风系统优化对安全生产的意义42矿井通风系统优化的方法5 2.1矿井通风系统分析与评价52.1.1矿井通风系统分析52.1.2矿井通风系统评价14 2.2矿井通风系统优化的步骤15 2.3矿井通风系统优化的技术措施212.3.1矿井通风总阻力及其影响因素212.3.2 降低矿井通风阻力、调节风量的技术措施233赵各庄矿通风系统分析25 3.1赵各庄矿通风系统概况253.1.1矿井开采情况253.1.2矿井通风情况26 3.2赵各
2、庄矿通风系统现状模拟263.2.1通风机特性曲线模拟263.2.2现状模拟情况28 3.3赵各庄矿通风系统存在的问题284 赵各庄矿通风系统的优化30 4.1 赵各庄矿通风系统优化方案的提出304.1.1 赵各庄煤矿对本次通风系统改造的具体要求304.1.2确定改造方案的总体思路304.1.3初定优化方案31 4.2赵各庄矿通风系统优化方案的分析比较374.2.1方案比较374.2.2分析比较建议38 4.3赵各庄矿通风系统优化方案的完善384.3.1降阻方法的确定384.3.2降阻后各方案的模拟结果39 4.4赵各庄矿通风系统优化方案的确定464.4.1优化方案内容464.4.2优化方案的技
3、术比较474.4.3优选方案的经济比较484.4.4优选方案分析515研究结论与建议56 5.1 研究结论56 5.2建议57参考文献60致谢61附录62论文摘要赵各庄煤矿通风系统优化研究摘要：本论文从研究矿井通风系统优化对安全生产的意义出发，分析了我国煤炭企业安全生产现状，通过对矿井通风系统的分析与评价，提出矿井通风系统优化的步骤与技术措施。矿井通风系统分析与优化研究的当务之急是总结已有经验,完善并改进现有矿井通风系统分析理论,应用一切先进的技术手段,实现矿井通风系统的智能化和高效化。本论文还通过对赵各庄煤矿通风系统的现状模拟与分析，提出了多种改造方案，并进行了实际的优化效果分析。通过经济，
4、安全，高效等方面的具体比较，择优选取了优化方案。为赵各庄煤矿通风系统分析及矿井通风系统设计、改造以及优化将提供更加重要的应用价值。 本文综合考虑技术、经济和安全诸方面因素,分析、建立了一套新的比较全面、科学、符合实际的矿井通风系统优化指标体系,并利用层次分析法确定了各优化指标的权值。为获得通风系统优化所必要的基础性资料,本文对赵各庄的通风现状进行了详细调查和测定,绘制了通风系统图和网络图。在此基础上,针对赵各庄近期和中、后期的开拓布局,生产任务以及需要解决的问题,根据相应的通风系统的特点,分别拟定了多种可行方案,并对每种方案进行了通风网络解算。最后,依据本文所建立的优化指标体系,进行了方案优化
5、,确定了最有通风系统方案,得出了可靠的结果。 本文通过对赵各庄通风系统方案的优选,最终实现了系统的优化,指导了实际工作,获得了显著的经济效益和社会效益。同时,为矿井通风系统方案的优选也提供了一种新的科学手段和理论依据。关键词：矿井通风与安全;矿井通风系统;优化;系统分析Zhaogezhuang of the optimization of mine ventilation systemAbstract：In this paper, from the ventilation system optimization study of the significance of safe product
6、ion, the analysis of coal enterprises of Chinas production safety status of the mine ventilation system through the analysis and evaluation, the mine ventilation system optimization steps and technical measures. Analysis and optimization of mine ventilation studies has been the most urgent task is t
7、o sum up experience and improve and improve the existing ventilation system analysis theory, the application of all the advanced technical means to achieve the mine ventilation system of the intelligent and efficient. In this paper, also by the coal mine ventilation systems Zhao status of simulation
8、 and analysis of a wide range of rehabilitation programs and to optimize the effect of the actual analysis.Through economic, security, high-performance concrete, such as comparison, the merit-based optimization program selected. Zhao ventilation for the mine ventilation system analysis and system de
9、sign, transformation and optimization will provide a more important application value. In this paper, considering technical, economic and security aspects of the factors analyzed, the establishment of a new set of more comprehensive, science, in line with the actual indicators of mine ventilation sy
10、stem optimization system and the use of analytic hierarchy process to identify indicators of the weight optimization. Optimization of the ventilation system in order to obtain the necessary basic information, this article Zhaogezhuang ventilation on the status of the investigation and determination
11、of a detailed drawing of the ventilation system and the network map. On this basis, for the short and medium Zhaogezhuang, the pioneering post-layout, production tasks, as well as issues that need to be resolved, in accordance with the corresponding characteristics of the ventilation system were to
12、develop a wide range of possible options for each program and ventilation network solution. Finally, this paper established the basis of optimizing the index system, a program optimization, to determine the best ventilation system resulted in unreliable results. Based on the ventilation system Zhaog
13、ezhuang optimization program, and ultimately the optimization of the system to guide the practical work, access to significant economic and social benefits. At the same time, the program for the mine ventilation system is also preferred to provide a new means of scientific and theoretical basis.Key
14、words: pit ventilation and safe; pit ventilation system; optimization;system analysis前言前言矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分,它的可靠运行是煤矿安全生产的根本保障。随着生产的不断进行,矿井生产布局、自然条件和生产能力都会发生相应变化,为了与之相适应,矿井通风系统也必须进行相应的优化调整。通风系统的优化调整应以被调整的矿井供风量是否满足矿井生产的需要为依据,以提高经济效益和社会效益为目的。通过合理的通风系统调整,优化矿井通风网路,合理地进行风量分配,使之既能保证矿井安全生产,又能达到节能降耗的目的,从而
15、降低生产成本。这对当今煤矿企业的生产、经营等具有重要的现实意义。 1 矿井通风系统优化的意义1.1 我国煤炭企业安全生产状况1.1.1 我国煤炭企业生产的基本情况我国是世界上少数几个一次能源以煤为主的国家，贫油少气的能源特点决定了煤炭在一次能源中的重要地位，与石油和天然气相比，我国煤炭储量比较丰富，占世界储量的11.06%，我国煤炭总量为5.6万亿吨，其中已探明保有储量1万亿吨，占世界探明总储量的11%。在中国生产和消费的一次商品能源中，煤炭约占74，煤炭提供了78的发电能源、70的化工原料和60的民用商品能源。在已探明的化石能源中，煤炭占94.3，石油天然气仅占5.7。在中国可持续能源发展战
16、略研究报告中，20多位中科院和工程院院士一致认为：到2010年，中国在一次能源生产和消费中煤要占到60%左右，到2050年，煤炭所占的比重不会低于50%。在目前全国煤炭产量中，41来自国有重点煤矿，42来自乡镇集体煤矿，17来自地方国有煤矿。多层次的煤炭生产结构保证了国民经济对煤炭的需求，但同时也存在着生产总量失控，资源浪费严重和伤亡事故多的弊端，不同类型煤矿的技术装备水平、劳动力素质存在明显的差异，为煤矿安全生产带来了严重的问题。煤矿多属地下作业，环境恶劣，地质条件复杂多变，开采技术难度大。随着开采的延伸和布局的变化，又带来了面临深部开采、煤质恶化等新的难点。随着经济体制改革的深入，煤炭工业
17、的管理体制发生了重大变化，国有重点煤矿已全部下放地方管理，一些大型煤矿正在按照现代企业制度组建大型企业集团；相当数量布局不合理、不具备生产条件的小煤矿将陆续被关闭；一些资源枯竭、成本畸高、扭亏无望、资不抵债的矿井将破产、关闭。1.1.2我国煤矿安全生产现状我国煤炭资源丰富，但煤炭赋存条件多种多样，95的煤炭产量是井下生产的,自然灾害较为严重。现在开采的国有重点煤矿中，高瓦斯和有煤与瓦斯突出危险的矿井占49.2，57.5的矿井有自然发火倾向，89.5的矿井有煤尘爆炸危险。部分矿井还受热害、水害的威胁。由于我国属于发展中国家，煤矿机械化水平还比较低，矿井多、效率低、井下用人多等状况决定了煤矿安全问
18、题是制约煤炭工业发展的突出问题。从总体上看，目前我国煤矿安全生产情况具有如下几个特点：(1）煤矿安全生产工作取得明显进步我国党和政府非常重视煤矿安全生产工作，专门制定了矿山安全法、煤炭法、生产许可证管理办法和乡镇煤矿管理条例等法律法规，煤矿安全规程每5年重新修订一次。煤炭工业主管部门依据相应的法律法规颁发了行业安全规程等规章，使煤矿安全工作纳入了法制化轨道。目前我国煤矿坚决贯彻党和政府关于“安全第一，预防为主”的安全生产方针，按照“安全第一、预防为主、综合治理、总体推进”的指导思想，狠抓安全、效率和矿井现代化建设，实现安全生产目标管理，党政工团齐抓共管，专业管理与业务保安相结合，使安全工作逐步
19、走向规范化、法制化的轨道，并大力提高安全技术装备水平，改善安全生产条件，坚持装备、管理和培训并重的原则，使我国煤矿安全生产取得了很大进步。煤炭行业自上而下已有一套比较完善的安全监督管理体系。煤矿安全技术的研究一直得到了国家和行业的高度重视。为了促进煤矿安全技术水平的不断提高，在煤炭行业已经创建了完整的安全科研体系。有2个专业安全科研机构，6个安全检验中心和以中国矿业大学为首的一批为煤炭工业培养高级人才的高等学校。煤矿安全技术有了长足的进展，为煤矿安全生产提供了技术保证。全国国有重点煤矿百万吨死亡率己由19581962年的9.5人降至2002年的1.9人。 (2）煤矿安全生产形势仍然严峻经过数十
20、年的努力，我们已经能够在不同程度上控制瓦斯、粉尘、水、火、热、冲击地压顶板、边坡滑移等灾害对安全生产的威胁，对主要灾害源基本上实现了安全监测。但由于我国煤矿地质条件复杂，技术装备落后，职工队伍素质低下，资金严重不足以及其它诸多不利因素的存在，我们还没有完全掌握安全生产的主动权。近年来，全国煤矿安全状况总体上呈现出相对稳定、趋于好转的发展态势：2005年全国煤矿事故死亡人数比2002年减少约2100人，比2003年减少1500人，分别下降25.9%和18.6%。但是煤矿安全生产形势仍然严峻，主要表现为如下几个方面：事故总量过高，损失严重。2003年世界煤矿产量约50亿吨，煤矿事故死亡总数约800
21、0人。当年我国的煤矿产量约占全球的35%，但事故死亡人数却占了80%。尽管较之以前的安全状况有了很大进步，但与世界先进产煤国家相比，差距仍然很大。重特大事故尚未得到有效遏制。据统计，2005年1月1日2005年12月25日，全国煤矿共发生一次死亡10人以上的事故57起，死亡1722人，发生一次死亡30人以上的特别重大事故11起，死亡961人。平均7天发生一起死亡10人以上的特大事故。尘肺病危害严重，煤矿职业卫生形势严峻。煤矿行业是职业危害最严重的行业。据统计，全国煤矿目前有尘肺病患者60万人。估计全国煤矿每年新增加尘肺病患者超过7万人。此外，风湿、腰脊劳损等职业疾病，在煤矿行业也普遍存在。不仅
22、如此，煤矿安全还存在如下5大安全隐患： 生产力发展不均衡，中小煤矿技术和安全保障水平低。据了解，目前我国共有煤矿2.5万家，其中大中型煤矿约为1000家。2003年，全国采煤机械化程度仅为45%。为数相当多的小煤矿，开采方式落后，设施设备简陋，从业人员安全没有保证。小煤矿产量约占全国总产量的37%，事故死亡人数却高达76%。2004年，仅前三个季度小煤矿就发生一次死亡10人以上特大事故19起，死亡323人，事故数和死亡人数分别占全国煤矿同类事故的73%和74%。 煤矿安全生产基础比较薄弱，抵御事故灾害的能力不强。“九五”、“十五”期间新开矿井很少。多数煤矿企业依靠老矿挖潜或者超能力生产来维持生
23、产规模。虽然原国家计委、原国家经贸委和国家发改委近年投入煤矿安全生产的资金已达40多亿元，但由于前些年煤矿市场低迷，企业经济效益差，安全欠账普遍多。截至2003年底，大中型煤矿技改投资欠账约达500亿元，原国有重点煤矿安全投资欠账高达164亿元，其中涉及安全工程86亿元、安全设施设备78亿元。目前全国约有1/3的国有煤矿存在不同程度的采掘失调和水平接续紧张问题，煤矿主要生产设备老化、超期服役的约占1/3，安全隐患相当严重。直至目前，包括部分国有大矿在内的多数煤矿，安全生产的基础仍相当薄弱，在防范伤亡事故、特别是重特大事故方面，仍然缺乏保障。 高瓦斯矿井多，瓦斯灾害严重。与各主要产煤国家相比，我
24、国的煤矿赋存条件较差。目前全国共有高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井约9000多处，占矿井总数的30%左右。近两年，瓦斯防治工作有了很大进展，但差距仍然较大。特别是在煤与瓦斯突出的机理、预测、监控等方面，都有许多问题需要深入研究和努力探索。对瓦斯突出矿井的界定，也存在认识和技术上的问题。 煤矿职工队伍素质较低，安全管理难度大。用工制度改革以来，大量农民工、临时工进入煤矿，并成为井下一线工人的主力。目前，煤矿违反劳动纪律、违章作业、违规操作现象相当普遍和严重，直接威胁着安全生产和事故防范。随着煤矿院校的改制转型，多数专业学校换了牌子，或撤销了采矿地质类专业，煤矿工程技术人员严重短缺。目前全国每年招收的
25、采矿地质专业新生约500人，仅为过去的5%左右。据2001年调查，96%的煤矿缺乏机电专业人才，88%的煤矿缺乏采矿专业人才，通风安全等人才更为缺乏。 一些企业在贯彻“安全第一、预防为主”方针上有差距，安全责任制不落实。特别是在当前煤矿市场好转、煤价上扬的情况下，一些单位重生产、轻安全，重利轻义，不顾安全条件突击生产、盲目超产现象有所抬头。加之管理不到位，造成了安全生产工作的被动。1.2 矿井通风系统优化对安全生产的意义煤矿生产是地下作业，自然条件比较复杂。地面空气在进入井下并流经各作业场所的过程中，将掺入有毒有害气体和矿尘等，成分逐渐发生变化。为了保证井下工作人员呼吸所需的新鲜空气并为其安全
26、生产提供适宜的温度、湿度等良好的气候条件，维持合适的劳动条件，必须对矿井进行通风。矿井通风是煤矿生产的一个重要环节，矿井通风不良会直接导致瓦斯爆炸、火灾和粉尘灾害，而矿井通风的现代化又是促进采矿工业生产实现现代化的极为重要的条件，它对矿井的稳产高产、防灾抗灾能力和矿井的经济效益有着重大的影响。生产矿井由于自然条件、生产能力和生产布局的变化，要求及时地对通风系统进行技术改造，以保证安全生产。矿井通风系统由多个要素组成，各个要素之间存在着有机的联系，彼此相互影响。为使矿井通风系统整体最优，必须首先对通风系统运行现状进行分析，找出存在的问题，以寻求改进途径，为制定现有通风系统的科学管理方案和选择通风
27、系统改造方案提供依据。合理地进行矿井通风系统改造，优化矿井通风系统给企业带来的不仅是可观的经济效益，更重要的是它所产生的社会影响，对煤矿的安全生产具有重大的现实意义。当前，很多煤矿企业存在着由于通风系统不合理而造成安全隐患和浪费的现象。合理地对通风系统进行调整和改造不仅改善了矿井通风环境、消除了安全隐患，而且节约了通风装备的运行费用。为保证安全生产，要求矿井通风能力必须跟上生产形势，进行通风系统的优化。通风系统的调整以被调整的矿井供风量是否满足矿井生产的需要为依据，以提高经济效益和社会效益为目的。通过合理的通风系统调整，优化矿井通风网络，合理地进行风量分配，既保证了矿井安全生产，又达到了节能降
28、耗的目的，从而降低生产成本。这对当今煤矿企业的生产、经营等具有一定的现实意义。赵各庄煤矿随着产量的日益增加,开采范围的不断扩大 ,开采水平的加深 ,通风线路也不断加长。原通风系统已经不能适应当前安全生产的要求。目前，赵各庄煤矿通风系统复杂老化、外部漏风严重，两台主要通风机能力不平衡；矿井回风系统由于受条件的限制，设计断面比较小，服务年限不断延长，巷道断面积逐年减小，矿井通风阻力逐年增加；加之煤层赋存条件复杂，生产区域范围大，通风设施多，从而造成矿井内部漏风较大，矿井通风越来越困难。为了保证井下生产的安全、可靠和经济运行，必须进行通风系统优化改造。2矿井通风系统优化的方法2.1矿井通风系统分析与
29、评价2.1.1矿井通风系统分析矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法和通风网络的总称。通风方式是指进风井和出风井的布置方式（中央式、对角式等）。通风方法是指矿井主要通风机的工作方法（抽出式、压入式）。通风网络是指风流流经井巷的连接形式。一个完整的矿井通风系统必须包括主要通风机系统（包括矿井主要通风机及其附属设备）、网络系统（包括进、回风井，采掘面等用风地点风路，进、回风井于各用风地点的连接风路）和控制风流的通风构筑物（包括风门、风墙、风桥等）。因此，也有人把通风网络、通风动力和控制风流的通风构筑物的总称叫做矿井通风系统。矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，与矿井的稳产、高产、防灾抗灾能力和
30、矿井的经济效益有着重大的关系和长期的影响。新设计的矿井应对所确定的通风系统进行分析；生产矿井也应定期或不定期对矿井通风系统的合理性进行分析，以便不断进行完善和改造，使其适应矿井生产变化的需要。通风系统分析就是对已有的通风系统或设计方案进行理论分析或实验研究（包括计算机模拟），通过分析，对通风系统的通风效果、技术性能和经济指标做出评价，对通风系统的未来进行预测，进而寻求改进途径，为制定现有通风系统的科学管理方案、选择通风系统的优化方案或最佳设计方案提供理论和实验依据。A. 矿井通风系统分析的基本要求及原则（1）矿井通风系统分析的基本要求无论选择何种通风系统，都要符合投产快、安全可靠性高、技术先进
31、合理和经济效益好等原则。其基本要求体现在：通风系统简单，网络结构合理，能将足够的风量送往需风地点，通风效果好，风质好，有效风量率高；主要通风机性能与网络特性相匹配，主要通风机的可调性好、运转可靠、稳定性高、运转费用少；具有较高的防灾抗灾能力。不因通风不合理和不完善而导致灾害的发生，当发生灾害事故时，可以利用现有的通风系统对灾害进行控制和抢救，减小灾害损失，提高生产的恢复速度。有利于实现机械化和自动化，能适应煤炭生产的新技术、新工艺的推广和应用，提高生产系统的科技化程度。在通风机的购置、安装和运转方面所需的费用低，通风采用经济断面、维修费用少、局部通风机的运行费用低、通风构筑物少，从而达到经济效
32、益好的目的。（2）矿井通风系统分析的原则通风系统的设计和优化改造，除了要满足以上的基本要求外还应该遵循如下原则：整体性通风系统是矿井生产系统的子系统，因而在拟定分析通风系统时，必须与其它系统（开拓开采系统、运输系统等）相协调，必须与地质和开采条件相适应，以便选取最优的生产系统。在对通风系统进行评价时应该坚持顾全大局、局部服从整体的原则；因而在出现因通风系统的改进使全矿其他系统变得更合理、更协调、整体效果最佳的现象时，就应及时改造通风系统以促进全矿安全生产。通风系统是由多个可以相互区别的、具有综合性能的要素构成的。构成通风系统的各个要素虽然具有不同的性能，但是它们是根据逻辑同一性的要求而构成的整
33、体，它们之间是有机联系和相互影响的。因此，分析通风系统不能从某一要素或某一指标考虑问题，必须从通风系统整体出发。在对矿井的通风系统进行技术改造时，不仅要考虑到新系统的先进性，而且要充分利用现有的通风井巷和通风设备，以使新老通风系统协调起来，保证新老系统的安全生产，构成一个合理的新通风系统。动态性随着时间的推移，地质条件的变化，生产区域的转移，矿井生产任务和通风条件均会随之发生变化，即使是在稳定的条件下也会发生瞬时的变化。因此不能静止的研究通风系统，要全面地考虑各种动态因素以及预测未来的状况，以增强通风系统的环境适应性。矿井通风系统的优劣有时间性的问题，根据时间的不断演变，其通常是由若干个阶段组
34、成的。如建井期、投产初期、正常生产期、扩大生产期及矿井收缩期等，并且在不同的生产时期，对通风系统的具体要求及所面临的问题也是不同的。要解决在不同的通风时期出现的问题就要紧密结合生产发展计划，分析相应的通风系统的演变过程，找出主要矛盾，以便集中全力去解决它。在投产初期或矿井后期，需要的风量少、通风阻力不大，小能力的主要通风机就能满足要求，此时根据通风困难时期需要选取的主要通风机就显得能力过剩；生产时期和扩大生产时期，需要的风量多、井下通风网络复杂、风量调节频繁；原来被认为是最佳的通风系统就可能出现不适应，就可能变成需要改造的对象。因此，在选定和分析矿井通风系统时，应根据当时生产状况的实际需求进行
35、设计，以免出现诸如“小马拉大车”、“杀鸡用牛刀”的现象。当然，在拟定和分析某阶段的通风系统时，不仅需要考虑当前，也要研究过去和预测后一时期的需要，避免经常出现通风工程落后于生产的被动局面。在正常生产时期，随着生产的发展和地质条件的变化，会出现生产区域的转移和对通风的要求发生变化的现象，这样原来适应于某一生产系统的通风系统会变为不适应，此时，就必须对矿井通风系统加以调整，使其最佳。由于通风构筑物的建立或撤除、井巷中矿车或提升设备的运行、地面大气条件的变化及爆炸或火灾事故的发生等，都会引起通风状况的变化，因此不能静止的研究生产时期的通风系统，还要考虑到各种可能性，预测和增强通风系统对环境的适应性。
36、只有掌握了各阶段通风系统演变的顺序特征，才能按客观演变规律对系统进行调整，才能避免经常出现的通风工程落后于生产或通风工程不配套等被动局面。B.矿井通风系统的合理性分析矿井通风系统的合理性表现在通风系统的安全性、有效性、稳定性、经济性等诸多方面。概而言之，凡是符合煤矿安全规程对矿井通风系统的规定，满足对矿井通风系统基本要求的通风系统都属于合理的矿井通风系统，但合理的通风系统不一定是最优或者较优的通风系统。目前，不少矿井的通风系统在不同程度上存在着问题。（1）通风系统的安全性矿井通风系统应有较强的防灾抗灾能力。平时应利于瓦斯、煤尘、火灾的管理；事故时应利于限制和缩小事故的危害范围，并便于控制灾害，
37、利于救灾、救人和恢复生产。关于通风系统安全性的问题，概括起来，大致有以下几个方面： 矿井、水平、采区、工作面至少有两个以上通畅、能行人的安全出口；必须有可靠的通风动力；达到煤矿安全规程对风流速度的规定； 符合反风的相关规定；应有完整独立的通风系统；必要的、可靠的通风设施；针对影响矿井通风安全因素的状况，具有抽放瓦斯、防爆、自动监测等辅助系统；用风地点应独立进风；限制串联供风。（2）通风系统的有效性通风系统的有效性包含两个方面的含义，其一是矿井通风能力与生产能力相适应，能满足安全生产对通风的要求及涉及范围内正常增产的需风;其二是通风系统的效率要高，即风流做有用功所消耗的能量占通风机输入能量的比例
38、要大。反映通风系统有效性的指标有很多。从风量方面看，有以下指标：井下有效风量率；.矿井漏风率；风量比，即实际需风量与实际供风量的比；自然分风量与总风量的比例等。从矿井风压方面看，对通风系统有效性有如下的要求：矿井总阻力不宜过大；阻力分布应合理。局部阻力应小，特别是总回风段阻力所占比例不得太大，应避免出现高阻力段；各翼、各采区阻力应尽量均匀；多风机系统各风机风压应尽量接近。（3）通风系统的稳定性矿井风流的运动参数随时间发生波动，且波动范围超过允许值时，这种现象就被称为不稳定现象。通常表现为风量、风压的剧烈跳动，某些分支风流的大幅度增减甚至停风反向等。矿井风流的不稳定现象，可分为正常生产时期的不稳
39、定现象和灾变时期的不稳定现象。正常时期的不稳定现象又可以分为两大类。一类是由于通风动力不稳定引起的，主要表现形式为：风机导致的风流不稳定现象，包括风机喘振现象、多风机互相干扰现象及井下辅助通风机能力过大导致的循环风现象；自然风压导致的某些分支风流停滞或反向；另一类是由于通风网络结构不合理引起的，主要的表现形式为：风流短路造成的风流剧烈波动；对角分支风流不稳定现象。对角分支风流不稳定现象是矿井内较普遍的一种风流不稳定现象。不同的对角分支的稳定性程度是不同的，而且不同井巷对角联分支的稳定程度的要求也不同，因而不能一律不加区别的加以排斥。对有害角联，设计时要力求避免，生产中要严加控制和及时处理；对无
40、害角联，可以采用；有益角联，则应由计划设置。生产实际中，影响矿井通风系统稳定性的因素有很多，因此应根据矿井风流内各种主要不稳定现象的有无和严重程度，对矿井进行分类，以便加强管理，提高矿井通风系统的稳定性。（4）通风系统的经济性在一定的费用下获得最好的通风效果，或者在一定的通风安全效果下费用最低，这是通风设计和通风系统分析中最主要的观点和方法之一，称为费用效果分析。构成通风成本的主要因素是：专用通风工程的投资；通风机设备的购置费和安装工程费；通风专用巷道维修费；通风机运转费（主要是通风电费）、维修费和折旧费；工资、材料消耗及仪器等费用。矿井设计中通常只作投资概算。通风系统概算只包括以上的地面部分
41、，一般只占吨煤总投资概算的1%左右。反映通风经济性的指标有很多，常用的有：基建投资。即为形成矿井预定通风系统而投入的资金，基建投资的多少往往是决定通风系统方案取舍的关键；吨煤通风成本；吨煤耗电量；单位风量耗电量。在通风系统设计或改造中，要使其具有最佳的经济效果，必须使基建投资与运转费的总和最低。在计算费用时，因为基建投资是一次性投资，必须结合资金的时间价值来考虑，不能简单地相加。设计中应进行矿井最优化风压和通风断面最优的综合优化工作。考虑多数煤矿安全等方面的要求，风压要控制在一定范围内。因此，除进行通风井筒的合理布局，通风网络的合理构成外，往往表现为一定风压下通风井巷断面的最优化问题。过去那种
42、认为矿井的等积孔A2最优的观点是不完全合理的，因为A的大小随风量、瓦斯等的变化而变化，因而必须根据矿井的生产规模、通风系统的型式、瓦斯涌出情况、开采深度及开拓开采技术条件确定合理的A值。对生产矿井来说，由于通风系统已经形成，因此通风系统的经济性主要表现在能量的消耗上。能耗中主要是电费。计算电费时，应包括主要通风机和局部通风机的电耗。C.矿井通风系统的稳定性分析矿井通风系统不仅包括通风方式，通风方法和通风网络等静态系统，而且还包括井下空气的物质变化，风流的能量变化和信息变化等动态系统，即包括井下环境监测系统和风流控制系统。风流的不稳定表现为井巷中风流的流向发生变化或者风量大小变化幅度超过允许范围
43、。矿井通风系统的稳定性主要取决于主要通风机的台数、种类、相对位置、性能以及自然风压的大小、通风网络的结构形式等。矿内风流稳定与否，在某种程度上反映了矿井通风能力和网络结构的合理程度与协调状况。风流不稳定是煤矿事故的主要原因之一。在用风地点或瓦斯涌出的巷道中，风流方向的不稳定性可能导致瓦斯超限或风温升高，严重时可导致瓦斯和煤尘爆炸。可见，矿井通风系统的稳定性不仅是一项技术指标，同时也是一项重要的安全指标。因此保持风网中特别是用风地点风流稳定可靠是通风管理部门的重要任务。矿井通风网络内的空气流动，遵守伯努利方程所反映的能量守恒法则，符合阻力定律、风量平衡定律和风压平衡定律，同时，通风网络内风流的变
44、化还取决于风网的状况及其动力状况。无论是风网内分支风阻的变化，还是通风机及自然风压的变化或矿井发生灾害，都会引起矿井风流的变化。所以矿内风流不稳定现象过程是复杂的，对这些现象必须进行充分的研究。在研究其瞬变过程、揭示其本质的同时，还要根据其严重程度对矿井通风系统的影响加以分类，千方百计预防、限制和消除不稳定现象，以确保煤矿的安全生产。（1）通风系统的稳定性分类矿井通风系统的稳定性，主要取决于主要通风机的台数、主要通风机的相对位置以及风压大小、通风网络的结构形式。 局部地区、采区的风流稳定性，取决于局部或采区的通风系统。按风流的稳定程度，可将通风系统分为三类：高稳定系统。通风网络中没有角联风路的
45、分区通风系统，和虽有角联但在发生事故或改变相邻风路的风阻时，实际发生风流反向的可能性很小的系统；中等稳定系统。有复杂的角联通风网络系统，但平时风流稳定，仅在发生灾变时才会发生风流反向；低稳定系统。通风系统在正常的情况下，由于风门等通风设施管理不严，或矿车停放、坑木设备的堆积等引起风路风阻的变化，即可引起角联风路的风量变化，甚至风流方向的改变。造成风流不稳定的原因一是由通风动力工作不稳定引起的。由于通风动力工作不稳定引起的风流不稳定有三种，由于主要通风机工作不稳定引起的风流不稳定、井下辅助通风机对风流稳定性造成的影响和自然风压对风流的影响。其中，主要通风机工作出现不稳定的原因除了其机械系统损坏和
46、供电系统故障外，还有工况点进入不稳定工作区。风机的喘振是风机工作不稳定的常见现象。轴流式风机的风压特性曲线有一驼峰区，如果工况点处于驼峰区内，就会出现风机不稳定运行，机体产生振动，风机发出雷鸣般的噪声，风机房地面和墙壁及房间内的空气有明显的抖动，经很短时间，一切恢复正常，但很快又重复上述现象，这种现象被称为风机的喘振，又称风机的飞动。其产生是由内因和外因共同造成的，外因就是通风网络风阻太大，迫使风机工况点进入驼峰区。内因是风机在驼峰区工作时，风机内部出现“脱流”现象。对于单台风机工作的矿井，当风机的工况点处在驼峰附近时，出现下列情况就可能发生风机的不稳定现象：矿井主要进回风道堵塞，造成风机工作
47、风阻增大；反向的自然风压增大。当出现由于风机喘振产生的不稳定运行时，作为应急措施，应立即将回风井口的防爆门或风机入口附近的检查门稍稍打开，以增大地面漏风降低风机工作风阻，然后查明造成风机喘振的原因，并针对不同的原因采取相应的措施予以消除。多台风机相互干扰也是引起系统不稳定的原因。两台或两台以上的风机在同一风网上工作称为风机的联合运转。风机的联合运转是理论性和技术性很强的工作，联合运转的风机之间是彼此有影响的，有时会达到增风效果，有时不但不增风，反而会出现不稳定运行。因此在决定联合运转之前必须根据实测的风机特性曲线和矿井风阻曲线对其联合运行的效果、合理性和稳定性进行分析，以保证联合运转后能达到增
48、风效果，而且经济、稳定运行。（2）井下辅助通风机对风流稳定的影响矿井安全规程规定：矿井通风系统中，如果某一分区风路的风阻过大，主要通风机不能供给足够风量时，经省煤炭局批准，可在井下安设辅助通风机。安设辅助通风机后，不仅使通风管理工作变得复杂化，而且使整个系统的安全性变差，经济上有时不一定合算。主要表现在以下几个方面：井下安设辅助通风机后，辅助通风机与主要通风机之间是串联运行的，辅助通风机对主要通风机的工况点会产生影响，若两者匹配的不好，可能出现不稳定运行；.当辅助通风机能力过大时，有可能造成与辅助通风机所在分支相并联的分支中风量不足、风流停滞，甚至风流反向；为了保证新风通过辅助通风机而又不妨碍运输，一般把辅助通风机安设在进风流的绕道中，而在进风流主巷道中设风