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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 18

2 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 54

3 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 114

4 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

4.3.3 Hardy-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 150

5 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 160

6 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 176

7 矿井通风系统稳定性及敏感度理论 179

7.1 稳定性概念 179

7.2 Lyapunov稳定性分析 181

7.2.1 概述 181

7.2.2 Lyapunov意义下的稳定性问题 182

7.3 Lyapunov稳定性理论 185

7.3.1 Lyapunov第一法 185

7.3.2 Lyapunov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 213

8 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 225

9 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 256

10 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 272

11 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 306

12 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 326

13 矿井运输巷道内活塞风风流组织模拟 330

13.1 FLUENT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

13.3.4 k-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 357

14 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 375

15 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