1绪论 1
1.1引言 1
1.2青藏高原的矿藏赋存情况及生态环境特性 2
1.2.1矿藏赋存情况 2
1.2.2生态环境特性 2
1.3锡铁山铅锌矿简介 4
1.4研究目的和意义 5
1.5主要研究内容 5
2高寒地区矿井风流流动规律研究 7
2.1气候条件特征分析 7
2.2大气特征 7
2.2.1温度 7
2.2.2湿度 9
2.2.3大气压力 10
2.2.4锡铁山铅锌矿矿井气候的变化情况 10
2.3矿井空气的主要成分 11
2.3.1氧气 11
2.3.2二氧化碳 12
2.3.3氮气 12
2.4有毒有害气体的性质及其危害 13
2.4.1一氧化碳 13
2.4.2氮氧化物 14
2.4.3硫化氢 14
2.4.4二氧化硫 15
2.5锡铁山铅锌矿空气成分分析及测量 15
2.5.1井下空气质量的测量仪器 15
2.5.2井下空气质量的测量方法 16
2.5.3井下空气质量基本数据的测量 17
2.5.4井下氧气的分布规律 19
2.5.5井下有毒有害气体的分布规律 20
2.6本章研究结论 21
3高寒地区矿井增氧技术可行性研究 23
3.1增氧技术理论综述 23
3.1.1增氧概述 23
3.1.2制氧技术国内外研究现状 24
3.1.3制氧技术未来发展趋势 25
3.1.4锡铁山铅锌矿缺氧问题分析 25
3.2增氧研究的目的和意义 26
3.2.1研究目的 26
3.2.2研究意义 26
3.3低氧环境模拟研究 26
3.3.1实验目标 26
3.3.2测试环境及设备 27
3.3.3测试控制指标及相关说明 29
3.3.4测试结果及分析 31
3.4高原习服 31
3.4.1高原习服机理 31
3.4.2高原习服的影响因素 32
3.4.3高原习服的有利方法 32
3.5制氧原理及增氧方案 33
3.5.1制氧技术概述及比选 34
3.5.2增氧技术比选 35
3.5.3锡铁山铅锌矿增氧通风投资估算 36
3.6膜分离制氧技术原理 37
3.6.1膜的特点及分类 37
3.6.2气体分离膜应用 38
3.6.3膜分离制氧设备 42
3.6.4制氧参数比较 43
3.7富氧室的研究应用 43
3.7.1职工寓所富氧室 43
3.7.2富氧室建立的工程应用 44
3.8本章研究结论 45
4高寒地区矿井通风系统评价方法研究 46
4.1高寒地区矿井通风概述 46
4.1.1研究意义 46
4.1.2研究技术路线 46
4.2矿井通风系统评价指标体系 47
4.2.1综合评价的基本内容 47
4.2.2评价指标的确定原则 47
4.2.3评价指标体系的建立 48
4.2.4评价指标量化及等级划分 49
4.3矿井通风系统综合评价方法分析 63
4.3.1综合评价的要点 63
4.3.2评价方法综述 64
4.3.3综合评价方法选择 66
4.3.4基于模糊综合评价的高寒地区矿井通风系统评价研究 67
4.4锡铁山铅锌矿井下通风系统综合评价 74
4.4.1通风系统基本数据汇总及分析 74
4.4.2评价指标的权重值及隶属度计算 75
4.4.3通风系统综合评价 81
4.5本章研究结论 83
5高寒地区矿井通风系统优化研究 84
5.1锡铁山铅锌矿通风系统概述 84
5.1.1矿井通风系统简介 84
5.1.2矿井各水平中段采场统计 85
5.1.3研究技术路线 85
5.2通风系统阻力测量及自然风压分析 87
5.2.1测量的基本内容 87
5.2.2通风参数计算 89
5.2.3通风系统阻力分析 91
5.3原有通风系统存在的问题及解决方案 94
5.3.1通风系统亟待解决的问题分析 94
5.3.2通风系统优化解决方案 94
5.3.3矿井所需风量计算 95
5.4基于Ventsim的通风系统优化研究 96
5.4.1 Ventsim软件简介 96
5.4.2仿真系统图的生成 97
5.4.3数据录入 98
5.4.4矿井风流分配仿真 101
5.4.5 Ventsim模拟分析 101
5.4.6通风系统优化设计方案的Ventsim仿真模拟研究 104
5.5基于MVSS的通风系统优化研究 109
5.5.1 MVSS软件简介 109
5.5.2矿井风速及阻力分配仿真 109
5.5.3 MVSS模拟分析 109
5.5.4优化设计方案步骤一 112
5.5.5优化设计方案步骤二 114
5.5.6 MVSS优化效果分析 116
5.6本章研究结论 117
6矿井有毒有害气体扩散规律研究 118
6.1矿井有毒有害气体危害事故概述 118
6.2矿井有毒有害气体扩散规律理论研究综述 118
6.2.1国外研究现状 118
6.2.2国内研究现状 119
6.3矿井有毒有害气体扩散规律研究内容与方法 120
6.4气体扩散规律研究 121
6.4.1气体扩散规律研究的理论综述 121
6.4.2计算流体动力学理论综述 125
6.5矿井有毒有害气体浓度分布规律研究 129
6.5.1矿井有毒有害气体产生的原因分析 129
6.5.2有毒有害气体浓度变化计算模型 130
6.5.3锡铁山铅锌矿2762m中段有毒有害气体检测 132
6.5.4锡铁山铅锌矿2762m中段有毒有害气体分析研究 134
6.6井下铲运机尾气扩散数值模拟研究 137
6.6.1数值计算网格的建立 137
6.6.2数值计算模型及算法 138
6.6.3数值计算边界条件及初始条件 139
6.6.4数值模拟结果及分析 140
6.6.5铲运机尾气净化控制 148
6.7穿脉巷道爆破后有毒有害气体扩散的数值模拟 150
6.7.1网格的建立及模型 150
6.7.2数值计算边界条件及初始条件 151
6.7.3数值模拟结果分析研究 153
6.8本章研究结论 165
7高寒地区矿井粉尘治理研究 167
7.1研究方法及技术路线 167
7.2粉尘的性质及危害 167
7.2.1粉尘的性质 167
7.2.2粉尘的危害 168
7.3粉尘基本性质分析 169
7.3.1粉尘的含水率 169
7.3.2粉尘的自由沉降规律 169
7.4粉尘分散度的测试与分析 171
7.4.1粉尘分散度的分级 171
7.4.2粉尘分散度的测试方法 171
7.4.3分散度测试 174
7.5粉尘浓度的现场测试及数据分析 178
7.5.1矿井尘源调查及采样点选择 178
7.5.2测试内容及方法 179
7.5.3粉尘浓度测试过程 180
7.6粉尘现状分析及扩散规律 188
7.6.1凿岩工作面粉尘分析 188
7.6.2电耙工作面的粉尘分析 190
7.6.3放矿的粉尘分析 191
7.6.4大巷内的粉尘分析 191
7.6.5开拓中段大巷的粉尘分析 192
7.6.6入风井的粉尘分析 192
7.6.7粉尘扩散过程 192
7.6.8粉尘浓度分析 192
7.7二次扬尘及沉降速率测试研究 193
7.7.1粉尘的扬尘过程分析 193
7.7.2井下粉尘颗粒情况 194
7.7.3二次扬尘实验的测试及研究 195
7.7.4粉尘沉降速率的测试及研究 196
7.8化学抑尘剂的应用研究 196
7.8.1化学抑尘剂概述 196
7.8.2抑尘剂配制实验 199
7.8.3实验药品及实验仪器 199
7.8.4选择润湿剂的含水率实验 200
7.8.5选择表面活性剂的沉降实验 201
7.8.6实验结果分析 201
7.9锡铁山铅锌矿矿井粉尘治理研究 203
7.9.1凿岩工作中粉尘产生的源头 203
7.9.2井下常用除尘措施 204
7.9.3凿岩巷道除尘 206
7.9.4电耙道及机械装卸矿点除尘 208
7.9.5运输过程除尘 209
7.10本章研究结论 209
8高寒地区矿井环境指标研究及建议 210
8.1氧气（O2）浓度指标 210
8.1.1氧浓度的等效高度 210
8.1.2血氧饱和度衡量标准 210
8.1.3缺氧程度的等效海拔划分 211
8.1.4矿井深度的增加对氧损耗的补偿作用 212
8.1.5基于通风技术的氧气浓度指标 212
8.2有毒有害气体限值指标 213
8.2.1现行国家标准及存在的问题分析 213
8.2.2高寒地区有毒因素毒性变化分析 214
8.2.3苯的高寒地区毒性研究 215
8.2.4基于单位换算的高寒地区有毒有害气体毒性分析 215
8.2.5基于火灾学的缺氧毒性分析 216
8.2.6基于高寒地区肺通气量的毒性分析 216
8.2.7高寒地区有毒有害气体标准分析 218
8.3粉尘浓度指标 219
8.3.1气候环境对通风防尘的影响 220
8.3.2基于高寒地区肺通气量的粉尘浓度危害性分析 221
8.3.3高寒地区粉尘浓度标准系数的确定及防尘建议指标 221
8.4本章研究结论 222
9高寒地区矿井环境参数实时监测系统的研究与设计 223
9.1矿井实时监测系统应用概述 223
9.2矿井实时监测系统研究综述 223
9.2.1矿井空气实时监测系统的应用现状 223
9.2.2矿井空气实时监控系统的发展 224
9.3监测系统的设计 224
9.4系统采集控制终端的设计 226
9.4.1 PLC的选取 226
9.4.2 POP-HMI人机界面 226
9.4.3传感器/变送器 226
9.4.4总体设计 227
9.4.5系统采集控制终端的功能描述 228
9.4.6锡铁山铅锌矿井下监测系统布点 228
9.5系统通信网络的选定 229
9.5.1通信网络简介 229
9.5.2 CAN总线通信网络的特点介绍 230
9.5.3系统通信网络设计 230
9.5.4 CAN协议接口模块 231
9.5.5数据传输波特率的选择 232
9.5.6系统传输介质的选用 234
9.6系统上位机的选定和功能 234
9.6.1系统上位机的选定 234
9.6.2系统上位机的功能 235
9.7控制系统设计 236
9.7.1设计思路 236
9.7.2组态界面的设计 237
9.7.3组态软件的选取 237
9.7.4组态王软件简介 238
9.7.5组态王与PLC的通信 240
9.8井下空气环境参数监测系统的应用 245
9.8.1系统的可靠性研究 245
9.8.2系统安装调试 250
9.8.3数据分析 250
9.9本章研究结论 251
10结论及展望 252
附录 255
参考文献 260