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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