随着金属矿山开采深度的不断增加,井下热害问题愈发严重,已经成为制约金属矿山深井开采的关键问题。由于体积庞大、负荷多变,矿山制冷通风系统往往伴随着高投资和高功耗,在系统设计过程中,需要对系统结构和运行参数进行优化。常见的是以熵产数、(?)损失、(火积)耗散等准则数为基础的热力系统优化方法,这些方法以减小系统不可逆性为目标,但系统不可逆性最小时往往与实际优化目标并不一致。另一方面,传统的系统建模方法忽视了系统的整体约束关系,割裂了系统的整体特性,求解过程复杂。本文首先基于国内某金属矿山的调研数据建立了深部采场工作面物理模型和传热传质模型,对深部矿山工作面热湿负荷及制冷负荷进行了热力计算。在此基础上,提出了一种变工况采场通风冷却模式,利用遗传算法计算最佳送风参数为26℃、80.8%RH、27.70kg/s。利用CFD软件对三种不同通风模式的模拟计算结果进行了比较,结果显示,变工况通风冷却模式冷却效果好、冷量浪费少,设计时可优先考虑。然后,根据工程实际对深部矿山制冷通风系统流程进行了设计,确定了系统负荷及边界条件。通过相应的假设或简化建立了深部矿山制冷通风系统的物理模型。通过分析物理模型中的传热和流动特性,基于热量流法和流体流动模型对矿山制冷系统进行了整体建模,构建了系统整体传热和流动约束,在此基础上消除了中间变量,简化了系统约束。最后,基于系统整体传热和流动约束,借助遗传算法提出了深部矿山制冷通风系统的整体优化方法。在保证冷却效果的前提下,以降低系统投资及运行成本为目标建立系统优化模型,在给定系统总热导或给定各换热器热导的情况下,分别获取系统最优的设计及运行参数。在此基础上,改变系统负荷及边界条件,分析了变工况下的系统最优工况的变化规律及系统热量输运规律。结果表明,系统总热导与系统总功耗成负相关关系,总热导升高引起各换热器热导升高,换热器换热温差降低,变频泵频率和压缩机进出口温差降低,总功耗降低;系统负荷与系统总功耗成正相关关系,系统负荷升高引起相关换热器热导分配比例和工质流量升高,变频泵频率和压缩机功耗升高,总功耗升高;冷冻水和冷却水进水温度与系统总功耗成正相关关系,进水温度升高引起系统中间供回水节点温度及工质流量升高,变频泵频率和压缩机功耗升高,总功耗升高。