通風系統(tǒng)模擬分析與預測研究

李曉明

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 唐安煤礦分公司，山西 高平 048407）

隨著現(xiàn)代化大型煤礦增多，開采深度增加（華東地區(qū)已經(jīng)進入地下1000m），相應(yīng)礦井通風系統(tǒng)日益復雜，通風網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)十分復雜，給煤礦高效安全生產(chǎn)帶來了不可預測性。本文利用電子計算機軟件模擬了礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并對其網(wǎng)絡(luò)拓撲進行解算。某煤礦現(xiàn)役5個風井，隨著礦井的改擴建需求，礦井通風負載較大，很有必要進行通風系統(tǒng)優(yōu)化。

1 礦井通風系統(tǒng)概況

1）礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀：礦井通風方式為分區(qū)式通風，通風方法為抽出式。由工業(yè)廣場內(nèi)的南翼主、副斜井和北翼的主斜井進風，工業(yè)廣場內(nèi)的南翼回風斜井和北翼回風立井回風。總進風量7200m3/min，總回風量7760 m3/min。南翼副斜井寬×高=3.6m×2.6m，進風斷面9.4 m2；主斜井輔助進風，進風量較小?；仫L斜井寬×高=4 m×3m，通風斷面12m2。礦井采區(qū)由軌道運輸巷進入新鮮風，皮帶運輸巷作為回風巷；采用U型通風方式；煤巖巷掘進通風為局部通風機壓入式通風。根據(jù)該礦相關(guān)通風阻力測定報告，該礦屬于通風難易程度中等礦井。

2）通風系統(tǒng)阻力分布：經(jīng)測算礦井的進風、用風、回風阻力，南風井系統(tǒng)回風段阻力較高。北風井和南風井系統(tǒng)最大阻力路線數(shù)據(jù)，如表1和表2所示。最大阻力路線分別經(jīng)過090402和150402工作面，流程分別為3582 m和3 592m，通風線路較長，通風阻力較大；從表亦可看出，運輸巷的通風阻力較大；現(xiàn)場實測期間發(fā)現(xiàn)，風門漏風較為嚴重。

3）從目前現(xiàn)狀看出，礦井所用分區(qū)式通風方式，但通風系統(tǒng)不是相互獨立，尤其是9號煤行人巷、15號煤皮帶與軌道運輸巷使北翼采區(qū)與南翼采區(qū)溝通后，井下存在多條角聯(lián)巷道，兩臺主要通風機不匹配，造成通風系統(tǒng)相互干擾，不利于通風系統(tǒng)抗災(zāi)能力。

表1 北風井系統(tǒng)最大阻力路線數(shù)據(jù)表

表2 南風井系統(tǒng)最大阻力路線數(shù)據(jù)表

2 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化

1）模擬條件特點：利用計算機軟件對通風機特性進行模擬解算。采掘工作面布局在礦井現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進行通風系統(tǒng)優(yōu)化改造。制定改造方案時，根據(jù)礦井現(xiàn)狀采掘布局及需要解決的通風問題，提出了如下優(yōu)化方案：新鮮風流從北進風井流入，經(jīng)過9號煤軌道運輸巷和9號煤皮帶巷，再經(jīng)南回風大巷回至南回風井。此方案需要新增9號煤皮帶巷與南回風大巷之間的回風聯(lián)巷。

圖1 優(yōu)化方案的通風系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

2）通風系統(tǒng)數(shù)字化：根據(jù)礦井生產(chǎn)實際，繪制主要巷道布置圖和局部通風系統(tǒng)圖，對礦井各主要通風地點測定相關(guān)參數(shù)，建立通風系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫（例如，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)表、主要風機特性性能圖）。相關(guān)參數(shù)確定后，利用《煤礦井下通風系統(tǒng)優(yōu)化智能軟件》繪制通風系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，見圖1。通風網(wǎng)絡(luò)圖中交叉較少，主要通風區(qū)域也較明顯清晰，礦井總風量達到礦井實際需要。此時考慮降低通風線路阻力，比如拆除一些不必要的通風構(gòu)筑物，但不建議采用擴大巷道斷面減阻；生產(chǎn)實際中，曾多采用增阻調(diào)風的調(diào)風手段，增阻法的成本低，如增加風門風窗等?，F(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，極少的某些局部變形的巷道，對通風效果有著較大影響，可用擴幫方法減小通風阻力。

3）模擬結(jié)果與分析：對于礦井現(xiàn)狀通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用MVSAO軟件，按設(shè)計工況解算，可滿足各工作面需風要求。虛擬主要通風機，解算出需要風量和風壓（64.9 m3/s，1156Pa），南風井系統(tǒng)主要通風機工況點為（73.9 m3/s，916 Pa），北風井系統(tǒng)的風量和阻力均降低，南風井系統(tǒng)風量和阻力均增加。

3 結(jié)束語

經(jīng)現(xiàn)狀調(diào)查和模擬，主要進、回風巷道模擬結(jié)果與現(xiàn)場測量數(shù)值基本吻合，模擬結(jié)果可以作為后期通風系統(tǒng)預測模擬使用；模擬的最大阻力路線和阻力分布與實測的最大阻力路線和阻力分布基本一致；主要通風機工況點與實際基本一致，礦井所有巷道的風量誤差控制在5%以內(nèi)。建議9號煤層軌道運輸巷（節(jié)點3-4）處于兩進風井之間的角聯(lián)巷道，15號煤行人巷（節(jié)點7-10）是處于相關(guān)地點之間的角聯(lián)巷道，建議增加調(diào)節(jié)設(shè)施，控制角聯(lián)巷道的風量。礦井通風網(wǎng)絡(luò)圖是礦井通風系統(tǒng)的數(shù)學表達，在礦井通風阻力分析和礦井火災(zāi)救援處理中至關(guān)重要。本文的計算機優(yōu)化分析方法也適用于其他礦井。

[1]張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000.

[2]趙以蕙.礦井通風與空氣調(diào)節(jié)[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1990.