基于Ventsim模型的礦井通風系統(tǒng)精確調(diào)整

劉興濱，張 雷

(1.山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100；2.天地科技股份有限公司 開采設計事業(yè)部，北京 100013)

1 工程背景及通風系統(tǒng)存在的問題

1.1 工程背景

經(jīng)坊礦為高瓦斯礦井，生產(chǎn)能力3.0Mt/a。全井田劃分為1個水平9個采區(qū)開采，目前正在開采井田西北部的八采區(qū)，另有4個采區(qū)回收邊角煤。礦井采用綜合開拓方式，通風方式為混合式，通風方法為機械抽出式。主要進風井筒有主斜井、副斜井、進風立井，回風井筒為回風立井。礦井總回風量為10900m3/min，其中南翼區(qū)域回風3900m3/min，北翼區(qū)域回風7000m3/min，負壓1860Pa，礦井有效風量率97.2%，等積孔面積5.1m2，礦井有效風量富余系數(shù)為1.35。

為解決八采區(qū)通風路線長、瓦斯含量高等問題，經(jīng)多方案論證后在八采區(qū)增加了北翼回風立井。同時，為便于礦井通風系統(tǒng)調(diào)整，礦方委托相關單位編制了《經(jīng)坊礦礦井通風阻力測定報告》，全面測量記錄了井下各條巷道的斷面參數(shù)、支護方式、通風阻力等技術參數(shù)。北翼回風立井運行后，礦井可實現(xiàn)分區(qū)通風，其中北翼區(qū)域的主要進風井筒為進風立井，回風井筒為北翼回風立井，南翼區(qū)域的主要進風井筒為主斜井、副斜井，回風井筒為南翼回風立井(原回風立井)。屆時礦井總回風量為14000m3/min，其中南翼區(qū)域回風6000m3/min，負壓2160Pa，北翼區(qū)域回風8000m3/min，負壓1550Pa，礦井有效風量率96.9%，礦井有效風量富余系數(shù)為1.5。

1.2 通風系統(tǒng)存在的問題

(1)開采時間久遠，舊巷道利用率高 礦井自1980年建井至今，歷經(jīng)了井田擴區(qū)和多次技術改造，形成的井巷工程絕大部分目前仍被利用。但早期巷道斷面較小，局部巷道風阻過大。

(2)開拓區(qū)域廣闊，用風地點分散，通風路線較長 多采區(qū)生產(chǎn)給礦井通風管理帶來了很大困難。根據(jù)風網(wǎng)模擬的結(jié)果，全礦井總節(jié)點3000多個，總風路長達95km，礦井通風系統(tǒng)相當復雜。

(3)分區(qū)通風后系統(tǒng)優(yōu)化 北翼回風立井并網(wǎng)運行后，礦井原有通風系統(tǒng)分為南北兩翼分區(qū)通風，兩個通風系統(tǒng)的風量、負壓以及兩區(qū)相互協(xié)調(diào)的問題，需要通過礦井通風系統(tǒng)仿真進一步優(yōu)化，并確立南、北翼回風立井主要通風機的工況點，作為礦井調(diào)風的依據(jù)。

2 Ventsim模型的意義和目的

2.1 利用Ventsim模型進行模擬的意義

經(jīng)坊礦為混合通風方式，通風巷道多、通風阻力大、通風網(wǎng)絡復雜，加之生產(chǎn)區(qū)域多且分散，日常難于保證礦井的正常穩(wěn)定運行，易出現(xiàn)局部巷道風速超限，礦井通風阻力偏高的問題。若采用人工調(diào)整礦井通風系統(tǒng)的方法，工作量大，誤差也大。

北翼回風立井并網(wǎng)運行后，礦井井筒位置特點和生產(chǎn)布局很可能造成南北翼分區(qū)通風出現(xiàn)兩翼分風不均、井下風流紊亂、部分巷道風速超限、回風立井負壓過高和主、副斜井進風量不足等問題。如果采用人工方法進行計算、優(yōu)化和調(diào)整，很難取得理想效果。

鑒于上述原因，利用Ventsim模型軟件的強大功能，針對礦井現(xiàn)有通風系統(tǒng)和日常管理過程中存在的問題，結(jié)合北翼回風立井的投運精準優(yōu)化調(diào)整。

2.2 利用Ventsim模型進行模擬的目的

通過模擬，精準找出目前礦井通風系統(tǒng)存在問題的解決方法，有效降低礦井通風阻力；對礦井各井筒和主要巷道的通風量進行優(yōu)化確定，實現(xiàn)南、北兩翼通風系統(tǒng)協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運行。

3 建立模型

根據(jù)《礦井通風阻力測定報告》提供的數(shù)據(jù)建立Ventsim三維模型，并對其進行校驗。

3.1 模型錄入與模擬結(jié)果對比

Ventsim三維通風動態(tài)仿真系統(tǒng)總共輸入了3171個節(jié)點，逐一錄入了各巷道的坐標、斷面、周長、通風阻力系數(shù)。

對礦井通風系統(tǒng)進行模擬，模擬結(jié)果與礦井通風系統(tǒng)測定結(jié)果對比，詳見表1。

經(jīng)過對北翼回風立井并網(wǎng)前的通風網(wǎng)絡模擬，全礦井風量為10895m3/min時，礦井負壓1825Pa。對比《礦井通風阻力測定報告》中主通風機工況：

表1 礦井通風阻力測定值與模擬結(jié)果誤差對比

Q礦井=10895m3/min，H扇靜=1860Pa，模型誤差為1.88%。因此，該模型能夠反映礦井的真實狀況，可以在此基礎上進行礦井分區(qū)通風的模擬。

3.2 建立分區(qū)通風模型并模擬

在當前模型基礎上增加北翼回風立井和北翼總回風巷，同時對南北翼回風的交合點(北集中回風大巷內(nèi))進行隔斷，對進風的交合點增設正反向風門(北集中軌道大巷和北集中運輸大巷內(nèi))，再根據(jù)礦井南北區(qū)域的實際需風量進行分風，從而建立了礦井分區(qū)通風系統(tǒng)通風模型。

3.2.1 模型數(shù)據(jù)錄入

根據(jù)現(xiàn)有井下各生產(chǎn)區(qū)域的實際需風量進行模擬，采用定風量的方式進行，北翼區(qū)域按需風量8000m3/min，南翼區(qū)域按需風量6000m3/min錄入。

3.2.2 模擬結(jié)果

礦井實施南北翼分區(qū)通風后，當北翼區(qū)域配風量達到8000m3/min時，負壓為1579Pa，等積孔為3.9m2；當南翼區(qū)域配風量達到6000m3/min時，負壓為2253Pa，等積孔為2.7m2。

4 效果檢驗

南北分區(qū)實際并網(wǎng)運行后，北翼回風井使用FBCDZ№26/2×355kW主要通風機，葉片角度調(diào)整為-3°，風量為8071m3/min，負壓1550Pa，實測與模擬誤差為1.9%；南翼回風井使用FBCDZ№29/2×355kW主要通風機，葉片角度調(diào)整為-10°，風量為6000m3/min，負壓2160Pa，實測與模擬誤差為4.3%，詳見表2。

表2 礦井分區(qū)通風模擬結(jié)果與實測值誤差對比

5 結(jié) 論

(1)由于礦井南北區(qū)域的分區(qū)特點，造成了南翼區(qū)域的進風側(cè)阻力遠大于北翼區(qū)域進風側(cè)阻力，因此分區(qū)通風時，在北集中軌道大巷和北集中運輸大巷設置了正反向風門，隔斷礦井南北區(qū)域的通風聯(lián)系。

(2)Ventsim三維通風動態(tài)仿真模擬系統(tǒng)的可信度高，實用性強，可將通風系統(tǒng)后的模擬結(jié)果直接應用于實際礦井調(diào)風。

(3)只有依靠詳盡的基礎工作，踏勘現(xiàn)場每條巷道，取得詳盡的一手資料，并進行分析整理，建立高度仿真的通風模型，模擬結(jié)論才能更接近于真實。