低瓦斯礦井通風(fēng)系統(tǒng)異常模擬研究

張建斌

摘 要：針對(duì)礦井通風(fēng)異常診斷效率差、準(zhǔn)確率差的問(wèn)題，本文以鎮(zhèn)城底礦為研究背景，本文通過(guò)模擬仿真軟件對(duì)通風(fēng)故障進(jìn)行分析，得到通風(fēng)異常的樣本，建立通風(fēng)異常的診斷系統(tǒng)，在現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上對(duì)鎮(zhèn)城底礦易出現(xiàn)的異常進(jìn)行模擬分析，形成較為全面的通風(fēng)系統(tǒng)樣本庫(kù)，有效的提升了通風(fēng)異常的診斷效率及精度，為類(lèi)似的礦山通風(fēng)異常診斷作出一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：仿真模擬;通風(fēng)異常;通風(fēng)系統(tǒng)

0 前言

隨著，礦井的高強(qiáng)度開(kāi)采和采掘深度的不斷延伸，越來(lái)越多容易開(kāi)采的礦層已經(jīng)逐步得到開(kāi)采，而一些賦存條件較為復(fù)雜的則成為我國(guó)目前開(kāi)采的主要目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)約有95%的礦井采用井工開(kāi)采，而井工開(kāi)采無(wú)疑需要面對(duì)堅(jiān)硬頂板、瓦斯災(zāi)害、火災(zāi)等一系列威脅礦山生產(chǎn)的事故。目前治理瓦斯及粉塵最重要的方法即為礦井通風(fēng)，但礦井通風(fēng)又具有一定的復(fù)雜性、隨機(jī)性及動(dòng)態(tài)性。隨著礦井的拓展、采取的接替及準(zhǔn)備等通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)會(huì)出現(xiàn)一定的異常，當(dāng)通風(fēng)異常未得到有效的注意時(shí)，很可能會(huì)造成重大的事故。本文以鎮(zhèn)城底礦為研究背景，對(duì)礦井通風(fēng)進(jìn)行仿真模擬，對(duì)礦井的異常進(jìn)行及時(shí)的反饋，為礦井智能通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)提供一定的理論支持。

1 通風(fēng)系統(tǒng)異常樣本獲取

為了對(duì)礦井同風(fēng)異常進(jìn)行研究，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的異常進(jìn)行仿真模擬，通風(fēng)的仿真模擬一般可以分為三個(gè)步驟，分別為通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，實(shí)現(xiàn)礦井異常的診斷;建立通風(fēng)的異常數(shù)據(jù)庫(kù)，確定異常的影響范圍;對(duì)異常進(jìn)行根源找尋，分析異常原因。

進(jìn)行礦井通風(fēng)的仿真模擬需要借助Ventilation Simulation Expert仿真模擬軟件，以鎮(zhèn)城底礦為試驗(yàn)井，通過(guò)鎮(zhèn)城底礦的通風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)，建立通風(fēng)仿真模型，對(duì)其進(jìn)行仿真通風(fēng)異常模擬，獲得異常的樣本，使得后續(xù)通風(fēng)異常的原因找尋快速便捷。根據(jù)鎮(zhèn)城底礦通風(fēng)系統(tǒng)圖及通風(fēng)阻力的測(cè)定圖建立鎮(zhèn)城底礦礦井通風(fēng)的仿真系統(tǒng)，通過(guò)autoCAD繪圖軟件生成礦井通風(fēng)的系統(tǒng)圖，完成鎮(zhèn)城底礦通風(fēng)系統(tǒng)圖后對(duì)建筑物及風(fēng)機(jī)進(jìn)行設(shè)置，完成建筑物及風(fēng)機(jī)設(shè)定后對(duì)巷道的屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯，后對(duì)巷道的節(jié)點(diǎn)及拐點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行輸入，節(jié)點(diǎn)及拐點(diǎn)的標(biāo)高對(duì)于通風(fēng)阻力的計(jì)算具有較為重要的意義。完成上述操作后對(duì)系統(tǒng)的通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行導(dǎo)入，這是仿真模擬構(gòu)建的最后一環(huán)，完成鎮(zhèn)城底礦通風(fēng)仿真數(shù)據(jù)的錄入工作。

VSE為仿真模擬準(zhǔn)確性提供依據(jù)，常見(jiàn)的參考為回路風(fēng)壓閉合差及解算誤差，系統(tǒng)會(huì)在每次計(jì)算后進(jìn)行一次更新，保證可靠性。仿真模擬數(shù)值越小越好，同時(shí)巷道的支路風(fēng)量Q的相對(duì)及絕對(duì)誤差、摩擦阻力的相對(duì)誤差等均能作為依據(jù)。根據(jù)仿真模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)狀模擬系統(tǒng)的建立，在現(xiàn)狀仿真模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)異常的模擬，即可得到相應(yīng)的異常數(shù)據(jù)。

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，受到外部因素的影響使得巷道的風(fēng)量不是一個(gè)定值，而是在一個(gè)合理范圍內(nèi)，所以需要給定一個(gè)合理的區(qū)間以保證異常分析錯(cuò)誤，使得分析異常時(shí)需要保證在一定的時(shí)間內(nèi)超過(guò)正常范圍。選定鎮(zhèn)城底礦某巷道內(nèi)風(fēng)速傳感器對(duì)巷道的風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，巷道20天的風(fēng)量如圖1所示。

如圖1所示為巷道20天的風(fēng)量監(jiān)測(cè)曲線，從圖中可以看出20天的風(fēng)量呈現(xiàn)一定的波動(dòng)，在監(jiān)測(cè)的第9天測(cè)得巷道20天的最大值為1654m3/min，在監(jiān)測(cè)的第1天第12天測(cè)的巷道通風(fēng)量的最小值1608m3/min，對(duì)兩者做差可得巷道通風(fēng)量的波動(dòng)范圍在1608m3/mi～1654m3/min。同時(shí)對(duì)20天的風(fēng)量進(jìn)行取均值，通過(guò)計(jì)算可得20天通風(fēng)量的平均值為1625m3/min。所以當(dāng)風(fēng)量超過(guò)該范圍時(shí)則為工作面通風(fēng)異常。由于巷道的通風(fēng)系統(tǒng)較為復(fù)雜且巷道各分支的通風(fēng)量大不相同，所以為了保證通風(fēng)量的通風(fēng)異常的標(biāo)準(zhǔn)具有可靠性，所以應(yīng)當(dāng)以通風(fēng)量的波動(dòng)幅度作為一定的衡量標(biāo)準(zhǔn)，所以本文設(shè)定超過(guò)巷道通風(fēng)量10%以上作為通風(fēng)異常的標(biāo)準(zhǔn)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)異常分析

通風(fēng)系統(tǒng)是一個(gè)隨機(jī)的、模糊的、動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，極易受到外在因素的影響，失去原有的穩(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)的異常。通風(fēng)系統(tǒng)的開(kāi)放性是指系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)機(jī)將巷道的污風(fēng)排除將新鮮風(fēng)流送入巷道，所以其具有開(kāi)放性的特點(diǎn)。隨機(jī)性是指系統(tǒng)與外界環(huán)境息息相關(guān)，具有一定的不確定性。復(fù)雜性是指通風(fēng)系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、通風(fēng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)分支等，且井下的地質(zhì)構(gòu)造較多，冒頂、沉陷及褶皺等使得系統(tǒng)的復(fù)雜性大幅提升。

為了對(duì)實(shí)際的通風(fēng)故障進(jìn)行及時(shí)的故障診斷，需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)異常進(jìn)行故障樹(shù)分析，在通風(fēng)系統(tǒng)故障樹(shù)分析中，將通風(fēng)系統(tǒng)異常事件作為目標(biāo)事件，為了保證分析的準(zhǔn)確性及全面性，需要對(duì)故障的地點(diǎn)及故障基本信息進(jìn)行匯總，引起系統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)異常的因素有通風(fēng)動(dòng)力因素，主要表現(xiàn)為風(fēng)機(jī)的喘振、設(shè)備的老化、運(yùn)行不穩(wěn)定及礦井停電停風(fēng);通風(fēng)設(shè)備方面的問(wèn)題主要為風(fēng)門(mén)、風(fēng)窗及風(fēng)墻等出現(xiàn)故障，分墻及風(fēng)門(mén)最容易出現(xiàn)故障;通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的故障主要為巷道的阻塞、巷道積水及巷道堆放雜物等使得通風(fēng)阻力增大的故障;其他因素如運(yùn)輸設(shè)備及自然風(fēng)壓等;災(zāi)變因素主要是爆炸、火災(zāi)及頂板垮落等災(zāi)害。所以導(dǎo)致通風(fēng)異常有很多原因，不同因素的影響范圍也是不同的。

通過(guò)建立的通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)鎮(zhèn)城底礦一個(gè)回風(fēng)井進(jìn)行通風(fēng)監(jiān)測(cè)，回風(fēng)井選用的風(fēng)機(jī)為礦用隔爆軸流式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的型號(hào)為FBCDZNO26B，風(fēng)機(jī)的葉片安裝角度為38°，風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為740轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)的額定功率為355kW，風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為300m3/min，對(duì)通風(fēng)機(jī)停電停風(fēng)進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖2所示。

如上圖所示為巷道47的通風(fēng)異常分析，通過(guò)增大10倍的摩擦阻力系數(shù)對(duì)異常進(jìn)行模擬研究，觀察其余巷道的影響程度，可以看出由于巷道47通風(fēng)阻力的增大，造成整個(gè)礦井的總通風(fēng)阻力增大，引起礦井的總風(fēng)量減小，由圖可知，通風(fēng)異常時(shí)大部分巷道均會(huì)受到影響，影響最大的巷道為本身巷道，其次為旁次巷道，符合通風(fēng)的規(guī)律。同時(shí)對(duì)巷道38的風(fēng)門(mén)破壞進(jìn)行研究，可以看出由于風(fēng)門(mén)破壞，通風(fēng)阻力下降，巷道的總通風(fēng)量增多，可以看出38號(hào)巷道的風(fēng)門(mén)破壞使得38號(hào)巷道的風(fēng)量大幅增加，在38號(hào)巷道周邊巷道風(fēng)量也存在一定的波動(dòng)，但在距離38號(hào)巷道較遠(yuǎn)的巷道影響較小，甚至幾乎無(wú)影響。

3 結(jié)論

本文為了通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)城底礦實(shí)際的通風(fēng)數(shù)據(jù)建立了通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型，并通過(guò)仿真模擬軟件對(duì)鎮(zhèn)城底礦通風(fēng)系統(tǒng)的異常進(jìn)行仿真模擬分析，得出大量通風(fēng)系統(tǒng)異常的數(shù)據(jù)，結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)的特性進(jìn)行了通風(fēng)異常的診斷，并通過(guò)故障樹(shù)分析確定 了故障發(fā)生的特性，為鎮(zhèn)城底礦通風(fēng)異常的診斷作出一定的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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