基于VSE 的大南湖一礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀仿真與評(píng)估

路 寧

（國(guó)網(wǎng)能源哈密煤電有限公司大南湖一礦，新疆 哈密 839000）

1 研究背景

大南湖一礦采用主斜井，副、風(fēng)立井綜合開(kāi)拓方式，分三個(gè)水平進(jìn)行開(kāi)采。采用中央并列抽出式通風(fēng)，主斜井、副立井進(jìn)風(fēng)，風(fēng)立井回風(fēng)，總進(jìn)風(fēng)為7857 m3/min，總回風(fēng)為7968 m3/min，漏風(fēng)量為111 m3/min。礦井自2008 年始迄今已投產(chǎn)十二年時(shí)間，相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)設(shè)施布置如圖1 所示。在礦井發(fā)展早期，通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)主要是為了滿足礦井產(chǎn)量的需求，忽視了其安全性、穩(wěn)定可靠性及合理性。為了掌握大南湖一礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，科學(xué)評(píng)估其存在問(wèn)題以方便后續(xù)優(yōu)化改造，對(duì)全礦通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行了精確普查，基于“通風(fēng)仿真專(zhuān)家”（VSE）軟件對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了科學(xué)仿真。

2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀仿真與評(píng)估流程

（1）全礦通風(fēng)參數(shù)精確普查

采用氣壓計(jì)法對(duì)全礦井通風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)量測(cè)段內(nèi)巷道風(fēng)速、斷面、干溫度和相對(duì)濕度等參數(shù)。

（2）構(gòu)建大南湖一礦礦井通風(fēng)三維可視化仿真系統(tǒng)

利用“通風(fēng)仿真專(zhuān)家”（VSE）通風(fēng)系統(tǒng)仿真軟件，通過(guò)將井下井巷數(shù)據(jù)錄入、添加構(gòu)筑物與通風(fēng)動(dòng)力裝置、編輯巷道屬性等多個(gè)環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的三維可視化操作，從而方便地考察和評(píng)估通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀。根據(jù)大南湖一礦采掘平面圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖及通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定數(shù)據(jù)構(gòu)建了大南湖一礦通風(fēng)仿真系統(tǒng)，并利用VSE 本身的拓?fù)錂z查功能進(jìn)行檢查并修改完善。

（3）評(píng)估礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在問(wèn)題

綜合全礦通風(fēng)參數(shù)普查結(jié)果與礦井通風(fēng)三維可視化仿真結(jié)果，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的安全性、可靠性和合理性進(jìn)行全方位的科學(xué)評(píng)估。

圖1 大南湖一礦通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)設(shè)施布置示意圖

3 評(píng)估結(jié)果與現(xiàn)狀分析

3.1 安全性

3.1.1 巷道微風(fēng)狀況

井下實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)部分巷道風(fēng)速偏低，不符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定。風(fēng)速偏低，不利于有毒有害氣體和粉塵的排出，且容易造成瓦斯積聚，引起瓦斯事故[1]。大南湖一礦井下巷道微風(fēng)情況見(jiàn)表1。

表1 大南湖一礦巷道微風(fēng)情況表

3.1.2 用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量狀況

大南湖一礦只有一個(gè)綜采工作面和一個(gè)掘進(jìn)工作面，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程以及數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn)，綜采工作面和掘進(jìn)工作面風(fēng)量均滿足要求，具體見(jiàn)表2，其他硐室等用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量基本滿足要求。

表2 主要用風(fēng)地點(diǎn)需風(fēng)量和實(shí)際用風(fēng)量

3.1.3 回風(fēng)大巷風(fēng)速狀況

大南湖一礦通風(fēng)系統(tǒng)采用中央并列式通風(fēng)方式，主要依靠回風(fēng)大巷回風(fēng)，風(fēng)速偏高，全礦井回風(fēng)段巷道參數(shù)具體見(jiàn)表3。

表3 通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)段巷道參數(shù)表

3.2 穩(wěn)定可靠性

3.2.1 井下通風(fēng)設(shè)施狀況

大南湖一礦通風(fēng)系統(tǒng)井下的通風(fēng)設(shè)施有50 個(gè)左右，通風(fēng)設(shè)施數(shù)相對(duì)比較多，對(duì)全礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。

3.2.2 井下角聯(lián)分支狀況

角聯(lián)分支風(fēng)流有可能不穩(wěn)定，甚至風(fēng)流反向，容易發(fā)生事故[2]?；谕L(fēng)仿真軟件，對(duì)全礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行角聯(lián)分支識(shí)別，發(fā)現(xiàn)大南湖一礦有角聯(lián)分支40 條，并對(duì)這40 條角聯(lián)分支分析其穩(wěn)定性。在風(fēng)阻隨機(jī)變化幅度在0%～100%范圍內(nèi)、風(fēng)阻隨機(jī)變化步長(zhǎng)為10%的條件下開(kāi)始模擬，部分分支易發(fā)生風(fēng)流反向，結(jié)果見(jiàn)表4。

從角聯(lián)分支分析的結(jié)果可以看出：石門(mén)二與主斜井、三煤膠運(yùn)大巷、材料換裝硐室等角聯(lián)分支較不穩(wěn)定，容易發(fā)生風(fēng)流反向，需要對(duì)這些巷道進(jìn)行加強(qiáng)通風(fēng)管理。

表4 角聯(lián)分支分析結(jié)果

3.3 合理性

3.3.1 主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)狀況

關(guān)于主通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)合理性，主要是從其風(fēng)量、風(fēng)機(jī)負(fù)壓、效率、功率這四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[3-4]。由圖2 可以看出，大南湖一礦主通風(fēng)機(jī)實(shí)際工作風(fēng)壓沒(méi)有超過(guò)最高風(fēng)壓的90%，功率在400 kW 左右，效率在57%左右。同時(shí)，根據(jù)先前分析可知，大南湖一礦風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可以滿足主要通風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量要求，但井下部分巷道存在微風(fēng)狀況。因而綜上可知，大南湖一礦主通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)基本合理，但礦井總進(jìn)風(fēng)量需要增加，同時(shí)主通風(fēng)機(jī)效率有待提高。

圖2 主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)特征曲線圖

3.3.2 阻力分布狀況

礦井通風(fēng)阻力大體分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段[5-6]。對(duì)礦井通風(fēng)主要路線各阻力段進(jìn)行分析，得到三段阻力分布，如圖3。進(jìn)風(fēng)段阻力149.41 Pa，用風(fēng)段阻力101.86 Pa，回風(fēng)段阻力335.86 Pa。進(jìn)風(fēng)段阻力占總阻力的25.45%，用風(fēng)段阻力占總阻力的17.35%，回風(fēng)段阻力占總阻力的57.20%。從三段阻力分布的結(jié)果可以看出回風(fēng)段阻力偏大。

圖3 主要路線各段阻力分布圖

4 結(jié)論

為掌握大南湖一礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，科學(xué)評(píng)估其安全性、穩(wěn)定可靠性及合理性，對(duì)全礦進(jìn)行了通風(fēng)參數(shù)精準(zhǔn)普查，基于VSE 軟件對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行了仿真與評(píng)估。結(jié)果表明：現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)可以滿足大南湖一礦用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量要求，但部分巷道存在微風(fēng)狀況，且回風(fēng)大巷風(fēng)速偏高；井下通風(fēng)設(shè)施較多，部分角聯(lián)分支易發(fā)生風(fēng)流轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定；主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)基本合理，但礦井總進(jìn)風(fēng)量需要增加，主通風(fēng)機(jī)效率有待提高；礦井回風(fēng)段阻力偏大，通風(fēng)阻力分布有待優(yōu)化。相關(guān)研究對(duì)后續(xù)大南湖一礦科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地改造與升級(jí)礦井通風(fēng)系統(tǒng)，提升其安全性與可靠性具有重要價(jià)值。