基于Ventsim的富力煤礦通風系統模擬分析

盧 輝

（安徽理工大學能源與安全學院，安徽 淮南 232001）

煤礦通風是保障礦井安全的主要技術之一。一個良好的礦井通風系統，可以保障礦井安全生產，減少煤礦通風費用［1-2］。當煤礦發生災害時，通風系統能及時而有效地控制風向和風量，并配合其它災害防治措施，控制災害發展，防止其進一步擴大［3］。

目前，井下通風問題基本依靠技術人員憑借經驗進行排查，易受井下環境和人員因素限制。本次模擬目的是結合富力煤礦目前生產情況，對礦井通風系統中通風巷道的風量和阻力分布情況進行測量，將測量數據輸入進Ventsim三維通風仿真軟件中，對全礦通風系統進行模擬并找出存在的問題，為礦井通風系統優化提供技術資料和依據［4-5］。

Ventsim作為通風領域較為先進的軟件系統，相比于傳統流體模擬軟件，此軟件專門服務于礦井通風，其采用風流動態模擬的方式來展現礦井通風過程，所有內建風路均可具有真實尺寸與形狀，系統內建70多種通風相關的基礎數據，采用可視化的方式管理內建數據?？梢院芊奖愕倪M行通風設計、網絡解算和通風過程模擬。

1 通風系統概況

富力煤礦是抽出式通風，兩條回風井筒分別位于井田中部和北部，共有四臺主要通風機。其中南風井安設兩臺FBCDZ-No.28型主要通風機，額定功率2×450 kW，北風井安設兩臺BDK-8-No.28型主要通風機，額定功率2×450 kW。兩條回風井回風量之和為16490 m3／min，南風井斷面12 m2，回風風量為7940 m3／min；北風井斷面11 m2，回風風量為8550 m3／min。入風井筒三條，總入風量15655 m3／min，其中立井斷面33 m2，入風量9120 m3／min；材料井斷面 12.5 m2，入風量 5500 m3／min；皮帶井斷面11 m2，入風量1035 m3／min。

現井下共有獨立風流45處，其中采煤工作面3個（包括一個回撤工作面），掘進工作面4個，開拓工作面5個（包括一個停工頭）。硐室10個，其他用風地點配風23個，富力煤礦目前不存在串聯通風情況。井下現有密閉60道，其中采后封密閉14道，盲巷封密閉46道，擋風墻36道；風門25處／51道（其中井上電控風門3道、通行風門20道、通車風門28道）。

2 模型建立與優化

2.1 井下測量

首先研究礦井開拓和通風特點，然后根據測定任務，先大致確定測量路線和測點。選擇風量較大、測定內容較多、且人員和儀器易于通過的路線。測定路線選定后，到井下實地查看線路是否合理，并作記錄。最后，對原選定的路線和測點進行修改補充，并于通風系統圖上標明，對測點依次編號，然后根據標好測點的通風系統圖，繪制形狀與其相同的通風網絡圖。將所有測點分成適當的幾組，每組測點組成一條阻力測定路線，然后組織人員對每條阻力測定路線進行測量。

本次測量采用精密氣壓計分別測出各測點間的絕對靜壓差，再加上動能差和位能差，以計算通風阻力。井下測量記錄巷道斷面形狀、壁面完好情況、堆積物、積水情況、斷面積、風量、所測阻力數值等。

2.2 模型建立與優化

首先在CAD中打開富力煤礦最新的采掘工程平面圖，新建圖層并根據巷道層位關系繪制相應中線；將所有巷道中線繪制完成并導入Ventsim三維通風仿真軟件，生成相應的二維模型；然后輸入采掘工程平面圖上對應的標高，形成相應的三維模型圖，根據其通風系統圖隱藏廢棄巷道、安設風門風窗等，對三維模型進行修改優化，最終形成與富力煤礦通風系統相應的三維模型。

對所測數據進行分析處理，將摩擦阻力系數、主要通風機數據、風門風窗和巷道斷面等輸入三維模型，對通風系統進行模擬，檢查各巷道內的風量和實際通風情況是否一致，對與實際情況不同的巷道進行局部調整，直至通風情況與現場一致，最終形成與實際通風系統相吻合的三維通風模型，如圖1所示。

圖1 三維通風系統模型圖

3 模擬結果分析

在計算機上運行軟件系統，對通風系統進行模擬，待模擬成功，生成相應的通風網絡系統報告，分析富力煤礦通風系統存在的問題，為后續通風系統優化提供參考依據。主要模擬報告如圖2所示。

圖2 主要模擬結果

經軟件模擬得出，富力煤礦通風巷道總長度為87983.3 m，主要通風機提供的通風總功率為1119.2 kW，摩擦損失功率為862.4kW，其中風筒損失71.7 kW，通風網絡效率為70.9%，整個礦井的總阻力為3102Pa，礦井總風阻為0.04915N·s2／m8。

經計算得出富力煤礦通風系統進風段、用風段、回風段的通風阻力的比例分別為41.5%、12.7%、45.8%，風量能夠滿足礦井生產的需求，但是北一石門與北二石門生產集中，個別巷道風量分配不足，需要進行優化，而且北二石門區域回風阻力較大，經現場觀測，此處冒頂嚴重，巷道需修復，以降低其通風阻力。

目前井下通風設施較多，路線較長，全礦通風阻力較大，通風系統復雜。主回風路線中，通風約占全礦阻力的50%，說明該礦井通風能力還有一定提升潛力，其中北風井區域回風阻力最大，回風巷道需修復，以降低其阻力。

經循環風檢測發現，富力煤礦進風側存在3處循環風，應該作為關注的地點，但是這三處循環風，都處在新鮮風流側，對礦井安全影響不大，對這些巷道進行一側增阻或減阻的方式，解決局部小循環。

對全礦巷道阻力進行分析，發現66條高阻巷道，除去通風構筑物后，還有8條巷道，分別是：北風井；南風井；新材料井下部；-240中七層回風上山；矸石皮帶井-530處；二層回風上山；二水平二分段-240南六大巷；五層暗井頂部。南北風井作為回風井，其通風阻力大，嚴重制約礦井通風系統能力的提升。

4 結論

通風系統測阻由原來的定點計算，變為定點矯正、全礦測阻力的方式，易于掌握礦井通風阻力的具體分布和不同區域內的能耗，提升礦井通風阻力測定的準確性和實用性。

Ventsim三維通風仿真軟件模型是完全按照礦井通風系統實際情況建立的，其運行情況與實際通風情況基本符合，使用此軟件輔助研究富力煤礦通風系統，可以更加全面了解其通風系統中存在的問題，本次模擬結果可以真實反應礦井通風系統運行情況，所以此模擬結果中通風系統存在的問題，可以作為后續制定通風系統優化方案的依據，且軟件系統也可以針對這些問題給出一些優化建議，可作為參考。

由于富力煤礦開采水平較多，通風線路長，通風系統復雜，相比于通風技術人員排查通風系統存在的問題，利用Ventsim三維通風仿真軟件模擬分析，不僅提升了準確性，而且節省了大量時間和人力。