Ventsim軟件在礦井智能化通風系統中的應用

文 崇

（西山煤電（集團）有限責任公司通風處， 山西 太原 030025）

1 煤礦通風系統概況

某礦生產能力500萬t/a，采用平峒—斜井綜合開拓方式，全礦井共有五個盤區，分別為：北五盤區、北七盤區、北三盤區、南九盤區、南十盤區。采用多進風井、多回風井的分區通風方式，主要通風方法為抽出式，采用“八進四回”的通風布局。礦井總進風量為34 545 m3/min，礦井總排風量約為35 467 m3/min，有效風量率91.93%。回風井分布及參數如表1所示：

表1 回風井分布及參數

當前主要問題有：礦井多水平開采，通風路線長，通風網絡復雜，礦井通風系統中，重要的通風部位拐直角彎多，風流經過這些地方時，產生的局部阻力大，礦井部分進回風大巷和進回風井筒斷面偏小，形成礦井通風瓶頸，對礦井通風不利，通過實測發現，部分聯絡巷屬于施工措施巷，礦井通風系統形成后，屬于無用巷道，礦井D風井風機運行負壓大，通風系統不合理，A回風井系統中，北一總回風大巷和北區回風巷上布置通風設施，不合理，需優化。

2 通風系統優化模擬

針對以上問題，提出兩個優化方案，利用Ventsim軟件進行風網模擬解算。

2.1 方案一

對北一下組煤總回風巷擴大斷面，擴大前后通風系統相關數據見圖1。

圖1 北一下組煤總回風巷擴大斷面后數據對比

新掘巷道前后，D風井風機工況點運行情況對比如表2所示：

表2 D風井風機工況點運行情況對比

2.2 方案二

根據礦方長遠生產計劃，整個北部采區，9號煤還未進行開采，8號煤正在進行回采，建議在9號煤層新掘一條回風大巷（寬4.5 m，高3.5 m，半圓拱形，見下頁圖2），與北一下組煤總回風巷形成并聯巷道。在現階段共同擔負8號煤各工作面的回風任務，在8號煤回采完畢后，也可用作9號煤各工作面的總回風巷。在9號煤層新增一條回風大巷前后通風系統相關數據見圖3。

圖2 模擬9號煤層新掘一條回風大巷

圖3 新增9號煤層回風大巷后數據對比

新掘巷道前后，D風井風機工況點運行情況對比如表3：

表3 D風井風機工況點運行情況對比

通過分析得出，擴大北一下組煤巷道斷面確實可以降低負壓，但考慮到后期生產布局，巷道管路等，建議小幅度維護即可；新掘9號煤總回風巷后，中部井負壓明顯下降，可以使風機運行更加穩定，可靠。雖然前期投入的采礦成本較大，但考慮到巷道的服務年限和服務范圍，后期整個9號煤的回風任務，節省的通風成本遠遠超過采礦成本。因為北一下組煤總回風巷道變形嚴重，巷道內部管路比較多，重新擴斷面，8號煤層東部回采也馬上結束，后期需要回采9號煤層，故長遠考慮，建議在9號煤層新掘回風巷，即解決中部風井通風阻力大的問題，還為9號煤層布置工作面提供了便利。

3 精準優化

礦井通風是一個相對復雜的過程，好的通風系統需要和礦井其他系統相互結合，爭取做到最優。按常規方法設計井巷斷面時，首先按提升、運輸等設備的外形尺寸和安全間隙選擇各類井巷斷面，然后進行風速驗算。在通風設計中，井巷斷面往往與礦井總風壓發生矛盾。若斷面偏小，井巷總風壓過大，對通風系統的安全可靠和經濟運行不利，甚至選不到合適的通風機；若斷面偏大，井巷掘進工程量過大，則礦井總風壓過小，通風機也難以選擇合適。因此，必須進行通風井巷斷面的優化。

為此，Ventsim可以對特定巷道或井筒進行斷面論證，確保最優斷面。

以上分析結果是利用Ventsim通風軟件中的經濟性模擬功能對礦井通風系統進行的經濟性模擬，掘進成本及風機成本單價可能與礦方實際有偏差，但從這個分析結果完全可以看出影響礦井通風網絡的主要巷道，見圖4。

圖4 風路經濟性模擬

風路編號為2951的巷道為B回風立井，直徑為3m，斷面積為7.1m2，對該井筒進行斷面優化。隨著斷面積的增大，采礦成本增加，年通風成本及風機成本降低，直徑4 m，即斷面積12.5 m2為最優經濟斷面，避免了采礦成本的增加，見圖5。

4 安全效益和經濟效益

1）有效降低了礦井負壓，風機曲線工況點運行更為高效、更可靠；

圖5 成本對比

2）風網的配風更加容易，可以有效為瓦斯較高工作面增風；

3）通風設施的調節負荷有效降低，風門管理更加容易，設施維護量變小；

4）負壓過高導致主通風機在炎熱的夏季容易發生故障，采用擴巷和調整通風設施，來優化通風系統，降低風機負壓；

5）有效利用現有巷道進行通風，降低采礦成本；

6）模擬未來設計巷道最優斷面，有效控制采礦成本；

7）根據風網對主要通風機進行最優選型，降低風機購置成本；

8）通風設備及設施維護成本降低，工作量減少，人工成本降低；

9）提高有效風量利用率，避免風量浪費；

10）合理分配風量，更好地改善作業環境，減少職業病的發生。

5 結論

1）采用Ventsim軟件，通過建立礦井三維通風模型、調節系統參數進行模擬研究，直觀明了，科學合理，可操作性強。

2）通過建立通風系統模型，可以在實際工程未開始前進行預模擬通風效果。將模擬效果應用于礦井日常的通風管理工作中，可幫助礦山通風人員發現問題，優化通風網絡。

3）三維可視化通風模型不僅可以模擬日常礦井通風調節的解算，也可以直接用于礦井的通風改造、風量的調整等工作，對礦井實際的通風管理具有重要的指導意義。