低瓦斯礦井通風系統異常模擬研究

張建斌

摘 要：針對礦井通風異常診斷效率差、準確率差的問題，本文以鎮城底礦為研究背景，本文通過模擬仿真軟件對通風故障進行分析，得到通風異常的樣本，建立通風異常的診斷系統，在現狀分析的基礎上對鎮城底礦易出現的異常進行模擬分析，形成較為全面的通風系統樣本庫，有效的提升了通風異常的診斷效率及精度，為類似的礦山通風異常診斷作出一定的借鑒。

關鍵詞：仿真模擬;通風異常;通風系統

0 前言

隨著，礦井的高強度開采和采掘深度的不斷延伸，越來越多容易開采的礦層已經逐步得到開采，而一些賦存條件較為復雜的則成為我國目前開采的主要目標。據統計我國約有95%的礦井采用井工開采，而井工開采無疑需要面對堅硬頂板、瓦斯災害、火災等一系列威脅礦山生產的事故。目前治理瓦斯及粉塵最重要的方法即為礦井通風，但礦井通風又具有一定的復雜性、隨機性及動態性。隨著礦井的拓展、采取的接替及準備等通風網絡參數會出現一定的異常，當通風異常未得到有效的注意時，很可能會造成重大的事故。本文以鎮城底礦為研究背景，對礦井通風進行仿真模擬，對礦井的異常進行及時的反饋，為礦井智能通風的實現提供一定的理論支持。

1 通風系統異常樣本獲取

為了對礦井同風異常進行研究，對通風系統的異常進行仿真模擬，通風的仿真模擬一般可以分為三個步驟，分別為通風系統數據庫的建立，實現礦井異常的診斷;建立通風的異常數據庫，確定異常的影響范圍;對異常進行根源找尋，分析異常原因。

進行礦井通風的仿真模擬需要借助Ventilation Simulation Expert仿真模擬軟件，以鎮城底礦為試驗井，通過鎮城底礦的通風數據進行測點，建立通風仿真模型，對其進行仿真通風異常模擬，獲得異常的樣本，使得后續通風異常的原因找尋快速便捷。根據鎮城底礦通風系統圖及通風阻力的測定圖建立鎮城底礦礦井通風的仿真系統，通過autoCAD繪圖軟件生成礦井通風的系統圖，完成鎮城底礦通風系統圖后對建筑物及風機進行設置，完成建筑物及風機設定后對巷道的屬性進行數據的編輯，后對巷道的節點及拐點標高進行輸入，節點及拐點的標高對于通風阻力的計算具有較為重要的意義。完成上述操作后對系統的通風參數進行導入，這是仿真模擬構建的最后一環，完成鎮城底礦通風仿真數據的錄入工作。

VSE為仿真模擬準確性提供依據，常見的參考為回路風壓閉合差及解算誤差，系統會在每次計算后進行一次更新，保證可靠性。仿真模擬數值越小越好，同時巷道的支路風量Q的相對及絕對誤差、摩擦阻力的相對誤差等均能作為依據。根據仿真模擬的數據進行現狀模擬系統的建立，在現狀仿真模擬的基礎上進行通風系統異常的模擬，即可得到相應的異常數據。

在實際的生產過程中，受到外部因素的影響使得巷道的風量不是一個定值，而是在一個合理范圍內，所以需要給定一個合理的區間以保證異常分析錯誤，使得分析異常時需要保證在一定的時間內超過正常范圍。選定鎮城底礦某巷道內風速傳感器對巷道的風量進行監測，巷道20天的風量如圖1所示。

如圖1所示為巷道20天的風量監測曲線，從圖中可以看出20天的風量呈現一定的波動，在監測的第9天測得巷道20天的最大值為1654m3/min，在監測的第1天第12天測的巷道通風量的最小值1608m3/min，對兩者做差可得巷道通風量的波動范圍在1608m3/mi～1654m3/min。同時對20天的風量進行取均值，通過計算可得20天通風量的平均值為1625m3/min。所以當風量超過該范圍時則為工作面通風異常。由于巷道的通風系統較為復雜且巷道各分支的通風量大不相同，所以為了保證通風量的通風異常的標準具有可靠性，所以應當以通風量的波動幅度作為一定的衡量標準，所以本文設定超過巷道通風量10%以上作為通風異常的標準。

2 通風系統異常分析

通風系統是一個隨機的、模糊的、動態的系統，極易受到外在因素的影響，失去原有的穩定性，導致系統的異常。通風系統的開放性是指系統通過風機將巷道的污風排除將新鮮風流送入巷道，所以其具有開放性的特點。隨機性是指系統與外界環境息息相關，具有一定的不確定性。復雜性是指通風系統具有網絡節點、通風設備、網絡分支等，且井下的地質構造較多，冒頂、沉陷及褶皺等使得系統的復雜性大幅提升。

為了對實際的通風故障進行及時的故障診斷，需要對通風系統異常進行故障樹分析，在通風系統故障樹分析中，將通風系統異常事件作為目標事件，為了保證分析的準確性及全面性，需要對故障的地點及故障基本信息進行匯總，引起系統的通風系統異常的因素有通風動力因素，主要表現為風機的喘振、設備的老化、運行不穩定及礦井停電停風;通風設備方面的問題主要為風門、風窗及風墻等出現故障，分墻及風門最容易出現故障;通風網絡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阻力增大的故障;其他因素如運輸設備及自然風壓等;災變因素主要是爆炸、火災及頂板垮落等災害。所以導致通風異常有很多原因，不同因素的影響范圍也是不同的。

通過建立的通風系統對鎮城底礦一個回風井進行通風監測，回風井選用的風機為礦用隔爆軸流式風機，風機的型號為FBCDZNO26B，風機的葉片安裝角度為38°，風機的額定轉速為740轉，風機的額定功率為355kW，風機的額定風量為300m3/min，對通風機停電停風進行模擬，模擬結果如圖2所示。

如上圖所示為巷道47的通風異常分析，通過增大10倍的摩擦阻力系數對異常進行模擬研究，觀察其余巷道的影響程度，可以看出由于巷道47通風阻力的增大，造成整個礦井的總通風阻力增大，引起礦井的總風量減小，由圖可知，通風異常時大部分巷道均會受到影響，影響最大的巷道為本身巷道，其次為旁次巷道，符合通風的規律。同時對巷道38的風門破壞進行研究，可以看出由于風門破壞，通風阻力下降，巷道的總通風量增多，可以看出38號巷道的風門破壞使得38號巷道的風量大幅增加，在38號巷道周邊巷道風量也存在一定的波動，但在距離38號巷道較遠的巷道影響較小，甚至幾乎無影響。

3 結論

本文為了通過對鎮城底礦實際的通風數據建立了通風系統仿真模型，并通過仿真模擬軟件對鎮城底礦通風系統的異常進行仿真模擬分析，得出大量通風系統異常的數據，結合通風系統的特性進行了通風異常的診斷，并通過故障樹分析確定 了故障發生的特性，為鎮城底礦通風異常的診斷作出一定的依據。

參考文獻：

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