基于VSE 的大南湖一礦通風系統(tǒng)現(xiàn)狀仿真與評估

路 寧

（國網(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、風立井綜合開拓方式，分三個水平進行開采。采用中央并列抽出式通風，主斜井、副立井進風，風立井回風，總進風為7857 m3/min，總回風為7968 m3/min，漏風量為111 m3/min。礦井自2008 年始迄今已投產(chǎn)十二年時間，相關通風系統(tǒng)及通風設施布置如圖1 所示。在礦井發(fā)展早期，通風系統(tǒng)的建設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系統(tǒng)現(xiàn)狀，科學評估其存在問題以方便后續(xù)優(yōu)化改造，對全礦通風參數(shù)進行了精確普查，基于“通風仿真專家”（VSE）軟件對礦井通風系統(tǒng)進行了科學仿真。

2 通風系統(tǒng)現(xiàn)狀仿真與評估流程

（1）全礦通風參數(shù)精確普查

采用氣壓計法對全礦井通風阻力進行測定，同時測量測段內(nèi)巷道風速、斷面、干溫度和相對濕度等參數(shù)。

（2）構(gòu)建大南湖一礦礦井通風三維可視化仿真系統(tǒng)

利用“通風仿真專家”（VSE）通風系統(tǒng)仿真軟件，通過將井下井巷數(shù)據(jù)錄入、添加構(gòu)筑物與通風動力裝置、編輯巷道屬性等多個環(huán)節(jié)可實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的三維可視化操作，從而方便地考察和評估通風系統(tǒng)現(xiàn)狀。根據(jù)大南湖一礦采掘平面圖、通風系統(tǒng)圖及通風系統(tǒng)阻力測定數(shù)據(jù)構(gòu)建了大南湖一礦通風仿真系統(tǒng)，并利用VSE 本身的拓撲檢查功能進行檢查并修改完善。

（3）評估礦井通風系統(tǒng)存在問題

綜合全礦通風參數(shù)普查結(jié)果與礦井通風三維可視化仿真結(jié)果，對通風系統(tǒng)的安全性、可靠性和合理性進行全方位的科學評估。

圖1 大南湖一礦通風系統(tǒng)及通風設施布置示意圖

3 評估結(jié)果與現(xiàn)狀分析

3.1 安全性

3.1.1 巷道微風狀況

井下實際測量，發(fā)現(xiàn)部分巷道風速偏低，不符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定。風速偏低，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情況見表1。

表1 大南湖一礦巷道微風情況表

3.1.2 用風地點風量狀況

大南湖一礦只有一個綜采工作面和一個掘進工作面，在實際測量過程以及數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn)，綜采工作面和掘進工作面風量均滿足要求，具體見表2，其他硐室等用風地點風量基本滿足要求。

表2 主要用風地點需風量和實際用風量

3.1.3 回風大巷風速狀況

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

表3 通風系統(tǒng)回風段巷道參數(shù)表

3.2 穩(wěn)定可靠性

3.2.1 井下通風設施狀況

大南湖一礦通風系統(tǒng)井下的通風設施有50 個左右，通風設施數(shù)相對比較多，對全礦井通風系統(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)分支風流有可能不穩(wěn)定，甚至風流反向，容易發(fā)生事故[2]。基于通風仿真軟件，對全礦井通風系統(tǒng)進行角聯(lián)分支識別，發(fā)現(xiàn)大南湖一礦有角聯(lián)分支40 條，并對這40 條角聯(lián)分支分析其穩(wěn)定性。在風阻隨機變化幅度在0%～100%范圍內(nèi)、風阻隨機變化步長為10%的條件下開始模擬，部分分支易發(fā)生風流反向，結(jié)果見表4。

從角聯(lián)分支分析的結(jié)果可以看出：石門二與主斜井、三煤膠運大巷、材料換裝硐室等角聯(lián)分支較不穩(wěn)定，容易發(fā)生風流反向，需要對這些巷道進行加強通風管理。

表4 角聯(lián)分支分析結(jié)果

3.3 合理性

3.3.1 主要通風機工況點狀況

關于主通風機工況點合理性，主要是從其風量、風機負壓、效率、功率這四個方面進行評價[3-4]。由圖2 可以看出，大南湖一礦主通風機實際工作風壓沒有超過最高風壓的90%，功率在400 kW 左右，效率在57%左右。同時，根據(jù)先前分析可知，大南湖一礦風機的風量可以滿足主要通風地點的風量要求，但井下部分巷道存在微風狀況。因而綜上可知，大南湖一礦主通風機的工況點基本合理，但礦井總進風量需要增加，同時主通風機效率有待提高。

圖2 主要通風機工況點特征曲線圖

3.3.2 阻力分布狀況

礦井通風阻力大體分為進風段、用風段和回風段[5-6]。對礦井通風主要路線各阻力段進行分析，得到三段阻力分布，如圖3。進風段阻力149.41 Pa，用風段阻力101.86 Pa，回風段阻力335.86 Pa。進風段阻力占總阻力的25.45%，用風段阻力占總阻力的17.35%，回風段阻力占總阻力的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系統(tǒng)現(xiàn)狀，科學評估其安全性、穩(wěn)定可靠性及合理性，對全礦進行了通風參數(shù)精準普查，基于VSE 軟件對通風系統(tǒng)運行狀況進行了仿真與評估。結(jié)果表明：現(xiàn)有通風系統(tǒng)可以滿足大南湖一礦用風地點的風量要求，但部分巷道存在微風狀況，且回風大巷風速偏高；井下通風設施較多，部分角聯(lián)分支易發(fā)生風流轉(zhuǎn)向，導致通風系統(tǒng)不穩(wěn)定；主要通風機工況點基本合理，但礦井總進風量需要增加，主通風機效率有待提高；礦井回風段阻力偏大，通風阻力分布有待優(yōu)化。相關研究對后續(xù)大南湖一礦科學、經(jīng)濟地改造與升級礦井通風系統(tǒng)，提升其安全性與可靠性具有重要價值。