基于VSE 軟件的礦井通風系統優化研究

郭鵬閣

（國網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

通風系統對井下安全生產具有重要作用[1]，不僅負責為井下作業人員提供新鮮空氣，而且排除有毒有害氣體，從而創造安全的工作環境[2-3]。保障通風系統安全，預防“一通三防”事故的發生，是煤礦安全生產工作的重中之重[4-5]。

大南湖一礦位于新疆哈密，自2008 年投產，迄今已生產12 年時間。由于前期重生產，缺乏對通風系統的科學管理，導致大南湖一礦通風系統存在部分巷道微風、回風大巷風速偏高、井下通風設施較多、部分角聯分支易發生風流轉向、礦井通風阻力分布不合理等問題，且三煤膠運大巷的進回風屬性存在異議。大南湖一礦通風系統及其設施布置圖，如圖1 所示。為此，本文基于全礦通風參數精準普查，借助中國礦業大學的“通風仿真專家”（VSE）軟件對大南湖一礦通風系統進行了優化研究。

2 通風系統優化研究流程

（1）全礦通風參數精確普查

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

（2）構建大南湖一礦礦井通風三維可視化仿真系統

通過“通風仿真專家”（VSE）（通風系統仿真軟件），將井下井巷數據錄入、添加構筑物與通風動力裝置、編輯巷道屬性等多個環節可實現礦井通風系統的三維可視化操作，從而方便地考察和評估通風系統現狀。根據大南湖一礦采掘平面圖、通風系統圖及通風系統阻力測定數據構建了大南湖一礦通風仿真系統，利用VSE 本身的拓撲檢查功能進行檢查并修改完善。

（3）礦井通風系統優化研究

針對大南湖一礦通風系統特點，提出多種優化方案，借助VSE 軟件對各種方案優化效果進行對比分析，最終確定適合大南湖一礦通風系統改造的最佳方案。

圖1 大南湖一礦通風系統及通風設施布置示意圖

3 優化方案與效果分析

結合大南湖一礦通風系統實際狀況，針對現存問題提出了四種優化方案，采用VSE 軟件進行了模擬研究，相關優化研究結果如下：

（1）方案一：將三煤膠運大巷改造成進風巷

三煤膠運大巷在大南湖一礦通風系統中，一部分承擔進風巷作用，一部分承擔回風巷作用，導致該巷道性質存在爭議。若將三煤膠運大巷完全改造成進風巷，則需對全礦井通風系統進行改造（見表1）。改造完成后，對整個優化方案進行模擬，主要優化效果，見表2、表3。

表1 礦井通風系統改造部分

由表2 和表3 可知，將三煤膠運大巷改造成進風巷后，風機負壓增加了100 Pa 左右，風機風量減少了370 m3/min，礦井等積孔也減少了。同時，回風石門大巷的風量減少，整個回風大巷的風量增加，導致回風大巷內的風速增大，回風段阻力增加，整個通風系統的阻力增加，全礦井通風系統阻力增加，最終導致全礦井的進風量減少，說明該方案不可行。

表2 優化前后主要通風機參數變化

表3 回風段巷道優化前后參數變化

（2）方案二：增加主要通風機轉速，增加總進風量

大南湖一礦礦井通風系統存在井下部分巷道微風現象，雖然主要通風地點風量都滿足要求，但說明礦井富余系數偏小，而且目前礦井主要通風機潛力很大，井下巷道風速如果偏低，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，導致礦井通風系統抗災能力弱，不利于煤礦的安全生產，因此提出調節主要通風機增加總風量的優化方案。該方案主要優化效果，見表4～6。

表4 優化前后主要通風機及用風地點參數變化

表5 優化后井下微風巷道情況表

由表4 和表5 可知，風機的風壓雖然增大了一些，但全礦井通風系統的進風量增加2000 m3/min左右，減少了井下微風巷道數目，而且剩余存在的微風巷道也是由于設置了通風設施的原因，即通過調節相應的通風設施可解決井下部分巷道風速偏低的問題，保證井下每條巷道風速都能達到《煤礦安全規程》要求，提高全礦井通風系統抗災能力。關于回風段巷道風速過大問題，也得到了相應解決。優化前后回風段巷道風速變化見表6。

（3）方案三：將三煤膠運大巷改造成回風巷

目前三煤膠運大巷在礦井通風系統中承擔著回風巷還是進風巷的作用，有爭議。如果將三煤膠運大巷完全改造成回風巷，則需對部分通風系統進行改造，如圖2：在（1）處貫通，大約50 m 左右；在（2）處的平巷加雙向風門；將（3）內配電設備加防火門挪到（1）處；將（4）處的密閉打開；將（3）處的巷道堵死；其他地方做相應調整。改造完成后，對整個優化方案進行模擬，主要優化效果見表7。優化后通風系統三煤膠運大巷完全改造成回風巷，其他通風系統參數基本保持不變，但通風系統存在的其他問題仍然沒有解決，如部分巷道微風，部分巷道風速超限等。

表6 優化前后回風段巷道風速變化情況表（m/s）

圖2 方案三改造部分

（4）方案四：合并方案二、三，將三煤膠運大巷改造成回風巷，增加總進風量

將方案二、三合并改造礦井后的優化仿真效果，由表8 和表9 可知：總風量增加了2134 m3/min，優化后微風或風速超限情況得到比較好的解決，同時三煤膠運大巷改造成回風巷，不再存在爭議，效果良好，因而屬于大南湖一礦通風系統優化的最優方案。

表7 優化前后主要通風機及用風地點參數變化

表8 優化前后主要通風機及用風地點參數變化

表9 優化后井下微風巷道情況表

4 結論

大南湖一礦通風系統存在部分巷道微風、回風大巷風速偏高、井下通風設施較多、部分角聯分支易發生風流轉向、礦井通風阻力分布不合理以及三煤膠運大巷定性不明等問題。對此，提出了四種優化方案，并借助VSE 軟件對各軟件優化效果進行了仿真。結果表明，相比于其他三種優化方案，將三煤膠運大巷改造成回風巷，同時增加總進風量的方案（方案四）不僅較好地解決了通風系統存在的問題，而且使得三煤膠運大巷完全定性，滿足了現場安全生產的需要。