通風系統建模時間：2015年8月10日

導讀：山西蘭花科創大陽煤礦是集一家采煤、洗煤、煤矸石制磚于一體的現代化新型企業，全國安全高效礦井和安全質量標準化礦井，其三維可視化通風模型是基于ventsim軟件平臺構建的三維可視化系統。通過ventsim的仿真，發現該礦井總阻力偏大、負壓偏高，并提出了相應的問題解決方案和建議。Ventsim的使用對于東峰煤礦的實際通風安全提供了幫助。

一、通風系統現狀

1、礦井基本情況介紹

a.大陽煤礦井田共有五個井筒，其中主斜井、副斜井、北進風立井、南進風井、四個井筒進風，西回風立井回風；

b.通風方法為機械抽出式：

    中央回風井主通風機型號：FBCDZ No28 

    配用電機功率為：500kW×2

c.采煤工作面采用一進兩回“U+I”型通風；

    現階段工作面：

    采煤工作面——3402采煤工作面

    備采工作面——3404備采工作面

    掘進工作面——3304運輸順槽掘進工作面、3304回風順槽掘進工作面、3304輔助回風巷掘進工作面、四采區膠帶巷掘進工作面

2、礦井通風系統簡單分析

從風井井筒數量來看，進風井4個，副斜井進風風量最大；北進風立井、主斜井次之，南進風立井最小且進風路線最遠；回風立井1個，單從此方面來看，進風能力大于回風能力；

井下主要用風地點為三采區和四采區，兩個采區之間互相影響，三采區通風構筑物較多；

從位置關系來看，北進風立井距西回風立井最近，主斜井、副斜井、南進風立井距離西回風立井都比較遠，使得礦井負壓偏高。

二、三維可視化礦井通風模擬系統修正

1、測量方法及部分巷道真實數據

井下巷道壓力測量，采用基點法。首先在井口同時設定三臺儀器的基準壓力，并記錄三臺儀器之間的誤差，然后下井時將一臺儀器留在井口（基點）監測大氣壓變化并自行記錄，另兩臺儀器在井下測量各點壓力，最后通過基點靜壓校正兩測點的絕對靜壓。

針對井筒，我們進行了多次測量，求取平均值。

以下為部分巷道測量真實數據，如有誤差，敬請見諒。

注：紅色帶括號數據為負值，由儀器本身精度及缺少部分真實標高造成。

以上只是部分數據，詳細請查閱,《通風阻力測定報告》。

2、重建模型

通過通風部門緊密協助我們得到了最新的通風系統圖、采掘工程平面圖、一些基礎性資料和原有模型。在這些資料的基礎上，我們對全礦井進行了實際測量，采集到大量真實數據，發現原有模型存在諸多問題，實際上無法實現真正的仿真模擬效果，通風管理人員也無法使用模型解決礦井通風問題，進一步指導生產實踐。我們需要重新建立模型，來實現礦井通風三維可視化模擬仿真系統的應用。

a.以下為部分原有模型中的問題

井筒摩擦阻力系數：

修正前

修正后

固定量：

在原有模型中，局部通風機固定風量，風筒固定長度，嚴重影響了通風網絡解算，無法模擬主通風機實際運行工況點。

基礎參數設置：

模型中，設置了很多風阻及摩擦阻力系數的參數，但是大部分的參數是不可用的，而且不能修改。一經修改會出現如下對話框，這樣就會給修正模型的工作中帶來一些麻煩。

設施隱藏：

在一些有風門的巷道中，我們會測量巷道兩端的壓差及風量，計算出一個風阻值，賦予模型中，然后會出現一個風門的圖標。但是在這個模型中，輸入風阻值后，不會出現風門圖標。這樣就會造成視覺的忽略，以后的模擬優化中同樣會忽略這一點。

b.模型賦值，把井下實測數據輸入模型（部分）

c.確定主通風機運行工況點，落實擴散塔面積，描繪風機（主通風機，局部通風機）特性曲線：

d.錄入風機庫，在風路實際位置添加風機

3、模型準確性

4、回風立井通風機運行現狀（1#主通風機）

        模型工況：                實際工況：

            Q=10810m3/min            Q=10844m3/min

            H=3467.2Pa               H=3450Pa

            P=831.0kw                P=866.0kw

5、小結

經過以上對比可以看出，礦井主要進回風井與實際風量偏差不大，主通風機風量及負壓等整體誤差率<5%，與實際情況基本吻合，可以滿足生產需要，能夠準確的進行模擬和預測。更多詳細情況可參考模型大陽2015.08.11.VSM

三、礦井通風系統存在問題淺談

1、通風路線長

進風路線長，占總阻力的比例較大，是導致礦井總阻力偏大的一個重要原因。

通過本次實測，做出如下統計：本次測量主測路線進風段占總路線的72%，進風路線過長。

通過本次實測及數據統計，進風路線的阻力占礦井總阻力的51%。故應降低進風路線的阻力。

2、風速超限

在實際測量中發現多處超風速現象，違反了《煤礦安全規程規定》。以上為軌道巷（左） 、回風巷（右）超風速地點。

3、小結

井下巷道布置主要進風大巷有兩條，回風大巷只有一條，風量集中，部分地點風速超限；經過我們實測發現，西翼軌道大巷及回風大巷巷道斷面并不是最優斷面，實際有效斷面偏小；進風路線較長是礦井總阻力偏大，負壓偏高的重要原因。

四、礦井通風系統優化構想 

風機運行工況

    風機型號：FBCDZ  No28

    風量：10626m3/min

    負壓：3454Pa

    功率：877.2KW

    效率：73.3%

主斜井、副斜井、南進風立井都由+750水平軌道運輸大巷和+750皮帶運輸大巷進風，而+750水平沒有實際用風地點，三個進風井筒共進風6676m3/min，距回風立井較遠；北進風立井進風3829m3/min，距回風井最近。       

基于以上問題，提出增大北進風立井進風風量，縮短主要進風路線長度以降低礦井負壓的通風系統改造方案。

1、北進風立井優化

本次實測過程中發現：北進風立井的摩擦阻力系數較大，達到0.05N*s2/m4;井口有防爆井蓋；井底有大量障礙物，造成局部阻力偏大。

建議去掉防爆井蓋，清理井底障礙物，以減少損失。

優化后北進風立井

    風量增加：2738m3/min

優化后西回風立井

    負壓降低：349Pa

2、擴刷部分巷道:以模型中唯一編號為3038的巷道為例

例：西翼軌道巷

通過軟件中的經濟性模擬，我們找出需要優化的巷道，如圖：

針對這些巷道，再次進行擇優選擇，選出一下巷道建議擴巷：2733、3031、3038、3032、2904、2813、2967、3023、2834（巷道唯一編號）。

3、經過以上兩步優化后對比風機工況點

優化前

優化后

        負壓降低：488.3Pa

        風量增加：1001m3/min

4、下調風機葉片角度

優化前風機運行工況

優化后風機運行工況

        風量增加：425m3/min

        負壓降低：772Pa

        功率下降：142kw

5、風排瓦斯分析

90年代我國瓦斯風排情況：

  a.排除全礦井瓦斯量80%～90%

  b.排除回采工作面瓦斯量70%～80%

  c.排除裝有抑塵裝置回采工作面的粉塵量的20%～30%

  d.排除深井回采工作面熱量的60%～70%

在諸多因素中，CH4、高溫和由自燃煤層的礦井通風系統有不同要求，合理的通風系統必須有利于排出礦井瓦斯、降低工作面的溫度、防止煤炭自燃。

礦井負壓與瓦斯涌出量的關系:

論文資料：隨著礦井負壓的提高，礦井瓦斯涌出量會很快增加，而隨著負壓的降低，礦井瓦斯涌出量會慢慢地減小。

在山煤集團鑫順煤業，我們研究發現，得到了相同的結論。