劉興濱，張 雷

(1.山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100；2.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013)

1 工程背景及通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

1.1 工程背景

經(jīng)坊礦為高瓦斯礦井，生產(chǎn)能力3.0Mt/a。全井田劃分為1個(gè)水平9個(gè)采區(qū)開采，目前正在開采井田西北部的八采區(qū)，另有4個(gè)采區(qū)回收邊角煤。礦井采用綜合開拓方式，通風(fēng)方式為混合式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式。主要進(jìn)風(fēng)井筒有主斜井、副斜井、進(jìn)風(fēng)立井，回風(fēng)井筒為回風(fēng)立井。礦井總回風(fēng)量為10900m3/min，其中南翼區(qū)域回風(fēng)3900m3/min，北翼區(qū)域回風(fēng)7000m3/min，負(fù)壓1860Pa，礦井有效風(fēng)量率97.2%，等積孔面積5.1m2，礦井有效風(fēng)量富余系數(shù)為1.35。

為解決八采區(qū)通風(fēng)路線長、瓦斯含量高等問題，經(jīng)多方案論證后在八采區(qū)增加了北翼回風(fēng)立井。同時(shí)，為便于礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，礦方委托相關(guān)單位編制了《經(jīng)坊礦礦井通風(fēng)阻力測定報(bào)告》，全面測量記錄了井下各條巷道的斷面參數(shù)、支護(hù)方式、通風(fēng)阻力等技術(shù)參數(shù)。北翼回風(fēng)立井運(yùn)行后，礦井可實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)，其中北翼區(qū)域的主要進(jìn)風(fēng)井筒為進(jìn)風(fēng)立井，回風(fēng)井筒為北翼回風(fēng)立井，南翼區(qū)域的主要進(jìn)風(fēng)井筒為主斜井、副斜井，回風(fēng)井筒為南翼回風(fēng)立井(原回風(fēng)立井)。屆時(shí)礦井總回風(fēng)量為14000m3/min，其中南翼區(qū)域回風(fēng)6000m3/min，負(fù)壓2160Pa，北翼區(qū)域回風(fēng)8000m3/min，負(fù)壓1550Pa，礦井有效風(fēng)量率96.9%，礦井有效風(fēng)量富余系數(shù)為1.5。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

(1)開采時(shí)間久遠(yuǎn)，舊巷道利用率高 礦井自1980年建井至今，歷經(jīng)了井田擴(kuò)區(qū)和多次技術(shù)改造，形成的井巷工程絕大部分目前仍被利用。但早期巷道斷面較小，局部巷道風(fēng)阻過大。

(2)開拓區(qū)域廣闊，用風(fēng)地點(diǎn)分散，通風(fēng)路線較長 多采區(qū)生產(chǎn)給礦井通風(fēng)管理帶來了很大困難。根據(jù)風(fēng)網(wǎng)模擬的結(jié)果，全礦井總節(jié)點(diǎn)3000多個(gè)，總風(fēng)路長達(dá)95km，礦井通風(fēng)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。

(3)分區(qū)通風(fēng)后系統(tǒng)優(yōu)化 北翼回風(fēng)立井并網(wǎng)運(yùn)行后，礦井原有通風(fēng)系統(tǒng)分為南北兩翼分區(qū)通風(fēng)，兩個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量、負(fù)壓以及兩區(qū)相互協(xié)調(diào)的問題，需要通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)仿真進(jìn)一步優(yōu)化，并確立南、北翼回風(fēng)立井主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，作為礦井調(diào)風(fēng)的依據(jù)。

2 Ventsim模型的意義和目的

2.1 利用Ventsim模型進(jìn)行模擬的意義

經(jīng)坊礦為混合通風(fēng)方式，通風(fēng)巷道多、通風(fēng)阻力大、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，加之生產(chǎn)區(qū)域多且分散，日常難于保證礦井的正常穩(wěn)定運(yùn)行，易出現(xiàn)局部巷道風(fēng)速超限，礦井通風(fēng)阻力偏高的問題。若采用人工調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)的方法，工作量大，誤差也大。

北翼回風(fēng)立井并網(wǎng)運(yùn)行后，礦井井筒位置特點(diǎn)和生產(chǎn)布局很可能造成南北翼分區(qū)通風(fēng)出現(xiàn)兩翼分風(fēng)不均、井下風(fēng)流紊亂、部分巷道風(fēng)速超限、回風(fēng)立井負(fù)壓過高和主、副斜井進(jìn)風(fēng)量不足等問題。如果采用人工方法進(jìn)行計(jì)算、優(yōu)化和調(diào)整，很難取得理想效果。

鑒于上述原因，利用Ventsim模型軟件的強(qiáng)大功能，針對(duì)礦井現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)和日常管理過程中存在的問題，結(jié)合北翼回風(fēng)立井的投運(yùn)精準(zhǔn)優(yōu)化調(diào)整。

2.2 利用Ventsim模型進(jìn)行模擬的目的

通過模擬，精準(zhǔn)找出目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在問題的解決方法，有效降低礦井通風(fēng)阻力；對(duì)礦井各井筒和主要巷道的通風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化確定，實(shí)現(xiàn)南、北兩翼通風(fēng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 建立模型

根據(jù)《礦井通風(fēng)阻力測定報(bào)告》提供的數(shù)據(jù)建立Ventsim三維模型，并對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。

3.1 模型錄入與模擬結(jié)果對(duì)比

Ventsim三維通風(fēng)動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)總共輸入了3171個(gè)節(jié)點(diǎn)，逐一錄入了各巷道的坐標(biāo)、斷面、周長、通風(fēng)阻力系數(shù)。

對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果與礦井通風(fēng)系統(tǒng)測定結(jié)果對(duì)比，詳見表1。

經(jīng)過對(duì)北翼回風(fēng)立井并網(wǎng)前的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬，全礦井風(fēng)量為10895m3/min時(shí)，礦井負(fù)壓1825Pa。對(duì)比《礦井通風(fēng)阻力測定報(bào)告》中主通風(fēng)機(jī)工況：

表1 礦井通風(fēng)阻力測定值與模擬結(jié)果誤差對(duì)比

Q礦井=10895m3/min，H扇靜=1860Pa，模型誤差為1.88%。因此，該模型能夠反映礦井的真實(shí)狀況，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行礦井分區(qū)通風(fēng)的模擬。

3.2 建立分區(qū)通風(fēng)模型并模擬

在當(dāng)前模型基礎(chǔ)上增加北翼回風(fēng)立井和北翼總回風(fēng)巷，同時(shí)對(duì)南北翼回風(fēng)的交合點(diǎn)(北集中回風(fēng)大巷內(nèi))進(jìn)行隔斷，對(duì)進(jìn)風(fēng)的交合點(diǎn)增設(shè)正反向風(fēng)門(北集中軌道大巷和北集中運(yùn)輸大巷內(nèi))，再根據(jù)礦井南北區(qū)域的實(shí)際需風(fēng)量進(jìn)行分風(fēng)，從而建立了礦井分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)模型。

3.2.1 模型數(shù)據(jù)錄入

根據(jù)現(xiàn)有井下各生產(chǎn)區(qū)域的實(shí)際需風(fēng)量進(jìn)行模擬，采用定風(fēng)量的方式進(jìn)行，北翼區(qū)域按需風(fēng)量8000m3/min，南翼區(qū)域按需風(fēng)量6000m3/min錄入。

3.2.2 模擬結(jié)果

礦井實(shí)施南北翼分區(qū)通風(fēng)后，當(dāng)北翼區(qū)域配風(fēng)量達(dá)到8000m3/min時(shí)，負(fù)壓為1579Pa，等積孔為3.9m2；當(dāng)南翼區(qū)域配風(fēng)量達(dá)到6000m3/min時(shí)，負(fù)壓為2253Pa，等積孔為2.7m2。

4 效果檢驗(yàn)

南北分區(qū)實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行后，北翼回風(fēng)井使用FBCDZ№26/2×355kW主要通風(fēng)機(jī)，葉片角度調(diào)整為-3°，風(fēng)量為8071m3/min，負(fù)壓1550Pa，實(shí)測與模擬誤差為1.9%；南翼回風(fēng)井使用FBCDZ№29/2×355kW主要通風(fēng)機(jī)，葉片角度調(diào)整為-10°，風(fēng)量為6000m3/min，負(fù)壓2160Pa，實(shí)測與模擬誤差為4.3%，詳見表2。

表2 礦井分區(qū)通風(fēng)模擬結(jié)果與實(shí)測值誤差對(duì)比

5 結(jié) 論

(1)由于礦井南北區(qū)域的分區(qū)特點(diǎn)，造成了南翼區(qū)域的進(jìn)風(fēng)側(cè)阻力遠(yuǎn)大于北翼區(qū)域進(jìn)風(fēng)側(cè)阻力，因此分區(qū)通風(fēng)時(shí)，在北集中軌道大巷和北集中運(yùn)輸大巷設(shè)置了正反向風(fēng)門，隔斷礦井南北區(qū)域的通風(fēng)聯(lián)系。

(2)Ventsim三維通風(fēng)動(dòng)態(tài)仿真模擬系統(tǒng)的可信度高，實(shí)用性強(qiáng)，可將通風(fēng)系統(tǒng)后的模擬結(jié)果直接應(yīng)用于實(shí)際礦井調(diào)風(fēng)。

(3)只有依靠詳盡的基礎(chǔ)工作，踏勘現(xiàn)場每條巷道，取得詳盡的一手資料，并進(jìn)行分析整理，建立高度仿真的通風(fēng)模型，模擬結(jié)論才能更接近于真實(shí)。