王思潔

（山西沁和能源集團南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 前言

礦井深部開采對設備以及技術要求越來越嚴格，原來的礦井通風系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求，新的通風系統(tǒng)隨著開采深度的增加，也面臨調控效率低下、風量小、風流短路等情況[1-4]。針對上述情況，將巷道風機、風路、通風節(jié)點集成一體，建立動態(tài)管理模型，該模型檢測通風系統(tǒng)各個部件，對軟件解算值和監(jiān)測值對比分析，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)差異且達到一定的程度，就會預報，保證礦井施工安全，降低損失。

2 工程概述

南凹寺煤業(yè)由于礦井開采延伸，現(xiàn)有通風系統(tǒng)無法滿足生產(chǎn)要求。為實現(xiàn)礦井進出風的良性循環(huán)，需要針對礦井的實際情況，制定可行性通風網(wǎng)絡方案。經(jīng)過現(xiàn)場勘測，礦井的通風網(wǎng)絡現(xiàn)狀為豎井與斜坡較多，且分散，原來的系統(tǒng)無法滿足風量要求，調控也較難進行。另外，由于工作面分散，掘進過程中，井下的部分風機安裝的最佳位置被固定設施以及運輸設備占用。由于以上種種原因，導致主通風機進風量不滿足要求，因此，工作面易受自然風壓影響，損失率居高不下。

3 礦井方案設計

通風網(wǎng)絡設計需要權衡礦井的承載能力，不僅滿足各方需求，同時要減少資源浪費，確保安全生產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)有的通風網(wǎng)絡，考慮到通風網(wǎng)絡的變化與系統(tǒng)的成本，在原來通風網(wǎng)絡的基礎上增加接入節(jié)點，以適應目前巷道掘進現(xiàn)狀。圖1 為簡化通風示意圖。因為目前通風系統(tǒng)不符合整個礦井的要求，因此對礦井通風網(wǎng)絡提出改進方案：（1）在西回副井、風井聯(lián)絡道內安裝風門，使其組成獨立通風回路，達到風量要求；（2）在210m 中部設置局部風機，以補充西風井回風效應；（3）東回風井同樣設置風機，使其達到該區(qū)風量要求?？紤]大氣壓、溫度、自然風壓影響，防止出現(xiàn)新鮮空氣短路和污氣循環(huán)，在交叉口增設風門與空氣幕，使分流調控水平得到加強。上述方案的實施，不必再掘進斜井進行連通，減少工程量和工程耗費。另外，復雜區(qū)域被空氣幕、風機與風門分割成較獨立的通風結構，后期動態(tài)管理時各層的通風狀況便于獨立控制，對工程進展提供較好的安全保證。

圖1 通風示意圖

4 動態(tài)模型檢測技術

4.1 通風系統(tǒng)參數(shù)

表1為通風系統(tǒng)參數(shù)表，主要包括網(wǎng)絡、構筑物、通風機、環(huán)境、工作面等參數(shù)。上述參數(shù)與解算的速度和精準度有關，是動態(tài)模型創(chuàng)建的基本要素。根據(jù)參數(shù)能夠得到各部分風壓與風量，通過這些參數(shù)能夠對方案成效預判。

表1 通風系統(tǒng)參數(shù)表

4.2 回路風量解算

目前應用最為廣泛的一種風網(wǎng)解算算法是回路風量法，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在實現(xiàn)方便、運行速度快、收斂性較好等方面。由于礦井網(wǎng)絡復雜，回路多，易發(fā)生回路復雜化及誤判。所以對BFS 生成樹進行優(yōu)化，從而保證雙通路法解算，提升解算精確度與效率。圖2 是BFS 算法流程。BFS 算法步驟如下：（1）從網(wǎng)絡的初始節(jié)點開展排序與層次的劃分；（2）判斷關聯(lián)分支數(shù)，進而對其進行排序與等級的劃分；（3）把各分支當成起點，開展排序與層次的劃分，給第二層進行排序與等級的劃分；（4）訪問流程隨著每個分支劃到最終節(jié)點進而終止。 另外，回路解算時，依據(jù)不同等級與層次給對應權重進行設置，從而對風壓與風量模型精確分析。

圖2 BFS 算法流程

4.3 動態(tài)模型的建立與可視化

確定各種參數(shù)、解算方法及設計完通風網(wǎng)絡方案之后，對其進行封裝，從而成為獨立結構，計算機進行快速解算，成為動態(tài)管理模型，進而實時監(jiān)測礦井通風情況。SQLServer 數(shù)據(jù)庫包括風路、節(jié)點、風機等基本參數(shù)，使用BFS 生成樹，解算節(jié)點風量。為確保動態(tài)管理模型數(shù)據(jù)準確與可靠，需分析比較現(xiàn)場實測值和軟件模擬值。若兩者誤差大于12%，就會預報，如果不大于12%，會依據(jù)測定的數(shù)據(jù)，調整解算參數(shù)。圖3 是動態(tài)模型處理流程。

圖3 處理流程

在動態(tài)模型里，可在系統(tǒng)中對礦井工作狀態(tài)、風阻與風量開展判斷驗證之后，進而對參數(shù)進行修正。該技術具有以下優(yōu)點：（1）可以根據(jù)礦井通道的變化調整解算參數(shù)，更好地適應礦井不同規(guī)律；（2）可以檢測出，在不同氣候環(huán)境中，深部開采部分受自然風壓的作用；（3）使人員對通風系統(tǒng)的盲目判斷得到有效降低，能夠使工作人員快速了解通風系統(tǒng)的實時狀況，提高工程進速度。

5 動態(tài)模型應用分析

通風網(wǎng)絡的節(jié)點作為動態(tài)管理模型的關鍵監(jiān)測點，被全程不間斷的監(jiān)測。依據(jù)設計方案，通風系統(tǒng)中對應置放空氣幕、風機和風門。主聯(lián)通道路和豎井以及斜井相互關聯(lián)，并依據(jù)層次和等級的差異對不同段的豎井和斜井的風量進行分配，為進一步保證風量的平穩(wěn)性，相應數(shù)量的通風機被置放在交叉口的風機上。布置南凹寺煤業(yè)的通風系統(tǒng)且對比分析實測數(shù)據(jù)和動態(tài)管理模型的數(shù)據(jù)，結果如表2所示。

為對動態(tài)管理模型的準確性進行評判，南凹寺煤業(yè)通風系統(tǒng)關鍵節(jié)點需要持續(xù)監(jiān)測。由表2 的對比分析數(shù)據(jù)可得：關鍵聯(lián)絡道的風量需求在通風網(wǎng)絡的布置下被持續(xù)滿足。通過對比分析動態(tài)管理模擬數(shù)據(jù)和通風網(wǎng)絡節(jié)點的實測數(shù)據(jù)可得，兩者的結果和變化趨勢極為相近，由此可見，基于動態(tài)管理模型對于關鍵節(jié)點的風量變化模擬是較為準確的。進行一段時間不間斷的監(jiān)測，空氣幕調控風流的作用有了進一步的增強，通過對供風器的位置進行相應的調整，小范圍污風串聯(lián)的難題得到有效解決，削弱了自然風壓因素對通風系統(tǒng)的影響，使通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了極大的提升。

表2 模擬值、實際風量、實測值對比表

6 結論

（1）通過分析礦井通風系統(tǒng)，將風門、風機安置于210m 處聯(lián)絡道交叉口，使其成為較獨立的子循環(huán)系統(tǒng)，從而達到風量相關要求。為控制風流，使系統(tǒng)穩(wěn)定性受到自然風壓的影響降到最低，對供風器角度進行了調整，從而使通風系統(tǒng)穩(wěn)定性得到了加強。

（2）測定通風系統(tǒng)各項參數(shù)、確定回路風向解算法之后，把參數(shù)以及內容進行封裝，計算機進行快速解算，成為動態(tài)管理模型，進而實時監(jiān)測礦井通風情況，得到較好外部環(huán)境。

（3）使用分等級、分層的形式對復雜通風系統(tǒng)開展風量布置與分配，增強通風管理力度， 減弱自然風壓與污風串聯(lián)造成的不良后果。并且對參數(shù)管理設計進行修正，可以較好應對網(wǎng)絡變化及其相關網(wǎng)絡需求。

（4）采用優(yōu)化BFS 生成樹對復雜網(wǎng)絡回路風量進行解算，提升解算精度與速度，使失敗概率降到最低。