盧 輝

（安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001）

煤礦通風(fēng)是保障礦井安全的主要技術(shù)之一。一個(gè)良好的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，可以保障礦井安全生產(chǎn)，減少煤礦通風(fēng)費(fèi)用［1-2］。當(dāng)煤礦發(fā)生災(zāi)害時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)能及時(shí)而有效地控制風(fēng)向和風(fēng)量，并配合其它災(zāi)害防治措施，控制災(zāi)害發(fā)展，防止其進(jìn)一步擴(kuò)大［3］。

目前，井下通風(fēng)問(wèn)題基本依靠技術(shù)人員憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行排查，易受井下環(huán)境和人員因素限制。本次模擬目的是結(jié)合富力煤礦目前生產(chǎn)情況，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)巷道的風(fēng)量和阻力分布情況進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入進(jìn)Ventsim三維通風(fēng)仿真軟件中，對(duì)全礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬并找出存在的問(wèn)題，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供技術(shù)資料和依據(jù)［4-5］。

Ventsim作為通風(fēng)領(lǐng)域較為先進(jìn)的軟件系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)流體模擬軟件，此軟件專門服務(wù)于礦井通風(fēng)，其采用風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬的方式來(lái)展現(xiàn)礦井通風(fēng)過(guò)程，所有內(nèi)建風(fēng)路均可具有真實(shí)尺寸與形狀，系統(tǒng)內(nèi)建70多種通風(fēng)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用可視化的方式管理內(nèi)建數(shù)據(jù)?？梢院芊奖愕倪M(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)解算和通風(fēng)過(guò)程模擬。

1 通風(fēng)系統(tǒng)概況

富力煤礦是抽出式通風(fēng)，兩條回風(fēng)井筒分別位于井田中部和北部，共有四臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)。其中南風(fēng)井安設(shè)兩臺(tái)FBCDZ-No.28型主要通風(fēng)機(jī)，額定功率2×450 kW，北風(fēng)井安設(shè)兩臺(tái)BDK-8-No.28型主要通風(fēng)機(jī)，額定功率2×450 kW。兩條回風(fēng)井回風(fēng)量之和為16490 m3／min，南風(fēng)井?dāng)嗝?2 m2，回風(fēng)風(fēng)量為7940 m3／min；北風(fēng)井?dāng)嗝?1 m2，回風(fēng)風(fēng)量為8550 m3／min。入風(fēng)井筒三條，總?cè)腼L(fēng)量15655 m3／min，其中立井?dāng)嗝?3 m2，入風(fēng)量9120 m3／min；材料井?dāng)嗝?12.5 m2，入風(fēng)量 5500 m3／min；皮帶井?dāng)嗝?1 m2，入風(fēng)量1035 m3／min。

現(xiàn)井下共有獨(dú)立風(fēng)流45處，其中采煤工作面3個(gè)（包括一個(gè)回撤工作面），掘進(jìn)工作面4個(gè)，開拓工作面5個(gè)（包括一個(gè)停工頭）。硐室10個(gè)，其他用風(fēng)地點(diǎn)配風(fēng)23個(gè)，富力煤礦目前不存在串聯(lián)通風(fēng)情況。井下現(xiàn)有密閉60道，其中采后封密閉14道，盲巷封密閉46道，擋風(fēng)墻36道；風(fēng)門25處／51道（其中井上電控風(fēng)門3道、通行風(fēng)門20道、通車風(fēng)門28道）。

2 模型建立與優(yōu)化

2.1 井下測(cè)量

首先研究礦井開拓和通風(fēng)特點(diǎn)，然后根據(jù)測(cè)定任務(wù)，先大致確定測(cè)量路線和測(cè)點(diǎn)。選擇風(fēng)量較大、測(cè)定內(nèi)容較多、且人員和儀器易于通過(guò)的路線。測(cè)定路線選定后，到井下實(shí)地查看線路是否合理，并作記錄。最后，對(duì)原選定的路線和測(cè)點(diǎn)進(jìn)行修改補(bǔ)充，并于通風(fēng)系統(tǒng)圖上標(biāo)明，對(duì)測(cè)點(diǎn)依次編號(hào)，然后根據(jù)標(biāo)好測(cè)點(diǎn)的通風(fēng)系統(tǒng)圖，繪制形狀與其相同的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖。將所有測(cè)點(diǎn)分成適當(dāng)?shù)膸捉M，每組測(cè)點(diǎn)組成一條阻力測(cè)定路線，然后組織人員對(duì)每條阻力測(cè)定路線進(jìn)行測(cè)量。

本次測(cè)量采用精密氣壓計(jì)分別測(cè)出各測(cè)點(diǎn)間的絕對(duì)靜壓差，再加上動(dòng)能差和位能差，以計(jì)算通風(fēng)阻力。井下測(cè)量記錄巷道斷面形狀、壁面完好情況、堆積物、積水情況、斷面積、風(fēng)量、所測(cè)阻力數(shù)值等。

2.2 模型建立與優(yōu)化

首先在CAD中打開富力煤礦最新的采掘工程平面圖，新建圖層并根據(jù)巷道層位關(guān)系繪制相應(yīng)中線；將所有巷道中線繪制完成并導(dǎo)入Ventsim三維通風(fēng)仿真軟件，生成相應(yīng)的二維模型；然后輸入采掘工程平面圖上對(duì)應(yīng)的標(biāo)高，形成相應(yīng)的三維模型圖，根據(jù)其通風(fēng)系統(tǒng)圖隱藏廢棄巷道、安設(shè)風(fēng)門風(fēng)窗等，對(duì)三維模型進(jìn)行修改優(yōu)化，最終形成與富力煤礦通風(fēng)系統(tǒng)相應(yīng)的三維模型。

對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將摩擦阻力系數(shù)、主要通風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)、風(fēng)門風(fēng)窗和巷道斷面等輸入三維模型，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，檢查各巷道內(nèi)的風(fēng)量和實(shí)際通風(fēng)情況是否一致，對(duì)與實(shí)際情況不同的巷道進(jìn)行局部調(diào)整，直至通風(fēng)情況與現(xiàn)場(chǎng)一致，最終形成與實(shí)際通風(fēng)系統(tǒng)相吻合的三維通風(fēng)模型，如圖1所示。

圖1 三維通風(fēng)系統(tǒng)模型圖

3 模擬結(jié)果分析

在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件系統(tǒng)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，待模擬成功，生成相應(yīng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)報(bào)告，分析富力煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，為后續(xù)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供參考依據(jù)。主要模擬報(bào)告如圖2所示。

圖2 主要模擬結(jié)果

經(jīng)軟件模擬得出，富力煤礦通風(fēng)巷道總長(zhǎng)度為87983.3 m，主要通風(fēng)機(jī)提供的通風(fēng)總功率為1119.2 kW，摩擦損失功率為862.4kW，其中風(fēng)筒損失71.7 kW，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)效率為70.9%，整個(gè)礦井的總阻力為3102Pa，礦井總風(fēng)阻為0.04915N·s2／m8。

經(jīng)計(jì)算得出富力煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段的通風(fēng)阻力的比例分別為41.5%、12.7%、45.8%，風(fēng)量能夠滿足礦井生產(chǎn)的需求，但是北一石門與北二石門生產(chǎn)集中，個(gè)別巷道風(fēng)量分配不足，需要進(jìn)行優(yōu)化，而且北二石門區(qū)域回風(fēng)阻力較大，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，此處冒頂嚴(yán)重，巷道需修復(fù)，以降低其通風(fēng)阻力。

目前井下通風(fēng)設(shè)施較多，路線較長(zhǎng)，全礦通風(fēng)阻力較大，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜。主回風(fēng)路線中，通風(fēng)約占全礦阻力的50%，說(shuō)明該礦井通風(fēng)能力還有一定提升潛力，其中北風(fēng)井區(qū)域回風(fēng)阻力最大，回風(fēng)巷道需修復(fù)，以降低其阻力。

經(jīng)循環(huán)風(fēng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，富力煤礦進(jìn)風(fēng)側(cè)存在3處循環(huán)風(fēng)，應(yīng)該作為關(guān)注的地點(diǎn)，但是這三處循環(huán)風(fēng)，都處在新鮮風(fēng)流側(cè)，對(duì)礦井安全影響不大，對(duì)這些巷道進(jìn)行一側(cè)增阻或減阻的方式，解決局部小循環(huán)。

對(duì)全礦巷道阻力進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)66條高阻巷道，除去通風(fēng)構(gòu)筑物后，還有8條巷道，分別是：北風(fēng)井；南風(fēng)井；新材料井下部；-240中七層回風(fēng)上山；矸石皮帶井-530處；二層回風(fēng)上山；二水平二分段-240南六大巷；五層暗井頂部。南北風(fēng)井作為回風(fēng)井，其通風(fēng)阻力大，嚴(yán)重制約礦井通風(fēng)系統(tǒng)能力的提升。

4 結(jié)論

通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)阻由原來(lái)的定點(diǎn)計(jì)算，變?yōu)槎c(diǎn)矯正、全礦測(cè)阻力的方式，易于掌握礦井通風(fēng)阻力的具體分布和不同區(qū)域內(nèi)的能耗，提升礦井通風(fēng)阻力測(cè)定的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

Ventsim三維通風(fēng)仿真軟件模型是完全按照礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際情況建立的，其運(yùn)行情況與實(shí)際通風(fēng)情況基本符合，使用此軟件輔助研究富力煤礦通風(fēng)系統(tǒng)，可以更加全面了解其通風(fēng)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，本次模擬結(jié)果可以真實(shí)反應(yīng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況，所以此模擬結(jié)果中通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，可以作為后續(xù)制定通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的依據(jù)，且軟件系統(tǒng)也可以針對(duì)這些問(wèn)題給出一些優(yōu)化建議，可作為參考。

由于富力煤礦開采水平較多，通風(fēng)線路長(zhǎng)，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，相比于通風(fēng)技術(shù)人員排查通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，利用Ventsim三維通風(fēng)仿真軟件模擬分析，不僅提升了準(zhǔn)確性，而且節(jié)省了大量時(shí)間和人力。