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        基于Ventsim仿真系統(tǒng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

        2021-02-06 08:24:18王明建黃文爭
        2021年1期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)區(qū)立井風(fēng)井

        王明建,陳 健,黃文爭

        (1.山西三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長治 046000;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000;3.礦山熱動力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實驗室,遼寧 阜新 123000;4.冀中能源峰峰集團(tuán) 檢測中心,河北 邯鄲 056201)

        礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分之一,有煤礦“心臟”之稱,擔(dān)負(fù)向井下輸送新鮮風(fēng)流、稀釋與排出有毒有害氣體、排放粉塵及熱濕等重要任務(wù)。合理、可靠、穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)是防止瓦斯災(zāi)害、煤塵爆炸及火災(zāi)等災(zāi)害發(fā)生的有效方法,同時也是井下人員健康工作、設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)及良好工作環(huán)境維持的有力保障。

        通過Ventsim仿真系統(tǒng)可以對礦井巷道風(fēng)流的風(fēng)量、風(fēng)速及阻力進(jìn)行模擬,實時三維顯示計算結(jié)果,并可將計算結(jié)果導(dǎo)出至EXCEL中,供礦井通風(fēng)管理人員查看與分析,為井下實際通風(fēng)管理提供依據(jù)[1-2]。本文在實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,結(jié)合礦井通風(fēng)理論和Ventsim仿真平臺進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算,為該礦通風(fēng)系統(tǒng)的改造(北部風(fēng)井的建立)提供理論指導(dǎo)[3]。

        1 礦井概況

        1.1 礦井交通與通風(fēng)

        該礦井中部為目前采掘區(qū)域,北部為待采區(qū)域。目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)為三進(jìn)兩回布置,南部主立井、副立井和中部副立井進(jìn)風(fēng),南部回風(fēng)立井和中部回風(fēng)立井回風(fēng)。

        1.2 礦井煤塵與瓦斯

        井田恒溫帶深度在40 m左右,恒溫帶溫度為13.5 ℃,地溫梯度1.3 ℃/100 m,屬地溫正常區(qū)。目前所采3號煤層的煤塵具有爆炸危險性,3號煤層屬于不易自燃煤層。礦井實測瓦斯賦存主要參數(shù)見表1。

        表1 瓦斯賦存主要參數(shù)

        2 北部風(fēng)井建設(shè)的必要性

        目前南部回風(fēng)立井回風(fēng)17 500 m3/min,中部回風(fēng)立井回風(fēng)14 500 m3/min,根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接規(guī)劃,中部回采結(jié)束后轉(zhuǎn)移至北部區(qū)域進(jìn)行回采。礦井北部盤區(qū)按照東西翼同時開采設(shè)計,計劃布置2個回采工作面、2個備用工作面、14個掘進(jìn)工作面,南翼區(qū)域無采掘工作面。

        北部區(qū)域若不建設(shè)風(fēng)井,則由中部進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)、中部回風(fēng)立井回風(fēng),按照通風(fēng)最困難時期,設(shè)計最大阻力路線:中部進(jìn)風(fēng)井—北部進(jìn)風(fēng)大巷—采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷—工作面運(yùn)輸巷—工作面—工作面回風(fēng)巷—采區(qū)回風(fēng)巷—北部回風(fēng)大巷—中部回風(fēng)井,路線總長度達(dá)到了18 090.6 m。根據(jù)《AQ 1028-2006 煤礦井工開采通風(fēng)技術(shù)條件》5.1.9的規(guī)定,礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量大于20 000 m3/min時,總阻力應(yīng)小于3 920 Pa,北部區(qū)域總需風(fēng)量見表2。

        表2 礦井北部區(qū)域需風(fēng)量

        根據(jù)目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)實測參數(shù)、礦井北部區(qū)域需風(fēng)量及路線總長度,結(jié)合公式H=RQ2,預(yù)估未來的礦井通風(fēng)系統(tǒng)最大總阻力約為12 000 Pa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)定的3 920 Pa。因此,根據(jù)規(guī)定有必要規(guī)劃建立北部進(jìn)風(fēng)井,并對其可行性進(jìn)行論證[4-5]。

        3 礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)的建立

        以礦井采掘工程平面圖為基礎(chǔ),建立礦井三維通風(fēng)仿真模型,根據(jù)實測的礦井巷道參數(shù)對仿真模型中每條巷道的賦值,并進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算。通過與測試數(shù)據(jù)對比驗證,仿真結(jié)果誤差不超過5%,表明可基于該仿真模型對建設(shè)北部進(jìn)風(fēng)井的可行性進(jìn)行論證,礦井實測參數(shù)見表3[6]。

        依據(jù)實測參數(shù)(詳細(xì)參數(shù)見表3),以目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)建立仿真模型,通過仿真模型計算出模擬負(fù)壓,并與礦井風(fēng)機(jī)房水柱計的實測負(fù)壓進(jìn)行對比[7-8],計算誤差,見表4。

        表3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)實測參數(shù)

        表4 礦井仿真與實測負(fù)壓

        4 北部建設(shè)進(jìn)風(fēng)井的通風(fēng)系統(tǒng)仿真

        北部建設(shè)進(jìn)風(fēng)井的通風(fēng)仿真系統(tǒng)依據(jù)該礦通風(fēng)最困難時期進(jìn)行設(shè)計,在北部九盤區(qū)按照東西翼同時開采設(shè)計,總風(fēng)量按36 000 m3/min配給。

        1) 不建設(shè)北部進(jìn)風(fēng)井。中部進(jìn)風(fēng)立井作為主進(jìn)風(fēng)井,南部進(jìn)風(fēng)立井輔助進(jìn)風(fēng),中部回風(fēng)立井回風(fēng)。在目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合北部區(qū)域需風(fēng)量和礦井實測參數(shù),建立包括北部區(qū)域在內(nèi)的全礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng),利用此仿真系統(tǒng)計算礦井通風(fēng)最困難時期的阻力。仿真結(jié)果:礦井最困難時期通風(fēng)阻力為8 930.5 Pa,超出規(guī)定的3 920 Pa,個別出現(xiàn)巷道超速現(xiàn)象,見表5。

        表5 方案1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力

        2) 建設(shè)北部進(jìn)風(fēng)井。中部進(jìn)風(fēng)立井和北部進(jìn)風(fēng)立井同時作為進(jìn)風(fēng)井,中部回風(fēng)立井回風(fēng)。利用所建立的全礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng),并結(jié)合北部區(qū)域需風(fēng)量和礦井實測參數(shù)[9],建設(shè)北部風(fēng)井后礦井通風(fēng)最困難時期的阻力,仿真結(jié)果:礦井最困難時期通風(fēng)阻力為3 559.0 Pa,符合規(guī)定的要求,見表6。

        表6 方案2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力

        根據(jù)仿真數(shù)據(jù)(表5)繪制北部風(fēng)井建設(shè)前的礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力三區(qū)分布圖,由圖1可知,進(jìn)風(fēng)區(qū)通風(fēng)阻力為4 452.0 Pa,用風(fēng)區(qū)阻力為735.2 Pa,回風(fēng)區(qū)阻力為3 743.3 Pa。用風(fēng)區(qū)阻力占通風(fēng)總阻力比例較小,而進(jìn)、回風(fēng)阻力占總阻力的90%以上,顯然是由于進(jìn)、回風(fēng)路線過長導(dǎo)致。同時總阻力也超出了所規(guī)定的3 920 Pa。

        根據(jù)仿真數(shù)據(jù)(表6)繪制北部風(fēng)井建設(shè)后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力三區(qū)分布圖,由圖1、圖2可知,進(jìn)風(fēng)區(qū)阻力由4 452.0下降為786.2 Pa;用風(fēng)區(qū)阻力為722.8 Pa,基本沒有變化;回風(fēng)區(qū)阻力由3 743.3 Pa下降為2 050 Pa,與建設(shè)北部風(fēng)井前相比,進(jìn)、回風(fēng)阻力明顯下降,三區(qū)阻力分布較之前更加合理,同時滿足了規(guī)程的要求。

        圖1 通風(fēng)阻力三區(qū)分布(建設(shè)北部進(jìn)風(fēng)井前)

        圖2 通風(fēng)阻力三區(qū)分布(建設(shè)北部進(jìn)風(fēng)井后)

        5 結(jié) 語

        本文依托礦井建設(shè)北部區(qū)域進(jìn)風(fēng)井工程,采用理論分析、現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬等綜合研究方法,結(jié)合Ventsim仿真系統(tǒng),對礦井建設(shè)北部風(fēng)井前、后的通風(fēng)困難時期的最大通風(fēng)阻力進(jìn)行預(yù)測。仿真數(shù)據(jù)結(jié)果顯示,建設(shè)北部風(fēng)井前通風(fēng)困難時期礦井最大通風(fēng)阻力高達(dá)8 930.5 Pa,進(jìn)、回風(fēng)阻力占總阻力90%以上;建設(shè)北部風(fēng)井后通風(fēng)困難時期礦井最大通風(fēng)阻力降至3 559.0 Pa,進(jìn)、回風(fēng)阻力明顯下降,進(jìn)風(fēng)區(qū)、用風(fēng)區(qū)和回風(fēng)區(qū)三區(qū)阻力分布更加合理,同時滿足規(guī)程的要求。根據(jù)Ventsim仿真系統(tǒng)的模擬結(jié)果可知建設(shè)北部風(fēng)井的方案可行,這具有一定的指導(dǎo)意義。

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