閆巖

（霍州煤電集團 河津薛虎溝煤業(yè)有限責任公司，山西 霍州031400）

0 引 言

礦井通風是我國保障礦井生產(chǎn)安全、避免瓦斯聚集的重要措施。在日常的通風方式下，常常由于通風線路過長、系統(tǒng)較為復雜及通風阻力大等因素，導致礦井通風效果差，因此對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計是十分重要的[1-3]。此前姚晨[4]通過羊東礦的礦井通風阻力進行測定，提出了相應的降低能耗的方法，經(jīng)過測定發(fā)現(xiàn)羊東礦為容易通風礦井，并提出相應的優(yōu)化方案。邢亮亮[5]為解決礦井通風阻力大、風量過小等問題，通過對礦井通風參數(shù)進行研究，提出了優(yōu)化方案。經(jīng)過現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后可以大幅降低風阻，且滿足礦井通風需求效果較佳。本文以薛虎溝為研究對象，基于Ventsim對礦井的通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，為礦井安全生產(chǎn)、提升礦山經(jīng)濟奠定基礎。

1 礦井概況

薛虎溝礦隸屬于霍州煤電集團河津薛虎溝煤業(yè)有限責任公司，該礦井田面積56.3 km2，礦井年設計生產(chǎn)0.8 Mt，核定生產(chǎn)能力為0.9 Mt。礦井采用中央及分區(qū)混合的通風系統(tǒng)，選用抽出式的通風方式，經(jīng)過對礦井瓦斯含量及通風量進行測定，發(fā)現(xiàn)該礦的總進風量為27 899 m3/min，礦井的瓦斯涌出量為489 m3/min，瓦斯抽采量約為380.9 m3/min，風排量為111.8 m3/min，礦井的瓦斯涌出量主要來自圍巖及煤層，隨著礦井的開采量進一步增大，礦井現(xiàn)有的通風系統(tǒng)不足以支撐需風量，所以對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計是十分必要的。

2 通風系統(tǒng)研究

為了對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計對礦井進行通風阻力的測定是必不可少的，常見的通風阻力測定方法有氣壓計法和壓差計法，結合薛虎溝礦井的情況，選定氣壓計測定法，通過對通風線路進行測定得出通風阻力，礦井通風系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：

目前薛虎溝礦存在的通風問題主要有，①礦井的通風線路長通風設施多、阻力大、角聯(lián)巷道比較多，所以造成采區(qū)內(nèi)部的通風阻力較大大，兩翼主通風機都在高負壓的情況下運行；②掘進工作面較多，使得通風系統(tǒng)較為復雜；③在礦井的北翼煤層露頭嚴重，出現(xiàn)漏風現(xiàn)象，對礦井的北翼回風側造成威脅。

對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，①首先將廢棄的巷道進行封閉，布置專用的回風巷道，實現(xiàn)每個采掘工作面可以形成單獨的通風系統(tǒng)；②利用+1 280 m的運輸巷為南北翼回風大巷，結合三水平延深，增加南北翼邊界回風上山，增設1條回風上山在北一采區(qū)和北二采區(qū)間，實現(xiàn)南北翼采掘工作面獨立通風；③礦井的南北翼通風機在高負壓下進行運轉，在南翼增大回風斜井的斷面尺寸降低風阻，提升風量，由于北翼的井筒漏風較為嚴重，所以需要布置新的回風井，實現(xiàn)安全開采。綜上所述可以看出，在進行薛虎溝礦井優(yōu)化時主要是對北翼回風井進行位置設定。

2 通風系統(tǒng)研究優(yōu)化分析

根據(jù)相應的地質(zhì)資料對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化，提出布置新的回風斜井的優(yōu)化方案，將礦井北翼現(xiàn)有的廠房搬遷，將空出的場地進行回風斜井的布置?；仫L斜井沿著煤系地層底板與北一二采區(qū)之間的回風上山進行聯(lián)合布置，回風斜井井口的標高為+1 570 m，具體的方案布置情況如圖1所示。

圖1 通風系統(tǒng)優(yōu)化布置示意Fig.1 Optimal layout of ventilation system

基于Ventsim技術建立礦井通風三維系統(tǒng)是引進于澳大利亞通風系統(tǒng)仿真研究，在礦井的通風三維設計及通風網(wǎng)絡解算等方面十分常用。該系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)礦井通風設計、優(yōu)化、礦井除塵降溫及反風演習，該系統(tǒng)可以有助于礦山企業(yè)的合理配風，降低礦井通風成本，保障礦井的生產(chǎn)安全。

通風三維決策及仿真系統(tǒng)利用先進的計算機數(shù)據(jù)庫及虛擬技術。利用三維建模，將復雜的通風過程利用三維圖形直觀的展現(xiàn)出來，使用者可以隨著查看礦井巷道的實時情況，得出巷道的風量及風向等數(shù)據(jù)，當?shù)V井決策者進行決策時提供一定的參考，同時利用對不同范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進行標注不同色，對通風過程的數(shù)據(jù)及關鍵程度直接展示。系統(tǒng)作為通風經(jīng)濟性的計算方式，對礦井的通風的安全、合理性及通風經(jīng)濟性進行分析，既能保障礦井工作面的合理配風，也可以降低礦井通風的成本，提升礦井經(jīng)濟。此外礦井的通風三維決策及仿真系統(tǒng)也可以用于礦井的安全培訓。

利用Ventsim軟件對礦井進行三維仿真系統(tǒng)建立，在軟件的編輯中心建立礦井坐標。沿礦井風流方向?qū)ο锏肋M行布置，同時開啟捕捉功能，避免出現(xiàn)巷道未連接的情況。為了不影響計算的速度，將部分的聯(lián)絡巷進行忽略，對井下的建筑物的阻力進行設定，同時對井下主要巷道的摩擦阻力系數(shù)進行設定，完成通風阻力及摩擦系數(shù)設定后對風流的類型進行設定，在進行風流設定時只設定新鮮風流及污濁風流，并對風機進行設定。完成通風參數(shù)設定后對巷道斷面數(shù)據(jù)及巷道風量進行設定，完成上述設置后對模型進行模擬分析。優(yōu)化方案下的模擬系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 通風系統(tǒng)優(yōu)化布置Fig.2 Optimal layout of ventilation system

由圖2的模擬可以得出，經(jīng)過優(yōu)化后巷道的供風量、通風線路及通風阻力的通風參數(shù)均有了一定幅度的提升。經(jīng)過新增回風斜井有效的降低了通風費用、在回風斜井和北翼回風上山的通風效果好，通風順暢。優(yōu)化后得通風系統(tǒng)不僅可以快速得出風網(wǎng)結算、風流的需求及分流的動態(tài)模擬，同時也可以進行短期或長期的通風規(guī)劃，便于礦井設計人員和通風管理人員發(fā)現(xiàn)通風系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，保障礦井的安全生產(chǎn)及提升礦井經(jīng)濟效益。

3 結 語

本文為了解決薛虎溝礦通風系統(tǒng)井的通風線路長通風設施多、阻力大、角聯(lián)巷道比較多等情況，利用氣壓計測定法，對通風線路進行測定得出通風阻力，通過數(shù)據(jù)分析給出了布置新回風斜井的優(yōu)化方案，借助通風研究的先進軟件Ventism三維決策及仿真軟件快速得出風網(wǎng)結算、風流的需求及分流的動態(tài)模擬，為礦井工作人員對通風系統(tǒng)判斷及優(yōu)化提供一定的參考，為礦井安全生產(chǎn)提供一定的保障，并且有效的降低了通風成本，提升了礦井的經(jīng)濟效益。