通风系统建模时间：2015年1月12日

导读——潞安集团余吾煤业有限责任公司的三维可视化通风模型是基于VENTSIM软件平台构建的三维可视化系统。在实测数据的基础上进行ventsim三维仿真发现：西风井与北风井之间存在风量交叉问题，造成了通风复杂；在模型中存在固定长度风路28条，严重影响了通风网络解算。通过仿真，提出了余吾煤业北翼通风系统优化的3种构想，对余吾煤业的通风安全给予了一定帮助。

一、余吾北风井通风系统现状

1、北风井地面工业广场介绍：

 工业场地内布置北进风立井和北回风立井。通风方式为：中央并列式。‍‍其三个特点为‍‍：                  

  a.折返式进回风风流路线

  b.瓦斯与自然发火因素

  c.全负压通风形成快

 主通风机型号：ANN-3900-2000B型，机械抽出式。

 运行工况特点：当前风机不能变频、固定角度的工况点不是最优工况点，因此负压运行偏高。

2、北风井及大巷的主要进回风情况 

  所有数据均来源于实测，存在误差，敬请见谅。

3、西风井及北翼大巷的主要进回风情况

  西风井：总进风量为27390m³/min

  北翼大巷的进风及风量分配：北翼总进风量为5272m³/min

4、北风井服务范围内

  生产工作面三个，N1102、 N1202 和N2105；

  备采工作面一个，N2201；

  掘进工作面主要有6个，N1101胶顺、N1205胶顺、N1105胶顺、N2103胶顺、N2102回顺、N2103高抽巷掘进工作面。 

5、西风井与北风井的联合运行简单分析：

新鲜风流从西风井进入北翼后，分别从北翼辅助运输大巷、北翼胶带运输大巷、北翼进风大巷流过，其总风量为5272 m³/min，其中一部分风经过北翼回风大巷由西风井排出3081m³/min ，剩余2191m³/min送往北风井各用风地点，由北风井排出。

可见，西风井与北风井之间存在风量交叉问题，造成了通风复杂。

二、 北风井模型修正

1、基础资料收集 

 基于最新的通风系统图将模型更新到了最新状态，并通过、采掘工程平面图等资料中测点标高等数据，详细核实了模型标高。  

2、井下实测阶段 

   通过井下实测工作，基本摸清了北风井通风现状，也获得了大量的真实数据，为下一步的工作奠定了基础。以下为部分实测数据：  

3、数据处理及模型赋值

  通过井下数据搜集，做了大量的数据处理、资料分析以及模型修正工作，发现了原来模型存在的很多问题，经过对模型通风参数重新赋值，当前模型实际误差率已经小于5%，同时也超出了澳大利亚专业建模公司的7%的误差水平。

  部分北风井摩擦阻力系数计算表 

 4、模型对比  

三. 北风井模型准确性

 1、井筒及总进、回风巷准确性

 2、主要进、回风大巷准确性

3、主要用风地点准确性

4、主通风机运行工况准确性

5、北翼主通风机的性能

6、小结

  经过对比表可以看出，在矿井的主要进、回风大巷以及各主要用风地点的风量偏差不大，主通风机风量及负压等整体的误差率＜5%，与实际情况基本吻合，可以满足生产需要，能够准确的进行模拟和预测。

四、北风井通风系统优化

  北风井现担负三个采煤工作面，一个备采工作面，六个掘进工作面用风任务，现风机运行能力为风量29909m³/min，风机运行负压在2900Pa左右，且根据观测，1#风机通风能力大于2#风机。

  N2105工作面日产6000t，风排瓦斯量为31m³/min，工作面采用双U型通风方式，N1202工作面日产10000t，风排瓦斯量为5 m³/min，采用单U加高抽的通风方式。 

  北风井风排瓦斯量为82.63m³/min（浓度0.27%），导致需风量较大。

1、通风系统分析

  北风井通风方式为中央并列式，井底大巷三条进风，两条回风。单从此方面来看，进风能力大于回风能力，造成回风阻力偏大。

  由于屯留矿属于高瓦斯矿井，所以适宜采用对角式通风，其风流在井下的流动路线是直向的，风流路线短，阻力小且工业广场不受回风污染和通风机噪声的危害，故屯留矿现在使用中央并列式造成风流路线较长，阻力大，是使得负压偏高的原因。

  北风井风排瓦斯量为82.63m³/min，N2105工作面风排瓦斯量为31m³/min，占37.5%，导致北风井需风量较大，且N2105开采已经接近尾声，可以考虑在开采结束后适当降低风量，使风机运行工况更合理。

2、北风井风排瓦斯量统计表

  北风井风排瓦斯量82.63m³/min，其中主要用风地点的风排瓦斯量为72.81m³/min，占总风排量的88%。

  N2105工作面采用双U型通风，风排瓦斯量较大，而N1202采用单U加高抽，风排瓦斯量相比之下大大减小，故工作面采用单U加高抽通风方式有利于矿井瓦斯管理。

3、风排瓦斯分析

 90年代外国瓦斯风排情况

  a.排除全矿井瓦斯量80%～90%

  b.排除回采工作面瓦斯量70%～80%

  c.排除装有抑尘装置回采工作面的粉尘量的20%～30%

  d.排除深井回采工作面热量的60%～70%

 在诸多因素中，CH4、高温和由自燃煤层的矿井通风系统有不同要求，合理的通风系统必须有利于排出矿井瓦斯、降低工作面的温度、防止煤炭自燃。

4、矿井负压与瓦斯涌出量的关系

  论文资料：随着矿井负压的提高，矿井瓦斯涌出量会很快增加，而随着负压的降低，矿井瓦斯涌出量会慢慢地减小。

  在山煤集团鑫顺煤业，我们研究发现，得到了相同的结论。

五、优化构想

 构想一 

  西风井北翼没有用风地点，北翼新鲜风流一部分经过北翼回风巷，由西回风井排出，剩余风量则送往北风井，由北回风立井排出。在这一分风过程中，由于北翼和北风井在交叉处有连接，所以导致北风井风机和西风井风机存在联合运转相互影响问题。

  基于以上问题，故提出将北翼四条大巷全部改为进风巷道，新鲜风流由中央风井进入，送到北风井用风地点，最后由北回风井排出的通风系统改造方案。

1、具体技术方案

2、变化前后风机工况比较

  变化前   

 变化后

  风量增加：1089m³/min

  负压降低：300.3Pa 

  效率降低：5.9%

  功率增加：11.8KW

3、变化前后井筒及主要进、回风大巷比较

  北翼大巷风量变化

  北风井工作面风量变化

4.改造后矿井反风

  采用方案一以后，北翼大巷全部改为进风巷道，没有了回风巷道，是不是会无法实现矿井反风，针对这个问题，我们进行了模拟研究。根据研究，在一些巷道增加反风风门即可实现矿井反风。

北风井反风:

  反风时北风井风流方向改变，而西风井风流方向不变，北翼巷道风流反向，此时需要控制北翼风流进入回风，避免影响西风井其他用风地点。

具体方案如下：

  a.北风井反风调节

  b.局部反风：以下图红框中巷道反风为例

  由此可见，采用方案一以后，可以实现矿井反风问题。

  c.反风最佳时间分析

  矿井反风时,0-t1阶段风量逐渐减小，t1时停风，t1-t2时为反风阶段，t2时反风风量达到最大。具体时间应实时分析。

5.小结  

  a.由以上可以看出，采用本方案时，北翼与北风井西翼无任何设施，风流由北翼流向西翼，风流稳定。

  b.降低了北进风立井的进风量，解决了风速超限的问题。 

  c.改造后，北风井主扇负压降低300Pa，风量略有增加，届时，西风井负压有所增高，可以通过系统优化，降低负压。

  d.改造后，北风井可以实现矿井反风。

 构想二

  在构想一的基础上，进一步减轻北风井主扇的运行压力，在保证矿井各用风地点风量基本不变的情况下，提出调整叶片角度，即由现在的45°调整到40°。

1、北风井主要用风地点风量统计

 由上可知，北风井主要用风地点需风量为20000m³/min，且由于北风井进、回风联巷较多，漏风较多，加上其他地点用风及漏风，故保证矿井风量为28000m³/min即能满足生产需要。

2、北风井风机调整角度后风机工况变化

 变化前    

变化后

  风量减少：1680m³/min

  负压降低：698.6Pa 

  效率降低：8.5%

  功率降低：370KW

3、风量变化

  北翼大巷风量变化

  工作面风量变化

4、小结

  从风量变化情况来看，井筒、主要进回风巷的风量均有所减少，主要用风地点的风量略有减少。

  从经济性方面考虑，调整叶片角度后，风机负压由现在的2900Pa，降低至2202Pa，负压下降698Pa，缓解了主扇的运行压力，功率下降370KW，每年节约电费294万元。

 构想三

  由于北风井采用中央并列式通风，风流路线长，通风阻力偏大；另一方面改变矿井通风方式对瓦斯治理来说也是有利的，由于不清楚增加井筒是否对整个矿井有较大的影响，按照采用中央并列式与对角式混合通风的思路，我们对矿井进行了假想研究：

  根据其他矿的一些经验，我们假想：

  a.在构想一的基础上在东翼增加进风立井。

  b.在全矿井不变的情况下，增加东、西翼进风立井。

 1、开掘东翼进风立井

  a.东翼进风立井直径与北风井主扇负压变化情况

  当东翼井筒直径从2m增大到7.5m时，负压会随着直径增大而减小，但总体的下降趋势很小。所以开掘东翼进风立井意义不大。

 2、开掘东、西翼进风立井

  a.东、西翼进风立井直径与北风井主扇负压变化情况

  当东西翼井筒直径为3m时，负压下降300Pa,当直径达到4.5m时，负压下降500Pa，之后，随着井筒直径的不断扩大，负压下降趋势减小。

总的来说，开掘东西翼进风立井投资大，无现实解决意义。 

 3、小结

  本方案对于改变通风系统来说，是最有效的办法，但是从模拟结果来看，无论是开掘东翼进风立井还是开掘东、西翼进风立井都对矿井问题没有实质性帮助，且采用此方案还要考虑到资金、管理等方面的因素，所以本方案只为一种猜想。

 结论

 1、推荐构想二：

  a.N1202、S2107、S1206进风都略有增加；

  b.解决北进风井风速超限问题；

  c.北翼西翼相连处风流稳定：

  d.北风井主扇负压下降700Pa,节省电费294万元/年；

 2、通过计算北风井主要用风地点的风排瓦斯量，同时对比工作面不同的通风方式，U型加高抽的通风方式更有利于矿井瓦斯的管理。 

 3.排查变形巷道，对于巷道变形严重的巷道及时维护;避免局部巷道造成通风瓶颈，节省通风成本。

 4.矿井负压与矿井瓦斯涌出量有着微妙的关系，矿井通风负压增大时，矿井瓦斯涌出量也会随着增大。