通风系统建模时间：2015年8月28日

导读：山西省阳城阳泰集团伏岩煤业有限公司位于山西省晋城市，主要从事原煤开采。其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，通过系统仿真和重建模型，发现了一些通风问题，并给予了相应的解决方案，对实际生产起到了一定的帮助作用。

一、通风现状

1、矿井基本情况介绍

a.伏岩煤业井田共有四个井筒，其中主斜井、副斜井、进风立井三个井筒进风，回风立井回风；

b.通风方法为机械抽出式

  回风立井主通风机型号：FBCDZ No26 

  配用电机功率为：350KW×2

  现阶段工作面: 

  采煤工作面——3106采煤工作面

  备采工作面——3103下分层备采工作面

  掘进工作面——3201上分层运输顺槽B段、二采辅助回风巷联络巷、3201上分层进风顺槽、3201上分层运输顺槽、二采辅助回风大巷、底板瓦斯抽放巷、3202运输顺槽

二、三维可视化矿井通风模拟系统修正

1、测量方法及部分巷道真实数据

井下巷道压力测量，采用气压计法。首先在井口同时设定三台仪器的基准压力，并记录三台仪器之间的误差，然后下井时将一台仪器留在井口（基点）监测大气压变化并自行记录，另两台仪器在井下测量各点压力，最后通过基点静压校正两测点的绝对静压。

针对井筒，我们进行了多次测量，求取平均值。

以下为部分巷道测量真实数据，如有误差，敬请见谅。

注：带括号数据为负值，由仪器本身精度及缺少部分真实标高造成。

以上只是部分数据，详细请查阅,《通风阻力测定报告》。

2、重新建模

通过通风部门紧密协助我们得到了最新的通风系统图、采掘工程平面图、一些基础性资料和原有模型。在这些资料的基础上，我们对全矿井进行了实际测量，采集到大量真实数据，发现原有模型存在诸多问题，实际上无法实现真正的仿真模拟效果，通风管理人员也无法使用模型解决矿井通风问题，进一步指导生产实践。我们需要重新建立模型，来实现矿井通风三维可视化模拟仿真系统的应用。

a.以下为部分原有模型和重建模型对比（主要井筒摩擦阻力系数）

进、回风立井修正前

进、回风立井修正后

风机修正前

风机修正后

在原有模型中主通风机固定风量，严重影响了通风网络解算，无法模拟主通风机实际运行工况点。

b.模型赋值，把井下实测数据输入模型（部分）

c.确定主通风机运行工况点，落实扩散塔面积，描绘风机（主通风机，局部通风机）特性曲线

d.录入风机库，在风路实际位置添加风机

3、模型准确性

4、回风立井通风机运行现状（2#主通风机）

    模型工况：                        实际工况：

        Q=9224m³/min                      Q=9151m³/min

        H=2559Pa                        H=2530Pa

        P=539.2kw                       P=520.7kw

5、小结

经过以上对比可以看出，矿井主要进回风井与实际风量偏差不大，主通风机风量及负压等整体误差率<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。更多详细情况可参考模型伏岩2015.8.28.vsm

三、矿井通风系统存在问题浅析

1、负压偏高

矿井实际风量在5000—10000的范围内，负压应该小于2500 Pa，而矿井真实负压为2530 Pa（下图），负压偏高。

2、进风立井阻力偏大

下图可以看出进风立井摩擦阻力系数为0.0424N ·s²/m⁴ （实测值），根据以往经验该值偏大。由于井口有防爆井盖，可能对进风立井的真实摩擦阻力系数有一定影响。建议去掉（抬高）防爆井盖，降低井口局部阻力，增大进风量。后续我们进一步测量，获取更真实的数据。

3、小结

从进风量来看，进风立井进风最多；从全矿井位置来看，进风立井距工作面和主要用风地点最近；缩短主要进风路线长度以降低矿井负压。本次实测过程中发现：进风立井的摩擦阻力系数偏大，井口有防爆井盖，井底有效断面不规整。建议去掉防爆井盖，扩刷井底巷道，以减少损失。

四、矿井通风系统优化构想 

1、调节通风构筑物

通风构筑物是矿井通风系统中必不可少的风流调控设施，也对整个矿井总阻力影响最大，合理安设调节通风构筑物，做到节能减排，是矿井通风技术管理的一项重要任务。通过研究发现，整体调节一些设施后，整个风网全压会有很大的变化。

a.需要调节设施的6个地方

                                    二采区胶带大巷（轨道皮带20—21号联络巷之间）

                                    二采区轨道大巷（二采区20—19号联络巷之间）

                                    3102上分层运输顺槽

                                    3106运输顺槽

3106进风顺槽 

3103下分层运输顺槽

b.经过调节设施优化后，风机工况点对比

优化前

优化后

        风量增加：953m³/min                    

        负压减少：482Pa  

c.通过下调频率使风机处于所需工况点   

优化前风机运行工况

优化后风机运行工况

        负压降低：829Pa

        功率下降：158kw

2、扩刷部分巷道

a.扩刷部分巷道，使巷道成为最优断面，减少损失。以模型中唯一编号为849的巷道为例

b.通过软件中的经济性模拟，我们找出需要优化的巷道，如图

针对这些巷道，再次进行择优选择，选出以下巷道建议扩巷：849、1212、1182（巷道唯一编号）

c.以模型中唯一编号为849的巷道为例，来研究一下扩刷巷道的必要性

唯一编号849的当前尺寸为1.9m×4.1m。由上图可以看出当为4.5m之后曲线才会平缓，对风网影响才会减小；当前尺寸还处于“上坡”区，因此扩刷巷道是很有必要的。

d.经过扩巷优化后，进风立井进风量对比

优化前

优化后

        风量增加438m³/min

3、经过以上两步优化后，下调频率，使风机处于所需工况点

1>.通风机运行现状

2>.通过调节设施优化后

3>.在调节设施优化基础上进行扩巷优化

        通过2>优化后，与1>相比：

        负压降低：829Pa

        功率下降：158kw

        通过3>优化后，与2>相比：

        负压降低：76Pa

        功率下降：16kw

        通过3>优化后，与1>相比：

        负压降低：905Pa

        功率下降：174kw

        按0.9元/kw，矿井有效工作日330日/年计算年节省电费：124万元

4、小结

矿井在当前风量下，负压为2530Pa偏高。建议调节通风构筑物，扩刷巷道，降低负压，同时下调电机频率，在保证矿井当前用风量的前提下，矿井服务年限按10年考虑，可节省1240万元。