通风系统建模时间：2015年8月10日

导读：山西兰花科创大阳煤矿是集一家采煤、洗煤、煤矸石制砖于一体的现代化新型企业，全国安全高效矿井和安全质量标准化矿井，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ventsim的仿真，发现该矿井总阻力偏大、负压偏高，并提出了相应的问题解决方案和建议。Ventsim的使用对于东峰煤矿的实际通风安全提供了帮助。

一、通风系统现状

1、矿井基本情况介绍

a.大阳煤矿井田共有五个井筒，其中主斜井、副斜井、北进风立井、南进风井、四个井筒进风，西回风立井回风；

b.通风方法为机械抽出式：

    中央回风井主通风机型号：FBCDZ No28 

    配用电机功率为：500kW×2

c.采煤工作面采用一进两回“U+I”型通风；

    现阶段工作面：

    采煤工作面——3402采煤工作面

    备采工作面——3404备采工作面

    掘进工作面——3304运输顺槽掘进工作面、3304回风顺槽掘进工作面、3304辅助回风巷掘进工作面、四采区胶带巷掘进工作面

2、矿井通风系统简单分析

从风井井筒数量来看，进风井4个，副斜井进风风量最大；北进风立井、主斜井次之，南进风立井最小且进风路线最远；回风立井1个，单从此方面来看，进风能力大于回风能力；

井下主要用风地点为三采区和四采区，两个采区之间互相影响，三采区通风构筑物较多；

从位置关系来看，北进风立井距西回风立井最近，主斜井、副斜井、南进风立井距离西回风立井都比较远，使得矿井负压偏高。

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，采用基点法。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：红色带括号数据为负值，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、重建模型

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中的问题

井筒摩擦阻力系数：

修正前

修正后

固定量：

在原有模型中，局部通风机固定风量，风筒固定长度，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。

基础参数设置：

模型中，设置了很多风阻及摩擦阻力系数的参数，但是大部分的参数是不可用的，而且不能修改。一经修改会出现如下对话框，这样就会给修正模型的工作中带来一些麻烦。

设施隐藏：

在一些有风门的巷道中，我们会测量巷道两端的压差及风量，计算出一个风阻值，赋予模型中，然后会出现一个风门的图标。但是在这个模型中，输入风阻值后，不会出现风门图标。这样就会造成视觉的忽略，以后的模拟优化中同样会忽略这一点。

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（1#主通风机）

        模型工况：                实际工况：

            Q=10810m³/min            Q=10844m³/min

            H=3467.2Pa               H=3450Pa

            P=831.0kw                P=866.0kw

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大阳2015.08.11.VSM

三、矿井通风系统存在问题浅谈

1、通风路线长

进风路线长，占总阻力的比例较大，是导致矿井总阻力偏大的一个重要原因。

通过本次实测，做出如下统计：本次测量主测路线进风段占总路线的72%，进风路线过长。

通过本次实测及数据统计，进风路线的阻力占矿井总阻力的51%。故应降低进风路线的阻力。

2、风速超限

在实际测量中发现多处超风速现象，违反了《煤矿安全规程规定》。以上为轨道巷（左） 、回风巷（右）超风速地点。

3、小结

井下巷道布置主要进风大巷有两条，回风大巷只有一条，风量集中，部分地点风速超限；经过我们实测发现，西翼轨道大巷及回风大巷巷道断面并不是最优断面，实际有效断面偏小；进风路线较长是矿井总阻力偏大，负压偏高的重要原因。

四、矿井通风系统优化构想 

风机运行工况

    风机型号：FBCDZ  No28

    风量：10626m³/min

    负压：3454Pa

    功率：877.2KW

    效率：73.3%

主斜井、副斜井、南进风立井都由+750水平轨道运输大巷和+750皮带运输大巷进风，而+750水平没有实际用风地点，三个进风井筒共进风6676m³/min，距回风立井较远；北进风立井进风3829m³/min，距回风井最近。       

基于以上问题，提出增大北进风立井进风风量，缩短主要进风路线长度以降低矿井负压的通风系统改造方案。

1、北进风立井优化

本次实测过程中发现：北进风立井的摩擦阻力系数较大，达到0.05N*s2/m4;井口有防爆井盖；井底有大量障碍物，造成局部阻力偏大。

建议去掉防爆井盖，清理井底障碍物，以减少损失。

优化后北进风立井

    风量增加：2738m³/min

优化后西回风立井

    负压降低：349Pa

2、扩刷部分巷道:以模型中唯一编号为3038的巷道为例

例：西翼轨道巷

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，选出一下巷道建议扩巷：2733、3031、3038、3032、2904、2813、2967、3023、2834（巷道唯一编号）。

3、经过以上两步优化后对比风机工况点

优化前

优化后

        负压降低：488.3Pa

        风量增加：1001m³/min

4、下调风机叶片角度

优化前风机运行工况

优化后风机运行工况

        风量增加：425m³/min

        负压降低：772Pa

        功率下降：142kw

5、风排瓦斯分析

90年代我国瓦斯风排情况：

  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。

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。