五虎山矿井通风量数值模拟优化研究

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摘要：介绍了三维通风模拟仿真系统软件，针对五虎山矿井提高产量时风量不足的问题，提出了改变主通风机参数的通风优化方案，采用矿井三维通风模拟仿真软件数值模拟了主要通风机性能参数改变后对五虎山矿井主要巷道通风量的影响，结合现场实际得到该矿的最优通风方案。研究结果为今后五虎山矿井通风系统优化提供了理论基础和技术支持。

关键词：矿井通风；主要通风机；三维通风模拟仿真；通风量；数值模拟；优化

0引言

五虎山煤矿位于内蒙古自治区巴彦淖尔盟阿拉善旗东部，矿井采用综合机械化回采工艺，全部垮落法管理顶板。矿井通风方式为中央分列式，通风方法为抽出式，有4个进风井，分别为主斜井、副斜井、行人斜井、四层反斜井。有2个回风井，分别为9层回风斜井和12层回风斜井。矿井总进风量为13121m3／min，总排风量为13460m3／min，其中，9层回风斜井排风量为6808m3／min，负压为2470Pa，12层回风斜井排风量为6567m3／min，负压为2000Pa。五虎山矿井通风系统目前存在的问题是部分巷道通风量不足，严重影响了矿井的安全生产效率。针对五虎山矿井提高产量时风量不足的问题，提出了改变主通风机参数的通风优化方案，采用三维通风模拟仿真软件数值模拟了通风机性能参数改变后对五虎山矿井主要巷道通风量的影响，结合现场实际得到该矿的最优通风方案。研究结果为五虎山矿井和类似情况矿井通风系统优化提供了理论基础和技术支持。

1矿井三维通风模拟仿真优化软件

矿井通风系统是矿井生产的重要组成部分，是矿井实现安全生产的保障。矿井三维通风仿真系统利用数值仿真技术可以科学、准确地分析通风系统存在的问题，并找出解决问题的最优方案，是矿井通风系统优化改造的有力工具。矿井三维通风模拟仿真系统是典型的AutoCAD与GIS完美结合的面向煤矿“一通三防”行业特定应用需求定制开发的专业软件产品。基于灵活的样式与巷道位置坐标实现通风系统图、通风网络图、通风立体图、防尘系统图等通防专题图形实体的绘制与管理。基于图形特性可以灵活赋予或自动计算通风巷道分支与节点的各种属性值与实测值，构建风网风阻数据库。可实现新建矿山通风网络系统设计、解算和矿井风流动态模拟；生产矿山通风网络解算、通风现状分析、通风系统调整方案设计与分析、通风系统风流动态模拟；任意风路固定风量、固定风压、矿井风量按需分配解算及动态模拟。动态解算和模拟巷道贯通、新掘或废弃巷道分支后通风系统的风流分配；自动根据风量要求反算调节风阻和调节风窗面积，动态模拟风门、风窗、密闭等通风构筑物设置和风量调节效果。计算并动态模拟井巷断面或长度变化后通风系统的变化；可进行风机调速、反风计算和动态模拟。矿井三维通风模拟仿真软件界面如图1所示。

2数值模拟

2．1数值模型

针对五虎山矿井通风系统现状，采用矿井三维通风模拟仿真软件模拟主要通风机角度或运转频率的变化对周围风路的影响。根据矿井通风阻力测定报告、主要通风机性能测定报告及当前矿井通风系统图，建立了五虎山矿井通风系统网络解算数值模型，表1、表2为当前通风系统数值模拟主要通风机参数运行工况及各主要巷道解算风量与实测风量对比。从表1、表2可看出，该通风系统网络解算模型是较为接近矿井实际通风系统运行状况的，可以用于通风系统模拟预测。表2中的0表示实测风量中矿上没有这条巷道的实测值。

2．2模拟结果及分析

为提高矿井通风系统总风量，将9层主要通风机叶片角度设为13／15°，其他不变，进行通风网络解算。表3—表5为经矿井通风仿真系统模拟调整主要通风机参数后通风系统运行工况，主斜井、副斜井、各主要大巷、主要硐室等位置解算风量和解算阻力的数据。从表3可看出，改变9层煤主要通风机角度运行率后，模拟系统预测主要通风机压力由2364Pa降低至2186Pa，而实际测量矿井负压为2459Pa，与实际误差仅为113Pa，误差为4．5％，精度可以满足预测分析要求。通过模拟预测，从表4可看出，改变主要通风机参数后，9层轨道（24）、011206工作面、12层轨道、9层轨道（5）、12层胶带下山、盘区回风大巷、风硐、12层回风大巷、9层回风大巷、011206运输巷、9层回风大巷（153）各处解算风量均有大幅增加。011206运输大巷、9层轨道下山两处解算风量变化较小。预测结果与实际情况相符，说明此方案可行。通过模拟预测，从表5可看出，9层轨道（24）、011206工作面、12层轨道、9层轨道（5）、12层胶带下山、盘区回风大巷、12层回风大巷、9层回风大巷、011206运大巷、副斜井、主斜井各处解算压力有较为显著的增加。风硐、011206运输大巷、9层回风大巷（153）、9层轨道下山各处解算压力略有增加。预测结果与实际情况相符，说明此方案可行。

3结语

介绍了三维通风模拟仿真系统软件，针对五虎山矿井主要巷道通风量不足的现状，分析了五虎山矿井通风系统存在的问题，提出了改变主要通风参数的通风优化方案，采用三维通风模拟仿真系统软件数值模拟了通风机性能参数改变后对五虎山矿井主要巷道通风量的影响，为矿井通风系统主要通风机的调整提供了科学的方法，为今后主要通风机风量调整提供了经验。研究结果为今后五虎山矿井通风系统优化提供了理论基础和技术支持。

作者:石银斌 单位:国家能源集团乌海能源有限责任公司