五虎山礦井通風量數(shù)值模擬優(yōu)化研究

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摘要：介紹了三維通風模擬仿真系統(tǒng)軟件，針對五虎山礦井提高產(chǎn)量時風量不足的問題，提出了改變主通風機參數(shù)的通風優(yōu)化方案，采用礦井三維通風模擬仿真軟件數(shù)值模擬了主要通風機性能參數(shù)改變后對五虎山礦井主要巷道通風量的影響，結(jié)合現(xiàn)場實際得到該礦的最優(yōu)通風方案。研究結(jié)果為今后五虎山礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：礦井通風；主要通風機；三維通風模擬仿真；通風量；數(shù)值模擬；優(yōu)化

0引言

五虎山煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾盟阿拉善旗東部，礦井采用綜合機械化回采工藝，全部垮落法管理頂板。礦井通風方式為中央分列式，通風方法為抽出式，有4個進風井，分別為主斜井、副斜井、行人斜井、四層反斜井。有2個回風井，分別為9層回風斜井和12層回風斜井。礦井總進風量為13121m3／min，總排風量為13460m3／min，其中，9層回風斜井排風量為6808m3／min，負壓為2470Pa，12層回風斜井排風量為6567m3／min，負壓為2000Pa。五虎山礦井通風系統(tǒng)目前存在的問題是部分巷道通風量不足，嚴重影響了礦井的安全生產(chǎn)效率。針對五虎山礦井提高產(chǎn)量時風量不足的問題，提出了改變主通風機參數(shù)的通風優(yōu)化方案，采用三維通風模擬仿真軟件數(shù)值模擬了通風機性能參數(shù)改變后對五虎山礦井主要巷道通風量的影響，結(jié)合現(xiàn)場實際得到該礦的最優(yōu)通風方案。研究結(jié)果為五虎山礦井和類似情況礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1礦井三維通風模擬仿真優(yōu)化軟件

礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的重要組成部分，是礦井實現(xiàn)安全生產(chǎn)的保障。礦井三維通風仿真系統(tǒng)利用數(shù)值仿真技術(shù)可以科學、準確地分析通風系統(tǒng)存在的問題，并找出解決問題的最優(yōu)方案，是礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造的有力工具。礦井三維通風模擬仿真系統(tǒng)是典型的AutoCAD與GIS完美結(jié)合的面向煤礦“一通三防”行業(yè)特定應用需求定制開發(fā)的專業(yè)軟件產(chǎn)品?；陟`活的樣式與巷道位置坐標實現(xiàn)通風系統(tǒng)圖、通風網(wǎng)絡圖、通風立體圖、防塵系統(tǒng)圖等通防專題圖形實體的繪制與管理?；趫D形特性可以靈活賦予或自動計算通風巷道分支與節(jié)點的各種屬性值與實測值，構(gòu)建風網(wǎng)風阻數(shù)據(jù)庫?？蓪崿F(xiàn)新建礦山通風網(wǎng)絡系統(tǒng)設(shè)計、解算和礦井風流動態(tài)模擬；生產(chǎn)礦山通風網(wǎng)絡解算、通風現(xiàn)狀分析、通風系統(tǒng)調(diào)整方案設(shè)計與分析、通風系統(tǒng)風流動態(tài)模擬；任意風路固定風量、固定風壓、礦井風量按需分配解算及動態(tài)模擬。動態(tài)解算和模擬巷道貫通、新掘或廢棄巷道分支后通風系統(tǒng)的風流分配；自動根據(jù)風量要求反算調(diào)節(jié)風阻和調(diào)節(jié)風窗面積，動態(tài)模擬風門、風窗、密閉等通風構(gòu)筑物設(shè)置和風量調(diào)節(jié)效果。計算并動態(tài)模擬井巷斷面或長度變化后通風系統(tǒng)的變化；可進行風機調(diào)速、反風計算和動態(tài)模擬。礦井三維通風模擬仿真軟件界面如圖1所示。

2數(shù)值模擬

2．1數(shù)值模型

針對五虎山礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀，采用礦井三維通風模擬仿真軟件模擬主要通風機角度或運轉(zhuǎn)頻率的變化對周圍風路的影響。根據(jù)礦井通風阻力測定報告、主要通風機性能測定報告及當前礦井通風系統(tǒng)圖，建立了五虎山礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡解算數(shù)值模型，表1、表2為當前通風系統(tǒng)數(shù)值模擬主要通風機參數(shù)運行工況及各主要巷道解算風量與實測風量對比。從表1、表2可看出，該通風系統(tǒng)網(wǎng)絡解算模型是較為接近礦井實際通風系統(tǒng)運行狀況的，可以用于通風系統(tǒng)模擬預測。表2中的0表示實測風量中礦上沒有這條巷道的實測值。

2．2模擬結(jié)果及分析

為提高礦井通風系統(tǒng)總風量，將9層主要通風機葉片角度設(shè)為13／15°，其他不變，進行通風網(wǎng)絡解算。表3—表5為經(jīng)礦井通風仿真系統(tǒng)模擬調(diào)整主要通風機參數(shù)后通風系統(tǒng)運行工況，主斜井、副斜井、各主要大巷、主要硐室等位置解算風量和解算阻力的數(shù)據(jù)。從表3可看出，改變9層煤主要通風機角度運行率后，模擬系統(tǒng)預測主要通風機壓力由2364Pa降低至2186Pa，而實際測量礦井負壓為2459Pa，與實際誤差僅為113Pa，誤差為4．5％，精度可以滿足預測分析要求。通過模擬預測，從表4可看出，改變主要通風機參數(shù)后，9層軌道（24）、011206工作面、12層軌道、9層軌道（5）、12層膠帶下山、盤區(qū)回風大巷、風硐、12層回風大巷、9層回風大巷、011206運輸巷、9層回風大巷（153）各處解算風量均有大幅增加。011206運輸大巷、9層軌道下山兩處解算風量變化較小。預測結(jié)果與實際情況相符，說明此方案可行。通過模擬預測，從表5可看出，9層軌道（24）、011206工作面、12層軌道、9層軌道（5）、12層膠帶下山、盤區(qū)回風大巷、12層回風大巷、9層回風大巷、011206運大巷、副斜井、主斜井各處解算壓力有較為顯著的增加。風硐、011206運輸大巷、9層回風大巷（153）、9層軌道下山各處解算壓力略有增加。預測結(jié)果與實際情況相符，說明此方案可行。

3結(jié)語

介紹了三維通風模擬仿真系統(tǒng)軟件，針對五虎山礦井主要巷道通風量不足的現(xiàn)狀，分析了五虎山礦井通風系統(tǒng)存在的問題，提出了改變主要通風參數(shù)的通風優(yōu)化方案，采用三維通風模擬仿真系統(tǒng)軟件數(shù)值模擬了通風機性能參數(shù)改變后對五虎山礦井主要巷道通風量的影響，為礦井通風系統(tǒng)主要通風機的調(diào)整提供了科學的方法，為今后主要通風機風量調(diào)整提供了經(jīng)驗。研究結(jié)果為今后五虎山礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

作者:石銀斌 單位:國家能源集團烏海能源有限責任公司