五虎山礦井通風(fēng)量數(shù)值模擬優(yōu)化研究
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摘要：介紹了三維通風(fēng)模擬仿真系統(tǒng)軟件，針對(duì)五虎山礦井提高產(chǎn)量時(shí)風(fēng)量不足的問題，提出了改變主通風(fēng)機(jī)參數(shù)的通風(fēng)優(yōu)化方案，采用礦井三維通風(fēng)模擬仿真軟件數(shù)值模擬了主要通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)改變后對(duì)五虎山礦井主要巷道通風(fēng)量的影響，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際得到該礦的最優(yōu)通風(fēng)方案。研究結(jié)果為今后五虎山礦井通風(fēng)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(fēng)；主要通風(fēng)機(jī)；三維通風(fēng)模擬仿真；通風(fēng)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(jī)械化回采工藝，全部垮落法管理頂板。礦井通風(fēng)方式為中央分列式，通風(fēng)方法為抽出式，有4個(gè)進(jìn)風(fēng)井，分別為主斜井、副斜井、行人斜井、四層反斜井。有2個(gè)回風(fēng)井，分別為9層回風(fēng)斜井和12層回風(fēng)斜井。礦井總進(jìn)風(fēng)量為13121m3／min，總排風(fēng)量為13460m3／min，其中，9層回風(fēng)斜井排風(fēng)量為6808m3／min，負(fù)壓為2470Pa，12層回風(fēng)斜井排風(fēng)量為6567m3／min，負(fù)壓為2000Pa。五虎山礦井通風(fēng)系統(tǒng)目前存在的問題是部分巷道通風(fēng)量不足，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)效率。針對(duì)五虎山礦井提高產(chǎn)量時(shí)風(fēng)量不足的問題，提出了改變主通風(fēng)機(jī)參數(shù)的通風(fēng)優(yōu)化方案，采用三維通風(fēng)模擬仿真軟件數(shù)值模擬了通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)改變后對(duì)五虎山礦井主要巷道通風(fēng)量的影響，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際得到該礦的最優(yōu)通風(fēng)方案。研究結(jié)果為五虎山礦井和類似情況礦井通風(fēng)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(fēng)模擬仿真優(yōu)化軟件
礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的重要組成部分，是礦井實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的保障。礦井三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)利用數(shù)值仿真技術(shù)可以科學(xué)、準(zhǔn)確地分析通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造的有力工具。礦井三維通風(fēng)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(yīng)用需求定制開發(fā)的專業(yè)軟件產(chǎn)品。基于靈活的樣式與巷道位置坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)圖、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖、通風(fēng)立體圖、防塵系統(tǒng)圖等通防專題圖形實(shí)體的繪制與管理。基于圖形特性可以靈活賦予或自動(dòng)計(jì)算通風(fēng)巷道分支與節(jié)點(diǎn)的各種屬性值與實(shí)測(cè)值，構(gòu)建風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻數(shù)據(jù)庫(kù)。可實(shí)現(xiàn)新建礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、解算和礦井風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬；生產(chǎn)礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、通風(fēng)現(xiàn)狀分析、通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案設(shè)計(jì)與分析、通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬；任意風(fēng)路固定風(fēng)量、固定風(fēng)壓、礦井風(fēng)量按需分配解算及動(dòng)態(tài)模擬。動(dòng)態(tài)解算和模擬巷道貫通、新掘或廢棄巷道分支后通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流分配；自動(dòng)根據(jù)風(fēng)量要求反算調(diào)節(jié)風(fēng)阻和調(diào)節(jié)風(fēng)窗面積，動(dòng)態(tài)模擬風(fēng)門、風(fēng)窗、密閉等通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置和風(fēng)量調(diào)節(jié)效果。計(jì)算并動(dòng)態(tài)模擬井巷斷面或長(zhǎng)度變化后通風(fēng)系統(tǒng)的變化；可進(jìn)行風(fēng)機(jī)調(diào)速、反風(fēng)計(jì)算和動(dòng)態(tài)模擬。礦井三維通風(fēng)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(duì)五虎山礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，采用礦井三維通風(fēng)模擬仿真軟件模擬主要通風(fēng)機(jī)角度或運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的變化對(duì)周圍風(fēng)路的影響。根據(jù)礦井通風(fēng)阻力測(cè)定報(bào)告、主要通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定報(bào)告及當(dāng)前礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖，建立了五虎山礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算數(shù)值模型，表1、表2為當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)值模擬主要通風(fēng)機(jī)參數(shù)運(yùn)行工況及各主要巷道解算風(fēng)量與實(shí)測(cè)風(fēng)量對(duì)比。從表1、表2可看出，該通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算模型是較為接近礦井實(shí)際通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的，可以用于通風(fēng)系統(tǒng)模擬預(yù)測(cè)。表2中的0表示實(shí)測(cè)風(fēng)量中礦上沒有這條巷道的實(shí)測(cè)值。
2．2模擬結(jié)果及分析
為提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量，將9層主要通風(fēng)機(jī)葉片角度設(shè)為13／15°，其他不變，進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算。表3—表5為經(jīng)礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)模擬調(diào)整主要通風(fēng)機(jī)參數(shù)后通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行工況，主斜井、副斜井、各主要大巷、主要硐室等位置解算風(fēng)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(fēng)機(jī)角度運(yùn)行率后，模擬系統(tǒng)預(yù)測(cè)主要通風(fēng)機(jī)壓力由2364Pa降低至2186Pa，而實(shí)際測(cè)量礦井負(fù)壓為2459Pa，與實(shí)際誤差僅為113Pa，誤差為4．5％，精度可以滿足預(yù)測(cè)分析要求。通過模擬預(yù)測(cè)，從表4可看出，改變主要通風(fēng)機(jī)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(fēng)大巷、風(fēng)硐、12層回風(fēng)大巷、9層回風(fēng)大巷、011206運(yùn)輸巷、9層回風(fēng)大巷（153）各處解算風(fēng)量均有大幅增加。011206運(yùn)輸大巷、9層軌道下山兩處解算風(fēng)量變化較小。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相符，說明此方案可行。通過模擬預(yù)測(cè)，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(fēng)大巷、12層回風(fēng)大巷、9層回風(fēng)大巷、011206運(yùn)大巷、副斜井、主斜井各處解算壓力有較為顯著的增加。風(fēng)硐、011206運(yùn)輸大巷、9層回風(fēng)大巷（153）、9層軌道下山各處解算壓力略有增加。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相符，說明此方案可行。
3結(jié)語(yǔ)
介紹了三維通風(fēng)模擬仿真系統(tǒng)軟件，針對(duì)五虎山礦井主要巷道通風(fēng)量不足的現(xiàn)狀，分析了五虎山礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，提出了改變主要通風(fēng)參數(shù)的通風(fēng)優(yōu)化方案，采用三維通風(fēng)模擬仿真系統(tǒng)軟件數(shù)值模擬了通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)改變后對(duì)五虎山礦井主要巷道通風(fēng)量的影響，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要通風(fēng)機(jī)的調(diào)整提供了科學(xué)的方法，為今后主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整提供了經(jīng)驗(yàn)。研究結(jié)果為今后五虎山礦井通風(fēng)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(guó)家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司