五虎山礦井通風量數值模擬優化研究
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摘要：介紹了三維通風模擬仿真系統軟件，針對五虎山礦井提高產量時風量不足的問題，提出了改變主通風機參數的通風優化方案，采用礦井三維通風模擬仿真軟件數值模擬了主要通風機性能參數改變后對五虎山礦井主要巷道通風量的影響，結合現場實際得到該礦的最優通風方案。研究結果為今后五虎山礦井通風系統優化提供了理論基礎和技術支持。
關鍵詞：礦井通風；主要通風機；三維通風模擬仿真；通風量；數值模擬；優化
0引言
五虎山煤礦位于內蒙古自治區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效率。針對五虎山礦井提高產量時風量不足的問題，提出了改變主通風機參數的通風優化方案，采用三維通風模擬仿真軟件數值模擬了通風機性能參數改變后對五虎山礦井主要巷道通風量的影響，結合現場實際得到該礦的最優通風方案。研究結果為五虎山礦井和類似情況礦井通風系統優化提供了理論基礎和技術支持。
1礦井三維通風模擬仿真優化軟件
礦井通風系統是礦井生產的重要組成部分，是礦井實現安全生產的保障。礦井三維通風仿真系統利用數值仿真技術可以科學、準確地分析通風系統存在的問題，并找出解決問題的最優方案，是礦井通風系統優化改造的有力工具。礦井三維通風模擬仿真系統是典型的AutoCAD與GIS完美結合的面向煤礦“一通三防”行業特定應用需求定制開發的專業軟件產品。基于靈活的樣式與巷道位置坐標實現通風系統圖、通風網絡圖、通風立體圖、防塵系統圖等通防專題圖形實體的繪制與管理。基于圖形特性可以靈活賦予或自動計算通風巷道分支與節點的各種屬性值與實測值，構建風網風阻數據庫。可實現新建礦山通風網絡系統設計、解算和礦井風流動態模擬；生產礦山通風網絡解算、通風現狀分析、通風系統調整方案設計與分析、通風系統風流動態模擬；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模擬。動態解算和模擬巷道貫通、新掘或廢棄巷道分支后通風系統的風流分配；自動根據風量要求反算調節風阻和調節風窗面積，動態模擬風門、風窗、密閉等通風構筑物設置和風量調節效果。計算并動態模擬井巷斷面或長度變化后通風系統的變化；可進行風機調速、反風計算和動態模擬。礦井三維通風模擬仿真軟件界面如圖1所示。
2數值模擬
2．1數值模型
針對五虎山礦井通風系統現狀，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頻率的變化對周圍風路的影響。根據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圖，建立了五虎山礦井通風系統網絡解算數值模型，表1、表2為當前通風系統數值模擬主要通風機參數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，該通風系統網絡解算模型是較為接近礦井實際通風系統運行狀況的，可以用于通風系統模擬預測。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模擬結果及分析
為提高礦井通風系統總風量，將9層主要通風機葉片角度設為13／15°，其他不變，進行通風網絡解算。表3—表5為經礦井通風仿真系統模擬調整主要通風機參數后通風系統運行工況，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據。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。預測結果與實際情況相符，說明此方案可行。
3結語
介紹了三維通風模擬仿真系統軟件，針對五虎山礦井主要巷道通風量不足的現狀，分析了五虎山礦井通風系統存在的問題，提出了改變主要通風參數的通風優化方案，采用三維通風模擬仿真系統軟件數值模擬了通風機性能參數改變后對五虎山礦井主要巷道通風量的影響，為礦井通風系統主要通風機的調整提供了科學的方法，為今后主要通風機風量調整提供了經驗。研究結果為今后五虎山礦井通風系統優化提供了理論基礎和技術支持。
作者:石銀斌 單位:國家能源集團烏海能源有限責任公司