通风系统模拟分析与预测研究

李晓明

（山西兰花科技创业股份有限公司 唐安煤矿分公司，山西 高平 048407）

随着现代化大型煤矿增多，开采深度增加（华东地区已经进入地下1000m），相应矿井通风系统日益复杂，通风网络拓扑结构十分复杂，给煤矿高效安全生产带来了不可预测性。本文利用电子计算机软件模拟了矿井通风系统网络，并对其网络拓扑进行解算。某煤矿现役5个风井，随着矿井的改扩建需求，矿井通风负载较大，很有必要进行通风系统优化。

1 矿井通风系统概况

1）矿井通风系统现状：矿井通风方式为分区式通风，通风方法为抽出式。由工业广场内的南翼主、副斜井和北翼的主斜井进风，工业广场内的南翼回风斜井和北翼回风立井回风。总进风量7200m3/min，总回风量7760 m3/min。南翼副斜井宽×高=3.6m×2.6m，进风断面9.4 m2；主斜井辅助进风，进风量较小。回风斜井宽×高=4 m×3m，通风断面12m2。矿井采区由轨道运输巷进入新鲜风，皮带运输巷作为回风巷；采用U型通风方式；煤岩巷掘进通风为局部通风机压入式通风。根据该矿相关通风阻力测定报告，该矿属于通风难易程度中等矿井。

2）通风系统阻力分布：经测算矿井的进风、用风、回风阻力，南风井系统回风段阻力较高。北风井和南风井系统最大阻力路线数据，如表1和表2所示。最大阻力路线分别经过090402和150402工作面，流程分别为3582 m和3 592m，通风线路较长，通风阻力较大；从表亦可看出，运输巷的通风阻力较大；现场实测期间发现，风门漏风较为严重。

3）从目前现状看出，矿井所用分区式通风方式，但通风系统不是相互独立，尤其是9号煤行人巷、15号煤皮带与轨道运输巷使北翼采区与南翼采区沟通后，井下存在多条角联巷道，两台主要通风机不匹配，造成通风系统相互干扰，不利于通风系统抗灾能力。

表1 北风井系统最大阻力路线数据表

表2 南风井系统最大阻力路线数据表

2 矿井通风系统优化

1）模拟条件特点：利用计算机软件对通风机特性进行模拟解算。采掘工作面布局在矿井现状的基础上，进行通风系统优化改造。制定改造方案时，根据矿井现状采掘布局及需要解决的通风问题，提出了如下优化方案：新鲜风流从北进风井流入，经过9号煤轨道运输巷和9号煤皮带巷，再经南回风大巷回至南回风井。此方案需要新增9号煤皮带巷与南回风大巷之间的回风联巷。

图1 优化方案的通风系统网络图

2）通风系统数字化：根据矿井生产实际，绘制主要巷道布置图和局部通风系统图，对矿井各主要通风地点测定相关参数，建立通风系统参数数据库（例如，基础网络数据表、主要风机特性性能图）。相关参数确定后，利用《煤矿井下通风系统优化智能软件》绘制通风系统网络图，见图1。通风网络图中交叉较少，主要通风区域也较明显清晰，矿井总风量达到矿井实际需要。此时考虑降低通风线路阻力，比如拆除一些不必要的通风构筑物，但不建议采用扩大巷道断面减阻；生产实际中，曾多采用增阻调风的调风手段，增阻法的成本低，如增加风门风窗等。现场观测发现，极少的某些局部变形的巷道，对通风效果有着较大影响，可用扩帮方法减小通风阻力。

3）模拟结果与分析：对于矿井现状通风网络结构，利用MVSAO软件，按设计工况解算，可满足各工作面需风要求。虚拟主要通风机，解算出需要风量和风压（64.9 m3/s，1156Pa），南风井系统主要通风机工况点为（73.9 m3/s，916 Pa），北风井系统的风量和阻力均降低，南风井系统风量和阻力均增加。

3 结束语

经现状调查和模拟，主要进、回风巷道模拟结果与现场测量数值基本吻合，模拟结果可以作为后期通风系统预测模拟使用；模拟的最大阻力路线和阻力分布与实测的最大阻力路线和阻力分布基本一致；主要通风机工况点与实际基本一致，矿井所有巷道的风量误差控制在5%以内。建议9号煤层轨道运输巷（节点3-4）处于两进风井之间的角联巷道，15号煤行人巷（节点7-10）是处于相关地点之间的角联巷道，建议增加调节设施，控制角联巷道的风量。矿井通风网络图是矿井通风系统的数学表达，在矿井通风阻力分析和矿井火灾救援处理中至关重要。本文的计算机优化分析方法也适用于其他矿井。

[1]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[2]赵以蕙.矿井通风与空气调节[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990.