基于Ventsim模型的矿井通风系统精确调整

刘兴滨，张 雷

(1.山西省长治经坊煤业有限公司，山西 长治 047100；2.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

1 工程背景及通风系统存在的问题

1.1 工程背景

经坊矿为高瓦斯矿井，生产能力3.0Mt/a。全井田划分为1个水平9个采区开采，目前正在开采井田西北部的八采区，另有4个采区回收边角煤。矿井采用综合开拓方式，通风方式为混合式，通风方法为机械抽出式。主要进风井筒有主斜井、副斜井、进风立井，回风井筒为回风立井。矿井总回风量为10900m3/min，其中南翼区域回风3900m3/min，北翼区域回风7000m3/min，负压1860Pa，矿井有效风量率97.2%，等积孔面积5.1m2，矿井有效风量富余系数为1.35。

为解决八采区通风路线长、瓦斯含量高等问题，经多方案论证后在八采区增加了北翼回风立井。同时，为便于矿井通风系统调整，矿方委托相关单位编制了《经坊矿矿井通风阻力测定报告》，全面测量记录了井下各条巷道的断面参数、支护方式、通风阻力等技术参数。北翼回风立井运行后，矿井可实现分区通风，其中北翼区域的主要进风井筒为进风立井，回风井筒为北翼回风立井，南翼区域的主要进风井筒为主斜井、副斜井，回风井筒为南翼回风立井(原回风立井)。届时矿井总回风量为14000m3/min，其中南翼区域回风6000m3/min，负压2160Pa，北翼区域回风8000m3/min，负压1550Pa，矿井有效风量率96.9%，矿井有效风量富余系数为1.5。

1.2 通风系统存在的问题

(1)开采时间久远，旧巷道利用率高 矿井自1980年建井至今，历经了井田扩区和多次技术改造，形成的井巷工程绝大部分目前仍被利用。但早期巷道断面较小，局部巷道风阻过大。

(2)开拓区域广阔，用风地点分散，通风路线较长 多采区生产给矿井通风管理带来了很大困难。根据风网模拟的结果，全矿井总节点3000多个，总风路长达95km，矿井通风系统相当复杂。

(3)分区通风后系统优化 北翼回风立井并网运行后，矿井原有通风系统分为南北两翼分区通风，两个通风系统的风量、负压以及两区相互协调的问题，需要通过矿井通风系统仿真进一步优化，并确立南、北翼回风立井主要通风机的工况点，作为矿井调风的依据。

2 Ventsim模型的意义和目的

2.1 利用Ventsim模型进行模拟的意义

经坊矿为混合通风方式，通风巷道多、通风阻力大、通风网络复杂，加之生产区域多且分散，日常难于保证矿井的正常稳定运行，易出现局部巷道风速超限，矿井通风阻力偏高的问题。若采用人工调整矿井通风系统的方法，工作量大，误差也大。

北翼回风立井并网运行后，矿井井筒位置特点和生产布局很可能造成南北翼分区通风出现两翼分风不均、井下风流紊乱、部分巷道风速超限、回风立井负压过高和主、副斜井进风量不足等问题。如果采用人工方法进行计算、优化和调整，很难取得理想效果。

鉴于上述原因，利用Ventsim模型软件的强大功能，针对矿井现有通风系统和日常管理过程中存在的问题，结合北翼回风立井的投运精准优化调整。

2.2 利用Ventsim模型进行模拟的目的

通过模拟，精准找出目前矿井通风系统存在问题的解决方法，有效降低矿井通风阻力；对矿井各井筒和主要巷道的通风量进行优化确定，实现南、北两翼通风系统协调、稳定运行。

3 建立模型

根据《矿井通风阻力测定报告》提供的数据建立Ventsim三维模型，并对其进行校验。

3.1 模型录入与模拟结果对比

Ventsim三维通风动态仿真系统总共输入了3171个节点，逐一录入了各巷道的坐标、断面、周长、通风阻力系数。

对矿井通风系统进行模拟，模拟结果与矿井通风系统测定结果对比，详见表1。

经过对北翼回风立井并网前的通风网络模拟，全矿井风量为10895m3/min时，矿井负压1825Pa。对比《矿井通风阻力测定报告》中主通风机工况：

表1 矿井通风阻力测定值与模拟结果误差对比

Q矿井=10895m3/min，H扇静=1860Pa，模型误差为1.88%。因此，该模型能够反映矿井的真实状况，可以在此基础上进行矿井分区通风的模拟。

3.2 建立分区通风模型并模拟

在当前模型基础上增加北翼回风立井和北翼总回风巷，同时对南北翼回风的交合点(北集中回风大巷内)进行隔断，对进风的交合点增设正反向风门(北集中轨道大巷和北集中运输大巷内)，再根据矿井南北区域的实际需风量进行分风，从而建立了矿井分区通风系统通风模型。

3.2.1 模型数据录入

根据现有井下各生产区域的实际需风量进行模拟，采用定风量的方式进行，北翼区域按需风量8000m3/min，南翼区域按需风量6000m3/min录入。

3.2.2 模拟结果

矿井实施南北翼分区通风后，当北翼区域配风量达到8000m3/min时，负压为1579Pa，等积孔为3.9m2；当南翼区域配风量达到6000m3/min时，负压为2253Pa，等积孔为2.7m2。

4 效果检验

南北分区实际并网运行后，北翼回风井使用FBCDZ№26/2×355kW主要通风机，叶片角度调整为-3°，风量为8071m3/min，负压1550Pa，实测与模拟误差为1.9%；南翼回风井使用FBCDZ№29/2×355kW主要通风机，叶片角度调整为-10°，风量为6000m3/min，负压2160Pa，实测与模拟误差为4.3%，详见表2。

表2 矿井分区通风模拟结果与实测值误差对比

5 结 论

(1)由于矿井南北区域的分区特点，造成了南翼区域的进风侧阻力远大于北翼区域进风侧阻力，因此分区通风时，在北集中轨道大巷和北集中运输大巷设置了正反向风门，隔断矿井南北区域的通风联系。

(2)Ventsim三维通风动态仿真模拟系统的可信度高，实用性强，可将通风系统后的模拟结果直接应用于实际矿井调风。

(3)只有依靠详尽的基础工作，踏勘现场每条巷道，取得详尽的一手资料，并进行分析整理，建立高度仿真的通风模型，模拟结论才能更接近于真实。