低瓦斯矿井通风系统异常模拟研究

张建斌

摘 要：针对矿井通风异常诊断效率差、准确率差的问题，本文以镇城底矿为研究背景，本文通过模拟仿真软件对通风故障进行分析，得到通风异常的样本，建立通风异常的诊断系统，在现状分析的基础上对镇城底矿易出现的异常进行模拟分析，形成较为全面的通风系统样本库，有效的提升了通风异常的诊断效率及精度，为类似的矿山通风异常诊断作出一定的借鉴。

关键词：仿真模拟;通风异常;通风系统

0 前言

随着，矿井的高强度开采和采掘深度的不断延伸，越来越多容易开采的矿层已经逐步得到开采，而一些赋存条件较为复杂的则成为我国目前开采的主要目标。据统计我国约有95%的矿井采用井工开采，而井工开采无疑需要面对坚硬顶板、瓦斯灾害、火灾等一系列威胁矿山生产的事故。目前治理瓦斯及粉尘最重要的方法即为矿井通风，但矿井通风又具有一定的复杂性、随机性及动态性。随着矿井的拓展、采取的接替及准备等通风网络参数会出现一定的异常，当通风异常未得到有效的注意时，很可能会造成重大的事故。本文以镇城底矿为研究背景，对矿井通风进行仿真模拟，对矿井的异常进行及时的反馈，为矿井智能通风的实现提供一定的理论支持。

1 通风系统异常样本获取

为了对矿井同风异常进行研究，对通风系统的异常进行仿真模拟，通风的仿真模拟一般可以分为三个步骤，分别为通风系统数据库的建立，实现矿井异常的诊断;建立通风的异常数据库，确定异常的影响范围;对异常进行根源找寻，分析异常原因。

进行矿井通风的仿真模拟需要借助Ventilation Simulation Expert仿真模擬软件，以镇城底矿为试验井，通过镇城底矿的通风数据进行测点，建立通风仿真模型，对其进行仿真通风异常模拟，获得异常的样本，使得后续通风异常的原因找寻快速便捷。根据镇城底矿通风系统图及通风阻力的测定图建立镇城底矿矿井通风的仿真系统，通过autoCAD绘图软件生成矿井通风的系统图，完成镇城底矿通风系统图后对建筑物及风机进行设置，完成建筑物及风机设定后对巷道的属性进行数据的编辑，后对巷道的节点及拐点标高进行输入，节点及拐点的标高对于通风阻力的计算具有较为重要的意义。完成上述操作后对系统的通风参数进行导入，这是仿真模拟构建的最后一环，完成镇城底矿通风仿真数据的录入工作。

VSE为仿真模拟准确性提供依据，常见的参考为回路风压闭合差及解算误差，系统会在每次计算后进行一次更新，保证可靠性。仿真模拟数值越小越好，同时巷道的支路风量Q的相对及绝对误差、摩擦阻力的相对误差等均能作为依据。根据仿真模拟的数据进行现状模拟系统的建立，在现状仿真模拟的基础上进行通风系统异常的模拟，即可得到相应的异常数据。

在实际的生产过程中，受到外部因素的影响使得巷道的风量不是一个定值，而是在一个合理范围内，所以需要给定一个合理的区间以保证异常分析错误，使得分析异常时需要保证在一定的时间内超过正常范围。选定镇城底矿某巷道内风速传感器对巷道的风量进行监测，巷道20天的风量如图1所示。

如图1所示为巷道20天的风量监测曲线，从图中可以看出20天的风量呈现一定的波动，在监测的第9天测得巷道20天的最大值为1654m3/min，在监测的第1天第12天测的巷道通风量的最小值1608m3/min，对两者做差可得巷道通风量的波动范围在1608m3/mi～1654m3/min。同时对20天的风量进行取均值，通过计算可得20天通风量的平均值为1625m3/min。所以当风量超过该范围时则为工作面通风异常。由于巷道的通风系统较为复杂且巷道各分支的通风量大不相同，所以为了保证通风量的通风异常的标准具有可靠性，所以应当以通风量的波动幅度作为一定的衡量标准，所以本文设定超过巷道通风量10%以上作为通风异常的标准。

2 通风系统异常分析

通风系统是一个随机的、模糊的、动态的系统，极易受到外在因素的影响，失去原有的稳定性，导致系统的异常。通风系统的开放性是指系统通过风机将巷道的污风排除将新鲜风流送入巷道，所以其具有开放性的特点。随机性是指系统与外界环境息息相关，具有一定的不确定性。复杂性是指通风系统具有网络节点、通风设备、网络分支等，且井下的地质构造较多，冒顶、沉陷及褶皱等使得系统的复杂性大幅提升。

为了对实际的通风故障进行及时的故障诊断，需要对通风系统异常进行故障树分析，在通风系统故障树分析中，将通风系统异常事件作为目标事件，为了保证分析的准确性及全面性，需要对故障的地点及故障基本信息进行汇总，引起系统的通风系统异常的因素有通风动力因素，主要表现为风机的喘振、设备的老化、运行不稳定及矿井停电停风;通风设备方面的问题主要为风门、风窗及风墙等出现故障，分墙及风门最容易出现故障;通风网络的故障主要为巷道的阻塞、巷道积水及巷道堆放杂物等使得通风阻力增大的故障;其他因素如运输设备及自然风压等;灾变因素主要是爆炸、火灾及顶板垮落等灾害。所以导致通风异常有很多原因，不同因素的影响范围也是不同的。

通过建立的通风系统对镇城底矿一个回风井进行通风监测，回风井选用的风机为矿用隔爆轴流式风机，风机的型号为FBCDZNO26B，风机的叶片安装角度为38°，风机的额定转速为740转，风机的额定功率为355kW，风机的额定风量为300m3/min，对通风机停电停风进行模拟，模拟结果如图2所示。

如上图所示为巷道47的通风异常分析，通过增大10倍的摩擦阻力系数对异常进行模拟研究，观察其余巷道的影响程度，可以看出由于巷道47通风阻力的增大，造成整个矿井的总通风阻力增大，引起矿井的总风量减小，由图可知，通风异常时大部分巷道均会受到影响，影响最大的巷道为本身巷道，其次为旁次巷道，符合通风的规律。同时对巷道38的风门破坏进行研究，可以看出由于风门破坏，通风阻力下降，巷道的总通风量增多，可以看出38号巷道的风门破坏使得38号巷道的风量大幅增加，在38号巷道周边巷道风量也存在一定的波动，但在距离38号巷道较远的巷道影响较小，甚至几乎无影响。

3 结论

本文为了通过对镇城底矿实际的通风数据建立了通风系统仿真模型，并通过仿真模拟软件对镇城底矿通风系统的异常进行仿真模拟分析，得出大量通风系统异常的数据，结合通风系统的特性进行了通风异常的诊断，并通过故障树分析确定 了故障发生的特性，为镇城底矿通风异常的诊断作出一定的依据。

参考文献：

[1]周东.复杂条件下矿井通风系统优化研究[J].矿业装备， 2020（03）：36-37.

[2]吴勇华，王启晋.矿井可控循环通风系统瓦斯浓度的瞬变[J].陕西煤炭技术，1994（3）：43-52.