基于Ventsim模型礦井通風優化研究

閆巖

（霍州煤電集團 河津薛虎溝煤業有限責任公司，山西 霍州031400）

0 引 言

礦井通風是我國保障礦井生產安全、避免瓦斯聚集的重要措施。在日常的通風方式下，常常由于通風線路過長、系統較為復雜及通風阻力大等因素，導致礦井通風效果差，因此對通風系統進行優化設計是十分重要的[1-3]。此前姚晨[4]通過羊東礦的礦井通風阻力進行測定，提出了相應的降低能耗的方法，經過測定發現羊東礦為容易通風礦井，并提出相應的優化方案。邢亮亮[5]為解決礦井通風阻力大、風量過小等問題，通過對礦井通風參數進行研究，提出了優化方案。經過現場實踐發現優化后可以大幅降低風阻，且滿足礦井通風需求效果較佳。本文以薛虎溝為研究對象，基于Ventsim對礦井的通風系統進行優化設計，為礦井安全生產、提升礦山經濟奠定基礎。

1 礦井概況

薛虎溝礦隸屬于霍州煤電集團河津薛虎溝煤業有限責任公司，該礦井田面積56.3 km2，礦井年設計生產0.8 Mt，核定生產能力為0.9 Mt。礦井采用中央及分區混合的通風系統，選用抽出式的通風方式，經過對礦井瓦斯含量及通風量進行測定，發現該礦的總進風量為27 899 m3/min，礦井的瓦斯涌出量為489 m3/min，瓦斯抽采量約為380.9 m3/min，風排量為111.8 m3/min，礦井的瓦斯涌出量主要來自圍巖及煤層，隨著礦井的開采量進一步增大，礦井現有的通風系統不足以支撐需風量，所以對礦井通風系統進行優化設計是十分必要的。

2 通風系統研究

為了對礦井通風系統進行優化設計對礦井進行通風阻力的測定是必不可少的，常見的通風阻力測定方法有氣壓計法和壓差計法，結合薛虎溝礦井的情況，選定氣壓計測定法，通過對通風線路進行測定得出通風阻力，礦井通風系統的主要參數如下：

目前薛虎溝礦存在的通風問題主要有，①礦井的通風線路長通風設施多、阻力大、角聯巷道比較多，所以造成采區內部的通風阻力較大大，兩翼主通風機都在高負壓的情況下運行；②掘進工作面較多，使得通風系統較為復雜；③在礦井的北翼煤層露頭嚴重，出現漏風現象，對礦井的北翼回風側造成威脅。

對礦井通風系統進行優化改造，①首先將廢棄的巷道進行封閉，布置專用的回風巷道，實現每個采掘工作面可以形成單獨的通風系統；②利用+1 280 m的運輸巷為南北翼回風大巷，結合三水平延深，增加南北翼邊界回風上山，增設1條回風上山在北一采區和北二采區間，實現南北翼采掘工作面獨立通風；③礦井的南北翼通風機在高負壓下進行運轉，在南翼增大回風斜井的斷面尺寸降低風阻，提升風量，由于北翼的井筒漏風較為嚴重，所以需要布置新的回風井，實現安全開采。綜上所述可以看出，在進行薛虎溝礦井優化時主要是對北翼回風井進行位置設定。

2 通風系統研究優化分析

根據相應的地質資料對通風系統進行優化，提出布置新的回風斜井的優化方案，將礦井北翼現有的廠房搬遷，將空出的場地進行回風斜井的布置。回風斜井沿著煤系地層底板與北一二采區之間的回風上山進行聯合布置，回風斜井井口的標高為+1 570 m，具體的方案布置情況如圖1所示。

圖1 通風系統優化布置示意Fig.1 Optimal layout of ventilation system

基于Ventsim技術建立礦井通風三維系統是引進于澳大利亞通風系統仿真研究，在礦井的通風三維設計及通風網絡解算等方面十分常用。該系統可以很好的實現礦井通風設計、優化、礦井除塵降溫及反風演習，該系統可以有助于礦山企業的合理配風，降低礦井通風成本，保障礦井的生產安全。

通風三維決策及仿真系統利用先進的計算機數據庫及虛擬技術。利用三維建模，將復雜的通風過程利用三維圖形直觀的展現出來，使用者可以隨著查看礦井巷道的實時情況，得出巷道的風量及風向等數據，當礦井決策者進行決策時提供一定的參考，同時利用對不同范圍內的數據進行標注不同色，對通風過程的數據及關鍵程度直接展示。系統作為通風經濟性的計算方式，對礦井的通風的安全、合理性及通風經濟性進行分析，既能保障礦井工作面的合理配風，也可以降低礦井通風的成本，提升礦井經濟。此外礦井的通風三維決策及仿真系統也可以用于礦井的安全培訓。

利用Ventsim軟件對礦井進行三維仿真系統建立，在軟件的編輯中心建立礦井坐標。沿礦井風流方向對巷道進行布置，同時開啟捕捉功能，避免出現巷道未連接的情況。為了不影響計算的速度，將部分的聯絡巷進行忽略，對井下的建筑物的阻力進行設定，同時對井下主要巷道的摩擦阻力系數進行設定，完成通風阻力及摩擦系數設定后對風流的類型進行設定，在進行風流設定時只設定新鮮風流及污濁風流，并對風機進行設定。完成通風參數設定后對巷道斷面數據及巷道風量進行設定，完成上述設置后對模型進行模擬分析。優化方案下的模擬系統圖如圖2所示。

圖2 通風系統優化布置Fig.2 Optimal layout of ventilation system

由圖2的模擬可以得出，經過優化后巷道的供風量、通風線路及通風阻力的通風參數均有了一定幅度的提升。經過新增回風斜井有效的降低了通風費用、在回風斜井和北翼回風上山的通風效果好，通風順暢。優化后得通風系統不僅可以快速得出風網結算、風流的需求及分流的動態模擬，同時也可以進行短期或長期的通風規劃，便于礦井設計人員和通風管理人員發現通風系統中出現的問題，保障礦井的安全生產及提升礦井經濟效益。

3 結 語

本文為了解決薛虎溝礦通風系統井的通風線路長通風設施多、阻力大、角聯巷道比較多等情況，利用氣壓計測定法，對通風線路進行測定得出通風阻力，通過數據分析給出了布置新回風斜井的優化方案，借助通風研究的先進軟件Ventism三維決策及仿真軟件快速得出風網結算、風流的需求及分流的動態模擬，為礦井工作人員對通風系統判斷及優化提供一定的參考，為礦井安全生產提供一定的保障，并且有效的降低了通風成本，提升了礦井的經濟效益。