基于VSE 軟件的濟三煤礦通風系統優化方案研究

許讓標 張利偉 鄢 利

（1.兗礦能源集團股份有限公司濟寧三號煤礦，山東 濟寧 272169；2.中國礦業大學，江蘇 徐州 221116）

隨著我國工業的快速發展，礦產資源的消耗也日益增大，開采對象逐漸由條件較好的淺表礦床向深部復雜礦床過渡[1]。隨著開采深度的增加，供風量不足、風量分配不均、通風阻力變大、漏風加劇等問題逐漸突顯出來[2]。因此必須依據實際生產情況，對礦井通風系統進行優化改造來滿足生產活動的需要[3-5]。

本文以山東濟三煤礦為例，基于全礦通風參數精準普查數據，借助中國礦業大學的“通風仿真專家”（VSE）軟件對濟三煤礦通風系統進行網絡模擬解算，提出優化改造方案。

1 礦井概況及通風系統存在的問題

1.1 礦井概況

濟三煤礦位于山東省濟寧市，井田位于南北向的濟寧地塹構造內，屬濟寧煤田（東區）的中部。礦井通風方式為中央并列式，通風方法為抽出式，主、副井進風，中央風井回風。礦井總進風量為20 126 m3/min，總回風量為20 590 m3/min，風機負壓為2 818.5 Pa。

1.2 通風系統存在的問題

因前期通風系統的科學管理程度不足，通風系統優化不力，導致礦井通風系統存在如下問題：（1）北區西部輔運巷長度約160 m 的東段風量較大，成為進風“卡脖子”地段；（2）風機負壓較高，達到2 818.5 Pa；（3）濟三煤礦西翼七采區多處外圍閑置巷道未及時封閉，造成約2000 m3/min 風量的浪費。為此，本文基于全礦通風參數精準普查數據，通過VSE 軟件對濟三煤礦通風系統進行仿真模擬并優化改造。

2 通風系統優化研究流程

2.1 通風阻力測定

按照通風阻力測定的要求，結合濟三煤礦巷道布置情況，測量過程中選擇兩條主測路線，得到三段阻力分布情況圖如圖1。其中橫坐標為測點距井底長度，縱坐標為測點至井底沿程巷道總阻力。由數據分析得知，進風段、用風段、回風段阻力分布基本合理。

圖1 主測路線三段阻力分布情況圖

2.2 構建三維可視化仿真系統

根據濟三煤礦采掘平面圖、通風系統圖及通風系統阻力測定數據，通過VSE 軟件構建了濟三煤礦通風仿真系統，同時構建了礦井三維仿真通風系統圖，如圖2。

圖2 礦井三維仿真通風系統圖

針對濟三煤礦通風系統面臨的主要問題，結合全礦井通風參數實測數據，借助VSE 軟件對方案優化效果進行對比分析，確定適合濟三煤礦通風系統改造的最佳方案。

3 礦井通風系統優化改造方案及分析

3.1 方案一技術性分析

七采區已回采完畢較長時間，但部分外圍閑置巷道未及時封閉，風量分配不合理。此方案對上述巷道進行封閉，封閉步驟見表1。改造完成后，對整個優化方案進行模擬，主要優化效果見表2、表3。

表1 礦井七采區外圍巷道封閉步驟

由表2、表3 可知，將七采區外圍巷道封閉后，風機負壓增加了30 Pa 左右，同時礦井風量分配更加合理，采、掘工作面等主要用風地點風量均有所增加。結合圖3 可以看出，改造后風機處于合理工況范圍內，說明該方案具有可行性。

圖3 礦井主要通風機性能及風阻關系曲線圖

表3 網絡解算得出的礦井通風系統主要風量統計表

3.2 方案二技術性分析

通風困難時期，十六、十八采區進風主要由北區西部輔運巷負擔，導致該巷道風速偏高。因此方案二從分擔北區西部輔運巷通風壓力著手，在礦井西區掘一條進風巷和一條回風巷，以此縮減通風路線長度，減小通風阻力，增大采區供風量。該方案主要優化效果見表4、表5。

表4 優化前后主要通風機參數變化

通過對濟三煤礦采掘接續計劃分析，礦井通風困難時期二十采區與二采區同時回采。針對上述條件，建立通風困難時期濟三煤礦通風仿真系統，對所選最優方案進行模擬驗證優化效果。主要優化效果見表6、表7。由表4、表5 可知，西部掘進兩條大巷后，風機負壓減小180 Pa 左右，主要用風地點風量均有所增加。結合圖4 可以看出，改造后風機工況點下移，風機性能有較多富余，因而屬于濟三煤礦通風系統改造的最優方案。

表5 網絡解算得出的礦井通風系統主要風量統計表

表6 優化前后主要通風機參數變化

圖4 礦井主要通風機性能及風阻關系曲線圖

3.3 通風困難時期通風系統工程改造模擬驗證

由表6、表7 可知，井田西區掘通兩條大巷后，風機負壓減小200 Pa 左右。改造前203上05 綜采面、07 備采面均不能滿足需風量要求，實施方案二措施后，各用風地點風量滿足正常生產活動需風量要求，如圖5。可見，方案二實施后對濟三煤礦未來開拓二十采區有幫助，經VSE 模擬驗證該方案成效顯著。

圖5 礦井主要通風機性能及風阻關系曲線圖

表7 網絡解算得出的礦井通風系統主要風量統計表

4 結論

針對濟三煤礦通風系統存在七采區外圍閑置巷道未及時封閉、北區西部輔運巷風量較大、主要通風機風壓偏高等問題，根據濟三煤礦未來一段時間的生產部署及需風量情況，提出2 個可行的礦井通風系統改造方案。經比選，通過在井田西部實施掘進兩條西區邊界進回風大巷，礦井主要風機負壓降至2 637.7 Pa，并且為開拓、回采二十采區做好風量儲備。