基于VSE 的大南湖一矿通风系统现状仿真与评估

路 宁

（国网能源哈密煤电有限公司大南湖一矿，新疆 哈密 839000）

1 研究背景

大南湖一矿采用主斜井，副、风立井综合开拓方式，分三个水平进行开采。采用中央并列抽出式通风，主斜井、副立井进风，风立井回风，总进风为7857 m³/min，总回风为7968 m³/min，漏风量为111 m³/min。矿井自2008 年始迄今已投产十二年时间，相关通风系统及通风设施布置如图1 所示。在矿井发展早期，通风系统的建设主要是为了满足矿井产量的需求，忽视了其安全性、稳定可靠性及合理性。为了掌握大南湖一矿通风系统现状，科学评估其存在问题以方便后续优化改造，对全矿通风参数进行了精确普查，基于“通风仿真专家”（VSE）软件对矿井通风系统进行了科学仿真。

2 通风系统现状仿真与评估流程

（1）全矿通风参数精确普查

采用气压计法对全矿井通风阻力进行测定，同时测量测段内巷道风速、断面、干温度和相对湿度等参数。

（2）构建大南湖一矿矿井通风三维可视化仿真系统

利用“通风仿真专家”（VSE）通风系统仿真软件，通过将井下井巷数据录入、添加构筑物与通风动力装置、编辑巷道属性等多个环节可实现矿井通风系统的三维可视化操作，从而方便地考察和评估通风系统现状。根据大南湖一矿采掘平面图、通风系统图及通风系统阻力测定数据构建了大南湖一矿通风仿真系统，并利用VSE 本身的拓扑检查功能进行检查并修改完善。

（3）评估矿井通风系统存在问题

综合全矿通风参数普查结果与矿井通风三维可视化仿真结果，对通风系统的安全性、可靠性和合理性进行全方位的科学评估。

图1 大南湖一矿通风系统及通风设施布置示意图

3 评估结果与现状分析

3.1 安全性

3.1.1 巷道微风状况

井下实际测量，发现部分巷道风速偏低，不符合煤矿安全规程规定。风速偏低，不利于有毒有害气体和粉尘的排出，且容易造成瓦斯积聚，引起瓦斯事故[1]。大南湖一矿井下巷道微风情况见表1。

表1 大南湖一矿巷道微风情况表

3.1.2 用风地点风量状况

大南湖一矿只有一个综采工作面和一个掘进工作面，在实际测量过程以及数据处理后发现，综采工作面和掘进工作面风量均满足要求，具体见表2，其他硐室等用风地点风量基本满足要求。

表2 主要用风地点需风量和实际用风量

3.1.3 回风大巷风速状况

大南湖一矿通风系统采用中央并列式通风方式，主要依靠回风大巷回风，风速偏高，全矿井回风段巷道参数具体见表3。

表3 通风系统回风段巷道参数表

3.2 稳定可靠性

3.2.1 井下通风设施状况

大南湖一矿通风系统井下的通风设施有50 个左右，通风设施数相对比较多，对全矿井通风系统的稳定性影响较大。

3.2.2 井下角联分支状况

角联分支风流有可能不稳定，甚至风流反向，容易发生事故[2]。基于通风仿真软件，对全矿井通风系统进行角联分支识别，发现大南湖一矿有角联分支40 条，并对这40 条角联分支分析其稳定性。在风阻随机变化幅度在0%～100%范围内、风阻随机变化步长为10%的条件下开始模拟，部分分支易发生风流反向，结果见表4。

从角联分支分析的结果可以看出：石门二与主斜井、三煤胶运大巷、材料换装硐室等角联分支较不稳定，容易发生风流反向，需要对这些巷道进行加强通风管理。

表4 角联分支分析结果

3.3 合理性

3.3.1 主要通风机工况点状况

关于主通风机工况点合理性，主要是从其风量、风机负压、效率、功率这四个方面进行评价[3-4]。由图2 可以看出，大南湖一矿主通风机实际工作风压没有超过最高风压的90%，功率在400 kW 左右，效率在57%左右。同时，根据先前分析可知，大南湖一矿风机的风量可以满足主要通风地点的风量要求，但井下部分巷道存在微风状况。因而综上可知，大南湖一矿主通风机的工况点基本合理，但矿井总进风量需要增加，同时主通风机效率有待提高。

图2 主要通风机工况点特征曲线图

3.3.2 阻力分布状况

矿井通风阻力大体分为进风段、用风段和回风段[5-6]。对矿井通风主要路线各阻力段进行分析，得到三段阻力分布，如图3。进风段阻力149.41 Pa，用风段阻力101.86 Pa，回风段阻力335.86 Pa。进风段阻力占总阻力的25.45%，用风段阻力占总阻力的17.35%，回风段阻力占总阻力的57.20%。从三段阻力分布的结果可以看出回风段阻力偏大。

图3 主要路线各段阻力分布图

4 结论

为掌握大南湖一矿通风系统现状，科学评估其安全性、稳定可靠性及合理性，对全矿进行了通风参数精准普查，基于VSE 软件对通风系统运行状况进行了仿真与评估。结果表明：现有通风系统可以满足大南湖一矿用风地点的风量要求，但部分巷道存在微风状况，且回风大巷风速偏高；井下通风设施较多，部分角联分支易发生风流转向，导致通风系统不稳定；主要通风机工况点基本合理，但矿井总进风量需要增加，主通风机效率有待提高；矿井回风段阻力偏大，通风阻力分布有待优化。相关研究对后续大南湖一矿科学、经济地改造与升级矿井通风系统，提升其安全性与可靠性具有重要价值。