基于VSE 软件的济三煤矿通风系统优化方案研究

许让标 张利伟 鄢 利

（1.兖矿能源集团股份有限公司济宁三号煤矿，山东 济宁 272169；2.中国矿业大学，江苏 徐州 221116）

随着我国工业的快速发展，矿产资源的消耗也日益增大，开采对象逐渐由条件较好的浅表矿床向深部复杂矿床过渡[1]。随着开采深度的增加，供风量不足、风量分配不均、通风阻力变大、漏风加剧等问题逐渐突显出来[2]。因此必须依据实际生产情况，对矿井通风系统进行优化改造来满足生产活动的需要[3-5]。

本文以山东济三煤矿为例，基于全矿通风参数精准普查数据，借助中国矿业大学的“通风仿真专家”（VSE）软件对济三煤矿通风系统进行网络模拟解算，提出优化改造方案。

1 矿井概况及通风系统存在的问题

1.1 矿井概况

济三煤矿位于山东省济宁市，井田位于南北向的济宁地堑构造内，属济宁煤田（东区）的中部。矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式，主、副井进风，中央风井回风。矿井总进风量为20 126 m3/min，总回风量为20 590 m3/min，风机负压为2 818.5 Pa。

1.2 通风系统存在的问题

因前期通风系统的科学管理程度不足，通风系统优化不力，导致矿井通风系统存在如下问题：（1）北区西部辅运巷长度约160 m 的东段风量较大，成为进风“卡脖子”地段；（2）风机负压较高，达到2 818.5 Pa；（3）济三煤矿西翼七采区多处外围闲置巷道未及时封闭，造成约2000 m3/min 风量的浪费。为此，本文基于全矿通风参数精准普查数据，通过VSE 软件对济三煤矿通风系统进行仿真模拟并优化改造。

2 通风系统优化研究流程

2.1 通风阻力测定

按照通风阻力测定的要求，结合济三煤矿巷道布置情况，测量过程中选择两条主测路线，得到三段阻力分布情况图如图1。其中横坐标为测点距井底长度，纵坐标为测点至井底沿程巷道总阻力。由数据分析得知，进风段、用风段、回风段阻力分布基本合理。

图1 主测路线三段阻力分布情况图

2.2 构建三维可视化仿真系统

根据济三煤矿采掘平面图、通风系统图及通风系统阻力测定数据，通过VSE 软件构建了济三煤矿通风仿真系统，同时构建了矿井三维仿真通风系统图，如图2。

图2 矿井三维仿真通风系统图

针对济三煤矿通风系统面临的主要问题，结合全矿井通风参数实测数据，借助VSE 软件对方案优化效果进行对比分析，确定适合济三煤矿通风系统改造的最佳方案。

3 矿井通风系统优化改造方案及分析

3.1 方案一技术性分析

七采区已回采完毕较长时间，但部分外围闲置巷道未及时封闭，风量分配不合理。此方案对上述巷道进行封闭，封闭步骤见表1。改造完成后，对整个优化方案进行模拟，主要优化效果见表2、表3。

表1 矿井七采区外围巷道封闭步骤

由表2、表3 可知，将七采区外围巷道封闭后，风机负压增加了30 Pa 左右，同时矿井风量分配更加合理，采、掘工作面等主要用风地点风量均有所增加。结合图3 可以看出，改造后风机处于合理工况范围内，说明该方案具有可行性。

图3 矿井主要通风机性能及风阻关系曲线图

表3 网络解算得出的矿井通风系统主要风量统计表

3.2 方案二技术性分析

通风困难时期，十六、十八采区进风主要由北区西部辅运巷负担，导致该巷道风速偏高。因此方案二从分担北区西部辅运巷通风压力着手，在矿井西区掘一条进风巷和一条回风巷，以此缩减通风路线长度，减小通风阻力，增大采区供风量。该方案主要优化效果见表4、表5。

表4 优化前后主要通风机参数变化

通过对济三煤矿采掘接续计划分析，矿井通风困难时期二十采区与二采区同时回采。针对上述条件，建立通风困难时期济三煤矿通风仿真系统，对所选最优方案进行模拟验证优化效果。主要优化效果见表6、表7。由表4、表5 可知，西部掘进两条大巷后，风机负压减小180 Pa 左右，主要用风地点风量均有所增加。结合图4 可以看出，改造后风机工况点下移，风机性能有较多富余，因而属于济三煤矿通风系统改造的最优方案。

表5 网络解算得出的矿井通风系统主要风量统计表

表6 优化前后主要通风机参数变化

图4 矿井主要通风机性能及风阻关系曲线图

3.3 通风困难时期通风系统工程改造模拟验证

由表6、表7 可知，井田西区掘通两条大巷后，风机负压减小200 Pa 左右。改造前203上05 综采面、07 备采面均不能满足需风量要求，实施方案二措施后，各用风地点风量满足正常生产活动需风量要求，如图5。可见，方案二实施后对济三煤矿未来开拓二十采区有帮助，经VSE 模拟验证该方案成效显著。

图5 矿井主要通风机性能及风阻关系曲线图

表7 网络解算得出的矿井通风系统主要风量统计表

4 结论

针对济三煤矿通风系统存在七采区外围闲置巷道未及时封闭、北区西部辅运巷风量较大、主要通风机风压偏高等问题，根据济三煤矿未来一段时间的生产部署及需风量情况，提出2 个可行的矿井通风系统改造方案。经比选，通过在井田西部实施掘进两条西区边界进回风大巷，矿井主要风机负压降至2 637.7 Pa，并且为开拓、回采二十采区做好风量储备。