通风系统网络模拟在优化通风系统中的应用

我矿是采区前进式开采矿井, 随着矿井开采的深入, 采场的不断拓展, 产量的逐年攀升, 通风系统也随之日趋复杂, 通风阻力逐渐在增加, 矿井风量需求越来越大, 通风系统能耗越来越大。这就促使我们必须对通风系统进行优化, 以减小系统阻力, 降低系统能耗。面对如此复杂、变化极其频繁的通风网络, 若是采用人工解算, 费时费力不讲, 重要的是完全失去了时效性。随着计算机在工程领域中的应用, 一些针对通风网络解算的软件也逐渐的成熟起来, 并在实践中得到验证, 为对矿井通风系统进行分析, 从而确定优化方案带来了很大的便利。

1 数据采集

利用计算机软件来完成网络解算, 解算结果的可信程度关键取决于采集数据的数量和真实程度, 所以在建立通风网络模型之前, 我们对矿井通风系统进行了全面的调查, 通过通风阻力测定, 收集并整理掌握了通风系统各分支的相关参数, 包括:巷道断面、巷道长度、摩擦风阻等等, 为模型的建立提供了可靠的基础数据。

2 通风系统网络模型的建立

依据现状通风系统图, 作出与其一致的网络模型, 然后将先前收集所得的基础数据输入到模型中, 通过对一些角联巷道的风阻进行调节, 从而使各条分支以及各个用风地点的风量与实际相符, 这样就建立了一个模型。其中在调节角联巷道风阻时, 应尽量选择那些未进行实际测定, 而采用类比法, 选择相似巷道的百米风阻通过换算得到其风阻的分支作为调节分支, 这样不至于改变主要通路的风阻。因为主要通路的风阻是通过实际测定而得到的, 是与现实状况相符的, 如果主要通路的风阻改变了, 所建立的网络模型就会脱离现状, 这样一来即便各条分支和各用风地点的风量与现实的状况相一致了, 通过这种失真的网络模型解算的解果也将产生很大的偏差。

3 网络解算及结果分析

在成型的网络模型的基础上, 通过局部调整后便能得到不同时期、不同状态下的网络模型, 再对各个时期、各种状态下的模型进行解算, 并对解算结果进行比较、分析, 便能很容易得到由一个时期推进到另一个时期、由一种状态转变到另一种状态时, 矿井风量分布状况的变化。在发生这种变化后, 矿井风量能否满足安全生产需求, 各分支会不会出现风速超限或微风状况, 各用风地点的风量是否能满足其设计要求等等, 通过解算结果能很快得出结论。

3.1 现状通风系统模拟结果分析

对通风系统现状的模拟结果表明:矿井通风阻力为2480.92Pa, 其中回风井筒和进风井筒阻力较大, 分别占矿井总阻力的39.51%和21.82%, 经分析知该矿原设计产量为400万吨/年, 后经过技术改造提升至700万吨/年, 但进、回风井筒及主要进、回风大巷的尺寸均是与原设计产量相匹配的, 相对目前产量较小造成阻力较大;其次, 回风路线通风阻力也占相当大一部分即占总阻力的20.23%, 经分析和现场实地调查得知主要有两个方面的原因, 一是设计断面相对较小, 二是受采动影响巷道变形较大, 断面缩小造成阻力增大。

另外, 通过对现状通风系统进行分析可以很明显的看出东、西两翼风量分布极不均衡。东翼总回风量为17308m3/min, 西翼总回风为11844m3/min。这无形中又增加了矿井阻力。

3.2 不同时期通风系统模拟结果比较

表2对现状及随后四个时间的通风系统进行了比较。通过比较可以很容易看出以下几点:一是西翼13-1新增回风巷东段贯通后, 矿井总阻力有所下降, 下降16.45Pa;二是1112 (1) 工作面进入收作时期, 1210 (3) 上提工作面进入回采时期后, 1112 (1) 面需增阻降风, 从而造成矿井总阻力有所上升, 上升34.85Pa, 同时1112 (1) 面与1210 (3) 面接替期间四个工作面同时生产风量较为紧张;三是新增回风巷码头门贯通后矿井总阻力下降幅度不大, 风量基本没有变化。详见表1《不同时期通风系统网络模拟解算结果表》。

3.3 模拟个别瓶颈段刷大后结果

通过现场调查得知主井下口及部分段回风大巷阻力较大, 应进行降阻。其中对主井下口刷大后的通风系统进行模拟, 结果显示对降低矿井总阻力很有帮助, 刷大后较刷大前矿井总阻力下降100.06Pa, 风量略有上升。

4 通风系统优化方案的拟定

通过对上述解算结果进行分析和实地调查, 现拟定如下方案:一是对井筒附近系统巷道进行刷大, 对部分受采动影响变形严重的巷道进行修复处理;二是对主井下口瓶颈部位进行刷大处理, 三是加快西翼新增回风大巷西段的施工进度;四是合理进行采掘布置, 使两翼风量分布尽量均衡。

5 结语

上述方案经过逐步实施后, 已经收到预期效果, 矿井通风系统得到了优化, 通风阻力得到了很大程度的降低。从而节省了主要通风机的运转费用, 降低了矿井生产成本, 确保了矿井通风系统的稳定、可靠、高效的运行, 保障了矿井的安全生产。

摘要：为确保通风系统稳定、可靠、高效运行, 在对通风系统现状进行相关数据采集后, 针对通风系统建立网络模型。通过通风网络模拟解算, 并对解算结果进行分析, 确定影响矿井通风的瓶颈所在, 提出优化通风系统的可行方案。通过方案的落实, 使通风系统在一定程度上得到优化, 以确保矿井通风系统的稳定、可靠、高效运行, 降低矿井通风费用, 节约矿井开采成本。

关键词：通风系统,通风网络,模拟解算,瓶颈,优化,节约