Ventsim软件在矿井智能化通风系统中的应用

文 崇

（西山煤电（集团）有限责任公司通风处， 山西 太原 030025）

1 煤矿通风系统概况

某矿生产能力500万t/a，采用平峒—斜井综合开拓方式，全矿井共有五个盘区，分别为：北五盘区、北七盘区、北三盘区、南九盘区、南十盘区。采用多进风井、多回风井的分区通风方式，主要通风方法为抽出式，采用“八进四回”的通风布局。矿井总进风量为34 545 m3/min，矿井总排风量约为35 467 m3/min，有效风量率91.93%。回风井分布及参数如表1所示：

表1 回风井分布及参数

当前主要问题有：矿井多水平开采，通风路线长，通风网络复杂，矿井通风系统中，重要的通风部位拐直角弯多，风流经过这些地方时，产生的局部阻力大，矿井部分进回风大巷和进回风井筒断面偏小，形成矿井通风瓶颈，对矿井通风不利，通过实测发现，部分联络巷属于施工措施巷，矿井通风系统形成后，属于无用巷道，矿井D风井风机运行负压大，通风系统不合理，A回风井系统中，北一总回风大巷和北区回风巷上布置通风设施，不合理，需优化。

2 通风系统优化模拟

针对以上问题，提出两个优化方案，利用Ventsim软件进行风网模拟解算。

2.1 方案一

对北一下组煤总回风巷扩大断面，扩大前后通风系统相关数据见图1。

图1 北一下组煤总回风巷扩大断面后数据对比

新掘巷道前后，D风井风机工况点运行情况对比如表2所示：

表2 D风井风机工况点运行情况对比

2.2 方案二

根据矿方长远生产计划，整个北部采区，9号煤还未进行开采，8号煤正在进行回采，建议在9号煤层新掘一条回风大巷（宽4.5 m，高3.5 m，半圆拱形，见下页图2），与北一下组煤总回风巷形成并联巷道。在现阶段共同担负8号煤各工作面的回风任务，在8号煤回采完毕后，也可用作9号煤各工作面的总回风巷。在9号煤层新增一条回风大巷前后通风系统相关数据见图3。

图2 模拟9号煤层新掘一条回风大巷

图3 新增9号煤层回风大巷后数据对比

新掘巷道前后，D风井风机工况点运行情况对比如表3：

表3 D风井风机工况点运行情况对比

通过分析得出，扩大北一下组煤巷道断面确实可以降低负压，但考虑到后期生产布局，巷道管路等，建议小幅度维护即可；新掘9号煤总回风巷后，中部井负压明显下降，可以使风机运行更加稳定，可靠。虽然前期投入的采矿成本较大，但考虑到巷道的服务年限和服务范围，后期整个9号煤的回风任务，节省的通风成本远远超过采矿成本。因为北一下组煤总回风巷道变形严重，巷道内部管路比较多，重新扩断面，8号煤层东部回采也马上结束，后期需要回采9号煤层，故长远考虑，建议在9号煤层新掘回风巷，即解决中部风井通风阻力大的问题，还为9号煤层布置工作面提供了便利。

3 精准优化

矿井通风是一个相对复杂的过程，好的通风系统需要和矿井其他系统相互结合，争取做到最优。按常规方法设计井巷断面时，首先按提升、运输等设备的外形尺寸和安全间隙选择各类井巷断面，然后进行风速验算。在通风设计中，井巷断面往往与矿井总风压发生矛盾。若断面偏小，井巷总风压过大，对通风系统的安全可靠和经济运行不利，甚至选不到合适的通风机；若断面偏大，井巷掘进工程量过大，则矿井总风压过小，通风机也难以选择合适。因此，必须进行通风井巷断面的优化。

为此，Ventsim可以对特定巷道或井筒进行断面论证，确保最优断面。

以上分析结果是利用Ventsim通风软件中的经济性模拟功能对矿井通风系统进行的经济性模拟，掘进成本及风机成本单价可能与矿方实际有偏差，但从这个分析结果完全可以看出影响矿井通风网络的主要巷道，见图4。

图4 风路经济性模拟

风路编号为2951的巷道为B回风立井，直径为3m，断面积为7.1m2，对该井筒进行断面优化。随着断面积的增大，采矿成本增加，年通风成本及风机成本降低，直径4 m，即断面积12.5 m2为最优经济断面，避免了采矿成本的增加，见图5。

4 安全效益和经济效益

1）有效降低了矿井负压，风机曲线工况点运行更为高效、更可靠；

图5 成本对比

2）风网的配风更加容易，可以有效为瓦斯较高工作面增风；

3）通风设施的调节负荷有效降低，风门管理更加容易，设施维护量变小；

4）负压过高导致主通风机在炎热的夏季容易发生故障，采用扩巷和调整通风设施，来优化通风系统，降低风机负压；

5）有效利用现有巷道进行通风，降低采矿成本；

6）模拟未来设计巷道最优断面，有效控制采矿成本；

7）根据风网对主要通风机进行最优选型，降低风机购置成本；

8）通风设备及设施维护成本降低，工作量减少，人工成本降低；

9）提高有效风量利用率，避免风量浪费；

10）合理分配风量，更好地改善作业环境，减少职业病的发生。

5 结论

1）采用Ventsim软件，通过建立矿井三维通风模型、调节系统参数进行模拟研究，直观明了，科学合理，可操作性强。

2）通过建立通风系统模型，可以在实际工程未开始前进行预模拟通风效果。将模拟效果应用于矿井日常的通风管理工作中，可帮助矿山通风人员发现问题，优化通风网络。

3）三维可视化通风模型不仅可以模拟日常矿井通风调节的解算，也可以直接用于矿井的通风改造、风量的调整等工作，对矿井实际的通风管理具有重要的指导意义。