VentAnaly在矿井通风系统优化过程中的应用

引言

就目前的煤矿安全生产形势而言，我国所有煤矿伤亡事故中，伤亡人数较多、事故率较高的几种分别是瓦斯爆炸、煤尘爆炸、火灾、瓦斯突出和矿井透水，然而这些事故中除了矿井透水事故外，其它几种典型事故一般都与矿井通风密切相关，从上述事故中暴露出了矿井通风网络风流分配、瓦斯等有毒有害气体监测和通风设施、设备控制的智能化、自动化程度较低，人工干预率过高，人为识别危险因素的能力和精力有限等问题，下面就矿井通风的发展趋势而言，如何通过通风智能化建设来解决或者改善上述情况展开详细论述。

1. Vent Analy三维通风可视化模拟系统的应用背景

双柳煤矿具备完善的通风系统，现有两个生产采区，均布置有专用回风巷，矿井共布置有五个井筒，白家焉副立井、白家焉主斜井、郭家山副立井、白家焉回风立井及郭家山回风立井。矿井采用的通风方式为主要通风机抽出式通风，通风方法为分区式，矿井总进风量为23811m3/min，总回风量24132m3/min。

由于项目需要，白家焉回风井主通风机需进行改造，改造期间停止白家焉主要通风机运转，在白家焉主要通风机停运期间矿井仅有郭家山回风立井回风，构成“四进一回”的通风系统，待白家焉主要通风机改造结束后将矿井通风系统重新调整为现有“三进两回”的通风系统。故在矿井通风系统调整期间需对矿井二、三采区各地点风量进行重新调整和分配，确保矿井安全生产。

2. 三维通风可视化模拟系统的数学模型及实际应用

(1)通风网络基本原理

矿井通风网络解算实质均是以通风阻力定律、节点风量平衡定量、闭合回路阻力平衡三大定律为基本原理，其应用和延展均基于湍流流体的伯努利方程。

(1)阻力定律

式中：

Hj-第j条分支的摩擦阻力，Pa;Rj-第j条分支的摩擦风阻，Ns2/m8;Qj-第j条分支的风量，m3/s。

(2)风量平衡定律

在任意的通风网络中，通常将风流视为不可压缩流体，对于任意一个节点，流经这一节点的风量是守恒的。如下式所示：

式中：

bj-与节点关联的第j条分支符号因数，风量流入节点取1，风量流出节点取-1;qi-与节点关联的第j条分支的风量，m3/s。

(3)阻力平衡定律

通风网络中的任一回路中的风流都遵循阻力平衡定律，即回路中遵循能量守恒定律，主要包括静压、动压以及位压。如下式所示：

式中：

fi-第i个回路中的风压代数和，Pa;

Pj-回路中第j条分支的自然风压，Pa;

Fj(Qj)-回路中第j条分支的机械风压，Pa。

(2)矿井通风智能分析决策系统的成图及解算原理概述

Vent Analy模拟采用固定格式文件内置程序直接导入cad图纸的方式生成三维通风模型图。在双柳矿现有通风系统的基础上，进行了基础参数测试，建立数据库，新建图层，在该图层上重新按照实际绘制通风系统，最终形成具备通风系统网络实时显示和解算模拟的三维视图，解算前内置算法介入，所有通风系统调整均可进行实时解算，解算结果包含各地点的风量以及风路的风阻，最大阻力路线等。

3. Vent Analy模拟系统的应用效果

(1)利用模拟系统进行预想方案和优选方案的模拟过程

在Vent Analy模拟系统中将所要调整地点的属性进行设置，例如将A点调节风窗的面积控制在0.5m2,B点调节风窗设置成0.6m2以此类推将所有计划调整的地点的风窗进行调整，最后得出计划方案，每个计划调整的方案细微变化将导致整个调整回路的风量同时发生细微变化。通风系统调整方案可以有多种，每次的模拟结果都可以作为决策的依据，最终选定2种系统调整方案进行对比、分析。具体如下：

郭家山主要通风机额定风量为13500～29100m3/min，在通风系统调整前重新核算调整后的矿井二、三采区，通过调整郭家山主要通风机风叶角度来增加郭家山主要通风机的排风量，主要通风机风量20000m3/min;负压2400Pa，能够满足矿井用风需求。针对单风井供风问题，提出以下调整方案：

方案一：人工预想的调整方案(也进行模拟)

(1)打开白家焉回风井防爆井盖使得白家焉回风井具备进风条件;(2)拆除南回风巷内二、三采区分区隔离墙;(3)关闭南回风巷一、二联巷的调节风窗及三采煤库回风联巷调节风窗;(4)二采回巷距23(4)01材联巷口往东5m处施工一道调节风墙(调节窗面积为1.0m×1.5m)。(5)将二采区与三采区交汇点的所有通回风联巷风量进行控制，并在二采区下组煤回风巷设置调节风窗减少二采区无采掘作业地点的配风量，以此满足全矿井的通风需要。

方案二：利用Vent Analy模拟系统优选的调整方案

(1)打开白家焉回风井防爆井盖使得白家焉回风井具备进风条件;(2)拆除南回风巷内二、三采区分区隔离墙;(3)关闭南回风巷一、二联巷的调节风窗及三采煤库回风联巷调节风窗;(4)二采回巷距23(4)01材联巷口往东5m处施工一道调节风墙(调节窗面积为1.0m×1.5m)。(5)将三采区33(4)20、33(4)21、33(4)19等地点的风量依次下调，利用三采区的风量下调后的矿井富裕风量全力保证矿井通风。

(2)两种调整方案的对比分析

为验证上述两种方案的可行性和高效性，基于Vent A-naly软件对改造前后的风量及各风路的沿程阻力和风量进行解算。经方案模拟可得，改造前后风量及风压解算对比结果如表2所示。

两种方案对比分析：方案一中的通风系统改造后的各地点风量均有所下降，且不能保证回采工作面的风量，另外二采区的用风地点不能满足实际要求，但方案二利用Vent Analy软件后的模拟结果显示，各地点的风量均能满足要求，且与实际情况相符，利用三采区下调风量补充至二采区，可以平分全矿井风量，改造后单一风井回风可能导致主要用风地点风量不足的问题得到有效解决，其中主要指标包括有效风量率、主通风机运行效率等得到显著提高。

4. 结论

本文依据矿井通风系统实际调整方案，论证了矿井通风仿真系统在解决通风系统优化改造方面的优势，为其它矿井通风系统优化改造指引了方向，为其它网络解算软件的推广奠定了基础。在多风井改造单一风井供风的通风系统调整方案优选中，其应用效果表明Vent Analy软件在矿井通风系统调整智能辅助决策及有效解决目前矿井通风系统中主要通风机不在有效运行工况范围、各风路调节位置与调控量不合理等突出通风问题等方面具有很好的推广应用价值，是矿井通风系统优化改造的科学、有效的工具。

摘要：矿井通风智能分析决策系统(VentAnaly)是一套具有矿井通风网络实时监测、数据永久存储管理、通风设施远程精确控制等技术的通风管理系统，可针对矿井通风阻力大、主要用风地点风量不足及通风系统调风方案优选等问题提出改造方法及思路；本文结合双柳煤矿通风系统改造为例，综合论述运用矿井通风智能分析决策系统在通风系统调整方面的优势，为矿井的通风管理提供强而有力的数据支撑，为矿井通风智能化、自动化管理指明方向。

关键词：通风系统,网络解算,三维可视化,VentAnaly

参考文献

[1] 季现伟.基于三维条件的矿井通风网络解算系统研究[D].昆明:昆明理工大学,2011.

[2] 苟红松.基于Eclipse RCP的煤矿通风信息系统研究[D].焦作:河南理工大学,2009.

[3] 李雨成,刘剑,贾廷贵.MVSS3.0在矿井通风系统改造中的应用[J].煤矿安全,2007(04):21-22.