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下龙花垣进回风井 高家山进回风井 1矿井通风系统现状及区隔必要性 南翼通风系统由主斜井、副立井、白家坡进风井 及南翼2斜井进风， 由1斜井和白家坡回风井回 风。 北翼通风系统由高家山进风井、主斜井、副立井 及下龙花垣进风井进风，由高家山回风立井和下龙 花垣回风立井回风。 矿井通风系统如图1所示。 矿井通风系统复杂，不利于通风管理，且巷道风 流不稳定；南北翼的风机都要从中央井底车场抽风， 相互之间影响较大，消耗风机能量，增加了开采成 本，且抗灾能力较差。 2矿井通风系统区隔方案设计 （a）北翼 （b）南翼 图1矿井通风系统 表性，避免了过分依赖数据点和陷入局部最优解的 问题，使得工作面涌水量预测结果更加精确。 （2）影响工作面涌水量因素较多且各因素间存 在着复杂的作用机制，主成分分析-遗传-最小二乘 支持向量回归模型能较为全面反映工作面涌水量 与各影响因素之间复杂的非线性关系，预测速度更 快，精度更高，为今后研究工作面涌水量提供了新 的方法。 参考文献 ［1］张玉军.基于固流耦合理论的覆岩破坏特征及涌水量预计的数值 模拟［J］.煤炭学报，2009，34（5）610-613. ［2］孙刘平，钱吴永.基于主成分分析法的综合评价方法的改进［J］. 数学的实践与认识，2009，39（18）15-20. ［3］曹庆奎，王瑞.基于GA-LSSVR的露天矿边坡稳定性预测［J］.煤 矿安全，2014，45（2）200-203. ［4］赵清艳，张超.基于GA-LSSVR的铣削加工变形预测［J］.组合机 床与自动化加工技术，2011，12（12）57-60. ［5］孙云普，王云飞，郑晓娟.基于遗传-支持向量机法的煤层顶板导 水断裂带高度的分析［J］.煤炭学报，2009，34（12）1 610-1 615. ［6］曹庆奎，赵斐.基于遗传-支持向量回归的煤层底板突水量预测 研究［J］.煤炭学报，2011，36（12）2 097-2 101. 作者简介张文泉（1965-），山东潍坊人，教授，主要从事矿山水 害预测防治技术应用及其理论研究， 电子信箱wenquanzhang163. com. 责任编辑李景奇收稿日期2015－10－29 基于三维仿真的矿井区隔及通风系统优化 吴兵 1，巩华锐1，任志宝2 ，李 旭 1，王泽华1 （1.中国矿业大学（北京） 资源与安全工程学院，北京100083；2.华晋焦煤有限责任公司，山西 吕梁033300） 摘要 为了将一个复杂矿井合理区隔为两个独立矿井，利用Ventsim三维通风仿真软件，构 建了矿井通风系统三维模型。通过增加或减小关键巷道的风门风阻等措施，进行了区隔后通风系统 优化。 结果表明区隔方案达到预想效果，区隔优化后通风参数合理，分隔后的通风系统稳定可靠。 关键词 三维仿真；矿井区隔；通风系统优化 中图分类号TD724文献标志码A 文章编号1008 － 8725（2016）05 － 0147 － 03 Division of Mine and Ventilation System Optimization Based on 3D Simulation WU Bing1, GONG Hua-rui1, REN Zhi-bao2, LI Xu1, WANG Ze-hua1 1. School of Resources and Safety Engineering,China University of Mining and Technology（Beijing）,Beijing 100083, China; 2. Huajin Coking Coal Co., Ltd., Lyuliang 033300, China Abstract In order to divide a complex mine into two separate mines, built a 3D model with using Ventsim three-dimensional ventilation simulation software. By increasing or decreasing the throttle wind resistance in the key of roadway and other measures, optimized the ventilation system. The results show that segmentation scheme achieves to expected effect, reasonable ventilation parameters,and stable and reliable ventilation system. Key words 3D simulation；mine segmentation；ventilation system optimization doi10.13301/ki.ct.2016.05.061 煤炭技术 Coal Technology Vol.35No.05 May.2016 第35卷第05期 2016年05月 2进风斜井 1回风斜井 2 主 斜 井 1 主 斜 井 副立井 白家坡进回风井 147 分析目前矿井的生产系统可知，南翼和北翼的 两个生产系统，相互之间基本没有影响，所以区隔部 位定在南北翼的连接处即中央井底车场位置。 由于 1、2主斜井分别承担北翼和南翼的运输任务，所以 将1主斜井归于北翼一矿，2主斜井归于南翼二 矿。 围绕副立井井底车场的归属问题，从技术上分 析，将现有副立井井底车场划给北翼一矿更为合理。 具体区隔方案为在井底车场与南翼二矿一采 区回风上山联通巷道内、南回风大巷、南轨道大巷， 南输送带大巷内分别设置6组防水墙。 区隔方案示 意图，如图2所示。 图2矿井区隔方案示意图 3区隔前后数值模拟对比分析及对存在问题的优 化改造 3.1矿井通风系统区隔前后的数值模拟对比分析 首先，对主要巷道风量变化对比分析。 对比区隔 前后北翼一矿与南翼三矿主要巷道的风量变化，分 别如表1 、表 2所示。 表1北翼一矿主要巷道风量对比表 表2南翼二矿主要巷道风量对比表 根据风量对比可知，在矿井区隔后主要用风地 点的风量都能得到满足，换装硐室风量变化较大。 其 中副立井和1主斜井的进风量均有减小，是因为区 隔系统前副立井车场的进风向南翼和北翼同时供 风，区隔后通往南翼的风路被切断。北翼输送带大巷 和北翼轨道大巷进风量增加， 是由于在区隔后副立 井井底车场和北翼轨道大巷石门构成并联通风系 统，并联风网减小整体的风阻。南翼二矿进风井的风 量都增加了， 这是由于矿井区隔后由副立井车场向 南翼供风的路线被切断， 需通过增加这3个风井的 风量来满足矿井的需风量。 其次，对通风机工作参数对比分析。矿井区隔后 主要通风机的工作曲线如图3所示。 （a）下龙花垣风机（b）高家山风机 （c）白家坡风机 图3区隔后主要通风机的工作曲线 模拟解算后风机数据表明，下龙花垣、高家山和 白家坡风机工况点仍在合理的工作区间内。 区隔前 后的1回风斜井通风机的工作曲线对比如图4所 示，可知，1回风斜井的风机工况点已不在当前的风 机特性曲线上。 （a）区隔前（b）区隔后 图41回风斜井通风机工作曲线对比图 经过模拟分析可知， 矿井区隔后北翼一矿的通 风系统存在的主要问题是副立井井底车场巷道风量 不足；南翼二矿的主要问题是1回风斜井的风机工 况点已不在合理的工作范围内。因此，针对区隔后存 在的问题，必须进一步优化通风系统。 3.2区隔后矿井通风系统优化 （1）北翼一矿的通风改造方案 通风改造方案应当保证换装硐室风速大于 0.15 m/s， 车场中换装硐室的实际巷道面积为40.8 m2， 按照煤矿安全规程要求， 该分支风量至少应满足 6.12 m3/s。 巷道名称 白家坡进风井 白家坡回风井 2主斜井 2进风斜井 1回风斜井 15105工作面 14301备采工作面 南三1石门 南回大巷 14401备采工作面 区隔前风量/m3s-1 166.9 219.6 45.9 85.5 159.3 15.8 5.4 99.6 95.9 14.1 区隔后风量/m3s-1 184.4 214.8 62.2 113.2 144.9 15.3 7.2 99.3 99.1 14.8 巷道名称 下龙花垣进风井 高家山进风井 副立井 1主斜井 22202工作面 24305工作面 25301工作面 换装硐室 北翼输送带大巷 北翼轨道大巷 区隔前风量/m3s-1 165.6 175.9 143.7 18.2 11.8 13.1 14 40.2 20 61.2 区隔后风量/m3s-1 163.7 167.3 82.7 12 11.9 13.2 14.1 3.12 23.6 71.1 第35卷第05期Vol.35 No.05基于三维仿真的矿井区隔及通风系统优化吴兵，等 1主斜井 2主斜井 副立井 防水墙 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 静压/Pa 0100200300 风量/m3s-1 0100200300400 风量/m3s-1 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 静压/Pa 0100200300400 风量/m3s-1 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 静压/Pa 0100200300 风量/m3s-1 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 静压/Pa 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 静压/Pa 050100150200250 风量/m3s-1 148 具体的通风改造方案①在副立井井底的分支 1、分支2分别加设调节风门，分支1风窗阻力0.040 5 Ns2/m8，分支2风窗阻力0.037 0 Ns2/m8；②提高主斜 井井底分支3调节风门的风阻值，其风窗阻力2.585 Ns2/m8；③在清水巷与南轨大巷的连接巷内设调节 风门，其风窗阻力0.320 Ns2/m8；④对换装硐室的联 巷进行密闭。 具体位置如图5所示。 图5调节设施具体位置示意图 对新的通风网络进行模拟，改造前后井底车场 主要巷道风量模拟解算对比如表3所示。 表3改造前后井底车场主要巷道风量模拟对比 表4主要用风点的风量对比 改造后，保证主斜井进风量和副立井进风量基 本无变化；换装硐室的风量由之前的3.12 m3/s提高 至6.38 m3/s；满足了煤矿安全规程要求，解决了井底 车场部分巷道风量不足问题。 （2）南翼二矿的通风改造方案 经分析，南翼二矿中央系统每条进回风路线都 有调节措施，针对此现象，对其中一些风门及风量调 节设施进行降阻调节，减小风机的功耗。 具体通风降阻改造方案减小中央井底绕道的 回风巷中通风设施风门1的风阻值，调节15105工 作面回风联巷的风门2和14301备采工作面的风 门3，减小其风阻。 所涉及的风门及调控设施如图6 所示。 （a）风门1位置（b）风门2位置（c）风门2位置 图6调节设施具体位置示意图 采取上述调节措施后， 对新的通风网络进行模 拟解算，1回风斜井风机工况点对比如图7所示，主 要用风点的风量对比如表4所示， 南翼两通风系统 风量供给关系对比如表5所示。 （a）优化前（b）优化后 图71回风斜井通风机工况点对比图 表5南翼两通风系统风量供给关系对比 改造后的模拟结果表明，1回风斜井风机已处 于合理工况， 保证主要用风点的风量也基本与隔离 前相等。 同时，风量分配也更加合理，中央系统流向 白家坡系统风量大大减小， 中央系统风量主要供给 中央系统，白家坡系统风量主要供给白家坡系统，减 少了两系统之间的影响，对于整个矿井通风稳定，安 全生产都具有积极意义。 4结语 （1）通过矿井三维立体通风系统模型，结合矿井 生产实际， 提出1主斜井归于北翼一矿，2主斜井 归于南翼二矿， 将现副立井井底车场及换装硐室划 给北翼一矿的矿井区隔方案。 （2）针对区隔后北翼一矿所存在的问题，通过增 加相关巷道风门风阻， 密闭换装硐室联巷的方法进 行系统优化；对于南翼二矿所存在的问题，在保证主 要用风点风量需求、系统稳定的前提下，通过减小关 键巷道风门风阻，使1回风斜井处于合理工况。 参考文献 ［1］王英敏.矿井通风与防尘［M］.北京冶金工业出版社，1993. ［2］骆贞江，杨成林. Ventsim软件在矿井通风中的应用［J］.有色冶 金设计与研究，2009，30（3）7-9. ［3］王超群.基于Ventsim系统的老矿山通风系统改造研究－以铜兴 矿业为例［J］.有色金属矿山部分，2013，65（1）87-89. ［4］王大尉.基于Ventsim软件的矿井通风系统优化［J］.煤矿开采， 2011，16（5）25-26. ［5］庞大芳，高东旭，李绪萍.矿井通风系统优化改造研究［J］.煤炭 技术，2008（10）73-75. 作者简介吴兵（1967-），山西阳泉人，教授，博士生导师，研究 方向煤矿安全，电子信箱wbelcy. 责任编辑李景奇收稿日期2015－10－29 风门1 风门2 中央进风 重新进入中央系统 中央回风 中央系统流向白家坡系统 隔离前/m3min-1 3 642 342 486 2 814 调节后/m3min-1 2 094 342 486 1 266 差值/m3min-1 1 548 0 0 1 548 巷道名称 主斜井 副立井 换装硐室 改造前/m3s-1 12 82.5 3.12 改造后/m3s-1 12.1 82.1 6.38 第35卷第05期Vol.35No.05基于三维仿真的矿井区隔及通风系统优化吴兵，等 主要用风点 工作面 备用工作面 隔离前/m3min-1 942 312 调节后/m3min-1 918 300 1主斜井2主斜井 密闭 换装硐室 清水巷 2 1 3 副立井 风门3 白家坡进回风井 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 静压/Pa 050100150200250 风量/m3s-1 050100150200250 风量/m3s-1 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 静压/Pa 149