Ventsim三维通风仿真系统在东盛煤矿的应用.pdf

总第2 0 7期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 1 6 ． 1 1 ． 0 0 9 V e n t s i m三维通风仿真 系统在东盛煤矿 的应用 赵博 1 ． 太原理工大学 矿业工程学院， 山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 潞安工程勘察设计咨询有限责任公司， 山西 长治0 4 6 2 0 4 摘要 文章以东盛煤矿投产前巷道为基础， 利用 V e n t s i m三维通风仿真系统对巷道进行仿真建模 ， 介绍了 建模过程 ， 并对东盛矿井投产后通风系统进行预测， 发现整个通风系统中存在的问题， 并提出相应的改进 措施 。 关键词 V e n t s i m； 三维仿真； 模型 通风模拟 中图分类号 T D 7 2 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 6 1 1 0 0 2 7 0 3 纵观加拿大、 澳大利亚 、 美 国等先进采矿国家， 非常重视矿井的通风定量安全评估工作 。例如在澳 大利亚 ， 有很多专业矿井通风咨询公 司， 采用先进 的 软件系统 ， 对不 同的矿井类型进行通风定量评估优 化工作 。一般矿井 3 6个月需要定量评估一次， 高 瓦斯煤矿定量评估周期最为频繁。但在我国 ， 专业 矿井通风咨询公 司较少 ， 大多工作处 于定性 的评估 如 矿井通风能力 核定等 ， 还达不 到定量评估 的 水平 ， 多数矿井借助 于不 同的机构和单位也进行 网 络解算工作 ， 但总体水平和国外相比差距仍然很大。 东盛煤矿属于煤层群联合开采 ， 巷道布置复杂 ， 通风系统更 为复杂 ， 如何保证矿井投产后通风安全 将是矿井后期生产的重 中之重 。文章以东盛煤矿投 产前巷道为基础 ， 利用 V e n t s i m三维通 风仿 真系统 对矿井进行仿真建模 ， 重点分析矿井 由基建转入正 式生产后矿井通风 网络系统如何变化 ， 并对矿井转 入生产时可能出现 的通风问题提前预警 ， 并提 出对 应的改进和防范措施。 1 矿井概况 潞安集团东盛煤业有限公 司位于山西省沁源县 王陶乡下壁村附近， 行政区划属王陶乡管辖 ， 批准开 采 1号 一1 1号煤层 ， 井 田面积2 ． 6 6 0 4 k m 。开采深 度 由标高 1 4 2 0 ． 0 1 m 到 1 1 3 0 ． 0 1 I n 。生 产 规模 3 0万 t ／ a 。 矿井地面建筑 、 地面生产系统等 已基本完工， 主 斜井 、 副立井 、 回风立井、 井底车场及主水泵房 、 主变 电所 、 管子道、 井底水仓 、 1 0 1 0 1面运输巷 、 回风巷形 成 ； 2号煤层带式输送机大巷、 1号煤层轨道大巷 、 2 号煤层轨道大巷 、 1号煤层 回风大巷 已经开始掘进 。 2 建模主要内容 根据矿井通风系统几何 、 物理参数 ， 通风阻力测 定数据和风机特性 曲线数据建立一套科学的三维可 视化通风定量动态分析系统； 根据矿现有二维通风 系统图、 采掘工程平面图、 剖面图以及风阻和风机测 定数据建立矿井真三维通风系统动态模型； 经过对 三维模型的校正分析 解算数据与实测数据对 比 ， 使真三维通风系统模型真实反映本矿通风现状 ， 借 助软件平 台高效数据解算分析的特点 ， 得 出矿井通 风经济安全的定量参数， 为矿井通风决策提供科学 依据； 节约能耗， 提高通风运行的安全性和经济性。 3 建模方法及步骤 3 ． 1 熟悉矿井采掘工程平面图并将二维． d x f 格式 导入 V e n t s i m系统中 矿井一水平布置在 2号煤层 中， 1号、 2号 、 3号 煤层采用联合布置， 共布置四条大巷 ， 其 中在 2号煤 层 中布置 2号煤层带式输送机大巷 、 2号煤层轨道 大巷 ， 在 1号煤层 中布置 1号煤层轨道大巷 、 1号煤 层 回风大巷 。 首先将 矿井 采 掘 工 程 平 面 图． d x f格 式 导 入 V e n t s i m系统 中， 见图 1 。由于矿井属于多煤层联合 开采 ， 巷道存在重叠现象 ， 需将必要的节点赋予不同 的高程。 3 ． 2 矿井通风三维可视化建模 时期选取及主要参 数选取 1 建模 时期选取。本次矿井通 风三维可视 化建模时期选取为矿井投产初期 ， 即 1 0 1 0 1工作面 正常通风生产 ， 矿井现有 四条大巷初步沟通 ， 大巷通 风形成稳定 的“ 三进一 回” 布置。 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 7 1 3 作者简介 赵博 1 9 8 4一 ， 男， 河南新乡人 ， 在读工程硕士， 工程师， 从事煤矿设计工作。 2 7 赵 博 V e n t s i m三维通风仿真系统在东盛煤矿的应用 第2 5卷第1 1 期 2 主要参数选取。风量 本次模型建立采用 的需风量为矿井正常生产时期需风量， 即一个生产 工作面、 一个备用工作面 、 两个综掘工作 面、 两个普 掘工作面 、 一个机电硐室所需总风量。根据计算 为 2 3 4 0 I Y l ／mi n ， 摩擦阻力系数 本次模 型建立采用的摩擦 阻力 系数为矿井 2 0 1 1年 4月编制 的通风 阻力测定报告 中系数。 巷道参数 本次模型建立均采用矿井实际的巷 道坐标 、 断面积及周长。 参数选取 见图 2 。 1 建模初期 9 0 0o f I I ⋯ 4 rr - r 与 曼 [ ] 1 ⋯ **⋯l | ⋯ ⋯ 。I ⋯r ] ，I - l I ■ n l fl l 口⋯口高 E l ’ ’ ‘ m l r }* ⋯ * f 1” ⋯ ∞ 口m ⋯* _ 1 _ 。 ⋯”山 三 三一 ]竹_ 一 - ～ Ⅲ，J L I ’ 1 0 一 ‘ 建 r 上 ’ 【 ]⋯。 竺 ⋯ r _ iii ] ，u3 _ v l _№， ， J - ⋯m‘ l l_ i 一1 l - - 1 f - 1 罔 2 参数选取操作界 向 将模型中所有巷道 ， 按照参数选取结果完善 ， 形 成和矿井实际巷道相近的风阻情况 ， 以便于后期 达 产时的通风模拟。 3 ． 3 完善矿井通风机参数和井下局部通风机参数 东盛煤业有限公司采用风机为两台 F B C D Z一8 一 N o 2 】 B 型对旋轴流式风机 ， 将通风机各工况特 征点输入系统中， 形成矿井风机的特性曲线图， 给整 个通风仿真系统提供动力。按照固定风量 的办法给 井下局部通风机提供对 应的风量 ， 完善矿井通风 系 统模型 ， 并形成最终可以运 动的通风仿真模 型。最 终模型见图 3 。 4 矿井通风系统分析 当三维通风仿真模型建立之后 ， 模型 中附带 着 大量的信息 ， 例如各巷道的风量情况， 各巷道及整个 矿井的负压情况 ， 新鲜风流和污风流的情况 ， 是否存 28 在循环风等等 ， 从而为我们定性定量的分析整个矿 井的通风系统打下 了良好 的基础， 现将 分析结果阐 述如下 I 刳3尔盛煤矿i 维通风仿 真系统 4 ． 1 矿井负压及主要巷道风量情况 在 保 证 矿 井 正 常 生 产 时 ， 矿 井 回 风 量 为 2 3 4 0 m ／ rai n ， 风 机 静 压 7 5 9 ．6 P a ， 风 机 全 压 8 5 2 ． 1 P a 。通风等积孑 L A2 ． 22 ， 通风难 易程度 为容易。主要巷道风量情况见表 1。 表 1 主要巷道风量情况一览 ／ ra i n 篮崔道 称 揍i 风 特 主斜井 剐立井 回风立井 1 号煤轨道大巷 2号煤轨道大巷 2号煤带歧输送机大巷 l 煤 回风大巷 5 9 4 1 7 4 6 2 3 4 0 l 2 o o 3 o o l 8 0 2 2l 4 4 ． 2 串联通风、 扩散通风、 局部通风问题分析 根据新建立的通风三维可视化模 型， 在全矿井 通风网络中， 除躲避硐室采用扩散通风方式外， 主要 采煤工作面 、 主要硐室均采用独立通风方式 ， 矿井不 存在“ 采 串采 、 采 串掘 、 掘 串掘” 等 串联 通风方式 。 全矿井布置 4个掘进工作而， 全部依靠局部通风机 进行供风 ， 通风方式采用安全高效的压入式供风 4 ． 3 矿井通风角联网络稳定性分析 根据新建立 的通风三维可视化模 型可知， 东盛 煤业有限公司矿井通风系统较为简单 ， 主要进 回风 线路风流稳定 ， 只是在个别联络巷道出现不稳定角 联现象。主要表现在 l 0 1 0 1工作 运输巷 与2号煤 层带式输送机下I l l 连接 巷道中 ， 该段巷道位于 l号 煤层轨道下 山联络巷与 2号煤层带式输送机下 山之 间 ， 由于两端均为进风巷道 ， 且压降几乎相同， 导致 该段巷道风量较小 ， 仅为0 ． 3 n l ／ s ， 属微风巷道。 4 ． 4矿井主通风机性能分析 东盛煤业有限公 司采用风机为两台 F B C D Z一 8 一 N o 2 l B 型对旋轴流式风机 ， 装机 额定功率为 2 2 5 0 k W， 主通风机安装角度 为 6 ． 0 ， 运行频率 为 2 4 H z ， 风 机风量 为 2 3 4 0 11 “1 ／ ra i n时， 矿井 负压 为 2 0 1 6年1 1月 赵博 V e n t s i m三维通风仿真系统在东盛煤矿的应用 第2 5卷第1 1 期 8 5 2 ． 1 P a ， 从主通风机性能曲线图上可知 ， 主通风机 工况点位于第一个叶片角度性能 曲线上 ， 说 明主通 风机还有很大的富余能力 。 4 ． 5 发现的主要问题及建议 1 1 号煤层轨道大巷掘进头距离局扇位置较 远 ， 风筒距离较长， 风筒内风量损失较多 ， 掘进 [作 面风量较少 。 2 井底煤仓 清理洒煤 斜巷位于两条主要进 风巷之间 ， 存在不稳定角联现象 ， 风速较低。 3 采 区变电所 与 回风巷沟通联络巷风 流过 大 ， 应增加适当增阻设施 ， 保证有效风量率的提高 。 4 鉴于矿井现主要通风机还有较大富余系 数 ， 可适 当调大矿井吸风量 ， 更好的保证矿井安全生 产 。根据三维可视化模型预测在 风量达到 5 0 I n ／ s 时 ， 在保证矿井现有采掘工 作面情况下 ， 负压达 到 1 4 1 5 P a ， 同时可大大减少微风巷道的数 目。 5 结语 通过对东盛煤矿 三维仿真模 型的建立可 以发 现 ， 三维动态分析较原来的二维分析有质的飞跃 ， 主 要体现在 1 显示 在 V e n t s i m三维通风仿真系统 中， 图 形以三维透视 图的形式展现在我们 眼前 ， 这和我们 平常观察世界是一个视角 ， 更为直观。同时风路具 有真实的尺寸和形状 ， 使用者可 以快速辨别 出是否 和现场情况及设计相符 。 2 动态 V e n t s i m风流动态模 拟的一个 重要 特点是能够展现复杂 的矿井通风数据 ， 动态风流可 以显示成千条巷道的风流方 向和相对速度 ， 动态风 机可以显示风机的开闭状况 。 3 颜色 不同颜色 的赋值可 以使使用者更加 清晰的注意到特定范围的数值变化。 通过动态模拟和颜色设置可以使使用者不在需 要对文本进行解析就可 以对复杂 通风网络系统进行 分析 ， 并得 出相应 的结果。良好的可视化界面也可 以帮助将专业问题展示给不懂专业 的其他人员 。 [ 责任编辑 王伟瑾] 上接 第 1 2页 化方案的研究[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 2 6 6 一 [ 7 ] 路培超 ， 杨胜强， 杨相玉， 等． 矿井通风阻力测定及分析 6 8 ． [ J ] ． 工业安全与环保， 2 0 1 3 ， 3 9 9 1 3 ， 7 ． [ 1 0 ] 黄显东， 刘志梅， 陈世龙 ， 等． 矿井通风阻力测定方法 [ 8 ] 黄俊升 ， 李宗远， 韩永强． 矿井通风阻力测定数据的综 及应用[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 4， 3 5 8 1 31 5 ． 合分析[ J ] ． 中州煤炭， 2 0 1 0 1 2 8 2 8 4 ． [ 9 ] 李向东 ， 张庆华 ， 陈忠明， 等． 龙滩煤矿通风系统改造优 [ 责任编辑 王伟瑾] 上接第 2 4页 通过软件仿真设计 了磁集成式变压 器 。通过样机实验验证 了 D CD C变换器的理论研 究和设计方法的正确性及有效性 。 参考文献 [ 1 ] 国家安全生产监督管理总局． 煤矿安全规程 [ M] _ 北 京 煤炭工业出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 韩旭杉．区域电网电能质量 问题及其治理技术研究 [ D ] ．北京 华北电力大学， 2 0 1 2 ． [ 3 ] 蒋平，赵剑锋，唐国庆．电能质量问题及其治理方 法[ J ] ．江苏电机工程， 2 0 0 3 ， 2 2 1 1 61 9 ． [ 4 ] S a b a h i M， H o s s e i n i S H， S h a fi fi a n M B， G o h a r r i z i A Y， Gh a r e h pe t i a n G B．Ze r ov o l t a g e s wi t c h i n g b id i r e c t i o n a l p o w e r e l e c t r o n i c t r a n s f o r l T l e r 『 J ] ．P o w e r E l e c t r o n i c s ． I E T， 2 0 1 0 ， 5 3 8 1 8 8 2 8 ． [ 5 ] R o a s t o I ， R o m e r o C a d a v a l E， M a r t i n s J ．S t a t e o f t h e a r t o f a c t i v e p o w e r e l e c t r o n i c t r a n s f o r me r s f o r s ma r t g r i d s l C j ／ ／P r o c e e d i n g s o f I E C O N 2 0 1 23 8 t h A n n u a l C o n f e r e nc e o n I nd u s t ria l El e c t r o ni c s S o c i e t y， I EEE，2 01 2 5 2 4152 4 6． 『 6 ] P o s a d a C J ，R a mi r e z j M．Mu l t i F e d P o w e r E l e c t r o n i c T r a n s f o r i n e r fo r u s e i n mo d e r n d i s t r i b u t i o n s y s t e m s 『 J J ． I E E E T r a n s a c t i o n s o n S ma r t G ri d ， 2 0 1 4 ， 5 3 1 5 3 2 1 5 41 ． [ 7 ] 孙广星，苟锐锋， 孙伟．基于 MMC结构的电力电子 变压器拓 扑结构及控制策 略研究 [ J ] ．高压 电器， 2 0 1 6 ， 5 2 1 1 4 21 4 7 ． [ 8 ] 王婷．基于模块化多电平矩阵变换器的电力电子变 压器研究[ D] ．济南 山东大学， 2 0 1 5 ． [ 9 ] 张占松， 蔡宣三．开关电源的原理与设计[ M] ．北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 责任编辑 王伟瑾] 2 9