矿井三维通风动态仿真模拟系统在耿村煤矿的应用.pdf

2 0 1 5年第 2 期 中州煤炭 总第2 3 0 期 矿 井三维通风 动态仿真模拟 系统 在 耿村煤矿 的应用 刘春 生 ， 李 国林 。 ， 平 江伟 ， 杨 伟 ， 1 ． 义煤 集团公司 耿 村煤矿 ， 河南 渑池4 7 2 4 0 0 ； 2 ． 金码软件 北京 有 限公 司， 北京 1 0 0 0 8 3 摘要 利 用建 立的矿井三维通风 动态仿真模拟 系统， 在 已建立 的风 网模 型上对耿村煤矿未来 5年 的通风 系统 规划方案和现 阶段 西区改造优化 方案进 行 了模 拟分析 ， 检验 方案实施效果 ， 并对方 案设计 中的不足进行 了完 善。通过系统 的灾害辅助决策功 能， 对井下 的潜在危 险进行预先模拟分析 ， 根据灾害模拟结果制订 了应 急救 援预案和避灾逃 生线路 。利用 系统对 不同季节 自然风对风 网影响进行模拟 ， 优选风机 工况点， 帮助技术人 员 管理风机。在模拟 出矿井不 同季 节的 自然风压 对风 网影响的基础上进行矿 井反风模拟 ， 辅助 制订、 完善应 急 救 援预案和避灾线路。通过软件 的定制开发将矿 井实时监控监 测数据接入 模型 ， 并可将风 流监测数据 引入 风 网的解算分析 ， 实现 了风 网的动态模 拟分析。 关键词 通风 管理 ； 三维通风 ； 风 网模 型； 动 态仿真模 拟 中图分 类号 T D 7 2 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 5 0 2 0 0 1 3 0 4 App l i c a t i o n o f 3D M i ne Ve nt i l a t i o n Dy na mi c Em ul a t i o n S y s t e m i n Ge ng c un Co a l M i ne Li u Ch u n s h e n g ， Li Gu o l i n g ’ ，P i n g J i a n g we i ， Ya ng W e i 1 ． G e n g c u n C o a l Mi n e ， Y i ma G r o u p C o a l I n d u s t r y C o ．， L t d ．， Mi a n c h i 4 7 2 4 0 0， C h i n a 2 ． B e ij i n g G i n mi n e S o f t w a r e C o ． ， L t d ． ， B e n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a Abs t r ac t By u s i n g 3 D d y na mi c e mu l a t i o n s i mu l a t i o n o f mi n e v e n t i l a t i o n s y s t e m e s t a b l i s he d i n Ge n g c un Co a l Mi ne， t h e s c h e me o f v e n t i l a t i o n s y s t e m i n ne x t 5 y e a r s a n d c u r r e n t we s t e r n t r a ns f o r ma t i o n o pt i mi z a t i on s c he me we r e s i mu l a t e d a nd a n a l y s e d b a s e d o n t h e e s t a b l i s h e d mi ne v e n t i l a t i o n n e t wo r k mo de l ， a nd t h e e f f e c t s o f t h e s c h e me s we r e t e s t e d， a n d t he p r o b l e ms i n t h e de s i g n we r e i mp r o v e d． Thr o u g h t he d i s a s t e r de c i s i o n ma k i ng f u nc t i o n o f t h e s y s t e m ， p o t e nt i a l r i s k o f u nd e r g r o un d wa s a na l y s e d a nd s i mu l a t e d i n a d v a nc e， t he n， a c c o r d i n g t o t he r e s u l t o f di s a s t e r s i mul a t i o n， t he e me r g e n c y r e s c u e pl a n a nd r o ut e f o r a v o i di ng di s a s t e r we r e f o r mul a t ed ．Th e e f f e c t o f na t u r a l wi n d t o v e n t i l a t i o n ne t wo r k i n di f f e r e n t s e a s o n s wa s s i mul a t ed b y u s i n g t h e s y s t e m ， a n d t h e o p t i ma l f a n o pe r a t i n g p o i n t s we r e s e l e c t e d， t he s e me t h o ds we r e us e d t o h e l p t e c h ni c a l pe r s o n ne l t o c o n t r o l f a ns ． Ba s e d o n s i mul a t i o n o f na t u r a l wi nd p r e s s u r e i n mi n e v e n t i l a t i o n n e t wo r k i n di f f e r e n t s e a s o n s， mi n e r e v e r s e v e nt i l a t i o n wa s a l s o s i m u l a t e d， whi c h a s s i s t e d t o f or m u l a t e a n d i m p r o v e e me r g e n c y r e s po n s e p l a n a n d t he pa t h s o f a v o i di n g di s a s t e r ． Th r o u g h a c u s t o m de v e l o pme n t o f s o f t wa r e， r e a l t i me mo n i t o r i ng d a t a we r e t r a n s po r t i nt o t h e mo de l ， S O t he da t a c a n b e us e d t o a n a l y s e a n d c a l c ul a t e t h e v e n t i l a t i o n n e t wo r k， a nd r e a l i z e t h e d y na mi c s i mul a t i o n o f t h e v e nt i l a t i o n n e t wo r k ． Ke y wo r ds v e n t i l a t i o n c o n t r o l ； 3 D v e n t i l a t i o n； v e n t i l a t i o n n e t wo r k mo de l ； d y n a mi c e mul a t i o n s i mul a t i o n 煤 矿 的 “ 一 通 三 防 ” 管 理 工 作是 煤 矿 安 全 管 理 的重 中之重 ， 提 高井 下 通 风 的 安 全 可靠 性 有 利 于保 障矿 井 的安 全生 产 。传统 的通 风管 理往 往依 靠 经验 和简 单 的计算 ， 缺乏对 整个 井 下风 网 的分析 ， 这样 制 订 的通 风技术 方 案 实施 效 果 往 往 不 理 想 ， 而利 用 风 网解算程序可以达到快速、 准确解算矿井各井巷风 收 稿 日期 2 0 1 41 0 2 9 作者简介 刘 春生 1 9 6 6 一 ， 男 ， 洛阳新安人 ， 高级工程 师， 现任耿村 矿 总 工 程 师 。 量 及风 阻 的 目的 ” 。 目前 ， 能够进 行 风 网解 算 的程 序很多， 但大都停留在专家级别 ， 难 以操作且交互性 差 。“ 矿井 三 维 通 风 动 态 仿 真模 拟 系 统 ” 是 一 款 三 维 可视 化矿 井通 风 系 统模 拟 分 析 平 台 ， 该 软 件 具有 操 作简 单 、 形 象 直观 、 模拟 分析 功能 强大 等特 点 。通 过“ 耿村煤矿矿井三维通风仿真系统” 将 矿井 的地 表 地形 工业 场地 、 井 田煤 层 、 井 下 风 网三 维 化展 现 ， 整 个风 网模 型动 态展 现 了井下 风流 流动状 态 和各项 参数 ， 通风技术人员 只需根据井下 日常生产时风网 1 3 2 0 1 5 年第 2 期 中州煤炭 总第 2 3 0 期 措 施完 善方 案 ， 使 西 区改 造后 通 风 阻 力 降低 到 安 全 值 以内 。通 过 系统 的数 据 分 析 处 理功 能可 知 ， 在 原 风 网中 回风 线 路 上编 号 3 2 3 3 3 2段 、 2 5 1 2 5 2段 、 1 9 4段巷道阻力较大 表 5 ， 可采 取降阻措施降低 西 区总风 阻。 表 4方 案 效 果 对 比 巷道名称 现 风 3 系 S 统 I 风 量 ≮ 方 3案 ． S风 - I量 m m 修 I l 【 m ’s J 注 现 通风 系统风 机工况 点 Q7 3 ． 4 I l l ／ s ， H P s t 2 2 4 2 ． 5 P a ； 原方案风机下况点 Q7 8 ． 6 n l ／ s ， H P s t 2 0 8 7 ． 5 P a ； 修改方 案 风机 1 ． 况 点 Q8 2 ． 3 i n ／ s ， H P s t 1 9 6 5 ． 4 P a 。 表 5 回风段阻力较大的巷道 经过 矿方 技 术 人 员论 证 研 究后 ， 对 西 区采取 降 阻措施 ， 2 0 1 4年 8月 底 整 个 西 区改 造 方 案 完 成 ， 阻 力 从原 来 的 2 0 8 7 ． 5 P a降低 到 1 9 6 4 ． 5 P a ， 风 量 从 7 3 ． 4 1 3 1 ／ s增 大到 8 2 ． 3 m ／ s 。 3 ． 2反风模 拟 系统 可 在 风 网 中 设 置 反 风 设 施 和 风 机 反 风 参 数 ， 模 拟 反 风 时 风 网 的 变 化 情 况 。耿 村 矿 采 深 近 6 0 0 i n ， 矿 井 自然风 压 随季 节 变 化较 大 ， 根 据一 次 反 风演 习测 得 结 果 来 制 订 全 年 的应 急 救 援 预 案 不 合 理 ， 通 过 系统功 能可 以模 拟 矿机 自然 风 压 和 风流 的 可压 缩性 ， 然后 进行矿 井反 风模 拟 ， 利 用模 拟结 果来 辅 助 制订救 援 预案 。 3 ． 3辅助 灾害模 拟及 救援 耿 村 煤 矿是 一 座 高 瓦斯 矿井 ， 且煤 层 属 于 易燃 煤 层 ， 煤层 和采 空 区存 在有 毒有 害气 体溢 出 的可能 ， 如气 体溢 出时 不能及 时监 测并启 动 应急救 援 预案就 可能 导致 人身 伤亡 事 故 ； 或 者 发 现 了有 害 气 体 溢 出 却未 能制 订合 理 的应 急 预案 、 调度 错 误 也 将 导致 无 法弥 补 的灾害 损失 。矿井 三维通 风 动态仿 真模 拟 系 统拥有有害气体扩散模拟分析功能 ， 可 以分析污染 源扩 散 的路径 、 速 度 、 浓 度 随 时 间 的变 化 情况 ， 根据 ．1 6 ． 模拟结果就可制订更加合理 的应急预案 ， 调度 时也 能合理 安排 救援 时 间和制 订最 短 的避 灾线 路 。通过 系统灾 害模 拟功 能 ， 对 耿 村 矿现 有 的应 急 预 案辅 助 进行了完善 ， 确保 了方案的准确性 。 3 ． 4 井下通 风情 况实 时监 测监控 系统 兼 容 现有 矿 井监 控 监 测实 时 数 据 的接 人 ， 通过系统把矿井下数百个监测探头上传的实时数据 按 照 监测点 位置 设 置在 模 型 中 ， 在 日常 管 理 中 可 以 随时查 看监 测数 据 ， 突发情 况下 ， 可 以根据 监测 数据 与模 型平 台模拟 分析 风 网变化 原 因。 4 结 论 矿井 三维通 风 系统在 耿村 煤矿 现 阶段 通 风管 理 中取得 了 良好 的使用 效 果 ， 西 区改 造 方 案 建设 完 成 后 ， 实测数据与模拟数据的一致性 ， 证明了系统拥有 很 高 的模拟 准确 性 ， 完 全 可 以辅 助 通 风 管 理 人员 进 行 矿 井通风 系统 管理 。该 平 台的投入 使 用结束 了技 术 人 员依靠 简单 计 算 和 经 验处 理 通 风 问 题 的现 状 ， 科学化的分析平 台， 提高 了技术人员工作效率和丁 作 成效 ， 有效 确保 了通 风 系统 的安全 性和 稳定 性 ， 将 矿 井 通风管 理科 学化 水平 提高 到一个 新 的 台阶 。 参考 文献 [ 1 ] 王 惠滨 ， 胡 卫 明， 李 湖生． 矿 井通 风网络 理论与算 法 [ M] ． 徐 州 中 国矿 业 大 学 出 版 社 ， 1 9 9 6 ． [ 2 ] 张闰枢 ， 谭 允祯 ， 陈开岩 ， 等． 通风安全学 [ M] ． 徐州 中国矿业 大 学 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 3 ] 彭家兰 ， 王海宁 ， 彭斌 ， 等． 矿井通风 i维仿真系统 及其应用研 究 [ J ] ． 中国安全生产科学技术 ， 2 0 1 4， 1 0 1 2 5 2 7 [ 4 ] 戚宜欣 ， 王省身 ， 鲍庆 国． 矿井火灾 时期风 流流 动及通 风系统 变化 的动态模拟[ J ] ． 中国矿业大学学报 ， 1 9 9 5 ， 2 4 3 1 9 2 3 [ 5 ] 吴超． 矿 井通 风 与 空气 调 节 [ M] 长 沙 中南 大 学 出版 社 ， 2 0 08 [ 6 ] 邓红 卫， 张瑞 ， 雷涛 ， 等 ． 基于 V e n t s i m的云锡新 山矿段通 风系 统优化研究 [ J ]采矿技术 ， 2 O 1 0， 1 0 4 7 4 7 6 ． [ 7 ] 蔡序淦 ， 杨成林． 大型复杂矿 山的通风设计 [ J ] ． 有色冶金设计 与研究 ， 2 0 1 1 ， 3 2 2 1 2 ． [ 8 ] 宋远卓 ， 代 昌标 ， 陆愈 实． 煤矿火灾 过程模 拟仿 真系统 的研究 l J ] ． 中国安全生产科学 技术， 2 0 0 6 ， 2 5 5 5 5 8 责任 编辑 刘光 雨