范各庄矿通风仿真系统试验与应用研究

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　　 【摘要】基于网络拓扑关系自动生成技术开发了范各庄矿通风仿真系统，分别模拟了取消毕各庄进风井风门和全矿井反风两种情况，得出的模拟数据与现场测试数据基本吻合，较准确的反映井下通风系统，为矿井合理组织生产提供条件。
　　 【关键词】矿井通风仿真系统；对比试验；通风系统
　　
　　 1 前言
　　 范各庄矿是我国自行设计和施工的大型现代化矿井。1958年开始兴建，1964年10月21日建成投产，现矿井生产能力达到了320万吨。该矿12煤层和9煤层为二类自燃发火煤层，其它煤层为三类不易自燃发火煤层，确定12煤层的自燃发火期为11个月。
　　 该矿矿井通风方式为中央边界及单翼对角混合式通风方式，通风方法为抽出式，矿井现有四个通风水平，即-121水平、-310水平、-490水平、-620水平，有三个进风井，即中央副井、新综合井、毕各庄进风井，其中中央副井进风量为99.8m3/s，新综合井进风量为199.75m3/s，毕各庄进风井进风量为30.25 m3/s, 总进风量为329.8 m3/s。有两个回风井，即中央风井和毕各庄对角风井，总排风量为106.8 m3/s,工作负压2150Pa。对角风井总排风量为238.4 m3/s，工作负压为2450Pa，矿井总排风量达345.2m3/s,矿井有效风量率为86.87%。
　　 主要通风机的反风方法是利用反风道进行反风。范各庄矿业分公司采面通风系统均采用“u”型通风方式。
　　 2 MVSS3.0通风仿真系统简介
　　 MVSS3.0采用了一整套具有自主知识产权的数学模型、算法、程序设计原理，形成一套完整、可靠、实用、先进的矿井通风仿真技术方法，解决了一系列技术难题。
　　 该系统具有以下特点：
　　 2.1 MVSS3.0的网络拓扑关系自动生成技术无需对网络进行编号，只要有连通图，即可自动生成网络拓扑关系。
　　 2.2 解决了含有单向回路的通风网络算法问题，使得有循环风的网络解算及平衡图绘制成为可能。
　　 2.3 实现了固定半割集下的通风网络按需分风，为矿井优化设计自动化奠定了基础。
　　 2.4 基于最小调节功耗的矿井通风网络优化调节的通路法。通常采用的回路法在余支上调节，无法保证其调节位置不在最大阻力路线上，可能在最大阻力路线的分支上设调节，这就导致了解算后矿井通风阻力增大，各调节设施（风门、风窗）的调节阻力增大，无用功耗增加，造成通风能量浪费。本项目采用通路法调节，在各分支都满足用风量要求的前提下，求出矿井通风网络的所有通路，采用增阻法调节时，以最大阻力路线的通路阻力为基准，在其他通路的分支上，可选择分支增加阻力调节，能保证整个通风网络的调解量为最小。
　　 2.5 通风网络调节节点法。该方法的创立，使仿真系统调试，反演井巷风阻系数成为可能。
　　 3 MVSS3.0通风仿真系统试验对比应用
　　 为检验该系统的可靠性，分别进行了局部系统对照试验和全矿井反风试验对比分析。
　　 3.1 通风仿真系统局部系统对照试验
　　 模拟取消毕各庄进风井的进风巷风门，得出矿井通风阻力下降100～150Pa，风量增加20m3/s，1501大巷风流方向改变。现场将毕各庄进风井的进风巷风门全部敞开，测得毕各庄风井的主要通风机房通风阻力下降140Pa，毕各庄故井总回风巷风量增加20m3/s，1501大巷的风流方向改为向北流动，进入南四石门，补充二水平进风。对比分析模拟数据与现场实测数据相差误差不大，具有较大的参考价值。
　　 3.2 矿井反风试验对比分析
　　 2010年10月5日，对矿井进行了反风演习，采用中央1000KW主要通风机处于常开状态，对角1200KW主要通风机单独反风，即区域性反风方式，反风方法为反风道反风。利用矿井通风仿真系统对区域性反风进行了模拟计算，即将中央1000KW主要通风机处于常开状态，对角1200KW主要通风机单独反风的模拟计算，把主要通风巷道的数据通过计算与反风现场测风员实测数据进行对比如下：
　　
　　 表1 矿井反风试验数据对比表
　　序号 测 量 地 点 反风演习前 反风演习时实测数据 通风仿真系统模拟数据
　　 风流方向 风量（m3/s） 风流方向 风量（m3/s） 风流方向 风量（m3/s）
　　
　　1 中央风井 上 106.58 上 21.43 上 20.88
　　2 毕各庄风井 上 245.59 下 231.23 下 233.46
　　3 付井 下 103.63 上 75.8 上 74.23
　　4 新井 下 228.04 上 55.8 上 53.24
　　5 毕各庄进风井 下 20.5 上 23.52 上 22.12
　　6 一水平北翼总回 南 36.76 南 3.04 南 2.85
　　7 一水平南翼总回 北 33.67 北 23.27 北 21.37
　　8 1023上山总回 上 36.15 上 8.09 上 7.86
　　9 3010皮带 下 29.67 上 15.26 上 14.23
　　10 2500石门以北大巷 南 42.01 北 10.07 北 9.63
　　11 2500石门以南大巷 北 4.37 南 3.72 南 3.58
　　12 2500石门 里 42.05 外 11.29 外 10.52
　　13 3523下山 上 14.45 下 15.86 下 13.36
　　14 1503回风巷 南 23.97 北 23.27 北 22.24
　　15 1505回风巷 南 40.57 北 47.28 北 46.06
　　16 2531上山 上 101.28 下 81.1 下 80.55
　　17 2537上山 上 53.86 下 58.12 下 56.12
　　18 毕回风巷 北 19.23 南 21.46 南 20.22
　　19 北翼大巷 里 25.9 外 6.39 外 5.89
　　20 209人车场 北 7.65 北 4.02 北 3.98
　　21 2190运道 上 8.9 上 3.95 上 3.66
　　22 2301甲大巷 南 51.53 北 38.84 北 38.24
　　23 2301乙大巷 南 39.23 北 30.21 北 27.31
　　24 2101甲大巷 南 31.88 北 20.4 北 18.72
　　25 2101乙大巷 南 31.6 北 22.5 北 20.14
　　26 300正石门 南 30.52 北 15.3 北 12.38
　　27 300付石门 南 45.69 北 20.02 北 18.22
　　
　　 表1显示矿井通风仿真系统模拟出的数据相对较小，这主要是由于系统对一些因素进行了简化，但总体上来看，能够反映矿井反风时风流方向的变化及及反风风量的变化。
　　 5 结论
　　 5.1 矿井通风仿真系统能够较好的指导实际生产工作，能够较准确的反映井下通风系统。
　　 5.2 当井下通风巷道发生改变时，能够通过矿井通风仿真系统提前预知结果，也可以当风压和风量突然变化较大时，用仿真系统分析出某个主要巷道发生坍塌堵冒或某个主要通风设施损坏。还可预知某个回采工作面在开掘前的风量，也可以通过通风仿真系统的提示，而向矿领导提出某通风巷道需要套修，或有必要再开掘一定的通风巷道，所以通风仿真系统，有较大的使用价值。
　　 5.3 该系统能够保证矿井通风系统的稳定性与可靠性，对井下各个采区的通风安全和创造良好的劳动环境、供风量和其他生产环节的能力相适应，即能为合理组织生产提供条件。
　　 5.4 通风合理调整井下通风系统，确保通风系统简单、串联风路少，通风设施布置合理、坚固可靠，已采区及其报废的巷道密闭严密，有利于防止自燃发火和防尘，并能对矿井及工作面的风流实行连续监测，抗灾能力强。
　　 参考文献：
　　 [1]黄元平.矿井通风[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.
　　 [2]梁国喜.范各庄矿超复杂通风系统仿真研究与应用[J],内蒙古煤炭经济,2010,6:83～86.
　　 [3]刘剑.流体网络理论[M].煤炭工业出版社,2002.
　　作者简介
　　江广鑫，(1974-),男, 河北唐山人，1999年毕业于河北建筑科技学院采矿专业，工程师,现任范各庄矿业分公司一通三防室副主任。

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