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摘要： 韩家湾煤矿通过建立矿井三维通风动态仿真模拟系统，首次实现对全矿井通风网络拓扑及属性、风机参数、通风构筑物三维数值化管理，通过与监测监控系统传感器实时数据对接比较，证明系统模拟数据真实可靠。根据所建立的三维数值模拟分析平台，对该矿采煤工作面接续对应的通风调节方案进行预先仿真模拟，发现现有通风系统调整方案措施存在的不足，并提出相应解决方案。
关键词：三维通风；仿真模拟；通风调节
【分类号】：TP317
1 矿井概况
1.1矿井通风概况
韩家湾煤矿采用斜井开拓方式，全矿共布置四条井筒，分别为：主斜井、付斜井、二号付斜井及回风斜井。矿井现采用“三进一回”中央并列式抽出式通风系统，主、付斜井及2#副斜井进风，回风斜井回风。本矿为瓦斯矿井。煤尘爆炸性鉴定结果示本矿煤样有爆炸危险性，煤样煤层属于Ⅰ类容易自燃煤层。
2.三维通风动态仿真模拟系统应用
矿井生产过程采面变化、采区调整、生产水平延伸，矿井通风系统都将发或大或小的变化，小则影响一个采区，大则引起整个风网的变化。实际工作中往往依靠经验进行矿井通风管理，简单的采用增加通风构筑物的方式来控制风流，往往导致实施效果不理想、引发其他用风点风量不足、矿井风阻增大、矿井风量减小等一系列问题，而且通风构筑物的增加增大了通风管理的难度，降低了通风系统的可靠性。通过建立的仿真模型模拟风网运行状态，我们就可以从点到面全面的对风网变化进行分析，对制定的实施方案进行模拟检验，优化，这样既提高了方案的科学性和可靠性，也避免了因方案错误造成的损失。
2.1矿井动态模拟和数据查看
通过系统中的“风流模拟”工具就可以完成整个风网动态解算分析，既可以调用数据表进行查看解算结果，也可以直接点击想要查看的巷道来查看结果。系统拥有的“数据颜色图例管理器”方便选取任意参数（风量、风速、阻力等通风数据）在整个风网内查看参数的变化，直观简洁。随着矿井生产变化，技术人员可以对模型进行实时更新，实时模拟最新的通风系统。
2采面接续时通风方案的预先模拟
2014年4月份，矿井有两个工作面生产（1401面处在上分层而2403面处在下分层），需要增加矿井通风量1080m?/min。当试生产时整个风网变化较大，需要对现有的通风构筑物和风井工况点进行调整。以往按照经验进行调节，顾此失彼。如何从整个通风网络变化来调整保证各个用风地点的风量，这就需要对风网进行解算分析，对制定的通风方案进行模拟，这样就保证了制定方案落实后有效。
2.在盘区进风大巷与采面回风巷道间搭设风门，构成U型通风系统 1.在采面回撤巷道加设一组风门
2.在盘区进风大巷与采面回风巷道间搭设风门，构成U型通风系统
风机 未定量的考虑风机变化 对风机工况点进行调整，调整后的工况点为：Q=137.3m?/s，h=954Pa
其他用风地点 未考虑风网变化对其他用风点的影响 1.在2403面回风巷道加设风窗，控制采面风量
2.在盘区辅运大巷和盘区皮带大巷加设调节风窗。
3.拆除三盘区回风巷与皮带大巷处的风窗，使23盘区内风速达到安全标准
模拟结果对比 1.1401采面风量8.8m?/s；
2.其他用风点风量不足
3.风机工况点为：
Q=114m?/s，h=890Pa 1.1401采面风量19.3m?/s；
2.其他用风点满足安全要求；
3.对风机进行调整，调整后为：
Q=137.3m?/s，h=927Pa
2.2灾害模拟和辅助制定紧急预案
2.2.1火灾模拟及井下有毒有害污染物扩散模拟
系统可动态模拟火灾初期灾害变化情况，模拟因火灾产生的有害气体的扩散范围和随着时间变化有害气体的浓度变化，并根据模拟结果制定相应的应急救援预案，同时进一步验证应急预案的可行性。
2.2.2矿井反风模拟
生产矿井每年都要举行反风模拟，然而冬季和夏季矿井自然风压变化较大，前阶段做的反风演习测试数据和制定方案指导现阶段灾害发生时的救援是不合理的，但现场演习影响生产，可以通过系统模拟反风情况来制定紧急预案，并制定最佳逃生路径，最大限度的保证矿方生产人员的生命安全。
2.2.3矿井避灾线路的确定
在系统中可以选取“风流类型”通过“数据颜色图例管理器”来分别显示新鲜风流和污浊风流巷道，帮助技术人员准确快捷的制定避灾火灾、瓦斯煤层爆炸线路。通过巷道空间关系查看巷道高差，确定巷道避水灾线路。
3监测监控实时数据的连接
3.1矿井三维通风仿真模型与监测监控系统对接
矿井三维通风实时监测系统由矿井三维通风动态仿真模拟系统、矿井安全监测监控系统两大部分组成，其中前者完成数据通讯、数据处理、图形处理等功能，最终实现其管理实时通风系统的功能；后者则作为前者获取井下实时数据的数据库源，实时提供井下相关通风、温度、气体参数。
3.2监控监测在三维仿真通风系统中使用
矿井三维通风动态模拟系统通过扩展功能模块的开放式接口实现矿井数据采集系统的交互，实时获取矿井安全监测监控系统实时数据。安全监测监控系统数据库列表中的信息对于矿井三维通风实时监测系统并非全部有用，我们可根据需要将数据库列表中有用“列”，通过“传感器列名映射”进行设置，选择我们需要显示的数据参数；通过“传感器编辑”对各个传感器的类型、位置、报警阈值等参数进行设置，设置完成后，在三维通风系统模型中根据传感器实际位置进行自动定位，即在三维通风系统模型中显示传感器图标及实时数据。
3.3应用效果
韩家湾矿现有KJ95N安全监测监控系统井下共安装监控分站25台，各类传感器共计114台，对井上下主要生产系统和地点实施24小时实时监控。
该矿矿井三维通风系统模型与安全监测监控系统连接后，构成了矿井三维通风实时监测系统。在矿井三维通风系统模型中实时显示，实现了图形与传感器位置结合的直观、形象的表达。
4小结
三维通风动态仿真模拟系统在韩家湾煤矿使用过程中，围绕保障通风系统的稳定性、提高通风系统管理效率、降低通风系统的能耗提高矿山效益的主题，利用建立的三维通风仿真模拟系统平台对当前通风系统进行了三维数字化建模、对未来通风系统调整方案的预先仿真模拟分析、对矿井灾害模拟分析及应急救援调度分析。针对矿山通风设计方案所存在的不足，采用系统数值模拟分析功能结合现场生产需要对方案进行改进和微调，保障矿井安全生产，达到了引进软件的目的，取得了较好的经济效益和安全效益。
作者简介：
王兆平（1967—），男，汉族，工程师，现任职陕北矿业公司生产部从事通风技术管理工作。
关键词：三维通风；仿真模拟；通风调节
【分类号】：TP317
1 矿井概况
1.1矿井通风概况
韩家湾煤矿采用斜井开拓方式，全矿共布置四条井筒，分别为：主斜井、付斜井、二号付斜井及回风斜井。矿井现采用“三进一回”中央并列式抽出式通风系统，主、付斜井及2#副斜井进风，回风斜井回风。本矿为瓦斯矿井。煤尘爆炸性鉴定结果示本矿煤样有爆炸危险性，煤样煤层属于Ⅰ类容易自燃煤层。
2.三维通风动态仿真模拟系统应用
矿井生产过程采面变化、采区调整、生产水平延伸，矿井通风系统都将发或大或小的变化，小则影响一个采区，大则引起整个风网的变化。实际工作中往往依靠经验进行矿井通风管理，简单的采用增加通风构筑物的方式来控制风流，往往导致实施效果不理想、引发其他用风点风量不足、矿井风阻增大、矿井风量减小等一系列问题，而且通风构筑物的增加增大了通风管理的难度，降低了通风系统的可靠性。通过建立的仿真模型模拟风网运行状态，我们就可以从点到面全面的对风网变化进行分析，对制定的实施方案进行模拟检验，优化，这样既提高了方案的科学性和可靠性，也避免了因方案错误造成的损失。
2.1矿井动态模拟和数据查看
通过系统中的“风流模拟”工具就可以完成整个风网动态解算分析，既可以调用数据表进行查看解算结果，也可以直接点击想要查看的巷道来查看结果。系统拥有的“数据颜色图例管理器”方便选取任意参数（风量、风速、阻力等通风数据）在整个风网内查看参数的变化，直观简洁。随着矿井生产变化，技术人员可以对模型进行实时更新，实时模拟最新的通风系统。
2采面接续时通风方案的预先模拟
2014年4月份，矿井有两个工作面生产（1401面处在上分层而2403面处在下分层），需要增加矿井通风量1080m?/min。当试生产时整个风网变化较大，需要对现有的通风构筑物和风井工况点进行调整。以往按照经验进行调节，顾此失彼。如何从整个通风网络变化来调整保证各个用风地点的风量，这就需要对风网进行解算分析，对制定的通风方案进行模拟，这样就保证了制定方案落实后有效。
2.在盘区进风大巷与采面回风巷道间搭设风门，构成U型通风系统 1.在采面回撤巷道加设一组风门
2.在盘区进风大巷与采面回风巷道间搭设风门，构成U型通风系统
风机 未定量的考虑风机变化 对风机工况点进行调整，调整后的工况点为：Q=137.3m?/s，h=954Pa
其他用风地点 未考虑风网变化对其他用风点的影响 1.在2403面回风巷道加设风窗，控制采面风量
2.在盘区辅运大巷和盘区皮带大巷加设调节风窗。
3.拆除三盘区回风巷与皮带大巷处的风窗，使23盘区内风速达到安全标准
模拟结果对比 1.1401采面风量8.8m?/s；
2.其他用风点风量不足
3.风机工况点为：
Q=114m?/s，h=890Pa 1.1401采面风量19.3m?/s；
2.其他用风点满足安全要求；
3.对风机进行调整，调整后为：
Q=137.3m?/s，h=927Pa
2.2灾害模拟和辅助制定紧急预案
2.2.1火灾模拟及井下有毒有害污染物扩散模拟
系统可动态模拟火灾初期灾害变化情况，模拟因火灾产生的有害气体的扩散范围和随着时间变化有害气体的浓度变化，并根据模拟结果制定相应的应急救援预案，同时进一步验证应急预案的可行性。
2.2.2矿井反风模拟
生产矿井每年都要举行反风模拟，然而冬季和夏季矿井自然风压变化较大，前阶段做的反风演习测试数据和制定方案指导现阶段灾害发生时的救援是不合理的，但现场演习影响生产，可以通过系统模拟反风情况来制定紧急预案，并制定最佳逃生路径，最大限度的保证矿方生产人员的生命安全。
2.2.3矿井避灾线路的确定
在系统中可以选取“风流类型”通过“数据颜色图例管理器”来分别显示新鲜风流和污浊风流巷道，帮助技术人员准确快捷的制定避灾火灾、瓦斯煤层爆炸线路。通过巷道空间关系查看巷道高差，确定巷道避水灾线路。
3监测监控实时数据的连接
3.1矿井三维通风仿真模型与监测监控系统对接
矿井三维通风实时监测系统由矿井三维通风动态仿真模拟系统、矿井安全监测监控系统两大部分组成，其中前者完成数据通讯、数据处理、图形处理等功能，最终实现其管理实时通风系统的功能；后者则作为前者获取井下实时数据的数据库源，实时提供井下相关通风、温度、气体参数。
3.2监控监测在三维仿真通风系统中使用
矿井三维通风动态模拟系统通过扩展功能模块的开放式接口实现矿井数据采集系统的交互，实时获取矿井安全监测监控系统实时数据。安全监测监控系统数据库列表中的信息对于矿井三维通风实时监测系统并非全部有用，我们可根据需要将数据库列表中有用“列”，通过“传感器列名映射”进行设置，选择我们需要显示的数据参数；通过“传感器编辑”对各个传感器的类型、位置、报警阈值等参数进行设置，设置完成后，在三维通风系统模型中根据传感器实际位置进行自动定位，即在三维通风系统模型中显示传感器图标及实时数据。
3.3应用效果
韩家湾矿现有KJ95N安全监测监控系统井下共安装监控分站25台，各类传感器共计114台，对井上下主要生产系统和地点实施24小时实时监控。
该矿矿井三维通风系统模型与安全监测监控系统连接后，构成了矿井三维通风实时监测系统。在矿井三维通风系统模型中实时显示，实现了图形与传感器位置结合的直观、形象的表达。
4小结
三维通风动态仿真模拟系统在韩家湾煤矿使用过程中，围绕保障通风系统的稳定性、提高通风系统管理效率、降低通风系统的能耗提高矿山效益的主题，利用建立的三维通风仿真模拟系统平台对当前通风系统进行了三维数字化建模、对未来通风系统调整方案的预先仿真模拟分析、对矿井灾害模拟分析及应急救援调度分析。针对矿山通风设计方案所存在的不足，采用系统数值模拟分析功能结合现场生产需要对方案进行改进和微调，保障矿井安全生产，达到了引进软件的目的，取得了较好的经济效益和安全效益。
作者简介：
王兆平（1967—），男，汉族，工程师，现任职陕北矿业公司生产部从事通风技术管理工作。