郭鹏阁

（国网能源哈密煤电有限公司大南湖一矿，新疆 哈密 839000）

1 研究背景

通风系统对井下安全生产具有重要作用[1]，不仅负责为井下作业人员提供新鲜空气，而且排除有毒有害气体，从而创造安全的工作环境[2-3]。保障通风系统安全，预防“一通三防”事故的发生，是煤矿安全生产工作的重中之重[4-5]。

大南湖一矿位于新疆哈密，自2008 年投产，迄今已生产12 年时间。由于前期重生产，缺乏对通风系统的科学管理，导致大南湖一矿通风系统存在部分巷道微风、回风大巷风速偏高、井下通风设施较多、部分角联分支易发生风流转向、矿井通风阻力分布不合理等问题，且三煤胶运大巷的进回风属性存在异议。大南湖一矿通风系统及其设施布置图，如图1 所示。为此，本文基于全矿通风参数精准普查，借助中国矿业大学的“通风仿真专家”（VSE）软件对大南湖一矿通风系统进行了优化研究。

2 通风系统优化研究流程

（1）全矿通风参数精确普查

采用气压计法对全矿井通风阻力进行测定，同时测量测段内巷道风速、断面、干温度和相对湿度等参数。

（2）构建大南湖一矿矿井通风三维可视化仿真系统

通过“通风仿真专家”（VSE）（通风系统仿真软件），将井下井巷数据录入、添加构筑物与通风动力装置、编辑巷道属性等多个环节可实现矿井通风系统的三维可视化操作，从而方便地考察和评估通风系统现状。根据大南湖一矿采掘平面图、通风系统图及通风系统阻力测定数据构建了大南湖一矿通风仿真系统，利用VSE 本身的拓扑检查功能进行检查并修改完善。

（3）矿井通风系统优化研究

针对大南湖一矿通风系统特点，提出多种优化方案，借助VSE 软件对各种方案优化效果进行对比分析，最终确定适合大南湖一矿通风系统改造的最佳方案。

图1 大南湖一矿通风系统及通风设施布置示意图

3 优化方案与效果分析

结合大南湖一矿通风系统实际状况，针对现存问题提出了四种优化方案，采用VSE 软件进行了模拟研究，相关优化研究结果如下：

（1）方案一：将三煤胶运大巷改造成进风巷

三煤胶运大巷在大南湖一矿通风系统中，一部分承担进风巷作用，一部分承担回风巷作用，导致该巷道性质存在争议。若将三煤胶运大巷完全改造成进风巷，则需对全矿井通风系统进行改造（见表1）。改造完成后，对整个优化方案进行模拟，主要优化效果，见表2、表3。

表1 矿井通风系统改造部分

由表2 和表3 可知，将三煤胶运大巷改造成进风巷后，风机负压增加了100 Pa 左右，风机风量减少了370 m3/min，矿井等积孔也减少了。同时，回风石门大巷的风量减少，整个回风大巷的风量增加，导致回风大巷内的风速增大，回风段阻力增加，整个通风系统的阻力增加，全矿井通风系统阻力增加，最终导致全矿井的进风量减少，说明该方案不可行。

表2 优化前后主要通风机参数变化

表3 回风段巷道优化前后参数变化

（2）方案二：增加主要通风机转速，增加总进风量

大南湖一矿矿井通风系统存在井下部分巷道微风现象，虽然主要通风地点风量都满足要求，但说明矿井富余系数偏小，而且目前矿井主要通风机潜力很大，井下巷道风速如果偏低，不利于有毒有害气体和粉尘的排出，且容易造成瓦斯积聚，引起瓦斯事故，导致矿井通风系统抗灾能力弱，不利于煤矿的安全生产，因此提出调节主要通风机增加总风量的优化方案。该方案主要优化效果，见表4～6。

表4 优化前后主要通风机及用风地点参数变化

表5 优化后井下微风巷道情况表

由表4 和表5 可知，风机的风压虽然增大了一些，但全矿井通风系统的进风量增加2000 m3/min左右，减少了井下微风巷道数目，而且剩余存在的微风巷道也是由于设置了通风设施的原因，即通过调节相应的通风设施可解决井下部分巷道风速偏低的问题，保证井下每条巷道风速都能达到《煤矿安全规程》要求，提高全矿井通风系统抗灾能力。关于回风段巷道风速过大问题，也得到了相应解决。优化前后回风段巷道风速变化见表6。

（3）方案三：将三煤胶运大巷改造成回风巷

目前三煤胶运大巷在矿井通风系统中承担着回风巷还是进风巷的作用，有争议。如果将三煤胶运大巷完全改造成回风巷，则需对部分通风系统进行改造，如图2：在（1）处贯通，大约50 m 左右；在（2）处的平巷加双向风门；将（3）内配电设备加防火门挪到（1）处；将（4）处的密闭打开；将（3）处的巷道堵死；其他地方做相应调整。改造完成后，对整个优化方案进行模拟，主要优化效果见表7。优化后通风系统三煤胶运大巷完全改造成回风巷，其他通风系统参数基本保持不变，但通风系统存在的其他问题仍然没有解决，如部分巷道微风，部分巷道风速超限等。

表6 优化前后回风段巷道风速变化情况表（m/s）

图2 方案三改造部分

（4）方案四：合并方案二、三，将三煤胶运大巷改造成回风巷，增加总进风量

将方案二、三合并改造矿井后的优化仿真效果，由表8 和表9 可知：总风量增加了2134 m³/min，优化后微风或风速超限情况得到比较好的解决，同时三煤胶运大巷改造成回风巷，不再存在争议，效果良好，因而属于大南湖一矿通风系统优化的最优方案。

表7 优化前后主要通风机及用风地点参数变化

表8 优化前后主要通风机及用风地点参数变化

表9 优化后井下微风巷道情况表

4 结论

大南湖一矿通风系统存在部分巷道微风、回风大巷风速偏高、井下通风设施较多、部分角联分支易发生风流转向、矿井通风阻力分布不合理以及三煤胶运大巷定性不明等问题。对此，提出了四种优化方案，并借助VSE 软件对各软件优化效果进行了仿真。结果表明，相比于其他三种优化方案，将三煤胶运大巷改造成回风巷，同时增加总进风量的方案（方案四）不仅较好地解决了通风系统存在的问题，而且使得三煤胶运大巷完全定性，满足了现场安全生产的需要。