YY矿井基于电算的风流调控方案研究

2021.01科学技术创新YY 矿井基于电算的风流调控方案研究
张帅1胡章地2胡雅文3赵洋1胡文军1胡大顺3
（1、武汉工程大学资源与安全工程学院，湖北武汉4300732、黄冈市安全生产执法支队，
湖北黄冈4380003、湖北大楚注册安全工程师事务所有限公司，
湖北武汉430070）1矿山概况
根据相关资料及现场踏勘的情况，YY 矿井通风系统采用副
井进风-主井回风的对角式通风系统，
但现场部分区域存在通风混乱，通风不畅等问题，
主要表现在以下几个方面:1.1混合井作为-280m 水平以下回采主要的人员上下及矿
石提升竖井，未明确其是进风井还是回风井，
在-280m 中段主运输巷设置常关风门后，形成一个独头巷道，
既不能进风也不能回风。

1.2新鲜风流通过-280m ～-380m 盲竖井进入-380m 中段后，通过回风天井及斜坡道进入上一分段，导致-380m 水泵房
和配电硐室通风不畅，同时配电硐室为独头巷道，
仅靠一局扇通风，硐室内温度较高。

1.3副井-180m 中段水平新风和污风隔断门距-180米马头门太近，导致-180米中段回风巷道有一处回风巷道为独头巷道，该巷道内通风较差。

1.4井下部分中段通风不畅，部分通往采空的巷道未及时封闭，漏风严重。

2YY 矿井通风结构改造
针对矿山通风系统存在的上述问题，对现有通风系统进行变更:
2.1副井作为进风井，主井作为回风井。

保持原有的副井进风线路不变，将从盲竖井进入-380m 中段的新鲜风流一部分引入水泵房和配电房，通过箕斗斜井回风至-345m ～-304m 的溜
井口，
利用-345m ～-304m 的溜井兼作回风井，在-304m 水平安装一台局扇，将污风抽至-304m 分段回风巷，最后汇入-292m 回风斜坡道。

副井通风线路为:地表→副井→-180m ～-280m 盲斜井→-280m 中段→-280m ～-380m 盲竖井→-380m 中段平巷→水泵房→-380m ～-280m 箕斗斜井（-345m ）→-345m ～-304m 溜井→-304回风巷道→-304m ～-292m 斜坡道→各分段斜坡道→-180m 回风巷→主井石门（主风机）→地表。

地表→副井→-180m ～-280m 盲斜井→-280m 中段→-280m ～-380m 盲竖井→-380m 中段平巷→-373m ～-316m 各分段斜坡道→各分段平巷→采场→天井→上一分段→-304回风巷道→-304m ～-292m 斜坡道→各分段斜坡道→-180m 回风巷→主井石门（主风机）→地表。

2.2本次变更将混合井作为辅助进风井，主要为-280m 中段行人和水泵房提供新鲜风流。

混合井通风线路为：地表→混合井→-280m 中段运输平巷→-280m ～-271m 通风天井→-271m 分段平巷→各分段回风斜坡道→-180m 回风巷→主井石
门（主风机）→地表。

3风网解算方法及分析软件
对于风网解算方法常用的有Scott-Hinsley 法和Newton-Raphson 法[1]。

本文风网解算方法采用Scott-Hinsley 法。

该法是一种迭代法[2]，虽然其收敛速度受所圈划回路的影响，
但其算法简单，内存要求不大，每次迭代运算速度较快，
收敛性较好。

其实质是将回路风压平衡方程式按Taylor 级数展开，
略去二阶以上的高阶微分项。

利用方程式中一个已知的根(即初拟风
量)的近似值(前提是满足节点风量平衡条件)逐次迭代计算，
并校正其风量值，当迭代校正误差达到规定精度时，就求出了近似
的真实值。

其算法步骤如下[3]
：
3.1列出节点风量平衡方程和回路风压平衡方程；3.2由∑Qi ＝0原理，拟出各巷道近似风量；3.3根据风压方程的Taylor 展开式求风量校正值；3.4对风网回路中各分支的初拟风量进行校正；3.5对所有的独立回路，判断是否满足收敛条件；3.6当第3.5步不满足时转3.3，重复计算直到满足收敛条件为止，即得风网解算结果。

自主设计风网的分析软件Mvnet Version1.6简介：软件开发语言:C#
使用的基础类框架技术:DXperience-10.2.3IDE:Microsoft Visual Studio 2012操作系统平台:Windows
操作系统:Microsoft Windows 7/8（推荐Microsoft Windows 8）
内存:推荐1G 以上
Microsoft Office Excel:2003及以上版本（推荐2010）由于实际风网分支数较多，数据量很庞大，为适应技术人员
很多方便地进行数据管理，
设计本软件支持.xml 和.xls 两种数据输入输出格式。

其中，xml 是一种轻量级通用的数据交换格式，非常适合与
其他程序进行交换；xls (.xlsx)是用户比较习惯的数据格式，
利用excel 强大的编辑功能可以方便实现数据的批量处理。

风网分支数据可以通过工作表的形式输入，
也可通过Excel 文档直接导入。

输入或导入的原始数据可以进行修改，可以导出保存为Excel 文档。

风网的分析软件Mvnet Version1.6有两种不同的输入方
式———GUI 方式输入和解析XML 配置文件方式输入。

选择GUI 方式输入后进行相应的GUI 操作，通过增加、删除、
编辑对风算实例进行调整，运行核心风网计算程序，
生成输出实例，以GUI 摘要：本文针对其现有YY 矿井通风系统网络存在的问题，对通风系统风流调控方案进行了研究。

本文首先对YY 矿井通
风系统结构进行改造，
然后采用Scott-Hinsley 风网解算方法，用Mvnet Version1.6风网分析软件进行了风网解算，得出矿井风流调控方案，使得井下各需风点的新鲜空气风量达到规范要求。

关键词：矿井通风；风网解算；
风流调控中图分类号:TD724文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)01-0159-02 0i Q 159--
科学技术创新2021.01
方式展现计算结果。

风网解算软件功能如下：主程序MVNET 完成风网数据输入和子程序的调用；子程序SORT 完成风网分支风阻排序；
子程序MESH 用加边法圈划独立网孔（以主扇、固定风量、高风阻分支为弦）；子程序CVFT 完成主扇性能曲线拟合计算；子程序IRT 完成风网解算迭代计算和计算数据的输出；函数FANH 为风机性能特性曲线函数。

4通风方案网络解算根据矿山井巷布置，画出通风解算网络拓扑图，
在图上标明风机的安装位置并进行节点编号。

按作业场所校核计算矿井需风量：回采采场（3个）、备用采场（1个）、掘进工作面（2个）、维修硐室（1个）、水泵房（1个）、
卷扬机房（1个）、卸矿点（2个）设计选取风量分别为2.6、1.3、2.6、2.0、2.0、2.0、2.0m 3/s 。

根据通风方案和通风解算网络图以及相关基础资料，编制巷道风阻、网孔、风机及机站原始参数文件，网分支数NB=21，风网节点数NJ=13，主扇数NFC=1，固定风量分支数LXQ=8，迭代最大次数MIT=10000，迭代限E=0.0001，利用矿井通风系统解算软件MVNET1.6进行网络解算，得出YY 矿风网解算分支数据。

根据解算数据设置不同的调节方式，调节阻力HR 大于0时布置调节风窗；HR 小于0时采取降阻措施或设置辅扇增压。

风窗的面积与需要增加的阻力和巷道的断面面积有关[4]。

5YY 矿井风流调控方案经通风结构调整及风网解算，YY 矿井风流调控方案如下：封堵墙的位置：（-180m 水平）-180m ～-174m 斜坡道口、至Ⅲ号矿体联络道、回风巷至Ⅲ号矿体联络道、疏水巷道口、西大巷；（-190m 水平）
至Ⅱ号矿体联络道；（-210m 水平）至Ⅱ号矿体联络道；
（-221m 水平）至Ⅱ号矿体联络道；（-238m 水平）至Ⅱ号矿体联络道；
（-249m 水平）至Ⅱ号矿体联络道；（-260m 水平）至Ⅱ号矿体联络道；-380m 水平）泄水井口、盲斜井口对面溜井。

风门的位置：
（-180m 水平）主运输巷与回风巷连接处、-180m ～-100m 斜坡道口；
（-188m 水平）至Ⅲ号矿体联络道；（-210m 水平）至Ⅲ号矿体斜坡道口；（-230m 水平）至进风斜井口；（-280m 水平）主巷道与斜坡道交汇处；（-330m 水平）盲竖井马头门、-345m ～-304m 溜井口；（-342m 水平）盲竖井马头门。

调节风窗（风门）
具体位置如表1所示。

表1调节风窗（风门）
汇总表增阻调节一般安装调节风窗，但调节风窗的安装会影响巷道的通行运输能力，矿山生产实践中常常采用调节风门。

下面以在-342m 水平安装双扇平开调节风门为例，
说明调节风门开启角度的计算。

根据YY 矿山的实际生产情况，采用Unigraphics NX 建立
巷道风门的几何模型，利用ANSYS 中的ICEM 进行网格划分。

在导入巷道风门几何模型后，创建入口、
出口、巷道壁面，并进行拓扑几何操作。

井下空气认为是不可压缩紊流流体。

选择k-ε两方程湍流模型的计算模型，其它参数按照缺省值默认计算。

首先模拟研究调节风门角度固定时的局部风阻与风量的关
系图，再模拟研究当风量不变时，
调节风门局部风阻R 与风门开启角度的关系。

参数取值为：入口风量2.04m 3/s ，平均风速
0.2m 3/s ，调节风门开启角度分别取20°、30°、45°、60°、70°。

根据基本数据模拟计算得到局部风阻与风门角度的关系图（30°之前为下降曲线，30°之后下降曲线趋平）。

对结果进行曲线拟合，得到偏差R 2为0.99996的拟合公式，
利用matlab 求得调节风门的角度为19.4°。

因此，在-342m 水平安装调节风门，风门开启角度目前为19.4°。

6结论
本文研究YY 矿井风流调控方案，在充分调研的基础上，
对通风系统网络结构进行改造；采用Scott-Hinsley 风网解算方法，运用Mvnet Version1.6风网分析软件对通风系统网络进行风网解算；根据解算结果采取增阻、减阻、增压等方式调节风流。

考虑矿山生产实践中常常采用调节风门代替调节风窗，
本文还对调节风门开启角度的计算进行了研究。

本文通过电算得到风流调节方案，
使YY 矿井井下各需风点的新鲜空气风量达到规范要求。

参考文献
[1]宫良伟,田卫东,邹德军.通风网络解算方法研究现状和展望[J].建井技术,2016,37(02):29-33.[2]宫良伟,邹德均.矿井通风网络解算软件综述[J].电脑编程技巧
与维护,2016(10):15-17.[3]白伟.利用AVENT 软件和Scott-Hinsley 迭代法解算矿井通风网络[J].现代矿业,2016,32(06):218-219+222.[4]胡创义.调节风窗面积间接计算法探讨[J].山西煤炭管理干部学院学报,2003(02):55-57.
序号
水平 位置 计算增阻值（m mH 2O ）
风窗面积（m 2）
1 -280m 主巷道与回风井联络道
17.50628566 1.42 2 -342m
0.875537950 3 -357m 斜坡道口
2.110146254 1.86 4 -373m 斜坡道与主巷道交汇处 4.026632436 1.30 5
-380m
主巷道与斜坡道交汇处
7.255436531
1.58
160--。