Ventsim在煤矿通风立体动态管理中的应用

Ventsim在煤矿通风立体动态管理中的应用

摘要

某矿现已开采到-1000米以下，三个采区共用一个回风井，部份巷道风阻较大，风机风压达到3500多帕，通风系统复杂，不易管理。针对这一问题，本文介绍了三维仿真软件Ventsim在某矿中的实际应用。系统实时的风网解算，动态显示风流方向、风量、风速等参数，并能科学、准确、快速的进行通风现状模拟、降阻方案模拟、污染物扩散模拟等，满足了某矿通风管理的要求，为通风管理人员及决策人员提供了科学可靠的数据，提高了通风管理的整体水平，具有良好的应用前景。

关键词：三维模型通风管理模拟ventsim

引言

矿井通风系统的基本任务是利用通风动力向井下各用风地点提供足量的新鲜空气, 稀释并

排除各种有毒有害气体和粉尘, 调节气候, 确保工作地点的空气质量, 营造一个安全舒适的作

业环境[1]。某矿矿总体分为东、西两部分，共4个采区，巷道众多，通风复杂，不易管理。矿井使用二维的通风网络解算软件进行管理，使得管理通风已变得简单，提高了通风管理的整体水平。但是软件的模拟与分析取决于输入数据的准确性和可靠性。由于网络中具有数以千计的风路分支，在输入数据时稍不注意就会出现严重错误，对大规模数据的浏览和编辑都成为问题，而且当不熟悉该矿井的其他人使用这些网络数据时将变得非常困难[2]。并且复杂通风网络的设计者对该网络具有较好的理解，但一旦该工程师离开，继任的工程师通常因为较难理解以前的设计而不得不放弃以前的工作。因此，某矿迫切需要一种能够对井下通风系统进行实时解算、图形化显示并且操作简单的数值分析系统，便于管理人员以一种直观、易懂的方式掌握矿井的通风现状，来满足日益提高的矿井安全生产管理需求。通过比较国内外的三维通风仿真系统，最终选择了金码软件（北京）有限公司的Ventsim系统，它可以很好的满足某矿的通风管理要求。

1.Ventsim三维仿真系统介绍

Ventsim是一套基于独立平台的矿井通风工具软件，系统具有很好的兼容性，可以非常方便的导入其他矿井设计软件或通风软件的基础数据，生成三维模型。系统包含风流模拟、热模拟、污染物模拟和通风经济性分析等功能。

系统构建的真实三维立体通风系统，填补了国内该领域的历史空白，实现了从原先二维平面显示到如今三维立体显示的跨越式转变。通过三维建模和对三维模型的多视角旋转观察，原先许多在二维图形下容易混淆和难以理解的问题得以轻松解决，例如：矿井分层重叠的巷道在二维图形下根本无法在一张图纸上按真实坐标显示，而且层与层之间的连接关系也无法显示，如今，这些问题在该三维通风模型图上迎刃而解。同时，该三维通风系统能提供丰富的图层管理工具帮助隐藏复杂通风网络中无关紧要的网络数据，而将重点数据展现出来。在三维模型中，用户可以方便的设置和获取任意节点的三维坐标，调整任意风路的断面尺寸，视图区的三维视图将您所做的调整即时的反映出来[3]。该软件采用可视化的方式来管理通风数据。所有这些数据都可以在三维视图中显示、在数据表中定制和输出，以及通过颜色图例管理器来对不同区间的数据设置颜色图例。

2.矿井概况

主提升为皮带斜井，年生产能力130万吨。总体分为东、西两部分采区，西部采区现正在开拓，东部采区为三、五、六采三个采区。全矿井通风路线过长，三五六采共用一个回风井，风机风压达到3500多帕，当前矿井开采深度已经达到-1000m以下，矿井地压很大，矿井巷道的变形很严重，导致部分巷道断面积变小，摩擦阻力变大，整个通风系统的阻力过大。

3 矿井三维模型的建立

采用精密气压计基点测定法，对矿井4个采区的主要通风路线，220多个点进行了测定。测定采用的方法、仪器符合要求，测定获得的数据可靠，误差精度满足需要。

3.1 三维模型的建立

在某矿最新的通风系统图上，描出每条巷道的中心线，并将AutoCAD图保存为DXF格式。然后将DXF文件导入到三维通风仿真系统中，生成实体巷道。利用从地测科获取的节点标高数据，给模型中的节点赋高程。完成初始三维模型的建立。

3.2赋基础数据，进行通风现状模拟，确保基础数据可靠

将阻力测定中所得到的巷道断面形状、面积、支护类型、摩擦阻力系数等参数赋给相应的巷道，并进行通风解算模拟，模拟出当前井下的实际状况，即检测基础数据的可靠性。通过调节某些分支的风阻，最终使三维立体模型中巷道的风速、风量、温度等与实际巷道基本相符。只有保证了基础数据的可靠性，才能当巷道风量、热源等发生变化时，准确模拟出改变后的状态，进而分析其影响。

图1 某矿的三维立体模型

4与现有二维通风解算软件在实际应用中的比较

使用二维通风解算软件时，首先得画出系统的通风网络图。当随着掘进工作的推进，巷道发生变化时，需重新绘制整个矿井的通风网络图，并给每条分支重新赋值，再进行解算，从而模拟出当前的风流状态。工作量很大，而且很容易出错。

而使用Ventsim三维通风仿真系统时，由于已建立的三维模型与实际矿井是一一对应的关系，解算是直接在现有的三维模型中进行，不需要画通风网络图。巷道发生变化时，直接在三维模型中修改巷道。在增删或修改巷道属性后，模型会自动检验到变化，从而自动重新解算并把当前的数据显示在巷道上。

在二维解算中，由于画的通风网络图，很多巷道被简化了，不易直接得到巷道的风量等情况，需仔细与通风系统图相对照来确定某条巷道的参数。在Ventsim中，三维模型与实际矿井对应，并且参数直接显示在巷道上，通过放大、缩小、旋转、移动模型，很容易获取所需要的信息。

图2 某矿用二维通风解算软件的局部视图

图3 用三维通风仿真系统解算时的局部视图

5降阻改造方案的模拟

经过实测以及数据处理发现三、五采回风处，巷道断面小，变形严重，局部阻力也很大，特别是回风立眼76-79段，立眼长只有12m，风阻为4.90900 N*s2/m8，阻力达到649帕。由于此处处于三采最大阻力路线总回风处，因此总回风路线功耗损失严重，会加大风机的负荷，增加用电成本。因此需对其实施降阻工程，减小巷道风阻，从而降低矿井通风阻力。

经项目组与矿方充分讨论，以及对实测数据的处理，提出减小部分阻力大的巷道，对部分阻力大的巷道进行扩大断面或者新掘并联巷道进行降阻，降低整个系统的通风阻力，减小风机的功耗。具体实施方法如下：将三采总回风处立眼相关联巷道进行适当的降阻，立风井底阻力大的巷道进行降阻。

5.1现状模拟数据

现状模拟中风阻较大的部分巷道数据如表1所示。

表1现状模拟中风阻较大分支

5.2模拟降阻后的数据

在建好的三维模型中直接修改要降阻的巷道属性值，然后进行模拟。模拟后的数据如表2所示。