基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化.pdf

167 科学管理 2019年第11期 通风网络解决方案是通风系统管理的关键技术。 传统的通风系统分析以图纸、表格计算和人工计算为 基础，不再符合现代矿井通风管理的要求。在计算机 图形技术的快速发展和不断改善通风网络拓扑理论促 进了仿真系统的开发和应用有效通风，加快信息化进 程的矿山通风安全管理。 1 矿井概况 根据矿井设计，矿井总高度在300m至347m之间， 整个矿井共有10台风机、7台局部风机和3台主风机。 该矿采用主井和辅助井集中开采，共3个工作面，包 括P400工作面、P415工作面和P430闭废井。该矿被分 成4个中心部分，每个部分的高度为20m。在矿井通风 系统原始数据的基础上，分析了特征支路风向对整个 通风系统的影响。针对目前的情况，在矿井通风系统 的设计、矿井排水的分布和位置、工作面等因素的设 计中，均采用了缠绕通风方式。也就是说，它主要安 装在通风竖井的主推进、风、T48RAR U43、回风竖井 上。矿井通风系统中，新风通过m41主轴进入主轴， 通过M40坡道进入工作面。工作面产生的烟气通过回 风井T48RAR系统送至工作面顶部和底部回风巷道，并 送至地面。排烟系统、获胜系统和生产区域的烟气通 过回风轴U43送风到地面。 2 风阻变化对通风系统稳定性的影响 首先对通风系统参数进行修改，使其在保持其他 参数不变的情况下具有一定的规律性。利用矿井通风 系统Ventsim三维软件，给出了某矿井通风系统的计算 结果，并对计算结果进行了图形化分析。由于要分析 的通风系统的复杂性，必须选择特定的分支（见表1） 进行分析，如进气井、回气井、输送巷道、工作面 等。其他规定未包括的分支机构也可以进行类似的分 析。 表1 用于风阻可调节性研究的特征分支 分支号分支描述 风 阻 / （ / Ns2/m8） 1斜坡道87.9-226m进风0.00605 12U37井筒879-241.7m进风0.09063 14T48RAR回风井87.9-325.4 m，风机20.09610 133通向工作面的分支0.00424 134中段进风分支0.00161 319用于深部通风风机4所在分支0.00601 398M40水平入口.进风0.00105 399U43坚井133.9-347 m.回风，风机30.03110 400主进风井132.9- 147.9m进风，风机10.00296 1）单风阻力对通风系统稳定性的影响。在该矿 煤炭矿井通风系统，包含一个轴进气道和坡度的为 87.9226 m，U37竖井通风井87.9241.7m，M40水 平入口148148.7，和主进风轴132.9147.9m。现 场对矿井通风系统的研究结果表明，主通风井对通风 系统稳定性的影响大于其他通风井，具有代表性。风 向变化对矿井通风系统的影响是全球性的。当该支路 的风阻发生变化时，采用Ventsim 3d通风系统软件进行 网络计算，计算结果如表2所示。在表2中，“1000” 价值换算率中央部门对于电阻的变化是一种非传统的 价值增加了阻力，即高达1000倍的树枝间正常、分析 流量变化和压力通风系统中迎风异常工况下。 2）各支路阻力变化对风机等效风压的影响。由于 这个煤炭矿井的入口和出口分支并不多，所以将它们 分为两组就足够了第2组包括出口分支，包括U43井 和T48RAR回风井。 3）仿真结果分析。（1）阻力的变化对每个特征 分支的气流有不同的影响。通过1、12和398支管的气 流随着主入口轴的阻力增加而增加。分支14、134、 133、399和400的气流随着主入口轴阻力的增加而减 小。随着主入口井风向的增加，319支管几乎没有变 化。入口和出口的气流变化最大，对矿井的整体通风 有相当大的影响。由于主风机安装在回风井中，矿井 通风系统中的单个风机无法独立工作。风机是相互连 接的，因此复杂的非线性矿井通风系统的稳定性起着 重要的作用。（2）2个回气井的风机压力减小，主进 气井的风机阻力增大，而深风机压力保持不变。在极 端风速为“1000”时，风扇停止工作。指出当矿井通 风系统阻力增大时，应增大阻力，以弥补该区域风机 功率阻力的增大，使风机运行点向左移动，进入紊流 区。导致整个矿井通风效率降低，各部位风量低于正 常运行标准。矿井通风系统的稳定性对这些支路的风 向变化非常敏感，可以用来防止矿井通风系统的不稳 定性。分析表明，各进风量的变化对风机压力效率有 不同的影响。仅影响矿井深部气流的风机具有相关分 支，因此影响区域是局部的。（3）随着矿井通风系统 各支路的抗风能力的提高，进气井的风机效率提高， 回风井的风机效率降低。然而，风机的效率和风压变 化率因井而异。矿井通风系统的这一特点使优化矿井 通风系统成为可能，调整各支部的参数，有助于稳定 矿井通风系统。 风量和压力对分支特性的影响。为了保证矿井整 基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化 葛晓波 阳煤集团一矿 山西 阳泉 045000 摘要研究矿井通风阻力对通风网络控制设计和优化的影响具有重要意义。在矿井通风系统流量、压力和风压平衡的 基础上，通过单因素分析，优化通风系统的稳定性。通过改变某一特定支路的风向，分析了气流和风压对其他特征支路风 向变化的响应规律。Ventsim煤矿空气阻力参数优化软件的研究与分析。 关键词三维通风仿真 Ventsim系统 参数优化 （下转第130页） 勘探开发 130 2019年第11期 7.1％；粒度中值最大为0.74mm，平均为0.12mm；分选 系数平均为1.57。 沙三段储层孔隙度、渗透率均低于沙一段、 泥质含量高于沙一段，孔隙度最大为30.3％，平均 为24.1％；渗透率最高为630410-3μm2，平均为 60310-3μm2，单砂层厚度一般在1.55.0m之间；泥 质含量最高为12.8％，平均为7.9％；粒度较沙一段 细，粒度中值最大为0.44mm，平均为0.17mm；分选系 数平均为1.96。 相比较而言，不同的沉积相带，物性条件有一定 的差别。沙一段水下分流河道与河口砂坝微相孔渗较 好，泥质含量较低，其它微相类型则孔渗较差，泥质 含量较高。沙三段边滩微相孔渗条件相对较好，泥 质含量较低，其它微相类型则孔渗较差，泥质含量较 高。 3 储层分布特征 由于热河台油田沙一时期和沙三时期沉积环境的 差别，砂岩储层的发育程度有较大的差别。沙一时期 砂体明显比沙三时期发育。分析各小层的砂体厚度 图，发现热河台油田储层的平面变化与沉积相带变化 具有较好的吻合性。 砂体平面上展布特征受沉积条件控制沙一时期 扇三角洲前缘亚相水下分流河道频繁出现导致砂体厚 度平面变化快，主流线附近砂体厚度大；河道砂体、 河口砂坝砂体呈条带状、片状分布，河道间薄层砂与 前缘席状砂呈席状分布，远砂坝呈透镜状分布。 沙三段砂体平面展布呈北东向条带状特点，沙三 时期的不同演化阶段，砂体分布特征既有一定继承 性，又存在有规律的变化，边滩相带部位砂体厚度一 般在1015m左右，其它部位一般小于5m，砂体的形态 变化，直接反映了砂体的沉积微相特征。由于砂体分 布于多期次的火山岩之间，砂体的厚度一般较薄，平 均厚度10m左右，由于火山岩分布的面积大，砂岩相 对不发育，钻遇率较低，一般低于35，只有在沙三 晚期超过50。 沙一时期各砂体的发育情况也有很大的差别，砂 体分布范围最广的是沙一中亚段，砂体钻遇率高达 65.2和81.6。沙一下亚段砂体分布相对于沙一中亚 段分布范围较小，由于受到水退-水进旋回变化，导 致砂岩的发育程度也相应的发生变化。沙一下时期为 水进期，砂体向水下延伸距离短，分布范围局限，在 近物源地区砂体较为发育，远离物源供给区砂体不发 育。 4 结束语 总之，通过对该区储层物性及分布特征的研究得 出以下几点认识一是储层物性受沉积相带控制，在 优势相带储层物性相对较好，沙三段在泛滥平原沉积 背景下，曲流河道、边滩微相的孔渗条件较好，沙一 段在扇三角洲沉积背景下水下分流河道、河口坝微相 储层物性较好；二是砂体顺物源方向延伸，在物源方 向上连续性好；三是河道砂体呈条带状分布，河口砂 坝砂体多呈舌状、扇状、条带状展布；四是砂体纵向 上分布特点为反复叠加呈互层状分布，分流河道砂体 呈顶平底凸状，而薄层砂与河口砂坝呈顶凸底平状。 参考文献 [1] 许璟， 时晓章， 贺永红， 等 . 鄂尔多斯盆地曾岔地区 延安组和延长组储层特征对比分析 [J]. 西安科技大学学报， 2017， 37（5） 698-704. [2] 王文川， 赵俊兴， 向芳， 等 . 鄂尔多斯盆地东南部地 区山西组、 下石盒子组储层特征及差异性对比 [J]. 成都理工 大学学报， 2018， 45（2） 200-209. [3] 廖朋， 唐俊， 庞国印， 等 . 鄂尔多斯盆地姬塬地区延 长组长 8_1 段储层特征及控制因素分析 [J]. 矿物岩石， 2012， 32（2） 97-104. [4] 陈孟晋， 刘锐娥， 孙粉锦， 等 . 鄂尔多斯盆地北部伊 盟地区山西组碎屑岩储层特征分析 [J]. 沉积学报， 1999 （S1） 723-727. 体气流的稳定，当主进气支管阻力增大时，其他支管 1、12、398的气流也随之增大。在平均坡道的第14、 399、134和133列中，气流流向主轴400较弱的工作 面。319支路位于局部通风区域，不受主风机影响； 空气流量几乎保持不变。随着主入口风量的增加，回 流井中两台风机风压减小，主风机风压增大，深风机 风压保持不变。当风量达到1000时，风量稳定，对矿 井通风安全影响很大。多重阻力对风机压力效率的影 响。当第一组进风支阻力加倍时，矿井通风系统平均 风机压力效率为70.6。当第二组二次巷道空气阻力为 一次巷道的一半时，矿井通风系统平均风机压力效率 为72.8。因此，适当增加分支风阻的集水井或减少返 回的分支风阻可以提高整体风压风机的效率，但当分 支风阻的回报是零，它不会提高风扇的风压效率。利 用Ventsim三维通风模拟软件、动态网络和气流模拟对 矿井通风系统参数进行了计算。通过优化通风网络， 为通风管理人员和技术人员提供了一套科学的管理工 具和必要的数据库。与其他方法相比，计算结果更加 科学、准确、可靠，具有较高的实用价值。 参考文献 [1] 魏舟 . 通风网络拓扑理论及通路算法研究 [J]. 煤炭 学报， 2017， 33（8） 926-930. [2] 李艳 . 矿井通风三维可视化仿真系统的设计与实现 [J]. 金属矿山， 2017（7） 73-76. [3] 毛源 . 煤矿井下通风系统的研究现状及发展趋势 [J]. 煤炭技术， 2017， 34（3） 123-125. （上接第167页）