1、提高矿井通风性的通风系统优化改造分析王建伟(晋能控股煤业集团王村煤业公司通风区,山西大同037032)摘要:针对通风系统存在的风量分配不合理及耗能严重问题,对通风系统进行动态仿真分析,依据三维动态仿真软件进行两种优化改造方案的分析。结果表明,在所提出的两种优化改造方案中,方案二对系统的风量分配改造更加合理,且减小了系统的耗能,简单易实现,能够较好地提高矿井的通风性。关键词:通风系统动态仿真风量分配优化改造中图分类号:TD724.3文献标识码:A文章编号:1003-773X(2023)02-0161-03引言煤矿开采过程中,矿井通风系统将工作面产生的有毒有害气体排出井外,对矿井输送新鲜空气并降低
2、工作面的粉尘浓度,对井下作业人员的健康及煤矿的安全开采具有重要的作用。随着煤矿开采技术的不断发展,矿井的开采深度不断增加1,工作面的长度也逐渐增长,矿井的通风系统在延伸过程中,网络结构交错较多,形成复杂的通风网络,但常存在着矿井内部水平位置的风量分配不足2、风流的短路及循环风、通风系统能耗较多的问题,加剧了井下环境的恶劣性,对煤矿的开采效率及安全性也造成了影响3。以某煤矿的通风系统为例,针对风量分配的不均及风量调节较差、通风效果差的问题进行研究分析,结合矿井通风动态仿真分析对矿井的通风系统进行优化改造4,提高矿井的通风量及各水平的通风需求,从而提高矿井系统的通风安全,保证煤矿的稳定开采。1矿井
3、通风系统的现状分析煤矿开采过程中通风系统的布置如图 1 所示,采用对角抽出式的多级通风方式进行通风,通过西风井及副井由地面向井下输送新鲜空气5,东风井作为主回风井负责整个系统的回风。通风系统的多级机站采用分布式的布置方式,I 级机站布置在-230 m 水平上,安装在矿井的两端位置,IV 级机站布置在-50 m水平上,安装在回风井连接巷道位置6。两级机站均通过控制系统进行自动化远程控制,可对通风机的数量及时间进行调节。对矿井通风系统的风量分配进行分析,采用气压计基点法进行风量的测定,对矿井巷道的长度、面积及阻力系统等进行测定7。依据矿井通风系统的布置图建立通风系统的单线模型,并在通风动态仿真软件
4、iVent 中进行分析8,构建通风系统的网络模型,如图2 所示。依据对矿井通风系统的测定数据,通过三维仿真软件对通风系统的需风量及巷道风速等进行分析。依据矿井的实际工况,每个工作面的需风量以排尘风速0.25m/s 进行计算,为确定通风系统对各位置的风量9,对各水平的需风量进行仿真计算,并与实际测量得到的风量进行对比,得到如表 1 所示的风量对比。通过表 1 中的数据可以看出,矿井通风系统的实收稿日期:2022-03-21作者简介:王建伟(1990),女,山西山阴人,本科,毕业于辽宁工程技术大学,助理工程师,研究方向为矿井通风。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发Mechanica
5、lManagementandDevelopmentTotal 238No.2,2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.063图 1矿井通风系统的布置示意图图 2矿井通风系统的网络构型水平分布/m需风量/(m3 s-1)测量风量/(m3 s-1)-11010.513.8-1258.362.7-14036.475.1-15553.165.5-17050.17.9-23014.3122合计189.7347表 1不同水平的风量对比西风井副井 主井 东风井-50 m水平IV级基站-65 m水平-80 m水平-110 m水平-125 m水平入风井W1 风井S1S2 风井E2
6、 风井Fe4风井盲斜井盲井东部进风价-230 m水平西部进风井-23050 m主回风井-330 m水平优化改造机械管理开发第 38 卷际风量 347 m3/s 远大于所需风量 189.7 m3/s,系统的总风量满足需求10,但在各水平风量的分配上,-170 m水平的实际风量小于所需风量,而-125 m、-140 m、-230 m 水平上的实际风量远大于所需的风量。这说明,矿井通风系统的风量分配不合理11,整体风量较大,造成一定的能量浪费,需对通风系统进行一定的优化改造。同时,采用三维仿真软件进行通风系统循环风检测时发现,矿井的通风系统存在两处循环风,容易造成有毒有害气体的积聚12,不能及时地与
7、外界进行通风,存在一定的安全隐患,需同时对其进行优化改造。2矿井通风系统的优化改造2.1矿井通风系统优化改造方案的设计依据矿井通风系统存在的风量分配不合理的问题进行通风系统的优化改造,主要设计两种改造方案。方案一为针对-170 m水平的风量不足,在该水平的回风巷道内加装一台辅助通风机,其额定功率为90 kW,叶片安装角为 40,效率为 84.5%;针对水平风量较大的问题,为减小系统的能耗,在风量较大的-140 m水平处回风巷道内加装风窗,如图 3 所示,从而增加-170 m水平的风量。方案二为针对-170m水平的风量不足,在-110m水平斜坡的连接巷道处加装风窗,使多余的风量向下输送至各水平,
8、如图 4 所示。同时,在-140 m、-155 m水平回风巷道内也各加装一套风窗,使多余的风量向-170 m水平输送。2.2矿井通风系统优化改造方案的对比分析依据优化改造方案在动态仿真软件 iVent 中进行模型的改进,对两种优化方案的运行效果进行仿真分析,得到改造优化后的各水平风量的分布如表 2 所示。对表 2 中的数据进行分析可知,两种优化改造方案对风量的分配均有所改善,可满足各水平对风量的需求,而方案二中的风量与需风量的值在各水平上更加相近,且总的风量小于方案一的总风量,可以减少通风系统的能耗。对两种优化改造方案的经济性进行分析,两种优化改造方案均在现有的通风系统上进行设计优化,方案一中
9、增加了一个风窗和一个风扇,改变系统通风机的数量实现通风量的调节;方案二中增加了三个风窗,即利用增加的风窗来代替方案一中的风扇,利用系统原有的通风机实现风量的分配。在优化改造系统的经济性上,方案一中增加风扇的成本较高,且对系统风机进行安装调整,所需的施工周期较长;而方案二中增加三个风窗的施工过程简单,所需的施工周期短。通过上述的分析可知,在通风系统的两种优化方案中,方案二的风量分配更加符合实际风量的需求,减少了通风系统的能耗,且方案二的施工过程简单,具有较强的可实施性,方案二的成本要低于方案一。因此,对于通风系统的优化改造应选择方案二,可满足矿井的总通风量需求,且各水平的风量分配更加合理,降低了
10、系统的能耗,提高了矿井的通风效率。3结语矿井开采过程中通风系统对矿井的安全开采具有重要的作用,随着矿井的不断延伸,通风系统的网络复杂,对其通风性造成影响。采用三维仿真软件对某矿井的通风系统进行建模分析,结果表明,矿井的通风量存在严重耗能严重,且风量分配不合理的问题,造成矿井的通风效率较低。针对这一问题,在现有通风系统的基础上,提出了两种优化改造方案,并对两种方案的效果进行对比分析,表明方案二可以满足矿井的通风需求,且在各水平的风量分配更加合理,降低了系统的总能耗,且施工过程简单易实现。选择较优的方案二对通风系统改造分析,可降低系统的能耗,提高通风效率,保证矿井的安全开采。参考文献1王二喜.瓦斯
11、积聚防治中矿井通风系统的调整优化研究J.能源图 3方案一加装风窗图 4方案二斜坡加装风窗水平分布/m需风量/(m3s-1)测量风量/(m3 s-1)方案一优化后风量/(m3 s-1)方案二优化后风量/(m3 s-1)-11010.513.830.612-1258.362.722.89.5-14036.475.145.337.2-15553.165.561.854.3-17050.17.95451.3-23014.3122122122合计189.7347336.5286.3表 2两种方案优化后的风量分布回风联巷风窗-140 m水平风窗-110 m水平1622023 年第 2 期与节能,2021(
12、10):194-195.2郭鹏阁.基于 VSE 软件的矿井通风系统优化研究J.山东煤炭科技,2021,39(3):103-106.3张志伟.浅析自然风压对矿井通风系统的影响及对策J.山东煤炭科技,2021,39(8):102-104;117.4韩文娟.合理选择通风设备确保矿井通风系统安全运行J.中国高新科技,2021(13):88-89.5张啟先.矿井通风系统与安全监控系统存在的问题及对策分析J.科技创新与应用,2022,12(6):143-145.6苏鹏祥.煤矿矿井通风技术及通风系统优化策略分析J.矿业装备,2022(1):114-115.7裴治巧,李忠敬.矿井通风基础计算理论在解决通风系统
13、问题中的运用J.内蒙古煤炭经济,2021(18):154-155.8赵斌.基于 BP 神经网络的矿井通风系统可靠性预测系统J.山西焦煤科技,2021,45(11):32-34.9邓禾苗,刘杰,张悦,等.基于 AHP-TOPSIS 法的高原矿井通风系统方案优选J.化工矿物与加工,2021,50(9):1-6.10蒋成龙,杨应迪,黄建达.基于 OpenGL 的矿井三维可视化通风系统构建J.煤矿安全,2022,53(1):128-133.11吉振东.基于 BP 神经网络算法的矿井通风系统可靠性研究J.能源与节能,2021(4):155-157.12邓玉彬,周益龙,林永生,等.红岭钨矿矿井通风系统方案
14、优化研究J.湖南有色金属,2021,37(2):5-7;15.(编辑:李俊慧)Analysis of Ventilation System Optimization and Transformation for Improving MineVentilationWang Jianwei(Wangcun Coal Company,Jinneng Holding Coal Group,Datong Shanxi 037032)Abstract:In view of the problems of unreasonable air volume distribution and serious en
15、ergy consumption in the ventilation system,adynamic simulation analysis of the ventilation system was carried out,and two optimization and transformation solutions were analyzedbased on the three-dimensional dynamic simulation software.The results show that,among the two proposed optimization soluti
16、ons,solution2 is more reasonable in terms of air volume distribution and reduces the energy consumption of the system,which is simple and easy toimplement and can better improve the ventilation of the mine.Key words:ventilation system;dynamic simulation;air distribution;optimisationStrength Analysis
17、 and Optimization Strategy of the Pin Row of Shearer Traveling PartXu Yanfei(Jinneng Holding Equipment Manufacturing Group,Jincheng Shanxi 048006)Abstract:In view of the use status of shearer pin in service in a coal enterprise,with the aid of ANSYS workbench finite elementsimulation analysis softwa
18、re,the strength analysis of shearer pin in traveling part was carried out,including 3D modeling,material attributesetting,mesh generation,constraint load application,simulation analysis and post-processing.The results show that there is an obviousstress concentration at the position where the pin te
19、eth and pin body are connected.It is necessary to optimize the strength to meet therequirements of more heavy mining work.After that,the optimization strategy of the pin bar structure is proposed to provide reference forthe design optimization of the shearer pin bar.Key words:shearer;walking part;pi
20、n bar;strength analysis;optimization strategy(上接第 160 页)8刘丽冰,沈玉镇,熊桂龙,等.基于 RBF 代理模型的袋式除尘器清灰性能优化设计J.机械设计与制造,2021,13(9):13-14.(编辑:贾娟)Optimized Design and Analysis of Dust Reduction Effect of Heating Boiler Dust CollectorYi Xiaoqian(Sewage Treatment Plant,Environmental Protection Section,Yungang Mine,Ji
21、nneng Holding Coal Group,Datong Shanxi 037000)Abstract:In order to effectively solve the problem of unstable internal airflow organization of the bag-type dust collector in the flue gaspurification system of the heating boiler,which leads to damage of the filter belt and high operating resistance,on
22、 the basis of an overviewof the principle and structure of the bag-type dust collector,a simulation model of the dust collector of the heating boiler was constructedbased on CFD software to map its airflow organization and analyse its weak points;the structure of the dust collector was optimizedacco
23、rding to the mapped structure.The design of the dust collector was optimised based on the mapped structure,and the final decisionwas made to install a baffle at the ash hopper.Key words:heating boiler;flue gas cleaning system;bag filter;dust reduction effect;airflow organisation(上接第 158 页)王建伟:提高矿井通风性的通风系统优化改造分析163