杨峰
淮河能源控股集团煤业公司顾桥煤矿，安徽淮南 232001
摘要：受到自然风压、巷道风阻等因素影响，井下通风系统复杂多变，通风系统设计、优化、调整，仅依靠经验难以准确全面掌握通风系统变化。矿井通风系统3D模拟，将抽象、复杂的井下通风系统转化为信息化、可视化的系统模型，能快速、直观、系统的反映井下通风系统变化情况，为通风系统设计、优化、改造等提供可靠的依据。
关键词：3D模拟技术；通风系统；可视化；应用
矿井通风系统是一个极为复杂的系统，由于其庞大的系统，以及复杂的现场环境，导致其复杂多变。“牵一发而动全身”，井下一个地点局部通风系统变化，可能会对其它地点产生较大影响。为了能够更加有效的了解和控制井下通风系统，利用矿井通风系统3D模拟软件建立通风系统模型，将整个矿井通风系统直观、动态的展现出来，通过设置风机性能参数、巷道参数，模拟出井下通风系统的风量、风压等变化情况，任何地点参数变化都会被及时解算出对其它地点的影响，并设置颜色图例，根据颜色可以快速定位风量较大的巷道，帮助用户快速对数据进行分析。
矿井通风系统3D模拟技术可有效的进行科学的通风系统管理和调整，及时预测和发现通风系统薄弱环节，包含3D可视化图形平台，可进行3D通风立体图制作，通风网络解算，通风现状分析，通风系统调整方案设计、分析，通风系统风流动态模拟，模拟巷道贯通、新掘或废弃巷道分支后通风系统的风流分配，风机叶片角度调整，反风计算，辅助进行短期和长期通风系统规划，可作为通风系统管理和调整的决策分析平台。
1在矿井反风中的应用
矿井反风，即地面主扇由抽出式变为压入式，由于风机的特性，反风风量会损失很多，一般只能达到抽出式通风的40%~60%。矿井反风的目的是当矿井进风井口、井底车场或进风大巷等处发生火灾时，为了防止事故扩大而采取的应急措施。但在正常生产矿井，特别是在高瓦斯矿井，反风演习可能造成工作面风量减少、瓦斯异常涌出、局扇循环、局部通风系统紊乱等，易引发事故。如果提前通过计算机软件模拟井下通风网络，得出反风后的通风系统，针对反风可能存在的风险，提前采取管控措施，降低了反风演习的安全风险，保证了矿井安全生产。
顾桥矿南区采用的是英国Howden公司生产的ANN-3800/2000B型轴流式主要通风机，电机额定功率4000KW。2018年10月份主扇叶片角度37°，负压2460Pa，矿井总进风量22157m3/min，矿井总回风量22669m3/min，1213（1）工作面风量2268m3/min，瓦斯浓度0.28%，1212（3）收作面风量1212m3/min，瓦斯浓度0.14%，1413（3）工作面风量2052 m3/min，瓦斯浓度0.26%。反风方式为电机反转反风。
模拟反风后，矿井总回风量仅为8065m3/min，1213（1）工作面风量562m3/min，1212（3）收作面风量354m3/min，1413（3）工作面风量573 m3/min，工作面风量严重不足，且反风率仅为35.6%，不符合要求。所以电机反转直接反风不能满足要求，故在原有叶片角度37°基础上增加角度进行模拟，最后模拟得出叶片角度43°为最佳反风状态，此角度下反风矿井总回风量为9885 m3/min，反风率43.6%，1213（1）工作面风量816m3/min，瓦斯浓度0.78%，1212（3）收作面风量632m3/min，瓦斯浓度0.27%，1413（3）工作面风量879 m3/min，瓦斯浓度0.61%，工作面瓦斯在采取措施前处于可控状态，在采取抽采等措施后，处于完全可控状态。
通过模拟得出的结论，具有很好的指导意义，如果不提前模拟，而直接进行反风，在原有叶片角度下反风风量不足，可能出现工作面瓦斯超限等事故。
2在通风系统调整中的应用
井下任何地点的通风系统调整，都可以用矿井通风系统3D模拟进行模拟和预判，能动态解算和模拟出通风系统调整后各分支风流分配。在巷道贯通、局部通风系统调整等方面均能提供可靠依据，为现场调整提供安全保障。
1413（3）工作面贯通前，通过模拟风量和风压的变化，预判该地点控风设施前后压差较大，设施承压大，模拟后，我们对控风设施进行加固处理，并严格验收。工作面贯通后，控风设施前后风压和预计一样，风压较大，由于提前采取了加固措施，避免控风设施失效造成通风系统紊乱。
1621（1）工作面贯通前，由于南三采区掘进头面较多，回风能力接近饱和，通过模拟，贯通后工作面风量较小，回风仅为1872m3/min，不满足生产要求。通过采取对南三回风巷道卧底减阻、施工通风眼（2个）等措施，1621（1）工作面贯通后，回风风量达2432 m3/min，满足生产需要。如果没有提前进行模拟，贯通后风量达不到要求再去采取措施，严重影响工作面回采进度。
3 其它应用
矿井通风系统3D模拟软件模拟巷道风量设置颜色图例，根据颜色可以快速定位风量较大的巷道，可视化的查找通风系统不稳定地点，特别是通风系统复杂的角联巷道及串并联复杂的小巷道，帮助用户快速对数据进行分析和解译。
矿井通风系统3D模拟系统可自动根据风量要求反算调节风阻和调节风窗面积，动态模拟风门、风窗、密闭等通风构筑物设置和风量调节效果，计算并动态模拟井巷断面或长度变化后通风系统的变化，为矿井通风系统优化、改造等提供可靠依据。
矿井通风系统3D模拟技术提前对系统进行模拟计算，得出的数据应用到现场实际，根据情况制定相应措施，避免了“未知事件”造成现场手忙脚乱，为矿井安全稳定生产提供强有力的保证。
4 经济社会效益
通过矿井通风系统3D模拟技术，可以对井下通风系统变化提前进行模拟，了解通风系统变化可能对其它地点造成的影响，提前采取管控措施，有效的避免可能存在的风险，预知通风系统变化产生的影响，提前做好应对措施，将事故的发生消灭在萌芽阶段，杜绝了通风系统调整对安全生产的影响，创造了极大的安全价值和经济价值。
4.1安全效益
一通三防重在预防，将事故的发生消灭在萌芽阶段，采取有效措施杜绝事故的发生是预防的根本。无论是在矿井反风中的应用还是在其它通风系统调整中的应用，通过模拟提前采取有效措施去预防，消除风险，确保了矿井的安全生产。矿井反风极大的影响矿井生产，通过模拟不反风也能掌握反风后的通风系统情况，同时为以后矿井反风提供了理论依据，避免了矿井反风造成的瓦斯超限等事故。
通过矿井通风系统3D模拟软件，解决了局部通风系统调整、系统优化等方面的难题，为通风系统调整、优化提供可靠依据和安全保障，杜绝了通风系统调整存在的安全风险，为矿井安全生产提供强有力的保证。
4.2生产效益
在通风系统调整应用中，提前预知调整后各处风压情况，根据风压大小，合理制定巷道控风设施，不干返工活，既安全可行，又避免了高标准浪费，真正做到了技术经济一体化。
4.3经济效益
对煤矿来说，安全就是效益，时间就是效益。
工作面贯通后通风系统的快速调整是确保工作面正常接替的前提，在通风系统稳定之前是不允许采区内其它工作面生产，快速高效的调整通风系统，确保了工作面的正常交替，为工作面快速安装、回采打下基础，减少因工作面贯通通风系统调整对采区其它采掘头面的影响。通过矿井通风系统3D模拟技术，提前模拟，大大缩短了系统调整时间，减少了对其它采掘头面的影响，间接创造了极大的经济效益。