基于仿真信息學(xué)的礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

楊 建 崗戰(zhàn)偉

（陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713699）

隨著礦井的接續(xù)開采，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)安全性和穩(wěn)定性難以預(yù)測[1]。另一方面，即便是在正常生產(chǎn)狀態(tài)，隨著生產(chǎn)的推進(jìn)，井巷通風(fēng)情況也發(fā)生巨大的變化，從而導(dǎo)致管理者不能及時(shí)了解井下情況，獲取井下有效信息，不能對這種變化快速做出決策以指導(dǎo)生產(chǎn)[2-3]。目前大多數(shù)礦井采用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行局部監(jiān)測以獲取井下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但未能實(shí)現(xiàn)對全礦井各巷道分支數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)掌握，難以判斷井下各主要用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量實(shí)時(shí)變動(dòng)情況[4-5]。

因此，為了實(shí)時(shí)了解井下風(fēng)網(wǎng)數(shù)據(jù)變化，以預(yù)測通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，開發(fā)了一款礦井通風(fēng)信息管理系統(tǒng)，利用監(jiān)測系統(tǒng)與礦井通風(fēng)信息管理系統(tǒng)進(jìn)行井下風(fēng)網(wǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)感知與數(shù)據(jù)交互，對礦井通風(fēng)安全管理及安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 礦井概況

高家堡煤礦礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500 萬t/a，服務(wù)年限62.5 a。礦井地質(zhì)儲量9.74億t，設(shè)計(jì)可采儲量4.7億t，主采延安組4 煤層，全井田平均煤厚為9.2 m。礦井地質(zhì)復(fù)雜，具有井深水大、高地壓、高地溫、軟巖、煤層易自燃等特點(diǎn)。礦井通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，由主井和副井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，地面安裝兩臺GAF35.5-18-1FB 型軸流式通風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為2400 kW，礦井回風(fēng)量為397.72 m3/s，礦井通風(fēng)總阻力約為3200 Pa。

2 礦井關(guān)鍵分支選擇理論

如果通風(fēng)系統(tǒng)具有m 條巷道，則風(fēng)量、風(fēng)壓靈敏度共有m×m 個(gè)，記為[6]：

3 礦井通風(fēng)信息管理系統(tǒng)的開發(fā)與介紹

高家堡礦井通風(fēng)信息管理系統(tǒng)選用Visual Studio 2010 為開發(fā)平臺，采用GDI+、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，借鑒軟件工程的思想和GIS 理論，對高家堡煤礦礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)從底層進(jìn)行了研發(fā)。該系統(tǒng)分為四個(gè)部分：（1）礦井通風(fēng)數(shù)值仿真與可視化分析；（2）通風(fēng)系統(tǒng)雙線圖、立體圖、網(wǎng)絡(luò)圖、三維圖、風(fēng)機(jī)特性曲線圖等圖件的自動(dòng)生成；（3）通風(fēng)系統(tǒng)智能分析；（4）通風(fēng)安全的日常管理工作。

4 工程實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

4.1 關(guān)鍵分支的選擇

依據(jù)礦井現(xiàn)場通風(fēng)阻力實(shí)測結(jié)果，配合礦井最新通風(fēng)旬報(bào)表，得到井下技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)，通過靈敏度矩陣的分析與計(jì)算，得出礦井關(guān)鍵分支見表1。

表1 全礦井關(guān)鍵分支統(tǒng)計(jì)表

4.2 高家堡煤礦通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型的建立

（1） 利用AutoCAD 在礦井采掘工程平面圖上繪制具有巷道層位關(guān)系的平面圖，將其導(dǎo)入高家堡礦井通風(fēng)信息管理系統(tǒng)，并將井下風(fēng)網(wǎng)各條巷道基礎(chǔ)參數(shù)導(dǎo)入，得到高家堡通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型如圖1。

圖1 高家堡通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型

（2）利用高家堡礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行仿真，得出風(fēng)機(jī)性能曲線以及通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)，風(fēng)機(jī)仿真的結(jié)果如圖2。

圖2 礦井通風(fēng)機(jī)仿真結(jié)果

（3）對通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算，通過微調(diào)摩擦阻力系數(shù)，使各條巷道與井下現(xiàn)階段實(shí)際風(fēng)量基本一致，其解算結(jié)果如圖3。

圖3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

4.3 高家堡煤礦通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算

（1）技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)感知

采用DAO 接口將高家堡煤礦KJ76X 實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)與高家堡通風(fēng)系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫聯(lián)接，通風(fēng)系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)感知來自監(jiān)測系統(tǒng)所傳輸?shù)牡V井關(guān)鍵分支基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其感知流程如圖4。

圖4 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸流程圖

（2）將關(guān)鍵分支設(shè)置為固定風(fēng)量，對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算，系統(tǒng)自動(dòng)迭代計(jì)算出固定風(fēng)量時(shí)的風(fēng)阻值，用計(jì)算風(fēng)阻替換原風(fēng)阻值，再次進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，得到實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果如圖5。

4.4 應(yīng)用效果分析

由圖2 可知，礦井風(fēng)量為23 000 m3/min，通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為3095 Pa，礦井通風(fēng)機(jī)效率為80%，與現(xiàn)場實(shí)測情況基本一致。

由圖3 與圖5 對比分析可知，當(dāng)關(guān)鍵分支風(fēng)量監(jiān)測數(shù)據(jù)變動(dòng)時(shí)，205 運(yùn)輸順槽以及205 回風(fēng)順槽風(fēng)量波動(dòng)量為0.2～0.3 m3/s，短時(shí)間內(nèi)工作面風(fēng)量波動(dòng)范圍較小，礦井通風(fēng)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

圖5 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算實(shí)時(shí)解算結(jié)果

5 結(jié)論

（1）依據(jù)靈敏度矩陣?yán)碚摲治雠c計(jì)算，確定了對高家堡礦井井下風(fēng)流穩(wěn)定性影響較大的關(guān)鍵分支。

（2）利用開發(fā)的礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)建立了高家堡礦井通風(fēng)系統(tǒng)仿真模型，對礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了仿真分析。

（3）實(shí)現(xiàn)了高家堡礦井監(jiān)測系統(tǒng)與礦井通風(fēng)信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸交互，對高家堡煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)解算，預(yù)測了通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。