基于风丸软件的矿井通风网络模拟解算
第17卷第1期（总第104期）
2012年2月煤矿开采Coal mining Technology Vo1. 17No. 1（Series No. 104）
February 2012
矿井设计
基于风丸软件的矿井通风网络模拟解算
张
［摘
要］
苏，王金贵，王磊，刘洪影，李腾
（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083）
简要介绍了Avwine （风丸）软件的概况，以徐州孔庄煤矿为例，利用风丸软件对该
矿井通风系统进行模拟解算。详细介绍了解算方法，并对模拟解算的结果及存在的误差进行了分析，模拟解算的结果与井下实测值相差在5%以内，分析结果表明风丸软件能准确快速地模拟出矿井通风系统，模拟数据可作为矿井今后通风网络调整的依据。
［关键词］
风丸；通风网络；模拟解算
［文献标识码］A
［6225（2012）01-0034-03文章编号］1006-［中图分类号］TD725
Mine Ventilation Network Simulation and Resolution Based on Avwine Software
ZHANG Su ，WANG Jin-gui ，WANG Lei ，LIU Hong-ying ，LI Teng
（Resources ＆Safety School ，China University of Mining ＆Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ）
Abstract ：This paper simply introduced the software-Avwine. Taking Kongzhuang Colliery as an example ，Avwine was applied to resol-ving mine ventilation network. After introducing resolution algorithm in detail ，resolution results and their errors were analyzed. The er-rors between resolution results and field data were below 5%.This showed that Avwine could fast and precisely simulate mine ventila-tion system and simulation data could be as reference for adjusting ventilation network. Key words ：avwine ；ventilation network ；simulation and resolution
随着我国经济的快速发展，对煤炭需求的不断
增大，矿井面临向高产、高效转型，改扩建期间矿井通风的模拟解算就成为一个普遍性问题。本文利用风丸软件对矿井通风网络进行模拟解算，并从孔庄煤矿改扩建时期更换主要通风机的实践中，对改扩建矿井通风网络的模拟解算进行了研究。1
风丸软件概述
2矿井通风网络模型的建立
矿井通风系统现状的模拟解算就是将现行通风系统网络化和数字化，即首先将通风系统中各巷道的分支始末节点号、节点属性、分支实测风阻值及主扇特性以数字的形式储入计算机，运行通风网络解算程序，进行网络试算和调整，使各分支的风压、风量与实际相符，从而为通风系统优化改造和应用预测模拟提供技术支持。2. 1矿井概况
孔庄煤矿采用立井多水平开拓方式，井田内现有4个立井，分别为主、副井和东、南2风井，利用主石门把主、副井与主要运输大巷相联。现进入改扩建时期，矿井扩建设计生产能力由1. 05Mt /a扩建至1. 80Mt /a。孔庄矿改扩建工程投产后，全
3
矿井最大需风量将在15000m /min左右，而目前矿
3
井所能承担的回风量仅为11000m /min。
为了保证改扩建工程的顺利进行，需对孔庄矿现有通风系统进行模拟解算。解算结果对矿井通风
本文使用Avwine （风丸）矿井通风网络解算软件（以下皆称之为风丸），是由日本九州大学工学研究院井上雅弘博士编制，主要计算机语言为V －Basic，主要工作原理：利用风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律及已知参数进行模拟解算，首先给出网路中各个回路风量的近似值，使其满足风量平衡定律，然后利用风压平衡定律对初拟的回路风量逐一进行修正，经过多次反复迭代计算、修正，使风压逐渐平衡，风量逐渐接近于真值。基于Windows 界面的风丸软件，能直接在通风示意图上模拟解算，解算结果直接显示在示意图的分支线上，可显示风量与风压、风量与风阻等关系。避免了常规软件在解算风网时需频繁调用数据库带来的麻烦，真正实现了数据库与图形的合二为一，可随时在示意图上修改数据重新解算。
系统的优化调整和矿井中长期通风方案研究有着极为重要的意义。
2. 2通风系统网络解算参数获取
根据孔庄煤矿最新生产布局，按照我国《矿
［收稿日期］2011－09－27
［基金项目］国家“十一五”科技支撑计划：基于监控系统的煤岩动力灾害监测技术研究与示范（2009BAK54B03）（）34
张苏等：基于风丸软件的矿井通风网络模拟解算2012年第1期
，对孔庄矿井进行通风阻力井通风阻力测定规范》
测定，掌握当前该矿井的各段巷道的断面积、周长、风量、干温、湿温、气压、巷道长度、支护方式等数据，并根据这些数据计算出每段巷道的风阻值，为通风系统现状模拟提供参数。绘制矿井通风系统图和网络图，取本次通风阻力测定结果的巷道分支风阻值，将独立通风的机电硐室实测风量及进、回风之间的联络巷作为固定风量，东、南风井风机参数为运转风机实际运行的叶片角度（东风井90ʎ ，南风井90ʎ ）及风量－静压变化曲线，解算时应用的风机特性曲线以中国矿业大学测定的曲线为依据。在通风系统现状网络解算过程中，所有巷道节点号和分支号与通风阻力测定的标号一致。2. 3通风系统现状网络的生成
矿井通风系统包括巷道、构筑物、通风动力装置等，对其进行可视化模拟时，还要对巷道风流方向进行可视化，其相互之间的关系是否正确对通风系统的当前模拟至关重要。根据矿井的通风网络图，在风丸软件中建立该系统模型。由于孔庄矿井通风网络庞大，限于篇幅，本文仅取7107工作面（Ⅰ6采区）通风线路为例。风流方向为：副井→－375m主石门→－375m东大巷→7107面及回风巷→Ⅰ6人行上山→Ⅰ6总回风巷→－160m东总回风巷→东翼总回石门→东风井井底→东风井→风硐。该路线上共有21个节点，依次为：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→15→16→17→18→19→101→103。2. 3. 1
增加节点
巷道与节点的关系在整个通风网络关系中最为重要，每一条巷道包含2个节点。根据首尾顺序，依次创建各节点。输入各节点编号、标高，选择井上或井下节点，完成后点击ok 。2. 3. 2
增加巷道
创建节点后，依次在首尾相连的2个节点间增加巷道，并输入对应的风阻、温度、巷道长度，完成后点击ok 。若是独立通风的硐室或进、回风之间的联络巷，则按照实测风量或经验值设定固定风量值。
表2
风井区域东风井南风井
实际风量/（m 3·min －1）
59884164
2. 3. 3增加主要通风机
主要通风机是井下空气流动的主要动力，通风机性能曲线的准确与否对通风模拟解算的影响较大，故应准确地对风机曲线进行描绘。在风丸软件中，主要通风机的性能曲线通过选取通风机性能曲线上等风量间距的几个点确定。理论上说，选择的点越多越准确。在孔庄煤矿的实际应用中，东风井
3
主要通风机的性能曲线最大风量约为13000m /min 。为了便于选取性能曲线上的点，取整数间距1000m 3/min递增，共选取14个点，风量以1000m 3/min为单位从0m 3/min开始递增到13000m 3/min ，对应风压依次为：63327. 95Pa ，62927. 98Pa ，62261. 37Pa ，61194. 79Pa ，59594. 93Pa ，57595. 10Pa ，54662. 02Pa ，50662. 36Pa ，47329. 31Pa ，42663. 04Pa ，35996. 94Pa ，27464. 33Pa ，19998. 30Pa ，10665. 76Pa 。在最后2节点处增加风机，先点击增加风机，然后依次点击最后2个节点，在弹出的窗口处，风量单位按前述分析输入1000；特性曲线的数组数即为前述中选取的性能曲线点数，在本例中输入14；在风压处依次输入此时风量对应的风压值，例如第1点的风量为0m 3/min，此时对应的风压值为63327. 95Pa ；点击next ，按上述要求输入下一个性能曲线点的参数，直到输入完第14点，完成后点击ok 。33. 1
通风网络模拟解算及结果分析解算及解算结果
利用风丸软件建立了矿井通风网络模型后，点击解析，解算结果见表1、表2所示。
表1
地点
主副井筒－375m主石门－375m东大巷7170采煤工作面I6行人上山Ⅰ6总回风巷－160m东总回风巷东翼总回风石门东风井井底东风井现行通风系统模拟结果与实际对照
实际风量/模拟风量/（m 3·min －1）（m 3·min －1）
[***********][***********][***********][**************]1误差/%0. 030. 110. 574. 031. 211. 490. 611. 151. 99理论解算工况点与实际工况点比较
误差/%2. 101. 10
实际风压/Pa1443. 51053. 1
解算工况点风压/Pa1408. 41064. 3
误差/%2. 431. 06
解算工况点风量/（m 3·min －1）
58624210
从表中可以看出：
（1）模拟解算的主扇工况点与实际运行的主扇工况点接近一致。
（2）矿井主要进、回巷及各风路上重要阻力
35
总第104期煤矿开采2012年第1期
段的模拟风量与实测风量基本一致。
（3）井下其他各用风地点模拟解算风量与实测风量基本相近，误差不超过5%，能准确地模拟矿井通风网络。3. 2
误差分析
现行通风系统模拟解算结果与矿井实际情况个别用风地点有一定误差，误差原因如下：
（1）通风阻力测定结果是现系统模拟解算参数的主要取值来源，测定结果本身就具有误差，且矿井总进、总回风量由于空气膨胀因素实际上不能相等，而风网解算却是严格地依据风量平衡定律、风压平衡定律和阻力定律进行数据迭代和修正的，所以产生一定的误差是必然的。
（2）由于井底车场巷道错综复杂，所以在不影响模拟结果可靠性的前提下，绘制通风网络图和阻力测定时均对该部分巷道作了一定的简化，故模拟值只能代表车场整体情况。
（3）对压差比较大的风门漏风量和漏风风阻，在输入软件时只能根据经验输入估计值。
（4）提供的风机性能曲线是在测试条件不是很好的情况下实测的，其本身也有一定误差。4
结论
利用风丸软件进行矿井通风系统的模拟解算，
能准确地模拟出矿井通风系统，对井下通风系统进行改造或更换主要通风机时，能准确快捷地进行模拟，为风机选型、确定叶片安装角度等提供依据。在孔庄煤矿实际应用中，风丸软件准确地模拟了该矿井通风系统，实际工况点与理论解算工况点很接近；井下主要线路及用风地点风量与实际相符合，误差均不超过5%，说明现有系统模拟数据可以作为今后通风系统变化后的通风风网解算的基础数据，风丸软件可应用于煤矿井下通风系统的模拟。
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檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
（上接2页）动化监测监控和控制。本低、耗材少、安全可靠的方法是今后薄煤层开采工作的首要内容。由于炮采的采出率及生产率低，刨煤机开采的适应范围较窄，我国应大力发展滚筒
，“十二五”期间，应在以采煤机综合机械化开采
下几个方面加大攻关力度：
（1）在保证采高下限的前提下，提高采煤机装机功率，增强其通过诸如断层、夹矸、局部变窄、褶曲等局部地质构造的能力，有效地解决空间有限的薄煤层安全高效开采问题。
（2）研制无链交流电牵引滚筒采煤机，增大牵引力，提高输送机对弯曲的适应能力，克服液压牵引系统抗污染性低、工作可靠性差的缺点，使采煤机的性能更加完善，扩大采煤机在大倾角煤层的适用范围。
（3）研究多电机驱动、电机横向布置技术，解决功率加大带来的外形尺寸增加的问题，增强采煤机对煤层起伏的适应性。
（4）研发以液压支架电液控制系统为基础工36
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