一、我国煤矿通风系统管理现状
从我国矿井安全事故统计发现,但凡能造成重特大事故发生的,一般都与通风系统有关,或者是通风系统不合理,或者是通风系统本身就没有完整地形成,导致包括瓦斯爆炸、煤尘爆炸等重特大事故。另外,我国许多煤矿经过多年的开采,出现了巷道支护老化,工作面搬迁,生产布局不断变化,开采强度增大,开采深度不断加深,开采的地质条件也更加复杂等问题,造成了矿井通风系统较为混乱,矿井通风能力与矿井生产能力不匹配。同时,风机老化,风机效率低下,能耗高等现象。总之:矿井通风系统是一个动态变化的过程,通风系统不合理给煤矿生产留下极大安全隐患。
我国目前煤矿通风管理技术水平还相对有限,大部分仍然主要依靠经验来进行管理。通风系统日常管理和风量调节,往往缺乏整体性和长期规划,头疼医头脚痛医脚时有发生,调风方案实施效果不理想,起不到预期的调风效果。与此同时,通风系统的反复调整以及调风期间的通风系统不稳定状态,也给矿井安全生产带来隐患。所以,从科学合理通风管理考虑,煤矿需要配置通风系统仿真模拟分析平台,通过建立全矿井三维通风仿真模型,来辅助矿井日常通风管理。
二、建立矿井三维通风动态仿真模拟系统的作用和意义
构建合理的矿井通风系统,就是利用通风动力,采取符合实际的矿井通风方式、矿井通风方法和矿井通风网络,以最经济的方式,向井下各用风地点提供足量的新鲜空气,保持井下工作环境温度、湿度条件适宜,以保证井下作业人员的生命安全和并提供良好的劳动环境,并且要求在发生灾害时,能及时而有效地控制风向及风量,并配合其它措施,将事故控制在一定范围内,防止灾害的进一步扩大。因此,一套合理的通风系统对于保证矿井安全生产极为重要。
在国外的加拿大、瑞典、南非等先进采矿国家,非常重视矿井通风定量安全评估工作。如在加拿大,矿山通常配备专业人员或者委托第三方技术人员,采用先进的三维软件系统,定期针对矿井进行通风定量评估优化工作。根据国外的经验,一个矿井3-6各月需要定量评估一次。然而,在我国目前的矿井通风能力核定,大多处于定性的评估阶段,虽然规程对全矿井通风阻力测定和日常测风工作进行了要求,但数据大多停留在纸面,缺乏对数据的深入建模分析和可视化解译。少数矿井也委托第三方机构开展通风网络解算工作,但从评估周期和数据分析深度上来说,还处于比较初级的水平。
为实现以上目的,必须借助于现代化的信息管理技术,以计算机作为辅助手段,来对矿井通风系统进行管理。使用计算机图形技术建立矿井真三维通风网络模型,对巷道的断面、风阻以及通风构筑物等参数进行赋值,实现通风系统的数字化和三维可视化,然后通过成熟的算法对通风网络数据进行处理、解算,对通风过程进行动态模拟,从而为矿山管理人员和技术人员提供必要的数据支持,以辅助通风和生产决策。通过三维建模,系统将复杂的通风参数和通风过程以三维动态图形的方式简单、直观的展现出来,通风技术人员可从任意角度观察和调整通风系统,实现巷道风量分配的实时解算和分析,帮助提高矿井通风决策人员的科学决策水平。
矿井三维通风动态仿真模拟系统建成后可作为煤矿通风辅助决策分析平台,可广泛应用于:矿井通风系统管理与优化,通风系统薄弱环节三维可视化展现与预警(如:风速过大、微风、污风循环),通风系统调整方案制定及预先仿真模拟(如:预测巷道贯通、延伸、密闭、作业面搬迁或者风机叶片角调整后通风系统通风能力和稳定性),应急预案制定及避灾线路动态分析,风机工况点分析,自然风压分析,井下岩温、风温及火灾条件下非稳态通风系统模拟分析,反风演习模拟与分析、通风系统经济性分析以及以三维通风仿真为基础的通风管理决策支持等领域,帮助矿井实现实时、动态、合理和科学的通风管理。
总之:通风技术人员人人精通通风解算技术,用数据指导通风管理,每逢通风系统调整必先模拟再实际操作,通过预先模拟基本杜绝通风系统安全隐患,提升矿井安全生产水平。
金码软件公司自2009年开始推广矿井三维通风动态仿真模拟系统,截止目前,在国内的用户数量总计达到200余家,在矿山企业、设计院、高校和咨询公司均有分布。随着我们与煤矿通风行业的深入接触,让我们看到了目前煤矿通风在应用现代技术手段方面还相对比较薄弱,大马拉小车情况普遍、通风系统调整主要依靠经验、缺乏通风系统定量分析平台和对通风系统数据的深度解译。
为帮助煤矿企业提升矿井通风管理水平,2019年开始,金码软件公司联合矿业课堂网,开始实施“矿井通风技术白盒计划”:通过“技术培训”的方式,让国际先进水平的矿井三维通风仿真模拟系统走进每一家矿井,帮助矿山和矿井通风相关企业掌握矿井通风基本原理、熟悉通风系统三维建模与数据分析方法、了解常用矿井通风系统优化和调节技术等。切实帮助矿山企业减少不必要的通风能耗,改善井下工作环境。