基于Ventsim的大型礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭明明

(長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，　湖南 長沙　410011)

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基于Ventsim的大型礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭明明

(長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙410011)

摘要：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)模擬仿真正逐步成為礦業(yè)發(fā)展趨勢。以某大型銀金礦為例，進(jìn)行礦井總需風(fēng)量計(jì)算，根據(jù)擬采用的通風(fēng)系統(tǒng)，利用Ventsim軟件建立通風(fēng)系統(tǒng)三維模型，開展風(fēng)路模擬和風(fēng)網(wǎng)解算，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)設(shè)備合理選型，完成了該大型礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，取得了理想的效果。此外，為滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，在井下放置通風(fēng)設(shè)施和在回風(fēng)豎井口設(shè)置煙囪，對類似礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：Ventsim；通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；風(fēng)網(wǎng)解算；風(fēng)機(jī)硐室

0引言

礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是礦床開采總體設(shè)計(jì)的一個(gè)不可缺少的組成部分,它的基本任務(wù)是與開拓系統(tǒng)、采礦方法相配合，建立一個(gè)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的礦山通風(fēng)系統(tǒng)，計(jì)算各時(shí)期各工作面所需的風(fēng)量及礦山總風(fēng)量，計(jì)算礦山總阻力，然后以此為依據(jù)，進(jìn)行通風(fēng)設(shè)備選型[1]。

對于大型礦山而言，其通風(fēng)系統(tǒng)往往比較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的靠經(jīng)驗(yàn)、猜測和手工方法很難準(zhǔn)確確定各進(jìn)、回風(fēng)井的風(fēng)量及礦山總的通風(fēng)阻力[2-3]。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)模擬仿真正逐步成為礦業(yè)發(fā)展趨勢，目前，國內(nèi)外已開發(fā)出多個(gè)礦山通風(fēng)系統(tǒng)仿真軟件[4]。其中，Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)以其操作簡單、系統(tǒng)界面簡潔、模擬效果逼真和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算速度快及精度高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是通風(fēng)領(lǐng)域最先進(jìn)的軟件系統(tǒng)，可用于復(fù)雜礦井三維通風(fēng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算及優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)斷面分析、風(fēng)機(jī)選型和通風(fēng)過程動態(tài)模擬等領(lǐng)域，并在國內(nèi)外礦山得到了廣泛的應(yīng)用[5-9]。本文以某大型銀金礦為例，介紹Ventsim軟件在礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1工程背景

該大型銀金礦開采方式為地采，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6000 t/d(1980 kt/a)。礦體埋藏較淺，中段高度為30 m，劃分為-20，-50，-80，-110，-140，-170，-200，-230 m和-260 m共9個(gè)中段。采用主斜坡道(2條)無軌開拓方式，中段30 t坑內(nèi)卡車運(yùn)輸。采礦方法為盤區(qū)機(jī)械化上(下)向進(jìn)路充填法和盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填法。

根據(jù)礦山開拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置情況以及礦體賦存特征等，擬采用側(cè)翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)?？紤]到單靠2條斜坡道進(jìn)風(fēng)不能滿足礦山1980 kt/a生產(chǎn)能力需風(fēng)量的要求，擬在礦區(qū)南、北兩翼、巖石移動范圍外各新掘一條專用進(jìn)風(fēng)井(北進(jìn)風(fēng)斜井和南進(jìn)風(fēng)豎井)，同時(shí)在礦區(qū)東翼、巖石移動范圍外新掘一條專用回風(fēng)井(東部回風(fēng)豎井)。新掘進(jìn)、回風(fēng)井的參數(shù)見表1。

表1　新掘?qū)Ｓ眠M(jìn)、回風(fēng)井參數(shù)

注：(1) 進(jìn)、回風(fēng)井均于-50，-80，-110 m中段通過馬頭門連通；

(2) -110 m以下各中段通過階段進(jìn)(回)風(fēng)豎井進(jìn)(回)風(fēng)。

新鮮風(fēng)流由斜坡道、北部進(jìn)風(fēng)斜井和南部進(jìn)風(fēng)豎井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)石門、沿脈平巷、穿脈平巷、采區(qū)斜坡道、分段巷道等進(jìn)入作業(yè)面，洗刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)通風(fēng)天井、上中段穿脈平巷、沿脈平巷、回風(fēng)石門，由東部回風(fēng)豎井抽出地表。

2總風(fēng)量計(jì)算

礦井總風(fēng)量為回采工作面需風(fēng)量、掘進(jìn)工作面需風(fēng)量和輔助工作面需風(fēng)量的總和，需風(fēng)量分別按排塵風(fēng)量、排塵風(fēng)速和排出柴油設(shè)備尾氣3種方法計(jì)算，取最大值作為設(shè)計(jì)風(fēng)量。

考慮采用進(jìn)路充填法采礦，地表不會受到破壞，內(nèi)部漏風(fēng)系數(shù)取1.05，外部漏風(fēng)系數(shù)取1.1，以此基礎(chǔ)計(jì)算出礦井總需風(fēng)量為430.0 m3/s。礦山總風(fēng)量計(jì)算見表2。

表2　總風(fēng)量計(jì)算

3通風(fēng)系統(tǒng)模擬

3.1通風(fēng)系統(tǒng)模型建立

首先，在AutoCAD軟件中設(shè)計(jì)各個(gè)中段的三維立體圖，將文件另存為.dxf格式文件；然后，利用Ventsim軟件導(dǎo)入.dxf格式的中段三維立體圖文件；最后，在Ventsim軟件中建立1號斜坡道、2號斜坡道、北部進(jìn)風(fēng)斜井、南部進(jìn)風(fēng)豎井、東部回風(fēng)豎井、階段進(jìn)(回)風(fēng)井等井巷工程三維模型。利用Ventsim軟件建立的礦山通風(fēng)系統(tǒng)三維模型如圖1所示。

圖1礦山通風(fēng)系統(tǒng)三維模型

3.2參數(shù)輸入

在風(fēng)網(wǎng)解算之前，需將通風(fēng)系統(tǒng)三維模型中各井巷工程的主要參數(shù)(包括巷道斷面尺寸和阻力系數(shù)等)輸入到Ventsim軟件當(dāng)中。

網(wǎng)絡(luò)解算參數(shù)的選取參考國內(nèi)外類似大型礦山設(shè)計(jì)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，以力求切合通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況，最大限度的使網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)機(jī)能力進(jìn)行匹配，提高通風(fēng)效率，降低通風(fēng)能耗。

3.3風(fēng)量分配

風(fēng)量分配按以下原則進(jìn)行：

(1) 工作面按需給風(fēng)；

(2) 摩擦阻力系數(shù)參照類似工程選??；

(3) 巷道斷面及支護(hù)形式按設(shè)計(jì)選?。?/p>

(4) 風(fēng)速符合安全規(guī)程要求；

(5) 盡量擴(kuò)大自然分風(fēng)范圍，降低通風(fēng)能耗；

(6) 密閉墻風(fēng)阻按10000千繆以上；

(7) 保證無軌巷道風(fēng)速，及時(shí)稀釋柴油機(jī)尾氣；

(8) 不單獨(dú)考慮各漏風(fēng)點(diǎn)的漏風(fēng)量，而在總風(fēng)量分配及風(fēng)機(jī)參數(shù)選擇時(shí)統(tǒng)一調(diào)整。

3.4 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算

為使礦井的風(fēng)量分配能夠最大限度的符合實(shí)際情況和滿足設(shè)計(jì)要求，在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算前，需在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型中設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物，主要有風(fēng)墻、風(fēng)門和風(fēng)窗等，同時(shí)，在采場、掘進(jìn)工作面和通風(fēng)困難的硐室等工作點(diǎn)必須進(jìn)行局扇通風(fēng)[5]。

經(jīng)解算，主要風(fēng)路的通風(fēng)指標(biāo)見表3，對于風(fēng)網(wǎng)解算過程中風(fēng)路的風(fēng)速等參數(shù)不滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求時(shí)，需對工程參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使得設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理和滿足規(guī)程規(guī)范要求。

表3　主要風(fēng)路的通風(fēng)指標(biāo)

經(jīng)分析，容易時(shí)期為-80 m與-110 m中段同時(shí)回采時(shí)期，困難時(shí)期為-200 m與-230 m中段同時(shí)回采時(shí)期。通過Ventism軟件模擬，同時(shí)考慮局部阻力(15%)，困難時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)阻力為1507 Pa，容易時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)阻力為1221 Pa。

4通風(fēng)設(shè)施

考慮到當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求高，擬將通風(fēng)機(jī)放在井下，同時(shí)東部回風(fēng)豎井出地表再設(shè)置煙囪。

在-50 m中段、東部回風(fēng)豎井附近設(shè)風(fēng)機(jī)硐室2個(gè)，單臺風(fēng)機(jī)硐室尺寸：長×寬×高=25 m×10 m×10 m(吊軌底)?？紤]通風(fēng)裝置、消聲裝置阻力及漏風(fēng)系數(shù)等，經(jīng)計(jì)算，風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)配置2臺DK-12-NO38軸流式風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，每臺風(fēng)機(jī)配套電機(jī)為Y710M-12(2×560 kW，490 rpm，10 kV)，變頻控制。

每臺風(fēng)機(jī)通過反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)，可在10 min內(nèi)改變巷道內(nèi)的風(fēng)流方向，當(dāng)風(fēng)流方向改變后，在各種條件下通風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量均能達(dá)到60%以上；并設(shè)有一臺同規(guī)格和型號的備用電機(jī)，在電機(jī)出故障時(shí)更換。

5結(jié)論

(1) Ventsim軟件以其界面友好、形象直觀、運(yùn)行速度快和數(shù)據(jù)精度高等特點(diǎn)，能很好的對大型復(fù)雜礦山的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，對礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有積極指導(dǎo)意義。

(2) 對于環(huán)保要求高的礦區(qū)，可考慮將通風(fēng)設(shè)施放置在井下和在回風(fēng)豎井口設(shè)置煙囪，可有效降低廢氣和噪音的不良影響，對類似礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

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作者簡介：郭明明(1985-)，男，河南安陽人，碩士，工程師，研究方向主要為礦山設(shè)計(jì)、數(shù)字化礦山，Email:258188494@qq.com。