基于Ventsim軟件對某多金屬礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

于廣鵬

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古 臨河市 015000)

基于Ventsim軟件對某多金屬礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

于廣鵬

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古 臨河市 015000)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為主要的生產(chǎn)輔助系統(tǒng)，對礦山安全生產(chǎn)有著重要的意義。某多金屬礦為典型的多系統(tǒng)、多階段開采礦山，為了優(yōu)化該礦山的通風(fēng)系統(tǒng)，基于Ventsim軟件對其通風(fēng)系統(tǒng)進行模擬和解算，并根據(jù)解算結(jié)果，選擇風(fēng)機主扇型號。

通風(fēng)系統(tǒng)；三維仿真；網(wǎng)絡(luò)解算；主扇選型

采用人工解算優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)耗時費力，其解算出來的精度誤差大，難以得到令人滿意的結(jié)果，系統(tǒng)在投入使用后往往面臨運行成本高，實際與優(yōu)化設(shè)計不符等一系列的問題。Ventsim礦井三維通風(fēng)軟件作為近年來涌現(xiàn)出的一款專業(yè)三維軟件，其可視化程度高，系統(tǒng)構(gòu)建簡單，優(yōu)化操作靈活，在系統(tǒng)解算方面具有突出的優(yōu)勢，本文將基于此軟件對某礦通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，以選擇出適合礦山的最佳通風(fēng)方案。

1 礦山現(xiàn)狀

某多金屬礦現(xiàn)有220000 t/a的生產(chǎn)能力，海拔540～1139 m，礦體平均厚度為0.75 m，屬于急傾斜薄礦脈。該礦已開采至260 m標(biāo)高，現(xiàn)有的CM105平硐+暗豎井、CM101平硐+暗豎井、PD16平硐+暗豎井、CM102平硐+暗斜井、CM103平硐+暗斜井、PD700平硐+暗斜井+暗豎井、CM105-2#平硐+暗豎井和斜坡道等多個開拓系統(tǒng)，主要開采中段有490，450，400，350，300 m以及260 m，是典型的多系統(tǒng)、多階段開采礦山。采礦方法以削壁充填法為主。為維持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力和礦量儲備，礦山已經(jīng)進入260～10 m中段進行開拓探礦。

2 通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)擬定

2.1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬定

礦區(qū)開采范圍內(nèi)的主要礦體自西向東有： S2、 S4、 S6、 S14、 S16W、 S16E、 S21、S7、S7-1、S8。其中，S2、S4、S6、S14 礦脈群與 S16W、S16E、S21、S7、S7-1、S8礦脈群距離較遠，形成東西兩個部分。

東翼礦體利用現(xiàn)有的 CM101、CM105和斜坡道進風(fēng)，CM102為回風(fēng)井。通風(fēng)線路為新鮮風(fēng)流自 CM101、CM105、斜坡道進入各中段，由中段運輸巷道進入采場，沖洗工作面后由回風(fēng)天井進入上中段回風(fēng)巷道，再匯集進入CM102回風(fēng)井，由CM102排出至地表。

西翼礦體利用現(xiàn)有的PD16、CM105和CM105-2#進風(fēng)，在PD16和CM105之間礦體以西選擇開鑿專用回風(fēng)井。通風(fēng)線路為新鮮風(fēng)流自 PD16、CM105和CM105-2#進入各中段，由中段運輸巷進入采場，沖洗工作面后由回風(fēng)天井進入中段回風(fēng)巷道，再匯集進入西翼回風(fēng)井，由西翼風(fēng)井排出至地表。為便于維修管理,東西翼礦體的主扇安裝在地表。

2.1.2 中段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬定

通過對現(xiàn)有采礦方法以及礦體賦存特性進行分析，采用上下中段間隔式回風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見圖1)較為合理，即新鮮風(fēng)流進入采場沖洗后，污風(fēng)進入上中段，再由回風(fēng)井排出至地表，同時上中段不進行生產(chǎn)，僅作為備采回風(fēng)中段進行使用。

圖1 上下中段間隔式回風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1.3 采場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬定

由于采用削壁充填采礦方法，采場布置一條連通上中段的回風(fēng)天井，一條人行井，一條材料井，因此采場通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)為人行井和材料井進風(fēng)，風(fēng)流進入采場后由回風(fēng)天井排入上中段，此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠較好改善采場內(nèi)的通風(fēng)環(huán)境，避免了采場通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)角聯(lián)的問題。采場通風(fēng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 采場通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 風(fēng)量核定及分配

核定總風(fēng)量需要確定井下的需風(fēng)點，主要包括：采掘作業(yè)面及需獨立通風(fēng)的硐室。各地點風(fēng)量核定應(yīng)分別按排塵所需的風(fēng)量進行，取其中較大的值作為該點的需風(fēng)，其他硐室需風(fēng)量核定按照規(guī)程要求配備即可，核算出的風(fēng)量見表1。

表1 東、西兩翼需風(fēng)量計算

(1) 按井下工作人數(shù)計算需風(fēng)量：

Q=nQi=210×4=840 m3/min=14 m3/s

(2) 按爆破炮煙排除計算需風(fēng)量：

=2.17m3/s

(3) 按萬噸配風(fēng)比計算：

某多金屬礦地下可采年產(chǎn)量為22萬t，屬中型礦山，對中型礦山萬噸配風(fēng)比一般為1.5～4 m3/s·萬t，經(jīng)計算某鉛鋅銀礦的萬噸配風(fēng)比為6.28 m3/s·萬t，符合規(guī)范要求。

經(jīng)過上述風(fēng)量校核，說明設(shè)計風(fēng)量滿足其他條件下的配風(fēng)要求。

2.3 調(diào)控方式選擇

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單的通風(fēng)系統(tǒng)，宜選用主扇—風(fēng)窗調(diào)控。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)，宜選用主扇—輔扇調(diào)控。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有氡危害的通風(fēng)系統(tǒng)，建議選擇多級基站或者單元調(diào)控方式。結(jié)合上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建議選擇主扇—風(fēng)窗調(diào)控。

3 網(wǎng)絡(luò)解算及方案優(yōu)選

3.1 網(wǎng)絡(luò)解算

根據(jù)各中段所服務(wù)年限以及回采順序，將不同生產(chǎn)中段劃分為不同階段，階全礦階段劃分見表2。

表2 全礦通風(fēng)階段劃分

根據(jù)表1核算出的各個區(qū)域的需風(fēng)量，將不同地點的風(fēng)量固定在回風(fēng)井上，開始模擬解網(wǎng)，解網(wǎng)后根據(jù)井下風(fēng)量分配情況進行構(gòu)筑物設(shè)置調(diào)控，繼續(xù)按照固定回風(fēng)量進行解網(wǎng)，得出在系統(tǒng)處于調(diào)控的狀態(tài)下，配風(fēng)量所需要的阻力，按照上述方式對系統(tǒng)的三個不同階段冬夏兩季分別進行解網(wǎng)，1月份(-1°)和7月份(28°)，即得出不同階段風(fēng)量與阻力(風(fēng)壓)之間的關(guān)系，選擇最大值作為風(fēng)機選型的特性參數(shù)。不同季節(jié)各階段系統(tǒng)運行解網(wǎng)參數(shù)見表3和表4。

表3 1月份各階段解算結(jié)果

表4 7月份各階段解算結(jié)果

注：上述自然風(fēng)壓由軟件解網(wǎng)模擬得出。

由表3～表4可以看出，風(fēng)機選型應(yīng)以階段三7月份的解網(wǎng)參數(shù)作為風(fēng)機選型的重要依據(jù)。

3.2 風(fēng)機選型

根據(jù)解網(wǎng)結(jié)果選擇主扇，全礦通風(fēng)系統(tǒng)的主扇型號和相關(guān)參數(shù)見表5，困難時期CM102 井口的風(fēng)機全壓特性曲線和風(fēng)機效率見圖3和圖4，受篇幅所限西翼特性曲線和風(fēng)機效率曲線未導(dǎo)入。由于現(xiàn)有風(fēng)機都配備變頻設(shè)備，因此風(fēng)機在安裝時可選擇最困難時期的葉片角度，前期運行時通過變頻調(diào)整即可。

表5 主扇型號參數(shù)

圖3 東翼主扇階段三全壓特性曲線

圖4 東翼主扇階段三全壓效率曲線

4 系統(tǒng)優(yōu)化改造費用

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工程費用包括工程施工費用、設(shè)備購置費用和通風(fēng)運行費用。初期需投入的費用包括部分工程施工費用、設(shè)備購置費用以及階段一通風(fēng)構(gòu)筑物費用?？傎M用和初期投入費用見表6。

5 結(jié) 論

(1) 系統(tǒng)本可做分區(qū)通風(fēng)考慮，但受運輸系統(tǒng)的影響，最終做統(tǒng)一通風(fēng)考慮，主要受實際運輸方面的考慮，嚴(yán)格意義上的分區(qū)通風(fēng)難以實現(xiàn)；

(2) 系統(tǒng)的三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要合理選擇，對今后礦山通風(fēng)系統(tǒng)的精細(xì)化管理打下良好的基礎(chǔ)；

(3) 階段的劃分在系統(tǒng)規(guī)劃中特別是規(guī)劃實施后，系統(tǒng)運行階段的經(jīng)濟性和礦山對系統(tǒng)運行的調(diào)控上有著極為重要的意義；

(4) 系統(tǒng)規(guī)劃實施后礦山也需經(jīng)常性的解網(wǎng)調(diào)整，畢竟井下的生產(chǎn)環(huán)境與規(guī)劃有著一定的差異性。

表6 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工程總費用

[1]詹 俊.某金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造研究[D].贛州:江西理工大學(xué),2015(6):26.

[2]黃元平.礦井通風(fēng)計算[M].天津:益智書店,1953:86.

[3]胡漢華.礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計—原理、方法與實例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010:48.

[4]岑佑華,余 琳.銅綠山礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及改造[J].礦業(yè)快報,2006(02):48-50.

2017-02-24)

于廣鵬(1986-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人,工程師，碩士，主要研究方向為礦井通風(fēng)及井下環(huán)境治理。