湖南某地區(qū)金礦礦井內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

盧文躍

（桃江縣自然資源局，湖南 益陽 413400）

湖南地區(qū)的礦山資源十分的豐富，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源有120余種，其中金屬礦最多，所以湖南又被成為有色金屬之鄉(xiāng)[1]。有色金屬中自身價(jià)值最高的就是黃金，隨著人們生活的水平逐漸提高，喜歡收藏黃金的人也越來越多，所以對(duì)于金礦的開采工作是礦工工作的重中之重。由于礦井的結(jié)構(gòu)的特征，開采深度越大的礦井，其自然通風(fēng)所遭受的阻力極大[2]。這種阻力已經(jīng)嚴(yán)重影響了礦井內(nèi)部的空氣流通，所以礦井內(nèi)的施工人員因不能得到足夠的新鮮空氣而頭暈?zāi)垦！６医鸬V普遍分布在距離地表較深的礦床內(nèi)，所以在金礦的開采過程中必須要設(shè)計(jì)配套的通風(fēng)系統(tǒng)，來保證施工人員的氧氣供應(yīng)問題。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是保證礦工安全的前提條件[3]。通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)宗旨是要滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)成本最低和便于操作管理這三個(gè)基本原則。傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用到開采深度大的礦井中，時(shí)常出現(xiàn)由于不能抵拒通風(fēng)阻力的干擾，而造成施工人員出現(xiàn)缺氧式頭暈的現(xiàn)象。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)出新型的通風(fēng)系統(tǒng)來解決當(dāng)前的施工難題。

1 金礦礦井內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該金礦礦井所在地區(qū)屬于中亞熱帶大陸氣候，年平均氣溫25℃，最熱月平均氣溫40℃，最冷月平均氣溫10℃，雨季（5月～10月）最大日降雨量450.23mm。基本為全國降雨量的最多的地區(qū)。針對(duì)這樣的氣候特點(diǎn)，采用三級(jí)機(jī)站為系統(tǒng)的框架，來進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第一級(jí)機(jī)站位于該礦井3300m處的進(jìn)風(fēng)平嗣和3550m處的進(jìn)風(fēng)平酮內(nèi)，其中在3300m處進(jìn)入風(fēng)平銅的裝機(jī)巷道，設(shè)定風(fēng)量Q為240m3/s，采用2風(fēng)機(jī)串聯(lián)再和3風(fēng)機(jī)并聯(lián)的形式；在3550m處進(jìn)入風(fēng)平銅的平行巷道，設(shè)定風(fēng)量Q為250m3/s，采用1風(fēng)機(jī)串聯(lián)2風(fēng)機(jī)并聯(lián)的形式。第二級(jí)機(jī)站位于該礦井的3400m處的回風(fēng)天井聯(lián)絡(luò)道內(nèi)。每個(gè)采場均有一個(gè)溜井，而溜井旁有一個(gè)通風(fēng)小井，采用抽出式負(fù)責(zé)將3420出礦穿脈的污風(fēng)風(fēng)流送到3400處的回風(fēng)聯(lián)絡(luò)道內(nèi)。第三級(jí)機(jī)站位于該礦井3600m處的回風(fēng)平嗣和南回風(fēng)井3650m處的石門內(nèi)，其中3600m回風(fēng)平銅為裝機(jī)巷道，設(shè)定風(fēng)量Q為240m3/s，風(fēng)機(jī)型號(hào)為DK40-6-No20-30/25，采用1風(fēng)機(jī)串聯(lián)3風(fēng)機(jī)并聯(lián)的形式。

2 金礦礦井內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了保證該金礦礦井能順利完成工作，我們?cè)谄溆布A(chǔ)上，MCSAO軟件完成通風(fēng)的操作。其內(nèi)部共分為三個(gè)功能模塊，分別為：數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、和通風(fēng)阻力分析模塊。其工作流程為：首先計(jì)算出通風(fēng)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)值，并繪制出通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖，最后在計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)的平臺(tái)上進(jìn)行三維模擬動(dòng)態(tài)的檢測，進(jìn)而判定出該系統(tǒng)的合理性。MCSAO軟件的功能框架如圖1所示。

圖1 MCSAO軟件功能框架圖

2.1 通風(fēng)數(shù)據(jù)收集

收集通風(fēng)數(shù)據(jù)是通過MCSAO軟件中的數(shù)據(jù)收集模塊來完成的。數(shù)據(jù)收集模塊是軟件中第一個(gè)開始工作的模塊，又稱起始模塊；其中包括了新建數(shù)據(jù)庫、獲取數(shù)據(jù)信息、分析數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。數(shù)據(jù)收集模塊在工作中首次將自動(dòng)生成一個(gè)空白的數(shù)據(jù)庫，然后自動(dòng)查找網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的有關(guān)礦井通風(fēng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，再把符合的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式導(dǎo)出至word中，以便形成文件。

2.2 通風(fēng)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)收集到通風(fēng)數(shù)據(jù)文件，利用MCSAO軟件中的通風(fēng)數(shù)據(jù)處理模塊，來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先對(duì)變化的風(fēng)路和設(shè)施數(shù)據(jù)通過改變圖素的屬性來進(jìn)行篩選；其次通過輸入的調(diào)節(jié)阻力數(shù)據(jù)或圖形中巷道線的刪除、節(jié)點(diǎn)合并、新巷道線來代表井下巷道的改變情況；然后進(jìn)行反風(fēng)模擬要知道風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)特性曲線或風(fēng)機(jī)反風(fēng)量，手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)為反轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行模擬解算；之后再給出指定點(diǎn)調(diào)節(jié)、優(yōu)化調(diào)節(jié)和反風(fēng)設(shè)置后分風(fēng)解算的結(jié)果數(shù)據(jù)；最后將處理完成的數(shù)據(jù)傳遞到下一模塊內(nèi)。

2.3 通風(fēng)阻力分析

通風(fēng)阻力分析由MCSAO軟件中的通風(fēng)阻力分析模塊來完成。在理論分析之后，正式進(jìn)入該軟件中最為核心的操作執(zhí)行工作環(huán)節(jié)；操作實(shí)行是中通過計(jì)算機(jī)的輔助，以處理過的通風(fēng)數(shù)據(jù)為參考，制作出通風(fēng)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的三維動(dòng)圖，用以表達(dá)其工作效果。利用對(duì)緊急工況點(diǎn)的分析，以及礦井內(nèi)通風(fēng)情況的最大阻力分布情況進(jìn)行理論分析，從而保證所設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)能解決自然條件下通風(fēng)阻力大的問題，減少礦井內(nèi)通風(fēng)阻力對(duì)礦井安全性影響。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)出通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值，本文選擇湖南地區(qū)的某一礦井，利用新設(shè)計(jì)出的通風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，構(gòu)建出該地區(qū)金礦礦井的通風(fēng)體統(tǒng)仿真模型。之后通過在計(jì)算機(jī)上的模擬操作來檢驗(yàn)其仿真模型的合理性。實(shí)驗(yàn)中用于模擬的礦井其特征屬性為：共分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段三個(gè)區(qū)段。網(wǎng)絡(luò)分支450條～700條、角練分支占總分支的20.15%～23.56%范圍內(nèi)、礦井總長200km、工作風(fēng)機(jī)共8臺(tái)、開采深度從地下600m～1500m。由于所需的開采區(qū)間過深，所以自然通風(fēng)會(huì)收到極大的阻力。該阻力在空氣沿井巷中流動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)流的黏滯性、慣性和井巷壁面等因素的影響，而造成了風(fēng)流能量損失，進(jìn)而嚴(yán)重影響礦井內(nèi)的空氣流通。本文將對(duì)比所設(shè)計(jì)出的通風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)阻力的處理情況，進(jìn)而檢測出所設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)過程中，未經(jīng)處理下礦井自然情況下通風(fēng)的阻力分布情況如下表所示：

表1 未經(jīng)處理下礦井自然通風(fēng)測試點(diǎn)阻力分布情況

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

兩組系統(tǒng)處理下通風(fēng)阻力的對(duì)比結(jié)果如下：

對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，首先可以看出在所設(shè)計(jì)出的通風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)均可以降低自然通風(fēng)的阻力，確定了兩種設(shè)備的實(shí)用價(jià)值；然后重點(diǎn)觀察兩種通風(fēng)系統(tǒng)的處理結(jié)果，不難看出，所設(shè)計(jì)出通風(fēng)系統(tǒng)的降低效果隨著開采深度的加深，而逐漸強(qiáng)于傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)的降低效率。所以檢測出所設(shè)計(jì)出的通風(fēng)系統(tǒng)的100m深度向上的礦井中，比傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)更適宜使用。

圖2 兩種系統(tǒng)處理后的通風(fēng)阻力損失情況

4 結(jié)語

本文通過詳細(xì)介紹了所設(shè)計(jì)出的通風(fēng)系統(tǒng)的硬件設(shè)備和軟件設(shè)備，并通過和傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)的對(duì)比證實(shí)了所設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的實(shí)用價(jià)值，并且精確檢測出該系統(tǒng)在100m深度以上的礦井中比傳統(tǒng)方法更適宜使用。該通風(fēng)系統(tǒng)是采用更有效的方法來降低自然通風(fēng)時(shí)的阻力干擾，促進(jìn)礦井內(nèi)的空氣流通，從而讓礦井內(nèi)的施工人員可以得到新鮮的空氣，進(jìn)而提高了礦井內(nèi)施工的安全系數(shù)。