眼前山鐵礦三維可視化仿真井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

摘要：隨著礦井掘進(jìn)深度不斷增加，通風(fēng)從容易時(shí)期過(guò)渡到困難時(shí)期。針對(duì)眼前山鐵礦井下工作面溫度較高、風(fēng)量小的潛在問(wèn)題，以-269 m水平為研究對(duì)象，提出2種優(yōu)化改造方案，通過(guò)建立眼前山鐵礦三維可視化仿真井下通風(fēng)系統(tǒng)模型，采用礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析軟件進(jìn)行三維仿真和網(wǎng)絡(luò)解算，對(duì)通風(fēng)優(yōu)化方案進(jìn)行模擬分析。優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)值模擬結(jié)果顯示：采用方案一使得-269 m巷道的北部區(qū)域風(fēng)量平均提升1.13 m3/s，溫度平均降低0.14 ℃；采用方案二使得-269 m巷道內(nèi)的整體風(fēng)量平均提升5.51 m3/s，且開(kāi)采區(qū)附近大部分巷道內(nèi)整體溫度平均降低0.34 ℃。對(duì)比顯示，方案二巷道內(nèi)的增風(fēng)降溫幅度更大、影響范圍更廣。2種方案均起到了對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化作用，為國(guó)內(nèi)大部分地下開(kāi)采礦山的井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化治理工作提供了一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：深部開(kāi)采；可視化；三維仿真模擬；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算；通風(fēng)系統(tǒng)；Scott-Hinsley算法

中圖分類號(hào)：TD724文章編號(hào)：1001-1277（2024）11-0062-07

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20241109

引言

礦井通風(fēng)工作是決定礦山企業(yè)是否安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。隨著礦井掘進(jìn)深度不斷增加，通風(fēng)從容易時(shí)期過(guò)渡到困難時(shí)期，導(dǎo)致礦井開(kāi)采初期通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能滿足現(xiàn)階段井下通風(fēng)需求，易造成風(fēng)流紊亂、巷道溫度升高、風(fēng)機(jī)利用率低等問(wèn)題。

為解決通風(fēng)難題，許多專家學(xué)者開(kāi)展了礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究工作。彭庚等^［1］針對(duì)擴(kuò)產(chǎn)后老礦山通風(fēng)問(wèn)題，采用監(jiān)測(cè)分析、CAD建模等多種技術(shù)結(jié)合，提出了該礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案并檢驗(yàn)了其可行性。譚星宇^［2］分析了超長(zhǎng)走向金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)特點(diǎn)，以某鉛鋅礦為工程背景，提出了該礦山通風(fēng)優(yōu)化方案。龔開(kāi)福等^［3］以實(shí)際工程為背景，對(duì)比了無(wú)軌設(shè)備狀態(tài)下礦井需風(fēng)量、工作面最小排塵風(fēng)速及井下同時(shí)工作最多人數(shù)需風(fēng)量，得到無(wú)軌設(shè)備下需風(fēng)量最大，并基于此結(jié)果進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化。朱強(qiáng)等^［4］利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，分析了某地下鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)主要問(wèn)題，并基于礦山設(shè)備現(xiàn)狀提出相應(yīng)措施。李亞俊等^［5］以某平峒礦山為實(shí)例，分析了考慮自然風(fēng)壓影響下通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題，基于通風(fēng)理論計(jì)算模型進(jìn)行了優(yōu)化處理。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)值模擬方法在礦井通風(fēng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其中，三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)尤為顯著。常映輝^［6］針對(duì)衰老煤礦的風(fēng)量不足與通風(fēng)阻力增大問(wèn)題，采用ANSYS軟件以工作面通風(fēng)總阻力與礦井等積孔大小為基礎(chǔ)，分析了通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案與通風(fēng)難易程度。郭鵬閣^［7］基于大南湖一礦通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題，采用VSE軟件建立了三維通風(fēng)模型，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化分析。衛(wèi)德俊^［8］通過(guò)AutoCAD建立礦井通風(fēng)三維模型，分析了各通風(fēng)支路情況。李孜軍等^［9］通過(guò)改變通風(fēng)風(fēng)阻參數(shù)，分析了其他分支風(fēng)量與風(fēng)壓的變化規(guī)律，推斷出其對(duì)整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響程度，實(shí)現(xiàn)了礦井運(yùn)行期間安全生產(chǎn)的目標(biāo)。聶軍等^［10］采用Ventsim系統(tǒng)模擬了深部開(kāi)采下通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題，提出了“三進(jìn)兩回”通風(fēng)優(yōu)化方案，提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。谷巖等^［11］基于某鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題，提出優(yōu)化方案并結(jié)合Ventsim系統(tǒng)模擬檢驗(yàn)，解決了井下漏風(fēng)、通風(fēng)困難及效率低等問(wèn)題。劉玉玲等^［12］通過(guò)烏蘭煤礦通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題，確定了Ventsim系統(tǒng)應(yīng)用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠度。辛嵩等^［13］對(duì)山東郭城煤礦單翼通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，得到了通風(fēng)總阻力、通風(fēng)巷道及其石門的風(fēng)速結(jié)果。陳國(guó)芳等^［14］分析了武山銅礦通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期風(fēng)量變化規(guī)律，采用三維可視化軟件建立了該礦山通風(fēng)模型，提出了相應(yīng)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化措施。王冬輝等^［15］利用VentGIS模擬分析，診斷出通風(fēng)系統(tǒng)阻力分布不合理的問(wèn)題。宋佰超等^［16］構(gòu)建了通風(fēng)仿真解算網(wǎng)絡(luò)，從多個(gè)角度詳細(xì)分析，將原有通風(fēng)系統(tǒng)改造為“四進(jìn)兩回”通風(fēng)系統(tǒng)，取得了良好的應(yīng)用效果。汪仁建等^［17-18］進(jìn)行了三維仿真熱模擬計(jì)算，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化前后的效果進(jìn)行了模擬，通過(guò)對(duì)比分析確定最佳治理方案。李孜軍等^［19］建立礦井巖層地?zé)崮荛_(kāi)采多物理場(chǎng)耦合數(shù)值模型進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明礦井巖層地?zé)崮荛_(kāi)采能夠起到治理礦井熱害的作用。盧新明等^［20］從風(fēng)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和狀態(tài)方程入手，對(duì)多種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，為打造全程智能化的礦井通風(fēng)系統(tǒng)提供借鑒。李方波等^［21］采用VentNetLab建立金屬礦深部通風(fēng)系統(tǒng)模型，模擬通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況，根據(jù)模擬結(jié)果提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。劉成敏等^［22］提出了多風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)并對(duì)某大型銅礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化，結(jié)果表明該技術(shù)有效提高了通風(fēng)效率。馬艷玲^［23］基于礦井通風(fēng)仿真模型，分析了其關(guān)鍵巷道結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，得到了超大型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化具有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。王軍民^［24］以沃溪坑口為研究對(duì)象，采用iVent平臺(tái)建立了三維可視化通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算模型，分析了風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和阻力對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效果的影響，該研究結(jié)果為礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支撐。馮?？档?sup>［^25］針對(duì)司楊砦峪分礦通風(fēng)技術(shù)難題，基于通風(fēng)系統(tǒng)模型，進(jìn)行了風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)風(fēng)速優(yōu)化，達(dá)到了通風(fēng)系統(tǒng)的要求。聶軍等^［26］通過(guò)礦井通風(fēng)系統(tǒng)模型，研究了模擬礦井風(fēng)量與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)量結(jié)果的相似度。

上述研究表明，采用礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析軟件，建立三維可視化仿真模型，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化有應(yīng)用價(jià)值，其模擬結(jié)果具有高度的可靠性。

眼前山鐵礦位于遼寧省鞍山市，礦石儲(chǔ)量35 428.88萬(wàn)t，礦山年產(chǎn)礦石800萬(wàn)t，屬于特大型鐵礦。眼前山鐵礦深部礦體傾角較大，東西長(zhǎng)，南北寬，采用無(wú)底柱分段崩落采礦法和自然崩落采礦法開(kāi)采，井下通風(fēng)系統(tǒng)面臨著較大的壓力。隨著礦井掘進(jìn)深度不斷增加，通風(fēng)從容易時(shí)期過(guò)渡到困難時(shí)期，現(xiàn)階段眼前山鐵礦井下工作面面臨局部溫度較高、風(fēng)量小等潛在問(wèn)題，亟須開(kāi)展通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究。

針對(duì)眼前山鐵礦通風(fēng)問(wèn)題，基于井下巷道設(shè)計(jì)生產(chǎn)資料，采用礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析軟件建立眼前山鐵礦三維通風(fēng)系統(tǒng)模型，利用調(diào)查所獲得的資料，驗(yàn)證了模型的可靠性，對(duì)所提出的2種通風(fēng)優(yōu)化方案進(jìn)行模擬分析并檢驗(yàn)2種方案的可行性，為通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案制定提供依據(jù)。

1工程背景

眼前山鐵礦地處千山風(fēng)景區(qū)東北5 km，西距遼寧省鞍山市中心22 km。眼前山鐵礦初期采用露天開(kāi)采，2012年初轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采，目前已轉(zhuǎn)入井下深部開(kāi)采^［27］。井下采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，現(xiàn)階段通風(fēng)系統(tǒng)主要包括8個(gè)水平，即-123 m、-213 m、-303 m、-321 m、-501 m、-567 m、-633 m和-695 m水平，如圖1所示。

經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，眼前山鐵礦的生產(chǎn)重心已經(jīng)轉(zhuǎn)向深部，深部通風(fēng)系統(tǒng)面臨較大壓力，需對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析與優(yōu)化改造。若要改善該礦山的深部通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，則必須通過(guò)準(zhǔn)確的通風(fēng)參數(shù)測(cè)定結(jié)合三維可視化仿真模擬進(jìn)行分析^［28］，對(duì)存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化方案加以解決十分必要。

2通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

在實(shí)施礦山通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化前，對(duì)眼前山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀開(kāi)展全方位調(diào)查研究，并測(cè)繪有關(guān)中段圖紙數(shù)據(jù)，全面掌握各重要中段的通風(fēng)設(shè)備布局狀況、主要漏風(fēng)部位和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)風(fēng)速、過(guò)風(fēng)斷面容積、最大風(fēng)壓值等數(shù)據(jù)。

調(diào)研結(jié)果顯示：眼前山鐵礦生產(chǎn)過(guò)程中，新風(fēng)從副井和1，2，3號(hào)主進(jìn)風(fēng)井流入至-303 m進(jìn)風(fēng)水平，-303 m水平的進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷將新風(fēng)分配給各采區(qū)進(jìn)風(fēng)井；新風(fēng)流經(jīng)各開(kāi)采分層后，通過(guò)局部風(fēng)機(jī)輸送至工作面，沖刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)絡(luò)巷輸送至回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、采區(qū)回風(fēng)井，匯集到-123 m回風(fēng)水平，最終由東、西、中央主回風(fēng)井排至地表。

同時(shí)開(kāi)展井下各礦段的溫度、濕度、風(fēng)速測(cè)量，本次采用的測(cè)量設(shè)備和有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

在井下不同水平處共選定69個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行干球溫度、濕度、風(fēng)速、巷道斷面測(cè)量，測(cè)點(diǎn)選定在井下主要進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、礦段主巷等風(fēng)量變化位置處，測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與測(cè)量結(jié)果，眼前山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)存在的潛在問(wèn)題如下：

1）-269 m、-285 m水平巷道內(nèi)風(fēng)量較小，風(fēng)流流動(dòng)性較差，環(huán)境適宜度低，且巷道內(nèi)溫度相對(duì)較高。

2）通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置有待完善。對(duì)于停止生產(chǎn)的采區(qū)、穿脈封堵措施不到位，造成漏風(fēng)，部分井口雜物堆積，改變了局部通風(fēng)阻力系數(shù)，影響風(fēng)流分配。

3）-269 m水平東側(cè)泄水井進(jìn)風(fēng)量較大，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到6～8 m3/s，造成了一定的風(fēng)量浪費(fèi)。

4）風(fēng)量分配不合理。隨著生產(chǎn)工作的推進(jìn)，巷道風(fēng)路數(shù)量增多，布局愈加復(fù)雜，導(dǎo)致風(fēng)流分散，造成部分工作面通風(fēng)效果不理想。

3礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化

3.1通風(fēng)解算基本原理

通風(fēng)解算的基本原理包括風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律和阻力定律。其中，風(fēng)量平衡定律用于解決分支風(fēng)量的問(wèn)題，而風(fēng)壓平衡定律則用于解決回路風(fēng)壓的問(wèn)題，阻力定律則是通過(guò)計(jì)算風(fēng)流在巷道中受到的阻力來(lái)確定風(fēng)流的流速和功率。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)解算和通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化可為井下開(kāi)采人員提供安全適宜的工作環(huán)境，且使井下工作環(huán)境在保證安全通風(fēng)條件下，降低通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本，節(jié)約經(jīng)濟(jì)資源。

三維礦井通風(fēng)系統(tǒng)模擬以Scott-Hinsley迭代法為原理對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算。本研究主要建立三維可視化仿真模型，通過(guò)對(duì)巷道斷面形狀尺寸、風(fēng)門風(fēng)窗設(shè)置、冷源熱源設(shè)置、巷道摩阻系數(shù)、風(fēng)機(jī)等參數(shù)賦值，開(kāi)展通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算與通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的數(shù)字化與三維可視化。

3.2通風(fēng)三維可視化模型建立

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立眼前山鐵礦山通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化仿真模型，實(shí)現(xiàn)了礦井風(fēng)流、風(fēng)機(jī)運(yùn)行和通風(fēng)構(gòu)筑物等動(dòng)態(tài)模擬。具體構(gòu)建步驟如下：①以導(dǎo)入DXF格式通風(fēng)系統(tǒng)CAD三維立體圖的方式建立眼前山鐵礦三維通風(fēng)模型。②錄入該段巷道的高度、寬度及斷面形狀信息，根據(jù)CAD圖紙中的斷面信息，更改為拱形，設(shè)置不同風(fēng)路所對(duì)應(yīng)的寬高。③對(duì)連接到地表、末端不閉合、不參與解算的巷道進(jìn)行設(shè)置，固定風(fēng)流方向。④將在前期調(diào)研中采集的通風(fēng)阻力系數(shù)、支護(hù)形式、風(fēng)門設(shè)置、斷面形狀、斷面面積、工程環(huán)境信息等賦值在模型中。⑤根據(jù)風(fēng)機(jī)實(shí)際布設(shè)情況設(shè)置進(jìn)回風(fēng)井與風(fēng)機(jī)工作參數(shù)，通過(guò)風(fēng)流模擬修正模型、解算通風(fēng)系統(tǒng)。模型共建立6 022條風(fēng)路分支和6 252個(gè)節(jié)點(diǎn)，風(fēng)路總長(zhǎng)度為90 872.6 m。眼前山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化仿真模型如圖3所示。

對(duì)模型設(shè)置參數(shù)進(jìn)行風(fēng)流模擬及熱模擬，得到了驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的干濕球溫度、風(fēng)速數(shù)據(jù)，將選取節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)作對(duì)比，如誤差在允許范圍內(nèi)，則證明模型擬合度良好、準(zhǔn)確性高，結(jié)果如表2所示。

由于測(cè)量?jī)x器的精密度有限，部分測(cè)點(diǎn)處風(fēng)速較小、導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法讀??；且部分?jǐn)?shù)據(jù)在測(cè)量時(shí)存在現(xiàn)場(chǎng)人為因素干擾，導(dǎo)致模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差別較大；在69個(gè)有效測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比中，干球溫度的平均相對(duì)誤差值為8.1 %，濕球溫度的平均相對(duì)誤差值為8.7 %；55個(gè)有效風(fēng)速測(cè)點(diǎn)平均差值為0.642 m/s，誤差在允許范圍內(nèi)，擬合度良好，模型模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為貼合，因此構(gòu)建的模型具備準(zhǔn)確性。

3.3通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化措施及應(yīng)用效果

1）方案一，指定位置增加輔助風(fēng)機(jī)。在靠近-269 m水平北側(cè)巷道邊界處增加1臺(tái)局部輔助風(fēng)機(jī)，放置于已掘進(jìn)開(kāi)采完成后的巷道內(nèi)，通過(guò)增強(qiáng)北部區(qū)域巷道的風(fēng)流流動(dòng)性，將裝載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等大型機(jī)械產(chǎn)出的熱量及時(shí)排出，循環(huán)新風(fēng)進(jìn)入。

2）方案二，封堵局部巷道。在-269 m水平東側(cè)靠近泄水井的巷道出口處設(shè)置風(fēng)門或構(gòu)筑物進(jìn)行一定封堵，減少漏風(fēng)現(xiàn)象，增加流經(jīng)采區(qū)巷道的風(fēng)量。

根據(jù)方案一和方案二的優(yōu)化調(diào)整方案進(jìn)行模擬，調(diào)整前后對(duì)比如圖4所示。

-269 m水平2種方案優(yōu)化前后風(fēng)量、溫度解算對(duì)比如圖5所示。由圖5可知：采用方案一進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，使得-269 m水平巷道北部區(qū)域風(fēng)量小幅提升，風(fēng)量平均提升1.13 m3/s，溫度平均降低0.14 ℃；但該措施對(duì)-269 m水平巷道主斜坡道至靠東部區(qū)域主巷道的風(fēng)量及溫度調(diào)節(jié)幅度較小，基本與原有數(shù)值持平。采用方案二進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，使得-269 m水平巷道內(nèi)整體風(fēng)量大幅提高，風(fēng)量平均提升5.5 m3/s，且降低了泄水井處的漏風(fēng)量，有效利用風(fēng)流；除斜坡道位置處以外，其余靠近掘進(jìn)面、作業(yè)開(kāi)采面的

綜合以上2種方案可得出結(jié)論：方案二針對(duì)-269 m水平巷道北部區(qū)域的增風(fēng)降溫效果及范圍比方案一更為顯著；二者均對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化起到了一定的改善作用，在應(yīng)對(duì)大型柴油鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備使用及通風(fēng)效果不佳，造成累積升溫效應(yīng)的情況下，可對(duì)巷道通風(fēng)環(huán)境條件起到提升作用。

4討論

建立三維可視化仿真模型可對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進(jìn)行前期模擬，檢驗(yàn)方案的可行性和價(jià)值，從三維立體角度明晰了現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)現(xiàn)狀，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作的開(kāi)展。

模型擬合度受到多種因素的影響，更貼近實(shí)際工程現(xiàn)狀的模型參考價(jià)值更高，后續(xù)還需將地溫梯度、圍巖類型、自然風(fēng)壓等多種因素考慮其中，使模型更具可靠性；且井下巷道隨著開(kāi)采的推進(jìn)也在隨時(shí)發(fā)生變化，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。例如：出現(xiàn)廢棄巷道或新增巷道，需及時(shí)進(jìn)行模型調(diào)整，以保障模擬的準(zhǔn)確性。

5結(jié)論

1）針對(duì)眼前山鐵礦目前的通風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)展了詳細(xì)調(diào)查，建立了貼合工程實(shí)際的通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化仿真模型，對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了干球溫度、濕球溫度、風(fēng)速共3個(gè)參數(shù)的對(duì)比校驗(yàn)，在充分驗(yàn)證模型可靠性的基礎(chǔ)上根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)的潛在問(wèn)題提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。

2）根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)的潛在問(wèn)題，提出2種優(yōu)化方案：方案一，在-269 m水平北側(cè)巷道邊界處增加1臺(tái)局部輔助風(fēng)機(jī)，通過(guò)增強(qiáng)北部區(qū)域巷道的風(fēng)流流動(dòng)性，將裝載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等大型機(jī)械產(chǎn)出的熱量及時(shí)排出，循環(huán)新風(fēng)進(jìn)入；方案二，在-269 m水平東側(cè)靠近泄水井的巷道出口處設(shè)置風(fēng)門或構(gòu)筑物進(jìn)行一定封堵，減少漏風(fēng)，使新鮮風(fēng)流在進(jìn)入新回風(fēng)井前洗刷更多的巷道。

3）基于Scott-Hinsley模型通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算的理論模擬計(jì)算方法，對(duì)提出的2種優(yōu)化方案進(jìn)行模擬；方案一使得-269 m水平巷道的北部區(qū)域風(fēng)量平均提升1.13 m3/s，溫度平均降低0.14 ℃；方案二使得-269 m水平巷道內(nèi)整體風(fēng)量平均提升5.5 m3/s，且降低了泄水井處的漏風(fēng)量，將風(fēng)流有效利用；除在斜坡道位置處以外，其余靠近掘進(jìn)面、作業(yè)開(kāi)采面的巷道內(nèi)溫度整體有所降低，溫度平均降低0.34 ℃。

4）2種方案均對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)起到了優(yōu)化作用。通過(guò)建立通風(fēng)三維可視化仿真系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行具體系統(tǒng)優(yōu)化方案的模擬，具有一定的參考價(jià)值，且為國(guó)內(nèi)大部分地下開(kāi)采礦山的井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化治理工作提供了理論基礎(chǔ)。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］彭庚，崔秀敬，徐勇，等.擴(kuò)能生產(chǎn)后復(fù)雜老礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2014，34（5）：69-73.

［2］譚星宇.超長(zhǎng)走向金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.金屬礦山，2021（10）：199-203.

［3］龔開(kāi)福，李夕兵，李國(guó)元，等.大型機(jī)械化金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化［J］.金屬礦山，2015（1）：122-127.

［4］朱強(qiáng)，陳星明，肖正學(xué)，等.甘肅某地下鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析與優(yōu)化［J］.金屬礦山，2016（12）：176-180.

［5］李亞俊，夏美瓊，李印洪，等.自然風(fēng)壓影響下的礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化工程實(shí)踐［J］.黃金，2022，43（4）：42-44，52.

［6］常映輝.衰老礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造及實(shí)驗(yàn)研究［J］.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2022，37（11）：195-196，201.

［7］郭鵬閣.基于VSE軟件的礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.山東煤炭科技，2021，39（3）：103-106.

［8］衛(wèi)德俊.基于三維建模的礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2020（5）：42-43.

［9］李孜軍，陳艷麗.基于Ventsim的礦井通風(fēng)風(fēng)阻參數(shù)優(yōu)化［J］.金屬礦山，2014（3）：136-140.

［10］聶軍，陳新.基于Ventsim的礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用［J］.黃金，2021，42（5）：29-34.

［11］谷巖，楊玉學(xué).基于Ventsim的某鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.采礦技術(shù)，2015，15（6）：24-25，52.

［12］劉玉玲，周和平，蘇哲.基于Ventsim的烏蘭煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2014，41（5）：69-71，75.

［13］辛嵩，侯傳彬，金曉娜，等.基于Ventsim模型的礦井單翼通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2019，46（6）：84-88.

［14］陳國(guó)芳，譚熙通，支學(xué)藝，等.基于Ventsim系統(tǒng)的礦山多中段通風(fēng)系統(tǒng)改造研究［J］.有色金屬科學(xué)與工程，2019，10（4）：94-99.

［15］王冬輝，魏連江，李文棟.VentGIS系統(tǒng)在礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.煤礦安全，2013，44（6）：123-125.

［16］宋佰超，李雨成，羅紅波，等.山西寺河礦“三進(jìn)三回”通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.金屬礦山，2019（5）：147-153.

［17］汪仁建，翟雪峰，張永亮，等.三維仿真技術(shù)在大柳行金礦深井熱害治理中的應(yīng)用［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2021，41（10）：95-98.

［18］陳浩，陳宜華，胡秀林，等.基于Ventsim的深井金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2018，44（4）：30-33.

［19］李孜軍，徐宇，賈敏濤，等.深部礦井巖層地?zé)崮軈f(xié)同開(kāi)采治理熱害數(shù)值模擬［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，52（3）：671-680.

［20］盧新明，尹紅.礦井通風(fēng)智能化理論與技術(shù)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2020，45（6）：2 236-2 247.

［21］李方波，代涵，陳新.基于VentNetLab的凡口鉛鋅礦深部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化［J］.黃金，2021，42（6）：31-34，40.

［22］劉成敏，劉紅芳，王海寧，等.多風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)在某大型銅礦山的應(yīng)用與分析［J］.有色金屬工程，2015，5（1）：69-71，89.

［23］馬艷玲.基于Ventsim軟件的礦井通風(fēng)系統(tǒng)全局經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化［J］.黃金，2023，44（5）：28-31，36.

［24］王軍民.基于iVent的沃溪坑口礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造［J］.黃金，2021，42（12）：33-37.

［25］馮?？担w天勇，唐學(xué)義，等.秦嶺礦業(yè)公司楊砦峪分礦通風(fēng)系統(tǒng)方案數(shù)值模擬優(yōu)化研究［J］.黃金，2020，41（1）：34-40.

［26］聶軍，陳新，侯俊.基于Ventsim的礦井通風(fēng)風(fēng)量模擬研究［J］.黃金，2019，40（2）：29-32.

［27］姜鵬，陳曉云.眼前山鐵礦露天轉(zhuǎn)井下通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］.礦業(yè)工程，2021，19（6）：27-31.

［28］吳文博，劉洋，任高峰，等.程潮鐵礦深部開(kāi)采通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與熱害模擬研究［J］.金屬礦山，2022（10）：197-203.

Optimization of the underground ventilation system using 3D visualization simulation for Yanqianshan Iron Mine

Niu Wenjie1，Jiang Peng1，Hou Weigang1，Huang Boran2，Huang Hao2，Wang Peitao2

（1.Ansteel Mining Engineering Corporation;

2.School of Civil and Resource Engineering，University of Science and Technology Beijing）

Abstract：As" the depth of mine excavation increases，ventilation shifts from an easy to a challenging phase.To address potential issues of high temperature and low airflow in the underground working face of Yanqianshan Iron Mine，2 optimization plans were proposed with the -269 m level as the research subject.A 3D visualization simulation model of the underground ventilation system was created，and mine ventilation system network analysis software was used for 3D simulation and network calculations to simulate and analyze the optimization plans.Numerical simulation results of the optimized ventilation system showed that Plan 1 increased the average airflow in the northern area of the -269 m roadway by 1.13 m3/s and decreased the temperature by an average of 0.14 ℃ .Plan 2 increased the overall airflow in the -269 m roadway by an average of 5.51 m3/s，with a temperature reduction of 0.34 ℃ in most roadways near the mining area.A comparison indicates that Plan 2 provided a greater increase in airflow and a wider impact range for temperature reduction.Both plans improved the ventilation system，offering valuable reference for optimizing underground ventilation systems in most domestic underground mines.

Keywords：deep mining;visualization;3D simulation;ventilation network calculation;ventilation system;Scott-Hinsley algorithm

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52074020）

作者簡(jiǎn)介：牛文杰（1975—），男，高級(jí)工程師，從事鐵礦山資源開(kāi)發(fā)研究設(shè)計(jì)工作；E-mail：asnwj@163.com

*通信作者：王培濤（1987—），男，副教授，博士，從事裂隙巖體力學(xué)等方面研究工作；E-mail：wangpeitao@ustb.edu.cn