基于Ventsim軟件對某多金屬礦通風系統優化研究

于廣鵬

(巴彥淖爾西部銅業有限公司， 內蒙古 臨河市 015000)

基于Ventsim軟件對某多金屬礦通風系統優化研究

于廣鵬

(巴彥淖爾西部銅業有限公司， 內蒙古 臨河市 015000)

礦井通風系統作為主要的生產輔助系統，對礦山安全生產有著重要的意義。某多金屬礦為典型的多系統、多階段開采礦山，為了優化該礦山的通風系統，基于Ventsim軟件對其通風系統進行模擬和解算，并根據解算結果，選擇風機主扇型號。

通風系統；三維仿真；網絡解算；主扇選型

采用人工解算優化礦井通風系統耗時費力，其解算出來的精度誤差大，難以得到令人滿意的結果，系統在投入使用后往往面臨運行成本高，實際與優化設計不符等一系列的問題。Ventsim礦井三維通風軟件作為近年來涌現出的一款專業三維軟件，其可視化程度高，系統構建簡單，優化操作靈活，在系統解算方面具有突出的優勢，本文將基于此軟件對某礦通風系統進行優化，以選擇出適合礦山的最佳通風方案。

1 礦山現狀

某多金屬礦現有220000 t/a的生產能力，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標高，現有的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，主要開采中段有490，450，400，350，300 m以及260 m，是典型的多系統、多階段開采礦山。采礦方法以削壁充填法為主。為維持穩定的生產能力和礦量儲備，礦山已經進入260～10 m中段進行開拓探礦。

2 通風系統網絡構建

2.1 通風系統擬定

2.1.1 系統網絡結構擬定

礦區開采范圍內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。

東翼礦體利用現有的 CM101、CM105和斜坡道進風，CM102為回風井。通風線路為新鮮風流自 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天井進入上中段回風巷道，再匯集進入CM102回風井，由CM102排出至地表。

西翼礦體利用現有的PD16、CM105和CM105-2#進風，在PD16和CM105之間礦體以西選擇開鑿專用回風井。通風線路為新鮮風流自 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天井進入中段回風巷道，再匯集進入西翼回風井，由西翼風井排出至地表。為便于維修管理,東西翼礦體的主扇安裝在地表。

2.1.2 中段網絡結構擬定

通過對現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網絡結構(見圖1)較為合理，即新鮮風流進入采場沖洗后，污風進入上中段，再由回風井排出至地表，同時上中段不進行生產，僅作為備采回風中段進行使用。

圖1 上下中段間隔式回風網絡結構

2.1.3 采場網絡結構擬定

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天井，一條人行井，一條材料井，因此采場通風網絡為人行井和材料井進風，風流進入采場后由回風天井排入上中段，此種網絡結構能夠較好改善采場內的通風環境，避免了采場通風網絡出現角聯的問題。采場通風結構見圖2。

圖2 采場通風網絡結構

2.2 風量核定及分配

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

表1 東、西兩翼需風量計算

(1) 按井下工作人數計算需風量：

Q=nQi=210×4=840 m3/min=14 m3/s

(2) 按爆破炮煙排除計算需風量：

=2.17m3/s

(3) 按萬噸配風比計算：

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

經過上述風量校核，說明設計風量滿足其他條件下的配風要求。

2.3 調控方式選擇

網絡結構比較簡單的通風系統，宜選用主扇—風窗調控。網絡結構稍微復雜的通風系統，宜選用主扇—輔扇調控。網絡結構復雜，有氡危害的通風系統，建議選擇多級基站或者單元調控方式。結合上述網絡結構建議選擇主扇—風窗調控。

3 網絡解算及方案優選

3.1 網絡解算

根據各中段所服務年限以及回采順序，將不同生產中段劃分為不同階段，階全礦階段劃分見表2。

表2 全礦通風階段劃分

根據表1核算出的各個區域的需風量，將不同地點的風量固定在回風井上，開始模擬解網，解網后根據井下風量分配情況進行構筑物設置調控，繼續按照固定回風量進行解網，得出在系統處于調控的狀態下，配風量所需要的阻力，按照上述方式對系統的三個不同階段冬夏兩季分別進行解網，1月份(-1°)和7月份(28°)，即得出不同階段風量與阻力(風壓)之間的關系，選擇最大值作為風機選型的特性參數。不同季節各階段系統運行解網參數見表3和表4。

表3 1月份各階段解算結果

表4 7月份各階段解算結果

注：上述自然風壓由軟件解網模擬得出。

由表3～表4可以看出，風機選型應以階段三7月份的解網參數作為風機選型的重要依據。

3.2 風機選型

根據解網結果選擇主扇，全礦通風系統的主扇型號和相關參數見表5，困難時期CM102 井口的風機全壓特性曲線和風機效率見圖3和圖4，受篇幅所限西翼特性曲線和風機效率曲線未導入。由于現有風機都配備變頻設備，因此風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整即可。

表5 主扇型號參數

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 系統優化改造費用

通風系統優化改造工程費用包括工程施工費用、設備購置費用和通風運行費用。初期需投入的費用包括部分工程施工費用、設備購置費用以及階段一通風構筑物費用?？傎M用和初期投入費用見表6。

5 結 論

(1) 系統本可做分區通風考慮，但受運輸系統的影響，最終做統一通風考慮，主要受實際運輸方面的考慮，嚴格意義上的分區通風難以實現；

(2) 系統的三級網絡結構要合理選擇，對今后礦山通風系統的精細化管理打下良好的基礎；

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

(4) 系統規劃實施后礦山也需經常性的解網調整，畢竟井下的生產環境與規劃有著一定的差異性。

表6 通風系統優化改造工程總費用

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

[2]黃元平.礦井通風計算[M].天津:益智書店,1953:86.

[3]胡漢華.礦井通風系統設計—原理、方法與實例[M].北京:化學工業出版社,2010:48.

[4]岑佑華,余 琳.銅綠山礦通風系統優化及改造[J].礦業快報,2006(02):48-50.

2017-02-24)

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