基于Ventsim的某鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

谷 巖，楊玉學(xué)

(中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司， 河北石家莊 050021)

基于Ventsim的某鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

谷 巖，楊玉學(xué)

(中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司， 河北石家莊 050021)

冀東地區(qū)某鐵礦原有通風(fēng)系統(tǒng)存在漏風(fēng)量大、通風(fēng)困難、效率低等問題。利用

礦井通風(fēng)系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；三維仿真；網(wǎng)絡(luò)解算

0 引 言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為地下采礦工程八大系統(tǒng)之一，與井下生產(chǎn)安全息息相關(guān)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明:國內(nèi)礦山風(fēng)機(jī)有效運(yùn)轉(zhuǎn)率不及設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)效率的1/2，約為40%左右。但通風(fēng)能耗卻占到坑口總能耗的1/3，其中通風(fēng)電費(fèi)約占通風(fēng)能耗的70%。當(dāng)前，鐵礦石價(jià)格不斷下跌，部分礦山企業(yè)已呈虧損態(tài)勢。因此，降低開采成本對(duì)礦山企業(yè)顯得十分重要，對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，降低通風(fēng)成本不失為一種快速有效的手段。

本文利用Ventsim三維仿真軟件，對(duì)冀東地區(qū)某鐵礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬與解算，并得出風(fēng)機(jī)安放的合理位置，以期提高了效率，節(jié)約電力成本。

1 工程背景及通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

1.1 工程背景

冀東地區(qū)某鐵礦建礦至今已開采50年，絕大多數(shù)礦體已經(jīng)采完，只剩下南6號(hào)90m中段以下部分礦體，目前礦山的90m，30m中段為主要生產(chǎn)中段，－30m中段正在進(jìn)行開拓、采準(zhǔn):－90m，－150m中段正在施工開拓工程。礦山目前采用對(duì)角式多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)，在礦山現(xiàn)有整體通風(fēng)系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，為改善深部開采的通風(fēng)條件，在30m中段和－30m中段51線附近的主回風(fēng)系統(tǒng)各增加一臺(tái)輔助通風(fēng)機(jī)，與地表回風(fēng)道內(nèi)的主扇風(fēng)機(jī)形成多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)。

新鮮風(fēng)流通過510m平硐、盲豎井、各中段運(yùn)輸巷道進(jìn)入采場。改造前的通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。

圖1 改造前礦井通風(fēng)系統(tǒng)

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)改造前的通風(fēng)系統(tǒng)主要存在如下問題:

(1)礦山開采年限較長，存在大量采空區(qū)，內(nèi)部漏風(fēng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，特別是330m，270m，210m中段35線至51線之間采空區(qū)情況較為復(fù)雜，造成風(fēng)路出現(xiàn)一部分短路風(fēng)流；

(2)為統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)，礦井存在循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象；

(3)礦山深部風(fēng)量不足，通風(fēng)較為困難；

(4)礦山風(fēng)機(jī)效率較低；

(5)井下現(xiàn)有輔助風(fēng)機(jī)安裝的位置不合適。

回風(fēng)井主扇風(fēng)機(jī)型號(hào)為K45－4－No15，裝機(jī)功率200 kW，屬于大風(fēng)量、中等風(fēng)壓風(fēng)機(jī)。由于礦井阻力較高，現(xiàn)有風(fēng)機(jī)已不能滿足礦井通風(fēng)需求。實(shí)測回風(fēng)井主風(fēng)機(jī)實(shí)際輸入功率為30 kW，風(fēng)機(jī)工作效率較低。各中段的風(fēng)量見表1。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造

2.1 Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)介紹

Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)由金碼軟件(北京)有限公司引進(jìn)開發(fā)。該軟件可以高效的進(jìn)行井下風(fēng)網(wǎng)解算、風(fēng)流模擬、熱模擬、經(jīng)濟(jì)性模擬等，可以使金屬礦山通風(fēng)管理實(shí)現(xiàn)信息化、三維可視化管理，實(shí)現(xiàn)礦井安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[3]。

表1 主要中段風(fēng)量

2.2 優(yōu)化改造方案

為了縮短通風(fēng)流程，增大通風(fēng)能力，提高礦井通風(fēng)抗災(zāi)能力，需要對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。結(jié)合礦山實(shí)際情況，確定兩種改造方案。

(1)密閉370，330m中段27線以東工程，密閉270m中段通往210m中段所有溜井及風(fēng)井，密閉210m中段39線以西工程，并清通39線270m中段通往210m中段風(fēng)井，在210m中段51線安裝風(fēng)機(jī)，使上部中段形成相對(duì)獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。

(2)清理150m中段至90m中段53線2溜井、90m中段至30m中段51線溜井、30m中段至－30m中段線溜井和－30m中段至－90m中段47線2個(gè)溜井，使之和150m中段至－90m中段回風(fēng)井并聯(lián)，降低150m中段至－90m中段回風(fēng)段通風(fēng)阻力，并在150m中段55線處安裝滿足150m中段以下系統(tǒng)通風(fēng)要求的風(fēng)機(jī)。使210m中段以下形成相對(duì)獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。

(3)在370m中段27線、330m中段27線、150m中段51線、90m中段51線、30m中段51線安裝調(diào)節(jié)風(fēng)窗，以調(diào)節(jié)各中段風(fēng)量大小。

(4)更換主回風(fēng)井風(fēng)機(jī)，使之能克服礦井總回風(fēng)段的通風(fēng)阻力。

利用Ventsim軟件對(duì)這2個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)改造方案進(jìn)行模擬。優(yōu)化方案縱投影見圖2。

圖2 優(yōu)化方案通風(fēng)系統(tǒng)縱投影圖

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)模擬

2.3.1 仿真系統(tǒng)構(gòu)建

Ventsim軟件模型建立有2種生成方式，一種是直接在系統(tǒng)的繪圖區(qū)域進(jìn)行建模；另一種是利用CAD繪制DXF格式通風(fēng)系統(tǒng)圖，再將DXF格式文件轉(zhuǎn)換成計(jì)算模型。本文采用第二種方式，即在AutoCAD系統(tǒng)下，先繪制通風(fēng)系統(tǒng)圖，具體步驟如下:

(1)利用多段線畫出各個(gè)中段工程，多段線特性中標(biāo)高需與中段標(biāo)高相符；

(2)利用CAD三維視圖功能檢查模型完整性，正確無誤后另存為DXF文件類型；

(3)將DXF導(dǎo)入到Ventsim軟件中；

(4)選擇風(fēng)流模擬，按照錯(cuò)誤提示進(jìn)行模型修正，主要是對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定，以保證巷道貫通；

(5)錄入數(shù)據(jù)，對(duì)豎井、平硐、巷道等進(jìn)行賦值；

(6)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模擬。

計(jì)算模型見圖3。

2.3.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案模擬

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與原方案對(duì)比見表2。通過上述技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、通風(fēng)效果等多方面的分析和比較可以看出:

(1)新方案與原方案相比，最突出的優(yōu)點(diǎn)是增大了有效進(jìn)風(fēng)量；

(2)新方案雖然工程量、設(shè)備購置費(fèi)用，但礦井總體通風(fēng)效果要好，可靠性高；

(3)新方案通風(fēng)阻力高，但風(fēng)機(jī)有效利用率高，因此運(yùn)行成本相對(duì)較低；

(4)據(jù)礦方反映，原方案年經(jīng)營費(fèi)198萬元，主要是因?yàn)橛行нM(jìn)風(fēng)量小、漏風(fēng)量大，為維持井下正常需風(fēng)量，大量使用局扇，相比之下，新方案年經(jīng)營費(fèi)用低，每噸礦石通風(fēng)費(fèi)用較原方案低1.68元。

由于礦山開采已經(jīng)進(jìn)入后期，根據(jù)礦山的實(shí)際情況，把通風(fēng)效果擺在首位。但考慮到礦山生產(chǎn)的連續(xù)性，建議新方案分兩步實(shí)施，即第一步是先在210m和150m中段設(shè)置二級(jí)機(jī)站，完善通風(fēng)構(gòu)筑物；第二步是在井下各風(fēng)機(jī)和通風(fēng)構(gòu)筑物完成后，更換回風(fēng)井風(fēng)機(jī)。

表2 方案對(duì)比表

3 結(jié) 論

(1)詳細(xì)分析了某礦山現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，通過實(shí)地測量和利用Ventsim軟件對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，找出了解決問題的途徑，為該礦山通風(fēng)改造具有指導(dǎo)意義。

(2)優(yōu)化方案增加了進(jìn)風(fēng)量，合理分配井下各生產(chǎn)作業(yè)中段風(fēng)量；解決多作業(yè)面同時(shí)，作業(yè)時(shí)風(fēng)流的有效控制和調(diào)節(jié)；完善了井下通風(fēng)構(gòu)筑物，減少井下漏風(fēng)。

(3)優(yōu)化方案前期投入較高，但年運(yùn)行費(fèi)用低、通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，從長遠(yuǎn)角度考慮明顯優(yōu)于礦山原通風(fēng)方案。

[1]王英敏.礦井通風(fēng)與防塵[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1993.

[2]黃俊歆.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控算法與三維可視化關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長沙:中南大學(xué)，2011.

[3]柳明明.Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)在金屬礦山的應(yīng)用[J].金屬礦山，2010(10):120-122.

[4]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.

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2015-03-18)

谷 巖(1968－)，男，河北石家莊人，碩士，工程師，主要從事金屬礦山開采技術(shù)研究，Email:guyansk＠163. com。

Ventsim軟件對(duì)該礦井進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出新的通風(fēng)方案。新的方案不但可以增加有效進(jìn)風(fēng)量，合理分配井下各生產(chǎn)作業(yè)中段風(fēng)量，多作業(yè)面同時(shí)作業(yè)時(shí)可有效控制和調(diào)節(jié)風(fēng)流，完善井下通風(fēng)構(gòu)筑物，減少井下漏風(fēng)，而且年運(yùn)行費(fèi)用低、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠。。