大型機械化礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究

汪光鑫，苑 棟

(贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000)

大型機械化礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究

汪光鑫，苑 棟

(贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000)

通過全面測評某大型機械化礦井通風系統(tǒng)，并依據(jù)技術(shù)規(guī)范進行分析，發(fā)現(xiàn)通風系統(tǒng)存在因大型無軌設備作業(yè)導致風流調(diào)控實施不完善、風流短路、風流反向及局部通風阻力較大等問題?；谕L系統(tǒng)網(wǎng)絡優(yōu)化軟件，提出3個通風系統(tǒng)優(yōu)化方案，通過模擬各方案的實施效果，結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟及通風效果的綜合比較，優(yōu)選最佳方案，改善通風效果。

通風系統(tǒng)； 網(wǎng)絡模擬； 優(yōu)化

1 前言

隨著礦業(yè)的快速發(fā)展，礦山開采深度和開采范圍不斷增加，機械化水平也不斷提高[1～2]，而部分大型機械化礦井通風系統(tǒng)并未做相應優(yōu)化調(diào)整，從而出現(xiàn)有效風量率低、風流短路、污風串聯(lián)等問題，使礦井通風效果受到嚴重影響，危害井下人員的身體健康。為創(chuàng)造安全的作業(yè)環(huán)境需及時開展礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化研究。

2 通風系統(tǒng)分析及評價

2.1 通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

某大型露轉(zhuǎn)坑、豎井+斜坡道聯(lián)合開拓銅礦山，設計年產(chǎn)礦石量165萬t，多區(qū)域多中段同時生產(chǎn)作業(yè)，采用大型機械化無軌設備和大規(guī)模集中爆破作業(yè)。井下采用兩翼對角抽出式分區(qū)通風方式，新風實際從輔助斜坡道、北進風管纜井、南進風井、膠帶斜井進入，清洗工作面后，污風經(jīng)東回風井和西回風井抽出。

2.2 通風系統(tǒng)測定

通過對礦井通風系統(tǒng)全面深入的測定[3]，獲悉井下實際情況。金屬礦山通風系統(tǒng)測定時要求在礦山正常生產(chǎn)、風機正常運轉(zhuǎn)、構(gòu)筑物正常工作、測定時無爆破和運輸作業(yè)狀態(tài)下完成，以確保測定結(jié)果的準確可靠，風機測定結(jié)果見表1，風量測定數(shù)據(jù)列于表3中。

2.3 通風系統(tǒng)評價

采用《金屬非金屬地下礦山通風系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中的指標對通風系統(tǒng)進行綜合評價[4]，依據(jù)表2結(jié)果分析查找通風系統(tǒng)存在以下問題。

表1 風機測定結(jié)果

表2 通風系統(tǒng)測評結(jié)果

(1)風流分配不合理，通風效率低，礦井總進風量為325.15m3/s，實際到達作業(yè)面的風量不足140m3/s。礦山東、西回風井地表處的兩臺主風機功率、風量差距較大，以及對角不均衡、多區(qū)域需風的復雜通風網(wǎng)絡使得主風機交叉區(qū)域出現(xiàn)局部風流停滯、循環(huán)，實際風量與設計差距較大。

(2)通風構(gòu)筑物不完善，導致風流紊亂，通風效果較差。礦山采用分段空場嗣后充填法配備大型無軌設備作業(yè)，并集中式大規(guī)模爆破，構(gòu)筑物難以完善，導致各主要作業(yè)分段風流紊亂，部分分段甚至無風，污風難以及時排至回風道，通風效果較差。

(3)通風系統(tǒng)設計4個進風通道和2個排風井，且進排風井口標高落差很大，西回風井標高比主要進風口輔助斜坡道入口高約270m，自然風壓影響通風系統(tǒng)較明顯。斜坡道內(nèi)夏季發(fā)生風流阻滯和反向，霧氣彌漫，冬季入口結(jié)冰。

(4)通風網(wǎng)絡不合理，導致污風串聯(lián)。-150m中段、-87m中段和膠帶斜井的局部網(wǎng)絡不合理，使得污風串聯(lián)。

(5)局部通風阻力大。主要進、回風巷道積水、塌落及廢石堆積等使得局部通風阻力增大。

3 通風系統(tǒng)優(yōu)化研究

3.1 優(yōu)化方案

3.1.1 技術(shù)方案一

針對無軌機械化作業(yè)，提出保持原有主要進回風系統(tǒng)，增設不影響正常生產(chǎn)的礦用空氣幕，加強風流調(diào)控，完善通風網(wǎng)絡來優(yōu)化通風系統(tǒng)，主要措施如下。

(1)增設礦用空氣幕，調(diào)控風流。設置礦用空氣幕于-70m和-87m中段采準斜坡道入口處，增加作業(yè)中段進風量，調(diào)控風流，有效控制短路風量，提高通風效率。

(2)掘通-150m中段北進風井、東回風井石門，掘通-100m中段專用回風泄水井通3個中段，完善通風網(wǎng)絡，既排出主要回風道中的積水，降低通風阻力，又兼做-240m膠帶斜井礦石轉(zhuǎn)運站的回風井，有效排出污風。

(3)完善通風構(gòu)筑物，加強風流調(diào)控。在中段進、回風井石門及主要進回風巷道處構(gòu)筑風窗、風門、密閉墻等，調(diào)控風流大小方向，提高礦井有效風量率，改善作業(yè)面的通風效果。

(4)在膠帶斜井口、輔助斜坡道聯(lián)絡道處設置增阻裝置柔性風簾，控制進風量，既能滿足生產(chǎn)需要又不影響行人，且可控制自然風壓的危害。

(5)在輔助斜坡道井口處設置水幕，對新鮮風流進行凈化、降溫，提高風質(zhì)，在冬季加強自然風壓作用，輔助礦井通風，在夏季對入風流降溫，且控制其危害。

(6)完善排水系統(tǒng)，疏通積水，清理主要風路積石，降低通風阻力。

3.1.2 技術(shù)方案二

本方案改變原有進回風系統(tǒng)，從根本上改善新風質(zhì)量，并增設無風墻輔扇，在不降低總進風量條件下提高進風流風質(zhì)，主要措施如下。

(1)改西回風井為進風井，北進風管纜井為回風井，改變進回風系統(tǒng)，既減少了輔助斜坡道進風量，提高了風流質(zhì)量，又完善膠帶斜井回風系統(tǒng)，從根本上解決新風受污染的問題。

(2)輔助斜坡道-50m以上3個分段聯(lián)絡道處設置自動風門，在膠帶斜井口設置密閉墻，其它基本同方案一，完善通風構(gòu)筑物，加強風流調(diào)控。

(3)在-50m中段1#采準斜坡道入口處設置自動風門，在-70、-87m中段1#采準斜坡道入口處設置無風墻輔扇，增加作業(yè)中段新風量，改善通風效率。

(4)掘通北進風管纜井與-150m石門；掘通膠帶斜井與-100m中段聯(lián)絡道并設置風門；延伸南進風井至-150m中段，完善通風網(wǎng)絡。

(5)其它如方案一中(5)、(6)。

3.1.3 技術(shù)方案三

在-50m中段采準斜坡道設置風門型空氣幕，完善其它通風構(gòu)筑物，并與方案一進行比較。

3.2 通風網(wǎng)絡模擬解算

3.2.1 通風網(wǎng)絡優(yōu)化軟件

運用通風網(wǎng)絡優(yōu)化軟件將現(xiàn)實的礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)絡轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)學網(wǎng)絡圖，再依據(jù)礦井通風網(wǎng)絡解算理論開展網(wǎng)絡模擬解算。應用的計算機軟件“礦井通風網(wǎng)絡優(yōu)化”用 FORTRAN90 編寫于 WindowsXP 操作平臺[5]，網(wǎng)絡分析可靠，具有較強的實用性和通用性，可適用于整體和多級機站通風系統(tǒng)。

3.2.2 網(wǎng)絡解算結(jié)果分析

運用通風網(wǎng)絡優(yōu)化軟件創(chuàng)建礦井通風網(wǎng)絡模擬系統(tǒng)，在不進行調(diào)整的情況下模擬通風系統(tǒng)現(xiàn)狀并將解算數(shù)據(jù)與實際測評結(jié)果對比分析，以獲得準確的基礎模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)。然后通過動態(tài)模擬優(yōu)化方案的實施措施，如風機的風量風壓、空氣幕的模擬設置、風流的主要網(wǎng)絡等，得到各方案的優(yōu)化解算結(jié)果，見表3。

表3 網(wǎng)絡解算結(jié)果 m3/s

(1)現(xiàn)狀通風系統(tǒng)解算結(jié)果與測定結(jié)果數(shù)據(jù)吻合度高，誤差在合理范圍內(nèi)，證實通風網(wǎng)絡模擬解算的準確可靠。

(2)3個擬定的通風技術(shù)方案的總進風量均能滿足礦井通風需要，其中技術(shù)方案一在各中段的有效風量率最高，能滿足大部分中段的需風量，尤其是主要作業(yè)中段，風量分配更合理。

3.3 技術(shù)方案確定

從礦山具體條件出發(fā)，對擬定的3個可行方案進行詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較，在達到通風安全要求的基礎上，權(quán)衡現(xiàn)場實施的難度、改造工程量、工程實施周期、技術(shù)改造費用等多方面因素，最終選擇技術(shù)方案一為該大型機械化礦通風系統(tǒng)優(yōu)化方案，既提高了通風效率，又創(chuàng)造安全的作業(yè)環(huán)境。

4 結(jié)語

(1)對礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀開展全面深入的調(diào)查與測定，采用相關(guān)技術(shù)指標進行綜合評價，分析存在問題及原因，對通風系統(tǒng)優(yōu)化研究至關(guān)重要。

(2)應用通風系統(tǒng)網(wǎng)絡優(yōu)化軟件對通風系統(tǒng)優(yōu)化方案進行網(wǎng)絡模擬解算，結(jié)果表明該軟件準確性好、精度高，為方案確定提供可靠依據(jù)。

(3)在大型機械化礦山中使用礦用空氣幕在主要運輸行人巷道引射風流，在不影響正常生產(chǎn)情況下可替代無風墻輔扇，調(diào)控風流。

[1] 趙千里,高 謙,高創(chuàng)州.礦用空氣幕隔斷風流理論模型及其應用研究[J].有色金屬(礦山部分),2007,(5):39-42.

[2] 王英敏.礦井通風與防塵[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993.81-87.

[3] 葉巍巍,謝賢平,李 鎮(zhèn).金屬礦山井下通風系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J].礦冶,2014,(2)：40-44.

[4] 汪光鑫.基于三維仿真系統(tǒng)的礦井風流調(diào)控技術(shù)及應用研究[D].贛州:江西理工大學,2014.35-44.

[5] 王海寧,吳 超.礦井通風網(wǎng)絡優(yōu)化軟件及其應用[J].金屬礦山,2004,(7)：62-64.

Study on the optimization of ventilation system of large mechanized mine

Through the comprehensive evaluation and the analysis of the ventilation system of a large mechanized mine, it was found that the problems existing in the ventilation system, which were the incomplete ventilation structure, short circuit of air flow, back airflow, larger and more local ventilation resistance, due to the large trackless equipment operation. Three technical optimization schemes of ventilation system were put forward based on the ventilation network optimizing software. Through simulating the ventilation effect after the implementation of the schemes and the comparative analysis of the technical, economic and ventilation effect, the best scheme was determined.

ventilation system; network simulation; optimization

TD724

A

2017-- 03-- 12

汪光鑫(1988-)，男，江西贛州人，工程師，主要從事礦山安全環(huán)保方面的研究工作。

1672-- 609X(2017)04-- 0005-- 03