基于Ventsim的某鐵礦通風系統優化設計

谷 巖，楊玉學

(中鋼石家莊工程設計研究院有限公司， 河北石家莊 050021)

基于Ventsim的某鐵礦通風系統優化設計

谷 巖，楊玉學

(中鋼石家莊工程設計研究院有限公司， 河北石家莊 050021)

冀東地區某鐵礦原有通風系統存在漏風量大、通風困難、效率低等問題。利用

礦井通風系統；優化設計；三維仿真；網絡解算

0 引 言

礦井通風系統作為地下采礦工程八大系統之一，與井下生產安全息息相關。相關數據表明:國內礦山風機有效運轉率不及設計風機效率的1/2，約為40%左右。但通風能耗卻占到坑口總能耗的1/3，其中通風電費約占通風能耗的70%。當前，鐵礦石價格不斷下跌，部分礦山企業已呈虧損態勢。因此，降低開采成本對礦山企業顯得十分重要，對現有通風系統進行優化改造，降低通風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，對冀東地區某鐵礦現有通風系統進行了模擬與解算，并得出風機安放的合理位置，以期提高了效率，節約電力成本。

1 工程背景及通風系統存在的問題

1.1 工程背景

冀東地區某鐵礦建礦至今已開采50年，絕大多數礦體已經采完，只剩下南6號90m中段以下部分礦體，目前礦山的90m，30m中段為主要生產中段，－30m中段正在進行開拓、采準:－90m，－150m中段正在施工開拓工程。礦山目前采用對角式多風機通風系統，在礦山現有整體通風系統不變的基礎上，為改善深部開采的通風條件，在30m中段和－30m中段51線附近的主回風系統各增加一臺輔助通風機，與地表回風道內的主扇風機形成多風機通風系統。

新鮮風流通過510m平硐、盲豎井、各中段運輸巷道進入采場。改造前的通風系統見圖1。

圖1 改造前礦井通風系統

1.2 通風系統存在的問題

現場實際生產時，發現改造前的通風系統主要存在如下問題:

(1)礦山開采年限較長，存在大量采空區，內部漏風現象較為嚴重，特別是330m，270m，210m中段35線至51線之間采空區情況較為復雜，造成風路出現一部分短路風流；

(2)為統一通風系統，礦井存在循環風現象；

(3)礦山深部風量不足，通風較為困難；

(4)礦山風機效率較低；

(5)井下現有輔助風機安裝的位置不合適。

回風井主扇風機型號為K45－4－No15，裝機功率200 kW，屬于大風量、中等風壓風機。由于礦井阻力較高，現有風機已不能滿足礦井通風需求。實測回風井主風機實際輸入功率為30 kW，風機工作效率較低。各中段的風量見表1。

2 礦井通風系統優化改造

2.1 Ventsim三維通風仿真系統介紹

Ventsim三維通風仿真系統由金碼軟件(北京)有限公司引進開發。該軟件可以高效的進行井下風網解算、風流模擬、熱模擬、經濟性模擬等，可以使金屬礦山通風管理實現信息化、三維可視化管理，實現礦井安全、高效、經濟運行[3]。

表1 主要中段風量

2.2 優化改造方案

為了縮短通風流程，增大通風能力，提高礦井通風抗災能力，需要對礦井通風系統進行改造。結合礦山實際情況，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中段風井，在210m中段51線安裝風機，使上部中段形成相對獨立的通風系統。

(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個溜井，使之和150m中段至－90m中段回風井并聯，降低150m中段至－90m中段回風段通風阻力，并在150m中段55線處安裝滿足150m中段以下系統通風要求的風機。使210m中段以下形成相對獨立通風系統。

(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線安裝調節風窗，以調節各中段風量大小。

(4)更換主回風井風機，使之能克服礦井總回風段的通風阻力。

利用Ventsim軟件對這2個通風系統改造方案進行模擬。優化方案縱投影見圖2。

圖2 優化方案通風系統縱投影圖

2.3 通風系統模擬

2.3.1 仿真系統構建

Ventsim軟件模型建立有2種生成方式，一種是直接在系統的繪圖區域進行建模；另一種是利用CAD繪制DXF格式通風系統圖，再將DXF格式文件轉換成計算模型。本文采用第二種方式，即在AutoCAD系統下，先繪制通風系統圖，具體步驟如下:

(1)利用多段線畫出各個中段工程，多段線特性中標高需與中段標高相符；

(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導入到Ventsim軟件中；

(4)選擇風流模擬，按照錯誤提示進行模型修正，主要是對各個節點進行綁定，以保證巷道貫通；

(5)錄入數據，對豎井、平硐、巷道等進行賦值；

(6)通風系統運行模擬。

計算模型見圖3。

2.3.2 通風系統優化改造方案模擬

通風系統優化設計方案與原方案對比見表2。通過上述技術、經濟、通風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，最突出的優點是增大了有效進風量；

(2)新方案雖然工程量、設備購置費用，但礦井總體通風效果要好，可靠性高；

(3)新方案通風阻力高，但風機有效利用率高，因此運行成本相對較低；

(4)據礦方反映，原方案年經營費198萬元，主要是因為有效進風量小、漏風量大，為維持井下正常需風量，大量使用局扇，相比之下，新方案年經營費用低，每噸礦石通風費用較原方案低1.68元。

由于礦山開采已經進入后期，根據礦山的實際情況，把通風效果擺在首位。但考慮到礦山生產的連續性，建議新方案分兩步實施，即第一步是先在210m和150m中段設置二級機站，完善通風構筑物；第二步是在井下各風機和通風構筑物完成后，更換回風井風機。

表2 方案對比表

3 結 論

(1)詳細分析了某礦山現有通風系統存在的問題，通過實地測量和利用Ventsim軟件對現有通風系統進行模擬分析，找出了解決問題的途徑，為該礦山通風改造具有指導意義。

(2)優化方案增加了進風量，合理分配井下各生產作業中段風量；解決多作業面同時，作業時風流的有效控制和調節；完善了井下通風構筑物，減少井下漏風。

(3)優化方案前期投入較高，但年運行費用低、通風系統穩定，從長遠角度考慮明顯優于礦山原通風方案。

[1]王英敏.礦井通風與防塵[M].北京:冶金工業出版社，1993.

[2]黃俊歆.礦井通風系統優化調控算法與三維可視化關鍵技術研究[D].長沙:中南大學，2011.

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

[4]李孜軍，陳艷麗.基于Ventsim的礦井通風風阻參數優化[J].金屬礦山，2014(3):136-140.

[5]張 柬，張希巍，王洪波，等.基于Ventsim軟件礦山通風系統設計的優化[J].有色礦冶，2013，29(6):7-9.

[6]黃俊歆，王李管，熊書敏，等.礦井通風系統三維聯通巷道建模算法及其應用[J].中南大學學報(自然科學版)，2012，43 (8):3173-3179.

[7]牛永勝，曹 榮，陳學習，等.礦井通風三維可視化仿真系統的設計與實現[J].金屬礦山，2007(7):73-76.?

[8]李 鋼，陳開巖，聶百勝.礦井通風系統CAD技術研究[J].遼寧工程技術大學學報，2005，24(6):636-638.

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研究，Email:guyansk＠163. com。

Ventsim軟件對該礦井進行通風系統優化設計，提出新的通風方案。新的方案不但可以增加有效進風量，合理分配井下各生產作業中段風量，多作業面同時作業時可有效控制和調節風流，完善井下通風構筑物，減少井下漏風，而且年運行費用低、通風網絡穩定可靠。。