石灰巖礦山通風網絡解算分析

冉光建 柯 勇 王廣平 王彥峰 劉雨欣

(重慶川九建設有限責任公司，重慶 401120)

石灰巖礦山通風網絡解算分析

冉光建 柯 勇 王廣平 王彥峰 劉雨欣

(重慶川九建設有限責任公司，重慶 401120)

基于石灰巖礦山的實際通風條件，采用3DVent軟件的原理對礦山的通風系統進行通風網絡解算，充分發揮礦業工程專業軟件在礦山開采設計中的優越性，為礦井工作人員分析通風網絡系統提供參考。

石灰巖礦 3DVent軟件 通風網絡解算

引言

礦山通風系統一般由通風機和通風網絡兩部分組成。新鮮風通過通風機從進風口進入礦井，經過各進風巷道到達各用風地點，隨后進入回風巷道，由回風口將污風排出礦井[1]。風流在礦井中所經過的全部路線稱為礦井通風網絡，它是由一條條相互交錯的巷道組成。通風網絡采用比較直觀的幾何圖形表示通風網絡圖，通過通風網絡解算將改變傳統的計算方法，更加快捷方便地得出通風網絡圖。

1. 通風軟件的解算原理

礦井通風的重點是解決好各風流流量在各用風地點的合理分配，由于礦山的通風網絡是由許多不同的分支組成，相對比較復雜，并且各分支風量的分配很難直接算出。傳統的地下礦山設計通風方法是統計礦井中各用風地點的風量，從而得出全礦的總需求風量，并要求礦井各用風地點強制分配風量，該方法沒有能夠充分地考慮到在復雜的礦井通風網絡中各分支的串聯、并聯等實際情況，從而在井下各用風地點難以合理地分配風量，設計通風量與實際需要的通風總量存在較大的偏差。

風流在通風網路中流動時遵守風量平衡定律、風壓平衡定律和阻力定律，反映了通風網路中三個最主要通風參數——風量、風壓與風阻的相互關系，是復雜通風網路解算的理論基礎[2]。3DVent通風軟件解算和模擬的核心原理是Hardy-Cross算法，其主要的工作原理是通過運用風量分配基本定律建立數學方程組并擬定一組風量初值，然后對原方程組逐次線性化進行求解，求出對各風量值的一組風量修正值，分別對各回路風量進行修正；再進行下一次迭代，計算出新的風量修正值，對各回路風量進行再次修正。經過反復多次的迭代計算、修正，使修正后的風壓逐漸趨于平衡，而修正后的風量逐步逼近于真實值，小于預先給定的某個精度為止，這樣得出的風量就認為是要求的風量。礦井通風網絡解算的數學原理是圖論原理［3～5］。假設礦井通風網絡的分支數為N，節點數為J，根據相關理論得出通風網絡的獨立回路數為M=N-J+1。

2. 應用實例進行模擬

2.1 實例簡介

石灰巖礦山采用平硐開拓方式，房柱采礦法開采，汽車運輸，使用分列式通風方式，主扇風機抽出式通風，由主平硐、回風平硐及采區巷道等組成的簡單通風網絡［6］。新鮮風由主平硐進入經過運輸平巷到達各用風工作面和硐室，污風由回風平巷經過回風平硐排出地面。

2.2 模擬礦井通風巷道

使用3DVent通風軟件提供的三維可視化平臺，對礦山的巷道結構進行三維模擬，可以直觀認識井下通風井巷的位置、長度和連接關系，模擬出的礦山巷道結構三維模型有利于礦山工作人員對井下通風巷道情況的了解和認識，通過監測監控系統可以加強對井下作業場所和人員的管理。

在礦山通風巷道模擬完成后，獲得了傳統意義上的礦井通風系統圖，并在此基礎上利用3DVent通風軟件提供的功能編輯各用風巷道的斷面面積和周長，并依據其巷道的支護方式和形狀來確定各巷道的風阻值，得出各巷道所需風量。

3. 礦井通風網絡解算

礦井通風系統圖能夠直觀地反映巷道的風流方向、風量大小和通風設施等，對礦山井巷的空間布置是一種接近真實的反映。利用3DVent通風軟件對礦山的各用風地點的風量進行解算，步驟如下：

（1）建立通風網絡系統圖

建立巷道三維通風系統圖，主要利用單線及三維方法表示出通風系統的各相關巷道，從而形成礦井通風網絡系統圖。

（2）輸入原始數據

在輸入原始參數的同時，還需要根據礦井實際的情況對相應的巷道長度、風阻、斷面面積及周長等參數進行適當的調整。項目名稱為“石灰巖地下礦山”，其他參數默認為系統值。

（3）編輯巷道參數

對礦山的主要巷道進行編輯，將主需風量輸入進風巷道后，軟件會自動根據通風網絡引導進行風量分配。各巷道類型及參數見表1。

表1 各巷道類型及參數

（4）檢查通風網絡情況

通過檢查通風網絡及其參數，確定其是否已形成正常回路，否則不能進行正常解算。檢查得到邊數為13，節點為8，網孔為5，固定風流為1，裝機點為0。

（5）礦井網絡解算

在通風檢查無誤后對通風網絡進行解算得到通風網絡解算，如圖1所示。最后得到通風網絡解算報告。

圖1 礦井通風網絡解算圖

4. 結語

通過使用3DVent軟件對石灰巖礦山進行通風網絡模擬優化分析，可以有效模擬礦山風量的分配，所得結果能夠為礦井通風網絡提供參考，但是在通風系統網絡解算中對網絡解算結果的可靠性分析不足，應加強軟件的后期完善。隨著政府對礦山的重視，數字化礦山越來越普及，工程軟件將在礦山設計和生產中得到更為廣泛的應用。

[1]蔡序淦,王世勤.3DMINE軟件在通風網絡解算中的應用[J].有色冶金設計與研究,2010,31(5).

[2]冉光建,陳紹清.基于3DVent通風軟件的礦井通風網絡解算研究[J].重慶科技學院學報(自然科學版)，2013(S1).

[3]季現偉,戴曉江,王孝東.3DMine支持下的風網解算基礎數據處理方法及應用[J].礦冶,2011,20(1).

[4]華寧,陳喜山,曹娥,趙成龍.礦井通風網絡解算軟件研究綜述[J].青島理工大學學報,2011,32(1).

[5]鄧紅衛,張瑞,雷濤,易東福.基于Ventsim的云錫新山礦段通風系統優化研究[J].采礦技術,2010,10(4).

[6]冉光建.胡家溝石灰巖礦房柱法安全開采參數優化研究[D].重慶科技學院,重慶,2015.

K928

B

1007-6344（2015）11-0165-01

冉光建（1989-），男，重慶萬州，重慶川九建設有限責任公司，地址：重慶市渝北區雙鳳路111號，研究方向：礦山開采與施工安全技術