某金礦通風系統優化改造研究

肖利民，易善華

（長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南長沙 410012）

某金礦通風系統優化改造研究

肖利民，易善華

（長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南長沙 410012）

摘 要：針對某金礦通風系統存在的問題，提出了對應的優化改造方案，應用通風網絡解算程序對改造后的通風系統進行了模擬驗證。經驗證，改造后的通風系統兼顧考慮了礦山未來發展的需要，同時節約了能源，提高了礦山經濟效益和安全生產水平。

關鍵詞：通風系統；優化；網絡解算

1 礦山概況

目前，某金礦采礦生產能力為2500 t/d。該礦現采用主、副豎井+輔助斜坡道開拓，中段主要采用柴油無軌設備運輸。開采對象主要為70號礦脈，現開采中段有1264，1224，1184，1136m四個中段。礦井現主要利用風井進風，副井及輔助斜坡道輔助進風，采用1520m回風平硐回風。通風方式為單翼對角抽出式，設計礦井總需風量為150m3/s。1466m回風平巷內現安裝有1臺DK62（A）-10-No30型礦用對旋軸流通風機，電動機功率2×400 kW。

2 礦井通風系統存在的問題

經該礦山現場調查和分析，其通風系統目前主要存在以下4個方面的問題。

（1）該礦現有的DK62（A）-10-No30型主扇有1臺電動機已損壞，目前為單電動機運行，經測定，礦井總回風量為79.62m3/s，年產萬噸耗風量僅0.97m3/s。故該礦井供風量嚴重不足，且井下運行的柴油設備較多，柴油設備尾氣、炮煙、粉塵等無法及時得到稀釋和排出，導致井下大部分工作面空氣質量較差，威脅工人健康。

（2）礦山反映現有的DK62（A）-10-No30型主扇電動機損壞過多次，每次更換電動機需暫停主扇，且電動機更換不方便，影響礦山正常生產。經初步分析，其電動機損壞的原因可能有：主扇與電動機不配套，導致電動機過載；該型號主扇原配電動機為2 ×450 kW，礦山實際安裝的為2×400 kW；電動機防護等級過低，井下柴油設備尾氣對電動機造成腐蝕；主扇每次開啟時，未按要求逐級啟動I級、II級電動機或在未關閉電動蝶閥的情況啟動電動機。

（3）礦井大部分回風斜井實測斷面積為7.8～12m2，回風巷道斷面過小，致使該礦回風段通風阻力過大，通風能力受到限制。經按礦井總回風量150m3/s計算，礦井通風總阻力達到3200 Pa。按此回風量和礦井通風總阻力初選風機，至少需選用功率為2×560 kW的主扇，主扇工況點軸功率達到1007 kW。

（4）該礦山開采至今，70號礦脈已處于開采后期，現礦山擬開采2礦帶。2礦帶位于70號脈南側，兩礦帶邊界相距約400m。礦山現有通風系統尚未考慮2礦帶。因此，需對礦井通風系統進行改造，以滿足2礦帶開采通風需要。

鑒于該礦山通風系統存在的問題，并結合礦山現狀和未來發展需要，現階段亟需對該礦山通風系統進行優化改造，從而為井下作業人員提供一個良好的作業環境，并滿足礦山井下安全生產需要。

3 礦井通風系統優化改造研究

在構建礦井通風系統方案時，應嚴格遵循技術效果良好、運行安全可靠、基建費用和經營費用低，以及便于管理的原則［1-2］。本次研究將依據上述原則擬定本次通風系統優化改造方案。

3.1通風系統優化改造方案的確定

經對本礦井通風系統存在問題的分析，本次通風系統優化改造推薦方案為：更換主扇+回風斜井擴幫+新掘2礦帶穿脈聯絡巷。通風系統優化改造主要從以下4個方面著手。

（1）增大礦井總回風量，使之達到設計風量值。要增大礦井總回風量，就必須解決主扇問題。考慮到礦山現有DK62（A）-10-No30型主扇電動機經常損壞，且電動機功率與主扇不配套等問題。本次推薦在1466m回風中段另選一條回風巷道，并重新選配1臺DK62（A）-10-No30型主扇，采用配套的2× 450 kW電動機，電動機防護等級采用IP55。

（2）減少礦井回風段通風阻力。要減少礦井回風段通風阻力，可通過刷大回風巷道斷面、增加并聯回風巷道的方式實現。根據礦山井下實際情況，在1344，1390m中段分別清理出一條原采場回風天井，與現有的中段回風斜井形成并聯風路。主要回風井巷最佳風速可取6～8m/s，一般不應超過10m/s［3］。同時考慮井巷刷幫費用相對掘進要低，經綜合考慮，本次建議將1184～1466m標高間的主要回風斜井斷面刷大至20m2，需刷大的回風斜井總長517m。

（3）擬開采的2礦帶最低中段為944m，最上一個為1390m回風中段。為解決2礦帶進、回風問題，研究考慮在1184～1390m的各中段分別從70號脈選擇一條靠近2礦帶的穿脈巷道，并掘進至2礦帶的沿脈平巷。這樣2礦帶1184m及以上各中段均可通過兩礦帶間的穿脈聯絡巷進風，利用1390m中段的穿脈聯絡巷回風。根據礦山規劃，2礦帶1184m以下的開拓系統擬采用延伸斜坡道+輔助斜井開拓。因此，2礦帶1184m以下各中段進風可利用斜坡道、輔助斜井進風，回風則通過各中段倒段回風斜井回至1390m回風中段，再通過1390m回風巷道匯集到總回風斜井。

（4）為提高主通風機運行的安全可靠性，建議在礦山建立主通風機在線測控系統［4-6］。通過在線測控系統實時監測通風系統參數、環境參數、通風機的性能參數、電機的電氣參數、軸承溫度、電機振動等，并進行數據管理、報表管理、性能測試、遠程通信。礦山安全管理人員可在生產過程中隨時掌握通風機的運行狀態，并根據風機的實時狀態對風機進行遠程控制，從而保證主通風機安全可靠的運行。

改造后的通風系統如圖1所示。

圖1　某金礦通風系統優化改造后通風系統3D模擬圖

3.2通風系統優化改造后通風網絡解算

利用計算機軟件解算礦井通風網絡，可以實現礦井通風系統的模擬仿真，為礦井通風系統方案優化、礦井通風系統技術改造提供技術支持。為檢驗本次推薦的通風系統優化改造方案的可行性，最便捷有效的方法就是對改造后的通風系統進行通風網絡解算，從而檢驗礦井通風總阻力下降情況和礦井風量分配情況。

本次通風網絡解算主要采用Hardy-Cross算法進行迭代計算。采用Hardy-Cross迭代法求解通風網絡的實質是：根據網絡中各分支風道的初擬風量，近似的求出各回路風量的增量ΔQk，并作為校正值，分別對回路中分支的風量進行校正。迭代計算，直到校正值ΔQk滿足預先給定的精度為止。為提高迭代的收斂速度，計算時對Hardy-Cross迭代法施加Gausscide技巧［7-8］。

計算機通風網絡解算步驟如下：

（1）初始化參數；

（2）創建通風巷道；

（3）編輯巷道參數；

（4）檢查通風網絡；

（5）通風網絡迭代計算；

（6）風量調節；

（7）解算結果顯示；

（8）通風解算報告輸出。

通過對改造后的礦井通風系統進行網絡解算，得出改造后礦井通風總阻力H=2272.17 Pa。選配DK62（A）-10-No30型軸流通風機 1臺，配YB630S-10型電機（IP55）1組，功率2×450 kW，轉速 590 r/min。風機工況點 Q=166m3/s，H= 2451.62，α=40°，η=75%，軸功率N=665 kW。另備用同型號電機1臺。

3.3通風系統優化改造前后對比分析

（1）改造后的通風系統兼顧考慮了2礦帶和70號脈同時開采通風的需要。

（2）改造后的礦井通風總阻力較改造前的有大幅度降低。改造后的礦井通風總阻力較改造前降低了927.83 Pa，對應設計需要的主扇工況點軸功率降低了342 kW，遠遠低于改造前的。如按照主扇工作時長計算耗電量，即330 d/a，24 h/d的工作制度，礦井通風系統改造后較改造前每年可節約電耗約270.86×104kW·h，其間接產生的經濟效益相當可觀。

（3）本次重新選配了電機防護等級較高的主扇，不但使礦井總回風量達到了設計風量值，確保了井下生產安全，且提高了主扇電機的安全防護性能。通過建立主通風機在線測控系統，提高了風機運行的安全可靠性。

4 結 論

針對某金礦通風系統存在的問題，提出了對應的優化改造方案。應用通風網絡解算程序對改造后的通風系統進行了模擬驗證。經驗證，改造后的礦井通風系統兼顧考慮了礦山未來發展的需要，同時降低了礦井通風總阻力，節約了能源，提高了礦山經濟效益、安全生產水平及自動化水平。本次研究對同類礦山通風系統的優化改造具有一定借鑒意義。

參考文獻：

［1]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.

［2]王德明.礦井通風與安全［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2012：158.

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［4]趙 濤.基于OPC和PLC的煤礦主扇風機在線監控系統的研究與設計［D］.太原：太原理工大學，2010.

［5]AQ 2031-2011.金屬非金屬地下礦山監測監控系統建設規范［S］.

［6]司俊鴻.礦井通風系統風流參數動態監測及風量調節優化［D］.徐州：中國礦業大學，2012.

［7]吳 超.礦井通風與空氣調節［M］.長沙：中南大學出版社，2008：135.

［8]支學藝，何錦龍，張紅嬰.礦井通風與防塵［M］.北京：化學工業出發版，2009：137-150.

收稿日期：（2016-03-28）

作者簡介：肖利民（1982-），男，湖南衡陽人，工程師，主要從事礦井通風與安全設計及研究工作，Email：Xiao-cimr@foxmail.com。