Ventsim軟件在礦井通風系統設計中的應用

張國勝，蘇成哲

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000)

Ventsim軟件在礦井通風系統設計中的應用

張國勝，蘇成哲

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000)

針對某銅礦二期開采過程中礦井通風系統存在的問題，提出了兩種通風系統設計方案，并運用Ventsim軟件對通風系統進行風網解算及風流動態模擬。通過對通風系統設計方案的模擬比較，確定了最優的通風方案，實現了通風系統的優化設計，取得了理想的效果。

Ventsim； 三維建模； 優化設計； 風網解算

1 前言

礦井通風的主要任務是向井下連續輸送新鮮空氣，稀釋并排出有毒、有害氣體和粉塵等，調節礦井內小氣候，創造良好的工作環境[1]。因此，礦井通風系統運行狀態的合理與否直接關系到礦井的安全生產、礦工的安全與健康、礦井的抗災害能力、礦山的生產效益。隨著礦產資源的不斷開發，我國淺表的礦床及開采技術條件相對簡單的礦床儲量不斷消耗，迫使大多數礦山轉入深部或復雜礦床的開采[2]。大型復雜深部礦井的通風系統設計與管理一直是礦井設計及現場管理人員關注的重點，通風網絡解算是通風系統設計的核心及關鍵技術[3]。采用傳統的手工方式進行通風網絡解算存在解算過程時間長、效率低、容易出錯、后期的通風管理困難等缺點。隨著計算機軟件技術在礦業方面的不斷發展，國內外相繼涌現了一批礦井通風模擬軟件來求解通風網絡，如國外有影響的礦井通風系統仿真軟件有GIS、VentPC2000、MinTeeh和DataMine[4～5]等，在國內有代表性的礦井通風仿真軟件有CFIRE、MVSS[6～7]等,這些仿真模擬軟件取得了許多成果，但大多停留在專家級別，難以簡單操作且交互性差，很難得到推廣。而澳大利亞Chasm公司開發的Ventsim礦山通風模擬軟件集三維模型可視化、通風管理、熱模擬、污染物模擬為一體的三維仿真系統，可以滿足金屬礦山通風管理的要求。本文以白銀深部銅礦設計為背景，介紹Ventsim軟件在礦井通風系統設計中的應用。

2 Ventsim三維仿真系統

(1)具有良好的兼容性，可直接導入DXF格式的文件生成通風網絡圖，建好的三維通風網絡模型又可導出到AutoCAD中形成通風立體圖。

(2)礦井三維通風網絡模型可直觀、立體、動態地展現通風狀態，同時根據需要可以顯示井下工程的通風數據。

(3)在三維通風立體模型上動態顯示風流方向和相關通風參數，真實反映井下巷道風流關系。具備將通風網絡中特定區間數據突出展現功能，方便通風技術人員發現通風系統的薄弱環節或超限數據。

(4)具備任意風路定點優化調節功能，可根據風量分配要求反算調節風阻大小或調節風窗開口面積。

(5)在風網優化設計的基礎上自動進行風機選型和風機運行工況點分析。

(6)在通風網絡解算和數值分析的基礎上對風門、風窗、密閉等通風構筑物設置和風量調節效果實現預先仿真模擬、可靠性展示和經濟性分析。

(7)可模擬井巷斷面或風機葉片角變化對通風系統穩定性的影響，方便進行短期和長期通風系統規劃。

3 礦山概況

某銅礦是一個開采多年的老礦山，1 639m水平以上為露天開采，于1959年10月建成投產，1984年8月露天開采結束。1974年進行了露天轉地下的一期工程，開采范圍為1 655～1 475m共4個中段，一期工程采用北風井進風，西風井和東風井回風的中央對角雙翼抽出式通風，由于一期開采的開拓系統較簡單，井下通風構筑物布置相對簡單。二期開采范圍為1 475～1 275m(即四中段以下)。二期開采過程中，礦井通風系統主要存在如下問題。

(1)漏風嚴重。由于一期工程形成的采空區部分未封閉，漏風嚴重。

(2)通風線路長，阻力大。礦井通風系統未合理地布置通風構筑物，導致礦井通風線路長，通風阻力大，局部存在角聯現象。

(3)通風系統復雜。礦井掘進工作面多，井下需風工作面點多面廣，致使礦井通風系統復雜。

以上問題導致勞動生產率下降，企業經濟效益降低。因此，必須對礦山的通風系統進行相應的優化改造。

4 礦山通風系統優化設計

4.1 優化設計方案

礦井通風系統改造主要包括以下幾個方面的內容。

(1)封閉廢棄巷道。為提高礦井的局部通風效果，對井下廢棄的巷道進行封閉，有效避免漏風，確保井下各需風點的風量要求。

(2)縮短通風線路，減小通風阻力。在礦井的東、西兩礦區的中部設置一條進風井，使礦井東、西兩礦區采掘工作面均形成獨立的通風系統，有效縮短通風線路，減小通風阻力。

(3)合理布置通風構筑物。井下需風點隨開采進度而變化，為滿足井下各中段需風點用風量，通過合理布置通風構筑物確保新鮮風流送入井下并按需要分配到每個工作面。

根據礦井通風系統優化改造的內容，擬定以下2種優化方案。

方案一：新建盲主井方案。將原盲主井改造成盲副井，盲副井負擔廢石、人員、設備材料的提升及下放，同時兼作進風井。同時在300線附近新建盲主井，盲主井在1 535～1 275m各中段設置馬頭門，負擔礦石提升，同時兼作進風井。

方案二:新建盲副井方案。在300線附近新建盲副井，盲副井在1 535～1 275m各中段設置馬頭門，負擔廢石、人員、設備材料的提升及下放，同時兼作進風井。原盲主井繼續利用。

4.2 構建礦井通風系統模型

①在CAD中繪制礦井通風系統的單線圖并保存為.dxf格式；②在Ventsim軟件中導入礦井通風系統單線圖形成三維通風系統圖；③將現場測定的巷道斷面尺寸、摩擦阻力系數等基本數據輸入系統軟件；④運行“風流模擬”檢測整個系統的可靠性，將重復、末端未閉合的風路進行修改。最終形成的礦井三維通風網絡模型如圖1，方案一礦井通風系統如圖2所示，方案二礦井通風系統模擬如圖3所示。

不同通風方案比較見表1。

方案一的主要優點：①改造費用少，電費省，通風線路短，通風阻力小；②通風順暢，便于生產過程中的通風管理；③盲主井與已有明主井的距離短，礦石運輸費用省；④若井下發生危險，盲副井作為井下安全出口距北風井近，可縮短逃生及應急救援線路。

圖1 礦井三維通風網絡模型

圖2 方案一礦井通風系統模擬圖

圖3 方案二礦井通風系統模擬圖

5 結語

通過利用Ventsim礦井通風軟件對某銅礦二期通風系統方案的模擬和優化，可得到如下結論。

(1)運用Ventsim軟件建立礦井通風系統模型，能以三維形式直觀展示礦井通風狀態，同時能方便、快捷地查詢各條風路通風參數，真正實現礦井通風設計從二維向三維的轉化。

表1 通風方案比較表

(2)運用Ventsim軟件能快速、準確地進行風網解算、風量按需分配，同時可以模擬任何時期的通風狀態，大大提高通風設計工作效率。

(3)根據風路的風量、風速、風壓等參數能快速判斷各風路的斷面是否符合通風安全要求，同時可為各風路推薦經濟斷面，為斷面設計提供參考并節省井巷投資。

(4)運用Ventsim軟件能快速地優選風機，并能進行風機運行工況分析，隨著礦體開采變化實時、動態地調節礦井通風系統，便于礦山通風管理人員在生產過程中對通風系統進行科學管理。

[1] 吳 超.礦井通風與空氣調節[M].長沙:中南大學出版社，2008.

[2] 胡漢華.金屬礦山熱害控制技術研究[D].長沙:中南大學，2007.

[3] 劉玉玲，周和平，蘇 哲.基于Ventsim的烏蘭煤礦通風系統優化設計[J].礦業安全與環境，2014，41(5)：69-75.

[4] 林增勇.礦井通風可視化系統研究與應用[D].武漢:中國地質大學，2008.

[5] 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.

[6] 徐向宇，張甲雷，侯振海.基于Ventsim系統的煤礦通風系統改造研究[J].煤炭技術，2015，34(9)：216-218.

[7] 趙志軍.基于Ventsim的大寧礦通風系統優化改造研究[D].太原:太原理工大學，2011.

Application of Ventsim software in the design of mine ventilation system

In view of problems existing in ventilation system in the second phase mining of a copper mine, two kinds of ventilation design schemes were put forward, and Ventsim software was used for the wind network calculation and dynamic simulation. Through the simulation and comparison of ventilation design schemes, the optimum ventilation plan was determined. The optimization design of the ventilation system was achieved, and good effect was obtained.

Ventsim; 3D modeling; optimization design; wind network calculation

1672-609X(2017)02-0011-03

TD724

A

2016-11-22

張國勝(1974-)，男，甘肅天水人，高級工程師，主要從事礦床開采應用及采礦設計方面的研究工作。