大型機械化礦井通風(fēng)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(fēng)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(fēng)系統(tǒng)，并依據(jù)技術(shù)規(guī)范進行分析，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)存在因大型無軌設(shè)備作業(yè)導(dǎo)致風(fēng)流調(diào)控實施不完善、風(fēng)流短路、風(fēng)流反向及局部通風(fēng)阻力較大等問題?；谕L(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件，提出3個通風(fēng)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(fēng)效果的綜合比較，優(yōu)選最佳方案，改善通風(fēng)效果。

通風(fēng)系統(tǒng)； 網(wǎng)絡(luò)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(fēng)系統(tǒng)并未做相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，從而出現(xiàn)有效風(fēng)量率低、風(fēng)流短路、污風(fēng)串聯(lián)等問題，使礦井通風(fēng)效果受到嚴(yán)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(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究。

2 通風(fēng)系統(tǒng)分析及評價

2.1 通風(fēng)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(shè)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(shè)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(fēng)方式，新風(fēng)實際從輔助斜坡道、北進風(fēng)管纜井、南進風(fēng)井、膠帶斜井進入，清洗工作面后，污風(fēng)經(jīng)東回風(fēng)井和西回風(fēng)井抽出。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)測定

通過對礦井通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)測定時要求在礦山正常生產(chǎn)、風(fēng)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(zhǔn)確可靠，風(fēng)機測定結(jié)果見表1，風(fēng)量測定數(shù)據(jù)列于表3中。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)評價

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

表1 風(fēng)機測定結(jié)果

表2 通風(fēng)系統(tǒng)測評結(jié)果

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

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

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

(4)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不合理，導(dǎo)致污風(fēng)串聯(lián)。-150m中段、-87m中段和膠帶斜井的局部網(wǎng)絡(luò)不合理，使得污風(fēng)串聯(lián)。

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

3 通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)，增設(shè)不影響正常生產(chǎn)的礦用空氣幕，加強風(fēng)流調(diào)控，完善通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，主要措施如下。

(1)增設(shè)礦用空氣幕，調(diào)控風(fēng)流。設(shè)置礦用空氣幕于-70m和-87m中段采準(zhǔn)斜坡道入口處，增加作業(yè)中段進風(fēng)量，調(diào)控風(fēng)流，有效控制短路風(fēng)量，提高通風(fēng)效率。

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

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

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

(5)在輔助斜坡道井口處設(shè)置水幕，對新鮮風(fēng)流進行凈化、降溫，提高風(fēng)質(zhì)，在冬季加強自然風(fēng)壓作用，輔助礦井通風(fēng)，在夏季對入風(fēng)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(fēng)路積石，降低通風(fēng)阻力。

3.1.2 技術(shù)方案二

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

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

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

(3)在-50m中段1#采準(zhǔn)斜坡道入口處設(shè)置自動風(fēng)門，在-70、-87m中段1#采準(zhǔn)斜坡道入口處設(shè)置無風(fēng)墻輔扇，增加作業(yè)中段新風(fēng)量，改善通風(fēng)效率。

(4)掘通北進風(fēng)管纜井與-150m石門；掘通膠帶斜井與-100m中段聯(lián)絡(luò)道并設(shè)置風(fēng)門；延伸南進風(fēng)井至-150m中段，完善通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

(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(zhǔn)斜坡道設(shè)置風(fēng)門型空氣幕，完善其它通風(fēng)構(gòu)筑物，并與方案一進行比較。

3.2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算

3.2.1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件

運用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件將現(xiàn)實的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)學(xué)網(wǎng)絡(luò)圖，再依據(jù)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算理論開展網(wǎng)絡(luò)模擬解算。應(yīng)用的計算機軟件“礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化”用 FORTRAN90 編寫于 WindowsXP 操作平臺[5]，網(wǎng)絡(luò)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(fēng)系統(tǒng)。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果分析

運用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件創(chuàng)建礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬系統(tǒng)，在不進行調(diào)整的情況下模擬通風(fēng)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(zhǔn)確的基礎(chǔ)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(fēng)機的風(fēng)量風(fēng)壓、空氣幕的模擬設(shè)置、風(fēng)流的主要網(wǎng)絡(luò)等，得到各方案的優(yōu)化解算結(jié)果，見表3。

表3 網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果 m3/s

(1)現(xiàn)狀通風(fēng)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(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算的準(zhǔn)確可靠。

(2)3個擬定的通風(fēng)技術(shù)方案的總進風(fēng)量均能滿足礦井通風(fēng)需要，其中技術(shù)方案一在各中段的有效風(fēng)量率最高，能滿足大部分中段的需風(fēng)量，尤其是主要作業(yè)中段，風(fēng)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(fēng)安全要求的基礎(chǔ)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(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，既提高了通風(fēng)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(fēng)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(biāo)進行綜合評價，分析存在問題及原因，對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究至關(guān)重要。

(2)應(yīng)用通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進行網(wǎng)絡(luò)模擬解算，結(jié)果表明該軟件準(zhǔn)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(fēng)流，在不影響正常生產(chǎn)情況下可替代無風(fēng)墻輔扇，調(diào)控風(fēng)流。

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

[2] 王英敏.礦井通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(fēng)流調(diào)控技術(shù)及應(yīng)用研究[D].贛州:江西理工大學(xué),2014.35-44.

[5] 王海寧,吳 超.礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件及其應(yīng)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