礦山通風系統(tǒng)優(yōu)化及具體應用

王建軍

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對能源資源需求特別是礦產(chǎn)資源需求量開始逐年遞增，因而促進了礦產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展與進步，采礦技術提升、采礦規(guī)模擴大使礦山開采更加深入地下，礦山開采難度越來越大，井下環(huán)境越來越復雜。面對深入地下的礦山，其中最大的問題就是井下通風問題，通風系統(tǒng)影響著井下工作安全，是礦工井下工作的保障，因此促進通風系統(tǒng)優(yōu)化是提高礦山開采質(zhì)量的重要措施。在礦山通風系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)風流分配不合理、系統(tǒng)耗能過大、通風效果差等問題，根據(jù)礦山開采工作實際環(huán)境狀況提出通風系統(tǒng)優(yōu)化方案，有效促進礦山開采效率提高，營造良好的井下工作環(huán)境。本文以通風三維仿真系統(tǒng)為例對礦山開采工作中存在的普遍性通風問題進行探討，以降低經(jīng)濟成本、提高井下工作安全、提高井下工作效率為目的，提出具有較高經(jīng)濟效益的通風系統(tǒng)優(yōu)化方案。

關鍵詞：礦山通風系統(tǒng)；優(yōu)化方案；應用

我國經(jīng)濟建設要求提高能源資源產(chǎn)能，生活生產(chǎn)對能源資源需求量增加，為了滿足日益增長的能源需求，促進礦產(chǎn)能源的可持續(xù)發(fā)展，許多礦山開采企業(yè)開始擴大開采規(guī)模，向著礦山更深處進行開采，但由于地下環(huán)境因素復雜，開采技術水平不足等問題，導致井下開采環(huán)境復雜，給通風系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)帶來阻礙。而礦井下復雜環(huán)境會使井下通風系統(tǒng)出現(xiàn)通風不暢、跑風、系統(tǒng)難以控制等問題，為井下通風安全造成影響，降低了礦山開采工作效率，對礦山產(chǎn)能提高有一定阻礙。因此礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化有利于礦山生產(chǎn)安全，是提高開采效率的關鍵措施。

1 大型復雜礦井的通風問題

進入深井開采的大型復雜金屬礦井，由于通風動力、通風網(wǎng)絡、通風構(gòu)筑物等多方面的原因?qū)е碌V井通風系統(tǒng)出現(xiàn)諸多問題，影響了礦井通風系統(tǒng)的有效運行，通風效果不佳。大型通風系統(tǒng)普遍存在的問題及原因分析見表1。

2 大型復雜礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方法

針對開采多年并開始步入深井開采的復雜大型礦山，要解決通風系統(tǒng)運行過程中存在的諸多問題，實現(xiàn)礦井風流的有序流動和井下生產(chǎn)的正常進行，需要及時開展礦井通風系統(tǒng)調(diào)查、測試和分析，應用先進的通風三維仿真系統(tǒng)軟件對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化和完善。一般從通風網(wǎng)絡、風流調(diào)節(jié)設施和通風構(gòu)筑物等方面進行優(yōu)化，其難點在于通風網(wǎng)絡復雜分支巷道多、輔扇多、風流調(diào)節(jié)的點多等。

2.1 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化軟件

礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化軟件是運用FORTRAN 90編寫的，運算迭代速度快，通風網(wǎng)絡分析數(shù)據(jù)可靠，實用性和通用性強，不僅適用于復雜的統(tǒng)一通風系統(tǒng)，也適用于多輔扇或多級機站通風系統(tǒng)的優(yōu)化，能有效解決大型復雜礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化的難題。該軟件主要包括自然風壓適時計算、通風網(wǎng)絡解算、通風系統(tǒng)三維模型建造、數(shù)據(jù)輸入輸出與查詢等模塊。自然風壓適時計算模塊能將實測得到的不同季節(jié)不同時間的地表和井下的氣溫參數(shù)，以及進、回風井筒深度值輸入計算機，自動計算礦井自然風壓值，并自動刷新至通風系統(tǒng)網(wǎng)絡解算的原始數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)適時分析自然風壓對礦井通風系統(tǒng)的影響，有助于了解自然風壓的變化規(guī)律。

2.2 通風網(wǎng)絡優(yōu)化

礦井通風網(wǎng)絡優(yōu)化是礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化的核心內(nèi)容之一，因此，在進行通風網(wǎng)絡優(yōu)化時，一般以礦井通風系統(tǒng)設計和礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀為基礎，應用礦井通風三維仿真系統(tǒng)優(yōu)化通風網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。礦井通風網(wǎng)絡優(yōu)化力求簡單明了，主要從通風巷道斷面積、生產(chǎn)布局、通風線路等方面進行優(yōu)化，力求通風線路最短通風阻力最小、有害角聯(lián)巷道少、風量分配合理、通風壓力均衡、通風調(diào)節(jié)簡單、通風網(wǎng)絡管理容易等，確保通風網(wǎng)絡的通暢。

2.3 通風構(gòu)筑物優(yōu)化

通風構(gòu)筑物是用于引導風流、阻隔風流和調(diào)節(jié)風流的設施，對井下風流調(diào)控有著非常重要的作用。在不增加礦井通風系統(tǒng)阻力的前提下，根據(jù)風流調(diào)控的需要，應用礦井通風三維仿真系統(tǒng)優(yōu)化通風構(gòu)筑物的類型及位置等。力爭在不增加礦井通風阻力的情況下，做到通風構(gòu)筑物位置設置合理，確保構(gòu)筑物質(zhì)量，能有效控制風流循環(huán)和漏風，實現(xiàn)風流合理調(diào)控，保障礦井生產(chǎn)安全有序。

2.4 風機優(yōu)選

對礦井通風系統(tǒng)中風機的選擇需要對各項參數(shù)條件進行綜合考慮，主要以節(jié)能環(huán)保、調(diào)節(jié)靈活、控制簡便為標準，根據(jù)具體開采環(huán)境對風機安裝位置以及數(shù)量進行選擇。由于井下通風系統(tǒng)用電量占礦山總用電量的三分之一左右，因此需要重點考慮風機的運行效率與能耗，盡量降低耗電量。

對效率高、能耗低風機的選擇需要對井下通風阻力與所需要總通風量進行計算分析，令其與通風系統(tǒng)配合充分發(fā)揮其效用；季節(jié)不同井下所需風量也有所不同，可以利用風機調(diào)頻技術實現(xiàn)對風機工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，降低能耗；對已安裝風機可以通過對風機結(jié)構(gòu)的調(diào)整盡可能地優(yōu)化風機運行狀態(tài)，促進工作效率提高，降低因結(jié)構(gòu)不合理造成的風機損耗。

3 礦井通風系統(tǒng)分析與優(yōu)化應用實例

3.1 礦井通風系統(tǒng)調(diào)查

礦井通風系統(tǒng)調(diào)查主要是對礦井通風網(wǎng)絡、通風動力和通風構(gòu)筑物等進行全面的調(diào)查、測試和評價，分析礦井通風系統(tǒng)存在的主要問題及原因，為礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。

3.2 通風系統(tǒng)評價與分析

由現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可以看出，該礦通風系統(tǒng)存在較多問題。（1）主扇裝置效率不高，這與礦井風流紊亂和主扇不夠匹配通風網(wǎng)絡有關。（2）井下通風構(gòu)筑物不夠完善和損壞嚴重，使得中段和盤區(qū)之間存在污風循環(huán)和污風串聯(lián)，導致礦井風質(zhì)合格率、風速合格率和有效風量率偏低。

結(jié)束語

礦山通風系統(tǒng)效用的充分發(fā)揮受到井下環(huán)境狀況的影響，復雜的井下環(huán)境不但使礦工生命安全受到威脅，還影響礦山開采效率，因此對礦山通風系統(tǒng)的優(yōu)化需要依據(jù)實際礦井環(huán)境進行分析，在充分掌握通風狀況后采取科學合理的解決措施實現(xiàn)對通風系統(tǒng)的優(yōu)化。

（1）通風系統(tǒng)由于深井開采環(huán)境復雜造成了通風調(diào)節(jié)困難、設備設置較多、通風效率低等問題，需要對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。通風系統(tǒng)優(yōu)化以降低經(jīng)濟成本、提高通風效率、保證通風安全以及簡化調(diào)控環(huán)節(jié)為目標，將通風系統(tǒng)與計算機技術相結(jié)合開發(fā)出的通風仿真系統(tǒng)軟件能夠有效促進通風設備的優(yōu)化以及通風結(jié)構(gòu)的設置。

（2）通過對實際礦山開采環(huán)境進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦山通風系統(tǒng)普遍存在風機效率低、結(jié)構(gòu)復雜、通風設備不完善而導致的通風效果差問題。在開采過程中，作業(yè)面不集中、同時作業(yè)點較多都會產(chǎn)生通風問題，風流分配不合理，井下通風條件差，經(jīng)過對開采作業(yè)點的合理規(guī)劃以及作業(yè)順序的調(diào)整能夠有效改善風流分配，在全面掌握井下通風環(huán)境的條件下對通風設備的安裝進行設置，促進通風網(wǎng)絡完善，使用高效節(jié)能風機，提高通風效率，降低通風阻力，在提高經(jīng)濟效益的同時保障礦山工作安全。

參考文獻

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