湖南某地區金礦礦井內通風系統設計及應用

盧文躍

（桃江縣自然資源局，湖南 益陽 413400）

湖南地區的礦山資源十分的豐富，現已發現的礦產資源有120余種，其中金屬礦最多，所以湖南又被成為有色金屬之鄉[1]。有色金屬中自身價值最高的就是黃金，隨著人們生活的水平逐漸提高，喜歡收藏黃金的人也越來越多，所以對于金礦的開采工作是礦工工作的重中之重。由于礦井的結構的特征，開采深度越大的礦井，其自然通風所遭受的阻力極大[2]。這種阻力已經嚴重影響了礦井內部的空氣流通，所以礦井內的施工人員因不能得到足夠的新鮮空氣而頭暈目眩。而且金礦普遍分布在距離地表較深的礦床內，所以在金礦的開采過程中必須要設計配套的通風系統，來保證施工人員的氧氣供應問題。礦井通風系統是保證礦工安全的前提條件[3]。通風系統的設計宗旨是要滿足安全可靠、經濟成本最低和便于操作管理這三個基本原則。傳統的通風系統應用到開采深度大的礦井中，時常出現由于不能抵拒通風阻力的干擾，而造成施工人員出現缺氧式頭暈的現象。針對這一現象，本文設計出新型的通風系統來解決當前的施工難題。

1 金礦礦井內通風系統硬件設計

該金礦礦井所在地區屬于中亞熱帶大陸氣候，年平均氣溫25℃，最熱月平均氣溫40℃，最冷月平均氣溫10℃，雨季（5月～10月）最大日降雨量450.23mm?；緸槿珖涤炅康淖疃嗟牡貐^。針對這樣的氣候特點，采用三級機站為系統的框架，來進行通風系統的設計。第一級機站位于該礦井3300m處的進風平嗣和3550m處的進風平酮內，其中在3300m處進入風平銅的裝機巷道，設定風量Q為240m3/s，采用2風機串聯再和3風機并聯的形式；在3550m處進入風平銅的平行巷道，設定風量Q為250m3/s，采用1風機串聯2風機并聯的形式。第二級機站位于該礦井的3400m處的回風天井聯絡道內。每個采場均有一個溜井，而溜井旁有一個通風小井，采用抽出式負責將3420出礦穿脈的污風風流送到3400處的回風聯絡道內。第三級機站位于該礦井3600m處的回風平嗣和南回風井3650m處的石門內，其中3600m回風平銅為裝機巷道，設定風量Q為240m3/s，風機型號為DK40-6-No20-30/25，采用1風機串聯3風機并聯的形式。

2 金礦礦井內通風系統軟件設計

為了保證該金礦礦井能順利完成工作，我們在其硬件基礎上，MCSAO軟件完成通風的操作。其內部共分為三個功能模塊，分別為：數據收集模塊、數據處理模塊、和通風阻力分析模塊。其工作流程為：首先計算出通風系統的相關數值，并繪制出通風系統的結構簡圖，最后在計算機對應的平臺上進行三維模擬動態的檢測，進而判定出該系統的合理性。MCSAO軟件的功能框架如圖1所示。

圖1 MCSAO軟件功能框架圖

2.1 通風數據收集

收集通風數據是通過MCSAO軟件中的數據收集模塊來完成的。數據收集模塊是軟件中第一個開始工作的模塊，又稱起始模塊；其中包括了新建數據庫、獲取數據信息、分析數據信息、數據分析和數據導出等功能。數據收集模塊在工作中首次將自動生成一個空白的數據庫，然后自動查找網絡基礎數據中的有關礦井通風的關聯數據，再把符合的數據按照規定的格式導出至word中，以便形成文件。

2.2 通風數據處理

根據收集到通風數據文件，利用MCSAO軟件中的通風數據處理模塊，來對數據進行處理。首先對變化的風路和設施數據通過改變圖素的屬性來進行篩選；其次通過輸入的調節阻力數據或圖形中巷道線的刪除、節點合并、新巷道線來代表井下巷道的改變情況；然后進行反風模擬要知道風機反轉特性曲線或風機反風量，手動調節風機為反轉狀態進行模擬解算；之后再給出指定點調節、優化調節和反風設置后分風解算的結果數據；最后將處理完成的數據傳遞到下一模塊內。

2.3 通風阻力分析

通風阻力分析由MCSAO軟件中的通風阻力分析模塊來完成。在理論分析之后，正式進入該軟件中最為核心的操作執行工作環節；操作實行是中通過計算機的輔助，以處理過的通風數據為參考，制作出通風系統在計算機平臺上的三維動圖，用以表達其工作效果。利用對緊急工況點的分析，以及礦井內通風情況的最大阻力分布情況進行理論分析，從而保證所設計出的系統能解決自然條件下通風阻力大的問題，減少礦井內通風阻力對礦井安全性影響。

3 仿真實驗

3.1 實驗準備

為驗證所設計出通風系統的實用價值，本文選擇湖南地區的某一礦井，利用新設計出的通風系統與傳統通風系統進行對比，構建出該地區金礦礦井的通風體統仿真模型。之后通過在計算機上的模擬操作來檢驗其仿真模型的合理性。實驗中用于模擬的礦井其特征屬性為：共分為進風段、用風段和回風段三個區段。網絡分支450條～700條、角練分支占總分支的20.15%～23.56%范圍內、礦井總長200km、工作風機共8臺、開采深度從地下600m～1500m。由于所需的開采區間過深，所以自然通風會收到極大的阻力。該阻力在空氣沿井巷中流動時，由于風流的黏滯性、慣性和井巷壁面等因素的影響，而造成了風流能量損失，進而嚴重影響礦井內的空氣流通。本文將對比所設計出的通風系統與傳統通風系統對通風阻力的處理情況，進而檢測出所設計通風系統的實用價值。實驗過程中，未經處理下礦井自然情況下通風的阻力分布情況如下表所示：

表1 未經處理下礦井自然通風測試點阻力分布情況

3.2 實驗結果

兩組系統處理下通風阻力的對比結果如下：

對比實驗結果，首先可以看出在所設計出的通風系統與傳統通風系統均可以降低自然通風的阻力，確定了兩種設備的實用價值；然后重點觀察兩種通風系統的處理結果，不難看出，所設計出通風系統的降低效果隨著開采深度的加深，而逐漸強于傳統通風系統的降低效率。所以檢測出所設計出的通風系統的100m深度向上的礦井中，比傳統通風系統更適宜使用。

圖2 兩種系統處理后的通風阻力損失情況

4 結語

本文通過詳細介紹了所設計出的通風系統的硬件設備和軟件設備，并通過和傳統通風系統的對比證實了所設計出產品的實用價值，并且精確檢測出該系統在100m深度以上的礦井中比傳統方法更適宜使用。該通風系統是采用更有效的方法來降低自然通風時的阻力干擾，促進礦井內的空氣流通，從而讓礦井內的施工人員可以得到新鮮的空氣，進而提高了礦井內施工的安全系數。