基于Ventsim的矿井通风网络仿真模拟与方案优化.pdf

S e r i a l No． 5 78 J u n e ． 2 0 1 7 现代矿业 M0DERN MI NI NG 总 第 5 7 8 期 2 0 1 7 年 6月第 6期 基于 V e n t s i m的矿井通风 网络仿真模拟与方案优化 惠青龙 郭宏东 李晓刚 ， 一 1 ． 浙江长兴白象硅灰石矿有限公司； 2 ． 中钢集 团马鞍 山矿山研究院有限公 司； 3 ． 金属矿 山安全与健康国家重点实验 室 摘 要利用 V e n t s i m软件建立了某矿井通风 网络三 维仿真模 型， 通过对压入 式和抽 出式通 风的模拟解算以及数据分析 ， 从通风的角度论证矿 井联合开拓 系统的合理性 ， 并结合井下工作面实 际通风情 况， 提 出了相应的优化措施。结果表 明， 采用不同的通风方式， 矿井通风 网络相关参数 未 出现较大波动 ， 联合开拓设计方案是合理的 ， 工作 面采取 的通风优化措施符合 实际情况 ， 具有可行 性。现有通风设备也 完全满足联合开拓后矿井通风的需求， 模拟数据可 以作为矿 井通风 网络调整 的依 据 。 关键词矿井通风仿真模拟V e n t s i m 通风是保障矿井安全生产的主要技术手段之 一 ⋯ ，对矿井的正常生产及资源的安全开采有着极 其深远的全局性影响 J 。随采矿技术及装备的迅 速发展 ， 矿山的规模和开采深度都在逐年增加 ， 通风 系统也越发复杂； 人工解算耗时费力， 无法做到动态 管理 。据不完全统计 ， 世界上开采深度超过千米的 金属矿山至少有 7 9座 J ， 而这些矿井基本都面临通 风困难的问题 。某矿山包括东 、 西 2个矿区， 其 中西 矿区 目前正在开采 ， 东矿区为拟建矿 区。从矿 区的 最西侧至最东侧全长约 2 0 0 0 m， 考虑将主、 副井 开 拓系统 放 在两矿 的中部偏西 位置 ， 可有效 兼顾 2 个矿 区的联合开拓 需要。 由于两矿 区之 间距 离较 长 ， 联合开拓后 ， 开采深度进一步加大 ， 无法确定矿 山现有通风设备是否能满足通风需求。为达到科学 合理地解决通风中存在 的各种难题 ， 提高通风系统 的信息化水平， 实现通风网络解算、 风量调节的可视 化和自动化的 目的， 本文借助 V e n t s i m三维仿真软 件对某矿山通风网络进行仿真模拟与优化改造 ， 对 矿井通风做 出迅速有效 的动态模拟 ， 为矿井通风 的 可视化管理与优化提供有力 的保 障措施 。 1 工程概况 某矿山新建联合开拓系统拟定在两矿区中间结 合部设置主井 、 副井。主井为箕斗井 ， 设井下溜破系 统 ； 副井为罐笼井 ， 兼进风 、 人 员、 设备、 材料和废石 提升。在东、 西矿 区的边侧各设一条 回风井 。考虑 采用中央副井压人 式通风或两 翼 回风井 抽 出式通 风， 风机均安装在井下合适位置， 以减少地面通风设 施 的建 设 。 井下 中段高度为 6 0 m， 共设置 4个 中段 ， 自下 而上开采 。采用分段空场及浅孔留矿嗣后充填采矿 方法， 为满足各采矿方法的装矿和运输要求， 中段运 输水平一般采用上 、 下盘沿脉加穿脉环形布置方式 ， 穿脉按5 0 m间距垂直沿脉布置。由于矿体倾角极 陡 ， 拟采用 阶段运输方案 ， 阶段高度 为 1 2 0 m， 一个 阶段含 2个中段 ， 在下部 中段 布置运输线 路。各巷 道详细参数见表 1 ， 矿山现有风机设备见表 2 。 表 1 井巷参数 表 2 矿 山现 有通风机型号及 参数 型号 转速 ／ r ／ m i n 9 8 0 9 8 0 叶片 风量 范围 风压范 围 功率 ／ 。 ／ m。 ／ s ／ P a ／ k W 2 3 6 9． 8～1 3 2． 0 1 0 1 9 ～l 9 5 8 2 5 0 2 3 5 0． 9 ～9 6． 2 8 2 6 ～1 5 8 5 1 6 0 K 45 _ 6． NO． 2 0 惠青 龙 1 9 7 4 一 ， 男 ， 工程师 ， 3 1 3 1 0 0浙江省长兴县李家港镇 。 K 4 5 -6． NO 1 8 2 5 0 惠青龙郭宏东等 基于 V e n t s i m的矿井通风网络仿真模拟与方案优化 2 0 1 7年6月第6期 2 Ve n t s i m 简介 V e n t s i m三维通风仿真 系统 主要功能包括三维 通风设计、 风 网解算 、 风机选 型和通风过 程动态模 拟 ， 高级功能提供热模 拟、 污染 物扩散模拟 ， 提供通 风经济性分析工具 ， 在三维可视化的环境 中对通风 方法的合理性和经济性进行模拟， 在保证通风安全 的前提下节约通风成本 ， 适用于各 种通风复杂程度 的矿 山。 3 通风系统模型 根据设计开拓系统建立通风模 型 图 1 、 图 2 ， 包括东、 西 2个矿区 ， 主要 由副井、 两翼回风井 、 沿脉 运输巷道、 穿脉巷道、 工作面等巷道组成。新鲜风流 从两矿区中间的副井进人 ， 经运输巷及穿脉巷 ， 通过 人行通风井进入采场， 洗涮工作面后， 污风经回风天 井到达回风水平 ， 最后分别 由两翼回风井排出地表。 对于某些通风状况不 良的采场 ， 采用局扇加强通风 ； 为简化模型， 主井及掘进工作面不参与解算。 图 1 开拓 工程模型 图 2 工作面通风 系统模型 注 深色部分为上 阶段 回风水平 ， 浅 色部分 为下 阶段进风 流水平 。 4 模拟结果分析与优化措施 矿井采用中央副井进风、 两翼风井出风的分区 对角式通风方式 ， 就设计 的开拓系统而言， 新鲜风流 从副井压人或从两翼风井抽出 ， 二者的通风效果应 基本一致 ， 能满足主要井巷 的风量 、 风速规定 ， 也 能 提供井下采场合理用风需求 ， 即在不同通风方式下 ， 在一定变化范围内， 矿井通风系统都具有保 持动态 稳定 的性能。模拟结果见表 3 。 通过模拟发现 ， 中央副井压入式通风与两翼风 井抽 出式通风效果基本一致 ， 矿井通风网络在不 同 通风方式下 ， 具有保持一定范 围内的动态稳定性 。 表 3 主 要井巷风 量、 风速 中央副井压人式通风 两翼 回风井抽出式通风 地点 风量／ n l ／ s 风速／ m ／ s 风量／ m 。 ／ s 风速／ m ／ s 因此 ， 矿井开拓系统设计较为合理 。根据规定 ， 副井 最大进 风速度 为 8 m ／ s ， 风 井最 大 回风速度 为 1 5 m ／ s ， 工作面风速合理范围为 0 ． 2 5 4 m ／ s ， 抽出式 通风模拟结果更符合规范的要求。另一方面， 综合 考虑设计通风系统与现有通风设备 的衔接利用 ， 分 别将现有 2台风机安置在风井井下 ， 更有利于节省 地面空间。 局部通风方面， 矿井各巷道通过风量与相应通 风设施的安装位置密切相关。新鲜风流若从采场两 侧通风行人天井分别进入， 则工作面风流会出现紊 乱 ， 位置较远的人行天井也很有可能会 出现污风下 行。在本次模拟优化中， 分别对进风人行天井上端、 回风人行天井下端采取阻断措施， 强制新鲜风以倒 “ z ” 字形方 向流动 ， 有效解决 了风流 串行、 污风下行 等问题。 5 结论 1 利用 V e n t s i m建立 了某矿 山通风系统仿真 网络， 通过模拟、 对比和分析， 验证了联合开拓系统 方案在不同通风方式下均可以保持系统参数相对稳 定 ， 抽 出式通风更有利于矿井 。 2 对工作面局部通风进行了优化， 在人形天 井不同部位采取风门、 木板等工具对风流进行阻断 ， 有效解决了进风人行天井和回风行人天井之间经常 出现的串风、 污风下行等问题 。 3 模拟解算中选择的主要通风机与某矿山现 有通风设备完全满足联合开拓后矿井通风的需求 ， 该软件能准确快速地模拟出矿井通风系统 ， 模拟数 据可作为今后矿井通风网络调整的依据。 参考文献 [ 1 ] 张国枢． 通风安全学[ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 胡汉华． 深热矿 井环境控制 [ M] ． 长沙 中南大学出版社， 2 o o 8． [ 3 ] 胡社荣 ， 彭纪超 ， 黄灿 ， 等． 千米以上深矿 井开采研 究现 状与 进展 [ J ] ． 中国矿业， 2 0 1 1 7 1 0 5 1 1 0 ． 收稿 日期 2 0 1 7 - 3 - 2 1 251