基于Ventsim的大型礦山通風系統設計

郭明明

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，　湖南 長沙　410011)

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基于Ventsim的大型礦山通風系統設計

郭明明

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙410011)

摘要：利用計算機技術來進行通風系統模擬仿真正逐步成為礦業發展趨勢。以某大型銀金礦為例，進行礦井總需風量計算，根據擬采用的通風系統，利用Ventsim軟件建立通風系統三維模型，開展風路模擬和風網解算，實現了通風設備合理選型，完成了該大型礦山通風系統設計，取得了理想的效果。此外，為滿足當地環保要求，在井下放置通風設施和在回風豎井口設置煙囪，對類似礦山通風系統設計具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：Ventsim；通風系統設計；風網解算；風機硐室

0引言

礦山通風系統設計是礦床開采總體設計的一個不可缺少的組成部分,它的基本任務是與開拓系統、采礦方法相配合，建立一個安全可靠、經濟合理的礦山通風系統，計算各時期各工作面所需的風量及礦山總風量，計算礦山總阻力，然后以此為依據，進行通風設備選型[1]。

對于大型礦山而言，其通風系統往往比較復雜，采用傳統的靠經驗、猜測和手工方法很難準確確定各進、回風井的風量及礦山總的通風阻力[2-3]。利用計算機技術來進行通風系統模擬仿真正逐步成為礦業發展趨勢，目前，國內外已開發出多個礦山通風系統仿真軟件[4]。其中，Ventsim三維通風仿真系統以其操作簡單、系統界面簡潔、模擬效果逼真和通風網絡解算速度快及精度高等優點，被認為是通風領域最先進的軟件系統，可用于復雜礦井三維通風設計、通風網絡解算及優化、經濟斷面分析、風機選型和通風過程動態模擬等領域，并在國內外礦山得到了廣泛的應用[5-9]。本文以某大型銀金礦為例，介紹Ventsim軟件在礦山通風系統設計中的應用。

1工程背景

該大型銀金礦開采方式為地采，設計生產能力為6000 t/d(1980 kt/a)。礦體埋藏較淺，中段高度為30 m，劃分為-20，-50，-80，-110，-140，-170，-200，-230 m和-260 m共9個中段。采用主斜坡道(2條)無軌開拓方式，中段30 t坑內卡車運輸。采礦方法為盤區機械化上(下)向進路充填法和盤區機械化進路充填法。

根據礦山開拓運輸系統布置情況以及礦體賦存特征等，擬采用側翼對角抽出式通風系統。考慮到單靠2條斜坡道進風不能滿足礦山1980 kt/a生產能力需風量的要求，擬在礦區南、北兩翼、巖石移動范圍外各新掘一條專用進風井(北進風斜井和南進風豎井)，同時在礦區東翼、巖石移動范圍外新掘一條專用回風井(東部回風豎井)。新掘進、回風井的參數見表1。

表1　新掘專用進、回風井參數

注：(1) 進、回風井均于-50，-80，-110 m中段通過馬頭門連通；

(2) -110 m以下各中段通過階段進(回)風豎井進(回)風。

新鮮風流由斜坡道、北部進風斜井和南部進風豎井進風，經石門、沿脈平巷、穿脈平巷、采區斜坡道、分段巷道等進入作業面，洗刷工作面后，污風經通風天井、上中段穿脈平巷、沿脈平巷、回風石門，由東部回風豎井抽出地表。

2總風量計算

礦井總風量為回采工作面需風量、掘進工作面需風量和輔助工作面需風量的總和，需風量分別按排塵風量、排塵風速和排出柴油設備尾氣3種方法計算，取最大值作為設計風量。

考慮采用進路充填法采礦，地表不會受到破壞，內部漏風系數取1.05，外部漏風系數取1.1，以此基礎計算出礦井總需風量為430.0 m3/s。礦山總風量計算見表2。

表2　總風量計算

3通風系統模擬

3.1通風系統模型建立

首先，在AutoCAD軟件中設計各個中段的三維立體圖，將文件另存為.dxf格式文件；然后，利用Ventsim軟件導入.dxf格式的中段三維立體圖文件；最后，在Ventsim軟件中建立1號斜坡道、2號斜坡道、北部進風斜井、南部進風豎井、東部回風豎井、階段進(回)風井等井巷工程三維模型。利用Ventsim軟件建立的礦山通風系統三維模型如圖1所示。

圖1礦山通風系統三維模型

3.2參數輸入

在風網解算之前，需將通風系統三維模型中各井巷工程的主要參數(包括巷道斷面尺寸和阻力系數等)輸入到Ventsim軟件當中。

網絡解算參數的選取參考國內外類似大型礦山設計實際經驗，以力求切合通風系統的實際情況，最大限度的使網絡與風機能力進行匹配，提高通風效率，降低通風能耗。

3.3風量分配

風量分配按以下原則進行：

(1) 工作面按需給風；

(2) 摩擦阻力系數參照類似工程選??；

(3) 巷道斷面及支護形式按設計選取；

(4) 風速符合安全規程要求；

(5) 盡量擴大自然分風范圍，降低通風能耗；

(6) 密閉墻風阻按10000千繆以上；

(7) 保證無軌巷道風速，及時稀釋柴油機尾氣；

(8) 不單獨考慮各漏風點的漏風量，而在總風量分配及風機參數選擇時統一調整。

3.4 通風網絡解算

為使礦井的風量分配能夠最大限度的符合實際情況和滿足設計要求，在通風網絡解算前，需在通風網絡模型中設置通風構筑物，主要有風墻、風門和風窗等，同時，在采場、掘進工作面和通風困難的硐室等工作點必須進行局扇通風[5]。

經解算，主要風路的通風指標見表3，對于風網解算過程中風路的風速等參數不滿足相關規程規范要求時，需對工程參數進行適當調整，使得設計的通風系統經濟、合理和滿足規程規范要求。

表3　主要風路的通風指標

經分析，容易時期為-80 m與-110 m中段同時回采時期，困難時期為-200 m與-230 m中段同時回采時期。通過Ventism軟件模擬，同時考慮局部阻力(15%)，困難時期通風系統阻力為1507 Pa，容易時期通風系統阻力為1221 Pa。

4通風設施

考慮到當地環保要求高，擬將通風機放在井下，同時東部回風豎井出地表再設置煙囪。

在-50 m中段、東部回風豎井附近設風機硐室2個，單臺風機硐室尺寸：長×寬×高=25 m×10 m×10 m(吊軌底)?？紤]通風裝置、消聲裝置阻力及漏風系數等，經計算，風機硐室內配置2臺DK-12-NO38軸流式風機并聯運行，每臺風機配套電機為Y710M-12(2×560 kW，490 rpm，10 kV)，變頻控制。

每臺風機通過反轉實現反風，可在10 min內改變巷道內的風流方向，當風流方向改變后，在各種條件下通風機的供風量均能達到60%以上；并設有一臺同規格和型號的備用電機，在電機出故障時更換。

5結論

(1) Ventsim軟件以其界面友好、形象直觀、運行速度快和數據精度高等特點，能很好的對大型復雜礦山的通風系統進行模擬仿真，對礦山通風系統設計具有積極指導意義。

(2) 對于環保要求高的礦區，可考慮將通風設施放置在井下和在回風豎井口設置煙囪，可有效降低廢氣和噪音的不良影響，對類似礦山通風系統設計具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]吳超.礦井通風與空氣調節[M].長沙：中南大學出版社,2008:7.

[2]蔡序淦,楊成林.大型復雜礦井的通風設計[J].有色冶金設計與研究,2011,32(2):1-2.

[3]劉玉玲,蘇哲,周和平.基于Ventsim的烏蘭煤礦通風系統優化設計[J].礦業安全與環保,2014,41(5):69-71.

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

[5]尚曉明,張愛民.Ventsim軟件在某礦通風設計中的應用[J].采礦技術,2014,14(6):59-60.

[6]張柬,張希巍,王洪波,等.基于Ventsim軟件礦山通風系統設計的優化[J].有色礦冶,2013,29(6):7-9.

[7]柳明明.Ventsim三維通風仿真系統在金屬礦山的應用[J].金屬礦山,2010(10):1207-122.

[8]鄧紅衛,張瑞,雷濤，等.基于Ventsim的云錫新山礦段通風系統優化[J].采礦技術,2010,10(4):747-76.

[9]王超群.基于Ventsim系統的老礦山通風系統改造研究[J].有色金屬(礦山部分),2013,65(1):877-89.(收稿日期：2015-08-25)

作者簡介：郭明明(1985-)，男，河南安陽人，碩士，工程師，研究方向主要為礦山設計、數字化礦山，Email:258188494@qq.com。