金屬礦分區接力通風系統優化設計

吳紅斌

（太鋼集團代縣礦業有限公司，山西 忻州 034000）

礦產資源開發是人類生存以及社會發展的重要活動之一，當前在工業生產領域中有超過三分之二的能源與原材料均是依賴于礦產資源的開發。因此，礦產資源的開發在人類經濟與社會發展中占據著十分重要的地位，而金屬礦產資源的開采是當前生產工業原材料的基礎工業活動。針對礦井的通風環節是保證作業人員在井下施工安全的前提，其主要作用是將地面新鮮的空氣源源不斷地輸送到礦井下的各個施工場所，為作業人員提供充足的氧氣，并稀釋礦井中可能存在的有害氣體，保證作業環境的舒適度[1]。隨著地表金屬礦產資源的不斷開發，所生資源日趨枯竭，金屬礦產資源開采逐漸向著更深的方向發展，但深部開采通風存在線路長、通風阻力大、礦源熱輻射高等問題，因此針對金屬礦的分區接力通風系統設計尤為重要。傳統金屬礦分區接力通風系統在實際應用中存在總風量與采掘面供風量不足、風流串聯使用次數較多等問題，容易造成開采地區礦塵濃度超標，嚴重威脅金屬礦產資源開采的安全性和作業人員的身體健康。基于此，本文開展金屬礦分區接力通風系統優化設計研究。

1 金屬礦分區接力通風系統硬件優化設計

1.1 通風機選型

針對金屬礦分區接力通風需要，本文系統中的通風機選用K50L系列礦用節能通風機。K50L系列通風機采用扭曲機翼葉片，與其它通風機相比氣動效率更高，節能效果更理想[2]。同時，該系列通風機規格齊全，能夠與各類阻力和風量類型的通風網絡形成良好匹配，保證長期有效的運轉。表1為K50L系列礦用節能通風機不同機型編號與對應參數。

表1 K50L系列通風機不同機型編號與對應參數表

在實際應用中，根據不同的需風量，選擇K50L系列對應機型編號的通風機，可以達到事半功倍的效果。多臺通風機以串并聯的形式連接，形成緊湊的通風機組結構。

1.2 測定設備選型

本文金屬礦分區接力通風系統除上述通風機外，還需要一系列相關測定設備。選用DJS-42通風多參數檢測設備，對金屬礦中的大氣壓力、風速、差壓、濕度和溫度等參數進行實時檢測DJS-42型號通風多參數檢測設備的測量范圍內為：450.00hPa～13500.00hPa大氣壓力，精度為±25Pa；0.15m/s～18.5m/s風速，精度為±0.05m/s；-750.00hPa～750.00hPa差壓，精度為±25Pa；0～95%RH濕度，精度為±2.5%RH；-15℃～45℃溫度，精度為±0.5℃。再選用型號為DS6A多參數氣體測定器，對金屬礦中的氧氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等氣體進行檢測。選用SJ-SHIC500手持式PM2.5測量設備金屬礦空氣中的可吸入顆粒物和可入肺顆粒物進行檢測。除此之外，還需要滑尺、皮尺、U型管、皮管、畢托管等測量設備，對金屬礦中的各變化參數進行計算。

2 金屬礦分區接力通風系統軟件優化設計

2.1 金屬礦分區開采需風量計算

金屬礦分區接力通風系統的應用主要目的是為了為礦井作業人員提供一定量的新鮮空氣，并將礦井中的有毒、有害氣體稀釋。

根據金屬礦開采的特點，全礦分區開采需風量應為工作面最大需風量與各分區獨立通風硐室最大需風量之和，因此全礦總風量可根據如下公式進行計算：

公式（1）中，W表示為金屬礦全礦總需風量；Ws表示為金屬礦回采工作面需風量；Ws'表示為金屬礦備用回采工作面需風量；Wi表示為金屬礦掘進工作面需風量，包括開拓階段和采切階段的挖進；Wr表示為金屬礦要求獨立風流通風的硐室需風量；WH表示為其他位置需風量；δ表示為金屬礦礦井需風量備用系數。在實際作業中，金屬礦分區開采需風量會受到礦井地熱、空氣絕熱自壓縮散熱以及礦井炸藥爆破時產生的熱量影響，造成最終分區開采內部通風量小于實際提供通風量的問題，因此在實際通風時要為分氣開采提供遠大于需風量的通風量，防止通風不充足造成負面影響。

2.2 變頻智能分區接力通風控制

通過本文上述完成對金屬礦分區開采需風量計算后，對金屬礦的變頻智能分區接力通風進行控制。不同區域的承擔處理增量值的計算公式為：

公式（2）中，ΔW表示為不同區域的承擔處理增量值；WT表示為實際輸出功率。根據上述功率增量計算公式，可進行控制偏差值的分析，不根據不同區域需風量差異，通過改變增量值，實現對各區域有效通風控制。根據上述增量值計算結果，通過建立系統接力通風控制目標以及通風線路，實現對金屬礦不同分區的接力通風控制[3]。

首先，在本文系統內傳遞的控制數據中進行查詢，判斷是否存在異常數據；其次，再利用上述計算公式對異常數據進行綜合評估；再其次，建立分區接力路徑與目標數據的映射關系，實現對本文系統實時的通風校正；最后，通過控制風量輸送功率的數值變化，實現對金屬礦不同區域的高效率通風。

3 實驗論證分析

選取某地區復雜金屬礦作為實驗對象，將實驗對象各參數輸入到三維通風模擬軟件當中，分別利用本文系統和傳統系統對其進行通風控制，并通過軟件對通風過程進行動態模擬。由于在仿真金屬礦通風網絡中，各個分支在網絡當中的位置不同，進而會對整個通風系統造成影響。因此對于實驗對象而言，其通風網絡結構中井下的分支較多，若對所有分支均按照穩定性的分析流程進行計算，則會造成較大的工作量，同時實驗結果無法進行比較。因此，為了更加簡單、完整地對本文通風系統的應用性能進行驗證。本文選用通風網絡中的重要分支進行實驗。通風穩定程度系數的計算公式為：

公式（3）中，η表示為通風穩定程度系數；w表示為在通風網絡中無風阻變化時，某一重要分支的風量；w'表示為在通風網絡中有風阻變化時，某一重要分支的風量。通過公式（3）計算得出的結果，數值越高，則表示該系統通風越穩定。反之，數值越低，則表示該系統通風越不穩定。根據上述實驗準備，完成對比實驗，并根據公式（3）計算出，本文系統和傳統系統的通風穩定程度系數，將計算結果繪制成如圖1所示。

圖1 兩種通風系統通風穩定程度對比

由圖1中兩條曲線可以看出，本文系統的通風穩定程度系數明顯高于傳統系統，并且，本文系統曲線整體更加平穩，傳統系統曲線整體變化幅度較大，存在不穩定問題。因此，通過對比實驗證明，本文提出的金屬礦分區接力通風系統在對不同分區、不同風阻條件下，均能夠保持良好的通風穩定度，保證合理的采礦通風環境，提高作業點的氣壓，緩解作業人員在金屬礦區采礦過程中的缺氧狀態，并將有毒、有害氣體稀釋，保證礦產開采作業的安全性。

4 結束語

本文根據金屬礦作業特點以及風量控制特征，提出一種全新的金屬礦分區接力通風系統，該系統在實際應用中可以為作業人員提供一定的安全保障。但由于金屬礦通風結構復雜，加之不同礦區存在不同的環境因素，導致研究中仍然存在某些方面的問題，例如在實際采礦中提高礦井空氣氣壓和氧分壓困難；數據實驗過程中創新不足等問題。因此在后續的研究中還需要進一步深化。