基于Ventsim的大型矿山通风系统设计

郭明明

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，　湖南 长沙　410011)



基于Ventsim的大型矿山通风系统设计

郭明明

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙410011)

摘要：利用计算机技术来进行通风系统模拟仿真正逐步成为矿业发展趋势。以某大型银金矿为例，进行矿井总需风量计算，根据拟采用的通风系统，利用Ventsim软件建立通风系统三维模型，开展风路模拟和风网解算，实现了通风设备合理选型，完成了该大型矿山通风系统设计，取得了理想的效果。此外，为满足当地环保要求，在井下放置通风设施和在回风竖井口设置烟囱，对类似矿山通风系统设计具有一定的借鉴意义。

关键词：Ventsim；通风系统设计；风网解算；风机硐室

0引言

矿山通风系统设计是矿床开采总体设计的一个不可缺少的组成部分,它的基本任务是与开拓系统、采矿方法相配合，建立一个安全可靠、经济合理的矿山通风系统，计算各时期各工作面所需的风量及矿山总风量，计算矿山总阻力，然后以此为依据，进行通风设备选型[1]。

对于大型矿山而言，其通风系统往往比较复杂，采用传统的靠经验、猜测和手工方法很难准确确定各进、回风井的风量及矿山总的通风阻力[2-3]。利用计算机技术来进行通风系统模拟仿真正逐步成为矿业发展趋势，目前，国内外已开发出多个矿山通风系统仿真软件[4]。其中，Ventsim三维通风仿真系统以其操作简单、系统界面简洁、模拟效果逼真和通风网络解算速度快及精度高等优点，被认为是通风领域最先进的软件系统，可用于复杂矿井三维通风设计、通风网络解算及优化、经济断面分析、风机选型和通风过程动态模拟等领域，并在国内外矿山得到了广泛的应用[5-9]。本文以某大型银金矿为例，介绍Ventsim软件在矿山通风系统设计中的应用。

1工程背景

该大型银金矿开采方式为地采，设计生产能力为6000 t/d(1980 kt/a)。矿体埋藏较浅，中段高度为30 m，划分为-20，-50，-80，-110，-140，-170，-200，-230 m和-260 m共9个中段。采用主斜坡道(2条)无轨开拓方式，中段30 t坑内卡车运输。采矿方法为盘区机械化上(下)向进路充填法和盘区机械化进路充填法。

根据矿山开拓运输系统布置情况以及矿体赋存特征等，拟采用侧翼对角抽出式通风系统。考虑到单靠2条斜坡道进风不能满足矿山1980 kt/a生产能力需风量的要求，拟在矿区南、北两翼、岩石移动范围外各新掘一条专用进风井(北进风斜井和南进风竖井)，同时在矿区东翼、岩石移动范围外新掘一条专用回风井(东部回风竖井)。新掘进、回风井的参数见表1。

表1　新掘专用进、回风井参数

注：(1) 进、回风井均于-50，-80，-110 m中段通过马头门连通；

(2) -110 m以下各中段通过阶段进(回)风竖井进(回)风。

新鲜风流由斜坡道、北部进风斜井和南部进风竖井进风，经石门、沿脉平巷、穿脉平巷、采区斜坡道、分段巷道等进入作业面，洗刷工作面后，污风经通风天井、上中段穿脉平巷、沿脉平巷、回风石门，由东部回风竖井抽出地表。

2总风量计算

矿井总风量为回采工作面需风量、掘进工作面需风量和辅助工作面需风量的总和，需风量分别按排尘风量、排尘风速和排出柴油设备尾气3种方法计算，取最大值作为设计风量。

考虑采用进路充填法采矿，地表不会受到破坏，内部漏风系数取1.05，外部漏风系数取1.1，以此基础计算出矿井总需风量为430.0 m3/s。矿山总风量计算见表2。

表2　总风量计算

3通风系统模拟

3.1通风系统模型建立

首先，在AutoCAD软件中设计各个中段的三维立体图，将文件另存为.dxf格式文件；然后，利用Ventsim软件导入.dxf格式的中段三维立体图文件；最后，在Ventsim软件中建立1号斜坡道、2号斜坡道、北部进风斜井、南部进风竖井、东部回风竖井、阶段进(回)风井等井巷工程三维模型。利用Ventsim软件建立的矿山通风系统三维模型如图1所示。

图1矿山通风系统三维模型

3.2参数输入

在风网解算之前，需将通风系统三维模型中各井巷工程的主要参数(包括巷道断面尺寸和阻力系数等)输入到Ventsim软件当中。

网络解算参数的选取参考国内外类似大型矿山设计实际经验，以力求切合通风系统的实际情况，最大限度的使网络与风机能力进行匹配，提高通风效率，降低通风能耗。

3.3风量分配

风量分配按以下原则进行：

(1) 工作面按需给风；

(2) 摩擦阻力系数参照类似工程选取；

(3) 巷道断面及支护形式按设计选取；

(4) 风速符合安全规程要求；

(5) 尽量扩大自然分风范围，降低通风能耗；

(6) 密闭墙风阻按10000千缪以上；

(7) 保证无轨巷道风速，及时稀释柴油机尾气；

(8) 不单独考虑各漏风点的漏风量，而在总风量分配及风机参数选择时统一调整。

3.4 通风网络解算

为使矿井的风量分配能够最大限度的符合实际情况和满足设计要求，在通风网络解算前，需在通风网络模型中设置通风构筑物，主要有风墙、风门和风窗等，同时，在采场、掘进工作面和通风困难的硐室等工作点必须进行局扇通风[5]。

经解算，主要风路的通风指标见表3，对于风网解算过程中风路的风速等参数不满足相关规程规范要求时，需对工程参数进行适当调整，使得设计的通风系统经济、合理和满足规程规范要求。

表3　主要风路的通风指标

经分析，容易时期为-80 m与-110 m中段同时回采时期，困难时期为-200 m与-230 m中段同时回采时期。通过Ventism软件模拟，同时考虑局部阻力(15%)，困难时期通风系统阻力为1507 Pa，容易时期通风系统阻力为1221 Pa。

4通风设施

考虑到当地环保要求高，拟将通风机放在井下，同时东部回风竖井出地表再设置烟囱。

在-50 m中段、东部回风竖井附近设风机硐室2个，单台风机硐室尺寸：长×宽×高=25 m×10 m×10 m(吊轨底)。考虑通风装置、消声装置阻力及漏风系数等，经计算，风机硐室内配置2台DK-12-NO38轴流式风机并联运行，每台风机配套电机为Y710M-12(2×560 kW，490 rpm，10 kV)，变频控制。

每台风机通过反转实现反风，可在10 min内改变巷道内的风流方向，当风流方向改变后，在各种条件下通风机的供风量均能达到60%以上；并设有一台同规格和型号的备用电机，在电机出故障时更换。

5结论

(1) Ventsim软件以其界面友好、形象直观、运行速度快和数据精度高等特点，能很好的对大型复杂矿山的通风系统进行模拟仿真，对矿山通风系统设计具有积极指导意义。

(2) 对于环保要求高的矿区，可考虑将通风设施放置在井下和在回风竖井口设置烟囱，可有效降低废气和噪音的不良影响，对类似矿山通风系统设计具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]吴超.矿井通风与空气调节[M].长沙：中南大学出版社,2008:7.

[2]蔡序淦,杨成林.大型复杂矿井的通风设计[J].有色冶金设计与研究,2011,32(2):1-2.

[3]刘玉玲,苏哲,周和平.基于Ventsim的乌兰煤矿通风系统优化设计[J].矿业安全与环保,2014,41(5):69-71.

[4]赵志军.基于Ventsim的大宁矿通风系统优化优化改造[D].太原:太原理工大学,2011.

[5]尚晓明,张爱民.Ventsim软件在某矿通风设计中的应用[J].采矿技术,2014,14(6):59-60.

[6]张柬,张希巍,王洪波,等.基于Ventsim软件矿山通风系统设计的优化[J].有色矿冶,2013,29(6):7-9.

[7]柳明明.Ventsim三维通风仿真系统在金属矿山的应用[J].金属矿山,2010(10):1207-122.

[8]邓红卫,张瑞,雷涛，等.基于Ventsim的云锡新山矿段通风系统优化[J].采矿技术,2010,10(4):747-76.

[9]王超群.基于Ventsim系统的老矿山通风系统改造研究[J].有色金属(矿山部分),2013,65(1):877-89.(收稿日期：2015-08-25)

作者简介：郭明明(1985-)，男，河南安阳人，硕士，工程师，研究方向主要为矿山设计、数字化矿山，Email:258188494@qq.com。