Ventsim软件在矿井通风系统设计中的应用

张国胜，苏成哲

(兰州有色冶金设计研究院有限公司， 甘肃 兰州 730000)

Ventsim软件在矿井通风系统设计中的应用

张国胜，苏成哲

(兰州有色冶金设计研究院有限公司， 甘肃 兰州 730000)

针对某铜矿二期开采过程中矿井通风系统存在的问题，提出了两种通风系统设计方案，并运用Ventsim软件对通风系统进行风网解算及风流动态模拟。通过对通风系统设计方案的模拟比较，确定了最优的通风方案，实现了通风系统的优化设计，取得了理想的效果。

Ventsim； 三维建模； 优化设计； 风网解算

1 前言

矿井通风的主要任务是向井下连续输送新鲜空气，稀释并排出有毒、有害气体和粉尘等，调节矿井内小气候，创造良好的工作环境[1]。因此，矿井通风系统运行状态的合理与否直接关系到矿井的安全生产、矿工的安全与健康、矿井的抗灾害能力、矿山的生产效益。随着矿产资源的不断开发，我国浅表的矿床及开采技术条件相对简单的矿床储量不断消耗，迫使大多数矿山转入深部或复杂矿床的开采[2]。大型复杂深部矿井的通风系统设计与管理一直是矿井设计及现场管理人员关注的重点，通风网络解算是通风系统设计的核心及关键技术[3]。采用传统的手工方式进行通风网络解算存在解算过程时间长、效率低、容易出错、后期的通风管理困难等缺点。随着计算机软件技术在矿业方面的不断发展，国内外相继涌现了一批矿井通风模拟软件来求解通风网络，如国外有影响的矿井通风系统仿真软件有GIS、VentPC2000、MinTeeh和DataMine[4～5]等，在国内有代表性的矿井通风仿真软件有CFIRE、MVSS[6～7]等,这些仿真模拟软件取得了许多成果，但大多停留在专家级别，难以简单操作且交互性差，很难得到推广。而澳大利亚Chasm公司开发的Ventsim矿山通风模拟软件集三维模型可视化、通风管理、热模拟、污染物模拟为一体的三维仿真系统，可以满足金属矿山通风管理的要求。本文以白银深部铜矿设计为背景，介绍Ventsim软件在矿井通风系统设计中的应用。

2 Ventsim三维仿真系统

(1)具有良好的兼容性，可直接导入DXF格式的文件生成通风网络图，建好的三维通风网络模型又可导出到AutoCAD中形成通风立体图。

(2)矿井三维通风网络模型可直观、立体、动态地展现通风状态，同时根据需要可以显示井下工程的通风数据。

(3)在三维通风立体模型上动态显示风流方向和相关通风参数，真实反映井下巷道风流关系。具备将通风网络中特定区间数据突出展现功能，方便通风技术人员发现通风系统的薄弱环节或超限数据。

(4)具备任意风路定点优化调节功能，可根据风量分配要求反算调节风阻大小或调节风窗开口面积。

(5)在风网优化设计的基础上自动进行风机选型和风机运行工况点分析。

(6)在通风网络解算和数值分析的基础上对风门、风窗、密闭等通风构筑物设置和风量调节效果实现预先仿真模拟、可靠性展示和经济性分析。

(7)可模拟井巷断面或风机叶片角变化对通风系统稳定性的影响，方便进行短期和长期通风系统规划。

3 矿山概况

某铜矿是一个开采多年的老矿山，1 639m水平以上为露天开采，于1959年10月建成投产，1984年8月露天开采结束。1974年进行了露天转地下的一期工程，开采范围为1 655～1 475m共4个中段，一期工程采用北风井进风，西风井和东风井回风的中央对角双翼抽出式通风，由于一期开采的开拓系统较简单，井下通风构筑物布置相对简单。二期开采范围为1 475～1 275m(即四中段以下)。二期开采过程中，矿井通风系统主要存在如下问题。

(1)漏风严重。由于一期工程形成的采空区部分未封闭，漏风严重。

(2)通风线路长，阻力大。矿井通风系统未合理地布置通风构筑物，导致矿井通风线路长，通风阻力大，局部存在角联现象。

(3)通风系统复杂。矿井掘进工作面多，井下需风工作面点多面广，致使矿井通风系统复杂。

以上问题导致劳动生产率下降，企业经济效益降低。因此，必须对矿山的通风系统进行相应的优化改造。

4 矿山通风系统优化设计

4.1 优化设计方案

矿井通风系统改造主要包括以下几个方面的内容。

(1)封闭废弃巷道。为提高矿井的局部通风效果，对井下废弃的巷道进行封闭，有效避免漏风，确保井下各需风点的风量要求。

(2)缩短通风线路，减小通风阻力。在矿井的东、西两矿区的中部设置一条进风井，使矿井东、西两矿区采掘工作面均形成独立的通风系统，有效缩短通风线路，减小通风阻力。

(3)合理布置通风构筑物。井下需风点随开采进度而变化，为满足井下各中段需风点用风量，通过合理布置通风构筑物确保新鲜风流送入井下并按需要分配到每个工作面。

根据矿井通风系统优化改造的内容，拟定以下2种优化方案。

方案一：新建盲主井方案。将原盲主井改造成盲副井，盲副井负担废石、人员、设备材料的提升及下放，同时兼作进风井。同时在300线附近新建盲主井，盲主井在1 535～1 275m各中段设置马头门，负担矿石提升，同时兼作进风井。

方案二:新建盲副井方案。在300线附近新建盲副井，盲副井在1 535～1 275m各中段设置马头门，负担废石、人员、设备材料的提升及下放，同时兼作进风井。原盲主井继续利用。

4.2 构建矿井通风系统模型

①在CAD中绘制矿井通风系统的单线图并保存为.dxf格式；②在Ventsim软件中导入矿井通风系统单线图形成三维通风系统图；③将现场测定的巷道断面尺寸、摩擦阻力系数等基本数据输入系统软件；④运行“风流模拟”检测整个系统的可靠性，将重复、末端未闭合的风路进行修改。最终形成的矿井三维通风网络模型如图1，方案一矿井通风系统如图2所示，方案二矿井通风系统模拟如图3所示。

不同通风方案比较见表1。

方案一的主要优点：①改造费用少，电费省，通风线路短，通风阻力小；②通风顺畅，便于生产过程中的通风管理；③盲主井与已有明主井的距离短，矿石运输费用省；④若井下发生危险，盲副井作为井下安全出口距北风井近，可缩短逃生及应急救援线路。

图1 矿井三维通风网络模型

图2 方案一矿井通风系统模拟图

图3 方案二矿井通风系统模拟图

5 结语

通过利用Ventsim矿井通风软件对某铜矿二期通风系统方案的模拟和优化，可得到如下结论。

(1)运用Ventsim软件建立矿井通风系统模型，能以三维形式直观展示矿井通风状态，同时能方便、快捷地查询各条风路通风参数，真正实现矿井通风设计从二维向三维的转化。

表1 通风方案比较表

(2)运用Ventsim软件能快速、准确地进行风网解算、风量按需分配，同时可以模拟任何时期的通风状态，大大提高通风设计工作效率。

(3)根据风路的风量、风速、风压等参数能快速判断各风路的断面是否符合通风安全要求，同时可为各风路推荐经济断面，为断面设计提供参考并节省井巷投资。

(4)运用Ventsim软件能快速地优选风机，并能进行风机运行工况分析，随着矿体开采变化实时、动态地调节矿井通风系统，便于矿山通风管理人员在生产过程中对通风系统进行科学管理。

[1] 吴 超.矿井通风与空气调节[M].长沙:中南大学出版社，2008.

[2] 胡汉华.金属矿山热害控制技术研究[D].长沙:中南大学，2007.

[3] 刘玉玲，周和平，苏 哲.基于Ventsim的乌兰煤矿通风系统优化设计[J].矿业安全与环境，2014，41(5)：69-75.

[4] 林增勇.矿井通风可视化系统研究与应用[D].武汉:中国地质大学，2008.

[5] 李孜军，陈艳丽.基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化[J].金属矿山，2014,(3)：136-140.

[6] 徐向宇，张甲雷，侯振海.基于Ventsim系统的煤矿通风系统改造研究[J].煤炭技术，2015，34(9)：216-218.

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

Application of Ventsim software in the design of mine ventilation system

In view of problems existing in ventilation system in the second phase mining of a copper mine, two kinds of ventilation design schemes were put forward, and Ventsim software was used for the wind network calculation and dynamic simulation. Through the simulation and comparison of ventilation design schemes, the optimum ventilation plan was determined. The optimization design of the ventilation system was achieved, and good effect was obtained.

Ventsim; 3D modeling; optimization design; wind network calculation

1672-609X(2017)02-0011-03

TD724

A

2016-11-22

张国胜(1974-)，男，甘肃天水人，高级工程师，主要从事矿床开采应用及采矿设计方面的研究工作。