湖南某地区金矿矿井内通风系统设计及应用

卢文跃

（桃江县自然资源局，湖南 益阳 413400）

湖南地区的矿山资源十分的丰富，现已发现的矿产资源有120余种，其中金属矿最多，所以湖南又被成为有色金属之乡[1]。有色金属中自身价值最高的就是黄金，随着人们生活的水平逐渐提高，喜欢收藏黄金的人也越来越多，所以对于金矿的开采工作是矿工工作的重中之重。由于矿井的结构的特征，开采深度越大的矿井，其自然通风所遭受的阻力极大[2]。这种阻力已经严重影响了矿井内部的空气流通，所以矿井内的施工人员因不能得到足够的新鲜空气而头晕目眩。而且金矿普遍分布在距离地表较深的矿床内，所以在金矿的开采过程中必须要设计配套的通风系统，来保证施工人员的氧气供应问题。矿井通风系统是保证矿工安全的前提条件[3]。通风系统的设计宗旨是要满足安全可靠、经济成本最低和便于操作管理这三个基本原则。传统的通风系统应用到开采深度大的矿井中，时常出现由于不能抵拒通风阻力的干扰，而造成施工人员出现缺氧式头晕的现象。针对这一现象，本文设计出新型的通风系统来解决当前的施工难题。

1 金矿矿井内通风系统硬件设计

该金矿矿井所在地区属于中亚热带大陆气候，年平均气温25℃，最热月平均气温40℃，最冷月平均气温10℃，雨季（5月～10月）最大日降雨量450.23mm。基本为全国降雨量的最多的地区。针对这样的气候特点，采用三级机站为系统的框架，来进行通风系统的设计。第一级机站位于该矿井3300m处的进风平嗣和3550m处的进风平酮内，其中在3300m处进入风平铜的装机巷道，设定风量Q为240m3/s，采用2风机串联再和3风机并联的形式；在3550m处进入风平铜的平行巷道，设定风量Q为250m3/s，采用1风机串联2风机并联的形式。第二级机站位于该矿井的3400m处的回风天井联络道内。每个采场均有一个溜井，而溜井旁有一个通风小井，采用抽出式负责将3420出矿穿脉的污风风流送到3400处的回风联络道内。第三级机站位于该矿井3600m处的回风平嗣和南回风井3650m处的石门内，其中3600m回风平铜为装机巷道，设定风量Q为240m3/s，风机型号为DK40-6-No20-30/25，采用1风机串联3风机并联的形式。

2 金矿矿井内通风系统软件设计

为了保证该金矿矿井能顺利完成工作，我们在其硬件基础上，MCSAO软件完成通风的操作。其内部共分为三个功能模块，分别为：数据收集模块、数据处理模块、和通风阻力分析模块。其工作流程为：首先计算出通风系统的相关数值，并绘制出通风系统的结构简图，最后在计算机对应的平台上进行三维模拟动态的检测，进而判定出该系统的合理性。MCSAO软件的功能框架如图1所示。

图1 MCSAO软件功能框架图

2.1 通风数据收集

收集通风数据是通过MCSAO软件中的数据收集模块来完成的。数据收集模块是软件中第一个开始工作的模块，又称起始模块；其中包括了新建数据库、获取数据信息、分析数据信息、数据分析和数据导出等功能。数据收集模块在工作中首次将自动生成一个空白的数据库，然后自动查找网络基础数据中的有关矿井通风的关联数据，再把符合的数据按照规定的格式导出至word中，以便形成文件。

2.2 通风数据处理

根据收集到通风数据文件，利用MCSAO软件中的通风数据处理模块，来对数据进行处理。首先对变化的风路和设施数据通过改变图素的属性来进行筛选；其次通过输入的调节阻力数据或图形中巷道线的删除、节点合并、新巷道线来代表井下巷道的改变情况；然后进行反风模拟要知道风机反转特性曲线或风机反风量，手动调节风机为反转状态进行模拟解算；之后再给出指定点调节、优化调节和反风设置后分风解算的结果数据；最后将处理完成的数据传递到下一模块内。

2.3 通风阻力分析

通风阻力分析由MCSAO软件中的通风阻力分析模块来完成。在理论分析之后，正式进入该软件中最为核心的操作执行工作环节；操作实行是中通过计算机的辅助，以处理过的通风数据为参考，制作出通风系统在计算机平台上的三维动图，用以表达其工作效果。利用对紧急工况点的分析，以及矿井内通风情况的最大阻力分布情况进行理论分析，从而保证所设计出的系统能解决自然条件下通风阻力大的问题，减少矿井内通风阻力对矿井安全性影响。

3 仿真实验

3.1 实验准备

为验证所设计出通风系统的实用价值，本文选择湖南地区的某一矿井，利用新设计出的通风系统与传统通风系统进行对比，构建出该地区金矿矿井的通风体统仿真模型。之后通过在计算机上的模拟操作来检验其仿真模型的合理性。实验中用于模拟的矿井其特征属性为：共分为进风段、用风段和回风段三个区段。网络分支450条～700条、角练分支占总分支的20.15%～23.56%范围内、矿井总长200km、工作风机共8台、开采深度从地下600m～1500m。由于所需的开采区间过深，所以自然通风会收到极大的阻力。该阻力在空气沿井巷中流动时，由于风流的黏滞性、惯性和井巷壁面等因素的影响，而造成了风流能量损失，进而严重影响矿井内的空气流通。本文将对比所设计出的通风系统与传统通风系统对通风阻力的处理情况，进而检测出所设计通风系统的实用价值。实验过程中，未经处理下矿井自然情况下通风的阻力分布情况如下表所示：

表1 未经处理下矿井自然通风测试点阻力分布情况

3.2 实验结果

两组系统处理下通风阻力的对比结果如下：

对比实验结果，首先可以看出在所设计出的通风系统与传统通风系统均可以降低自然通风的阻力，确定了两种设备的实用价值；然后重点观察两种通风系统的处理结果，不难看出，所设计出通风系统的降低效果随着开采深度的加深，而逐渐强于传统通风系统的降低效率。所以检测出所设计出的通风系统的100m深度向上的矿井中，比传统通风系统更适宜使用。

图2 两种系统处理后的通风阻力损失情况

4 结语

本文通过详细介绍了所设计出的通风系统的硬件设备和软件设备，并通过和传统通风系统的对比证实了所设计出产品的实用价值，并且精确检测出该系统在100m深度以上的矿井中比传统方法更适宜使用。该通风系统是采用更有效的方法来降低自然通风时的阻力干扰，促进矿井内的空气流通，从而让矿井内的施工人员可以得到新鲜的空气，进而提高了矿井内施工的安全系数。