龍 躍

(江銅集團銀山礦業(yè)有限公司)

銀山礦深部開采通風系統(tǒng)優(yōu)化改造

龍 躍

(江銅集團銀山礦業(yè)有限公司)

通過對銀山礦通風系統(tǒng)的調查與測定，分析了通風存在的問題，利用Ventsim軟件，建立了三維通風仿真模型，設計了3種通風系統(tǒng)改造方案。從礦井總風量、礦井總阻力、風機裝機容量、基建費和礦井通風系統(tǒng)抗災能力5種因素，構建了礦井通風方案優(yōu)化決策灰色關聯(lián)投影模型，確定了該礦通風系統(tǒng)最佳方案。該方案實施后，大大改善了井下作業(yè)環(huán)境，通風各項指標都達到礦山安全規(guī)程要求。

通風系統(tǒng)優(yōu)化 三維通風仿真 Ventsim 灰色關聯(lián)投影法

江銅集團銀山礦業(yè)有限公司是一座生產鉛鋅礦石的中型礦山，井下開采已近60 a。采用豎井開拓方式，目前最深為-330 m生產中段。隨著井下開采的延深，存在比較嚴重的通風問題。為了全面了解該礦的通風現(xiàn)狀，對通風系統(tǒng)進行了調查和測定,在各中段共布置測風點114個(其中5個測點由于水深等原因未測)。測風點包括以下4類：①進風測點；②需風測點；③回風測點；④反映風量分配和風機工況測點。主要測定數(shù)據[1]：礦井通風系統(tǒng)綜合指標為28.6%，作業(yè)點風量合格率為6.2%，有效風量率12.8%。風機功率296.69 kW，效率為39.6%。測定數(shù)據說明該礦通風系統(tǒng)存在：綜合通風效果和效益都很低，風機與通風網絡配置不合理，進入作業(yè)點的風量太少，上部中段漏風嚴重等問題。其通風系統(tǒng)亟待改造。

1 通風系統(tǒng)改造方案

1.1 Ventsim仿真系統(tǒng)

三維通風仿真系統(tǒng)是當前礦山通風領域使用比較廣泛的軟件系統(tǒng)之一[2-4]。通過該軟件建立礦井通風仿真模型，可以在三維仿真模型中進行礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化、設計，并且可以實現(xiàn)動態(tài)和可視化管理。通過改變顏色設置，對井巷風流、壓力、通風機、自然風壓、風流調控設施等主要通風參數(shù)進行建模分析，顯示結果直觀。

1.2 構建礦山通風仿真系統(tǒng)

利用DXF 格式文件轉換仿真系統(tǒng)圖，在AutoCAD系統(tǒng)下，繪制銀山礦各中段通風平面圖，將CAD圖形的文件類型改為DXF文件類型；按照中段標高建立圖層，每個中段對應一個圖層，分圖層導入Ventsim系統(tǒng)；為了方便分析，將進風井巷和回風井巷分別建立圖層；錄入巷道參數(shù)，主要包括摩擦阻力系數(shù)、斷面，井巷長度系統(tǒng)會自動生成，錄入自然風壓計算參數(shù)，主要包括地表空氣溫度、大氣壓和巖石低溫梯度等。銀山礦通風仿真系統(tǒng)模型如圖1所示。

1.3 通風系統(tǒng)改造方案

經過計算，全礦總風量為45.5 m3/s。在滿足全礦總風量的條件下，從北山區(qū)和九區(qū)回風線路是否合并、回風線路、主扇型號、安裝地點、裝機容量和基建費用等方面，提出了3個通風改造方案，利用Ventsim通風仿真模型，對各方案進行了詳細計算與分析。各方案主要參數(shù)見表1。

2 通風方案優(yōu)選

礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化是一個復雜的決策問題，涉及到許多因素，且各因素之間既相互關聯(lián)又相互制約，所以礦井通風系統(tǒng)方案優(yōu)化實際上是一個灰色多目標決策問題[5-7]。國內一些礦山利用多目標決策的灰色關聯(lián)投影法決策模型，確定了通風系統(tǒng)方案，取得了良好的效果[8]。

利用礦井通風系統(tǒng)評價指標，即礦井總風量、礦井總阻力、風機裝機容量、基建費和礦井通風系統(tǒng)抗災能力，采用多目標灰色關聯(lián)投影法原理，對每個方案進行了詳細的計算和分析,得出了3個通風方案指標值,見表2。

(1)建立決策矩陣。根據表1數(shù)據,得出相對最佳方案的因素指標A0=(55,1816,264,139,365),得到決策矩陣X：

圖1 銀山礦通風仿真系統(tǒng)模型

表1 通風系統(tǒng)改造方案

注：進風井為3#混合井、東西專用進風井。

表2 各方案指標值計算

(2) 初值化處理。計算灰色關聯(lián)判斷矩陣：

X′=

(3)建立多目標灰色關聯(lián)系數(shù)矩陣：

r=

(4)確定加權系數(shù)。根據專家評價,可以得到一組加權系數(shù)W：

(5)決策方案灰色關聯(lián)投影值。計算3個方案的灰色關聯(lián)投影值D：

D=(0.397 8 0.287 3 0.324 1) .

根據這3個礦井通風方案投影值的大小,確定方案一為最佳方案，并且在該礦中進行施工和運行。

3 現(xiàn)場實施與通風效果分析

半年時間完成了專用通風井巷施工,安裝了主扇和大部分風流調控設施，對整個通風系統(tǒng)進行了全面測定。井下主扇投入使用后，北山區(qū)回風量為41.2 m3/s，九區(qū)回風量為7.5 m3/s，地表主扇運行效率提高到72%。北山區(qū)和九區(qū)利用了1臺現(xiàn)有主扇，能夠滿足生產通風需要，節(jié)省了通風改造成本。

4 結 論

(1)利用Ventisim軟件建立通風系統(tǒng)仿真模型，可以準確快速地進行風網解算、風流動態(tài)模擬和優(yōu)選主扇等，提高了礦井通風的優(yōu)化水平。

(2)利用多目標決策的灰色關聯(lián)投影法優(yōu)選礦井通風系統(tǒng)方案是有效的,可以全面考慮通風方案各種影響因素,從而較客觀的選出技術上可行、經濟上合理的方案。該方法計算過程簡單,利用程序計算結果準確,計算速度快，但是在選擇指標類型和加權系數(shù)等方面還有待進一步研究。

(3)銀山礦按照方案一實施后，北山區(qū)和九區(qū)都能夠滿足生產的需要，保證了職工井下作業(yè)環(huán)境質量，同時利用了1臺現(xiàn)有主扇，節(jié)省了通風改造成本，取得了較好的經濟效益。

[1] 國家安全生產監(jiān)督管理總局.AQ 2013.5—2008 通風系統(tǒng)鑒定指標[S].北京：國家安全生產監(jiān)督管理總局，2013.

[2] 王超群.基于Ventisim系統(tǒng)的老礦山通風系統(tǒng)改造研究—以銅興礦業(yè)為例[J].有色金屬:礦山部分,2013,65(1):87-89.

[3] 劉玉玲，周和平，蘇 哲.基于Ventsim的烏蘭煤礦通風系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2014,41(5):69-75.

[4] 余文章,戴曉江,季現(xiàn)偉，等.云錫老廠深部開采通風系統(tǒng)方案優(yōu)化[J].金屬礦山,2011,420(6):139-141.

[5] 呂 鋒，崔曉輝.目標決策灰色關聯(lián)投影法及其應用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2002(1):103-107.

[6] 鄧聚龍.灰色理論基礎[M].武漢:華中理工大學出版社，2003.

[7] 李秀紅.基于灰色關聯(lián)度的多目標決策模型與應用[J].山東大學學報:理學版,2007,42(12):33-36.

[8] 支學藝，江小華，黃洪祥.基于灰色關聯(lián)投影分析的礦井通風方案優(yōu)化研究[J].黃金，2010,31(3):27-30.

2015-04-28)

龍 躍(1975—)，男，助理工程師，334201 江西省德興市。