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        基于Ventsim的某鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

        2015-06-05 14:35:19楊玉學(xué)
        采礦技術(shù) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)井系統(tǒng)優(yōu)化中段

        谷 巖,楊玉學(xué)

        (中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司, 河北石家莊 050021)

        基于Ventsim的某鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

        谷 巖,楊玉學(xué)

        (中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司, 河北石家莊 050021)

        冀東地區(qū)某鐵礦原有通風(fēng)系統(tǒng)存在漏風(fēng)量大、通風(fēng)困難、效率低等問題。利用

        礦井通風(fēng)系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計;三維仿真;網(wǎng)絡(luò)解算

        0 引 言

        礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為地下采礦工程八大系統(tǒng)之一,與井下生產(chǎn)安全息息相關(guān)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明:國內(nèi)礦山風(fēng)機(jī)有效運(yùn)轉(zhuǎn)率不及設(shè)計風(fēng)機(jī)效率的1/2,約為40%左右。但通風(fēng)能耗卻占到坑口總能耗的1/3,其中通風(fēng)電費(fèi)約占通風(fēng)能耗的70%。當(dāng)前,鐵礦石價格不斷下跌,部分礦山企業(yè)已呈虧損態(tài)勢。因此,降低開采成本對礦山企業(yè)顯得十分重要,對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造,降低通風(fēng)成本不失為一種快速有效的手段。

        本文利用Ventsim三維仿真軟件,對冀東地區(qū)某鐵礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬與解算,并得出風(fēng)機(jī)安放的合理位置,以期提高了效率,節(jié)約電力成本。

        1 工程背景及通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

        1.1 工程背景

        冀東地區(qū)某鐵礦建礦至今已開采50年,絕大多數(shù)礦體已經(jīng)采完,只剩下南6號90m中段以下部分礦體,目前礦山的90m,30m中段為主要生產(chǎn)中段,-30m中段正在進(jìn)行開拓、采準(zhǔn):-90m,-150m中段正在施工開拓工程。礦山目前采用對角式多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng),在礦山現(xiàn)有整體通風(fēng)系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上,為改善深部開采的通風(fēng)條件,在30m中段和-30m中段51線附近的主回風(fēng)系統(tǒng)各增加一臺輔助通風(fēng)機(jī),與地表回風(fēng)道內(nèi)的主扇風(fēng)機(jī)形成多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)。

        新鮮風(fēng)流通過510m平硐、盲豎井、各中段運(yùn)輸巷道進(jìn)入采場。改造前的通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。

        圖1 改造前礦井通風(fēng)系統(tǒng)

        1.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

        現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)時,發(fā)現(xiàn)改造前的通風(fēng)系統(tǒng)主要存在如下問題:

        (1)礦山開采年限較長,存在大量采空區(qū),內(nèi)部漏風(fēng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重,特別是330m,270m,210m中段35線至51線之間采空區(qū)情況較為復(fù)雜,造成風(fēng)路出現(xiàn)一部分短路風(fēng)流;

        (2)為統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng),礦井存在循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象;

        (3)礦山深部風(fēng)量不足,通風(fēng)較為困難;

        (4)礦山風(fēng)機(jī)效率較低;

        (5)井下現(xiàn)有輔助風(fēng)機(jī)安裝的位置不合適。

        回風(fēng)井主扇風(fēng)機(jī)型號為K45-4-No15,裝機(jī)功率200 kW,屬于大風(fēng)量、中等風(fēng)壓風(fēng)機(jī)。由于礦井阻力較高,現(xiàn)有風(fēng)機(jī)已不能滿足礦井通風(fēng)需求。實(shí)測回風(fēng)井主風(fēng)機(jī)實(shí)際輸入功率為30 kW,風(fēng)機(jī)工作效率較低。各中段的風(fēng)量見表1。

        2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造

        2.1 Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)介紹

        Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)由金碼軟件(北京)有限公司引進(jìn)開發(fā)。該軟件可以高效的進(jìn)行井下風(fēng)網(wǎng)解算、風(fēng)流模擬、熱模擬、經(jīng)濟(jì)性模擬等,可以使金屬礦山通風(fēng)管理實(shí)現(xiàn)信息化、三維可視化管理,實(shí)現(xiàn)礦井安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[3]。

        表1 主要中段風(fēng)量

        2.2 優(yōu)化改造方案

        為了縮短通風(fēng)流程,增大通風(fēng)能力,提高礦井通風(fēng)抗災(zāi)能力,需要對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。結(jié)合礦山實(shí)際情況,確定兩種改造方案。

        (1)密閉370,330m中段27線以東工程,密閉270m中段通往210m中段所有溜井及風(fēng)井,密閉210m中段39線以西工程,并清通39線270m中段通往210m中段風(fēng)井,在210m中段51線安裝風(fēng)機(jī),使上部中段形成相對獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。

        (2)清理150m中段至90m中段53線2溜井、90m中段至30m中段51線溜井、30m中段至-30m中段線溜井和-30m中段至-90m中段47線2個溜井,使之和150m中段至-90m中段回風(fēng)井并聯(lián),降低150m中段至-90m中段回風(fēng)段通風(fēng)阻力,并在150m中段55線處安裝滿足150m中段以下系統(tǒng)通風(fēng)要求的風(fēng)機(jī)。使210m中段以下形成相對獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。

        (3)在370m中段27線、330m中段27線、150m中段51線、90m中段51線、30m中段51線安裝調(diào)節(jié)風(fēng)窗,以調(diào)節(jié)各中段風(fēng)量大小。

        (4)更換主回風(fēng)井風(fēng)機(jī),使之能克服礦井總回風(fēng)段的通風(fēng)阻力。

        利用Ventsim軟件對這2個通風(fēng)系統(tǒng)改造方案進(jìn)行模擬。優(yōu)化方案縱投影見圖2。

        圖2 優(yōu)化方案通風(fēng)系統(tǒng)縱投影圖

        2.3 通風(fēng)系統(tǒng)模擬

        2.3.1 仿真系統(tǒng)構(gòu)建

        Ventsim軟件模型建立有2種生成方式,一種是直接在系統(tǒng)的繪圖區(qū)域進(jìn)行建模;另一種是利用CAD繪制DXF格式通風(fēng)系統(tǒng)圖,再將DXF格式文件轉(zhuǎn)換成計算模型。本文采用第二種方式,即在AutoCAD系統(tǒng)下,先繪制通風(fēng)系統(tǒng)圖,具體步驟如下:

        (1)利用多段線畫出各個中段工程,多段線特性中標(biāo)高需與中段標(biāo)高相符;

        (2)利用CAD三維視圖功能檢查模型完整性,正確無誤后另存為DXF文件類型;

        (3)將DXF導(dǎo)入到Ventsim軟件中;

        (4)選擇風(fēng)流模擬,按照錯誤提示進(jìn)行模型修正,主要是對各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定,以保證巷道貫通;

        (5)錄入數(shù)據(jù),對豎井、平硐、巷道等進(jìn)行賦值;

        (6)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模擬。

        計算模型見圖3。

        2.3.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案模擬

        通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案與原方案對比見表2。通過上述技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、通風(fēng)效果等多方面的分析和比較可以看出:

        (1)新方案與原方案相比,最突出的優(yōu)點(diǎn)是增大了有效進(jìn)風(fēng)量;

        (2)新方案雖然工程量、設(shè)備購置費(fèi)用,但礦井總體通風(fēng)效果要好,可靠性高;

        (3)新方案通風(fēng)阻力高,但風(fēng)機(jī)有效利用率高,因此運(yùn)行成本相對較低;

        (4)據(jù)礦方反映,原方案年經(jīng)營費(fèi)198萬元,主要是因?yàn)橛行нM(jìn)風(fēng)量小、漏風(fēng)量大,為維持井下正常需風(fēng)量,大量使用局扇,相比之下,新方案年經(jīng)營費(fèi)用低,每噸礦石通風(fēng)費(fèi)用較原方案低1.68元。

        由于礦山開采已經(jīng)進(jìn)入后期,根據(jù)礦山的實(shí)際情況,把通風(fēng)效果擺在首位。但考慮到礦山生產(chǎn)的連續(xù)性,建議新方案分兩步實(shí)施,即第一步是先在210m和150m中段設(shè)置二級機(jī)站,完善通風(fēng)構(gòu)筑物;第二步是在井下各風(fēng)機(jī)和通風(fēng)構(gòu)筑物完成后,更換回風(fēng)井風(fēng)機(jī)。

        表2 方案對比表

        3 結(jié) 論

        (1)詳細(xì)分析了某礦山現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題,通過實(shí)地測量和利用Ventsim軟件對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析,找出了解決問題的途徑,為該礦山通風(fēng)改造具有指導(dǎo)意義。

        (2)優(yōu)化方案增加了進(jìn)風(fēng)量,合理分配井下各生產(chǎn)作業(yè)中段風(fēng)量;解決多作業(yè)面同時,作業(yè)時風(fēng)流的有效控制和調(diào)節(jié);完善了井下通風(fēng)構(gòu)筑物,減少井下漏風(fēng)。

        (3)優(yōu)化方案前期投入較高,但年運(yùn)行費(fèi)用低、通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定,從長遠(yuǎn)角度考慮明顯優(yōu)于礦山原通風(fēng)方案。

        [1]王英敏.礦井通風(fēng)與防塵[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993.

        [2]黃俊歆.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控算法與三維可視化關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長沙:中南大學(xué),2011.

        [3]柳明明.Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)在金屬礦山的應(yīng)用[J].金屬礦山,2010(10):120-122.

        [4]李孜軍,陳艷麗.基于Ventsim的礦井通風(fēng)風(fēng)阻參數(shù)優(yōu)化[J].金屬礦山,2014(3):136-140.

        [5]張 柬,張希巍,王洪波,等.基于Ventsim軟件礦山通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化[J].有色礦冶,2013,29(6):7-9.

        [6]黃俊歆,王李管,熊書敏,等.礦井通風(fēng)系統(tǒng)三維聯(lián)通巷道建模算法及其應(yīng)用[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,43 (8):3173-3179.

        [7]牛永勝,曹 榮,陳學(xué)習(xí),等.礦井通風(fēng)三維可視化仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].金屬礦山,2007(7):73-76.?

        [8]李 鋼,陳開巖,聶百勝.礦井通風(fēng)系統(tǒng)CAD技術(shù)研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2005,24(6):636-638.

        2015-03-18)

        谷 巖(1968-),男,河北石家莊人,碩士,工程師,主要從事金屬礦山開采技術(shù)研究,Email:guyansk@163. com。

        Ventsim軟件對該礦井進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計,提出新的通風(fēng)方案。新的方案不但可以增加有效進(jìn)風(fēng)量,合理分配井下各生產(chǎn)作業(yè)中段風(fēng)量,多作業(yè)面同時作業(yè)時可有效控制和調(diào)節(jié)風(fēng)流,完善井下通風(fēng)構(gòu)筑物,減少井下漏風(fēng),而且年運(yùn)行費(fèi)用低、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠。。

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