冉光建 柯 勇 王廣平 王彥峰 劉雨欣

(重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 401120)

石灰?guī)r礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算分析

冉光建 柯 勇 王廣平 王彥峰 劉雨欣

(重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 401120)

基于石灰?guī)r礦山的實際通風(fēng)條件，采用3DVent軟件的原理對礦山的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，充分發(fā)揮礦業(yè)工程專業(yè)軟件在礦山開采設(shè)計中的優(yōu)越性，為礦井工作人員分析通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供參考。

石灰?guī)r礦 3DVent軟件 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算

引言

礦山通風(fēng)系統(tǒng)一般由通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。新鮮風(fēng)通過通風(fēng)機(jī)從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入礦井，經(jīng)過各進(jìn)風(fēng)巷道到達(dá)各用風(fēng)地點，隨后進(jìn)入回風(fēng)巷道，由回風(fēng)口將污風(fēng)排出礦井[1]。風(fēng)流在礦井中所經(jīng)過的全部路線稱為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，它是由一條條相互交錯的巷道組成。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)采用比較直觀的幾何圖形表示通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，通過通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算將改變傳統(tǒng)的計算方法，更加快捷方便地得出通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖。

1. 通風(fēng)軟件的解算原理

礦井通風(fēng)的重點是解決好各風(fēng)流流量在各用風(fēng)地點的合理分配，由于礦山的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是由許多不同的分支組成，相對比較復(fù)雜，并且各分支風(fēng)量的分配很難直接算出。傳統(tǒng)的地下礦山設(shè)計通風(fēng)方法是統(tǒng)計礦井中各用風(fēng)地點的風(fēng)量，從而得出全礦的總需求風(fēng)量，并要求礦井各用風(fēng)地點強制分配風(fēng)量，該方法沒有能夠充分地考慮到在復(fù)雜的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中各分支的串聯(lián)、并聯(lián)等實際情況，從而在井下各用風(fēng)地點難以合理地分配風(fēng)量，設(shè)計通風(fēng)量與實際需要的通風(fēng)總量存在較大的偏差。

風(fēng)流在通風(fēng)網(wǎng)路中流動時遵守風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律和阻力定律，反映了通風(fēng)網(wǎng)路中三個最主要通風(fēng)參數(shù)——風(fēng)量、風(fēng)壓與風(fēng)阻的相互關(guān)系，是復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路解算的理論基礎(chǔ)[2]。3DVent通風(fēng)軟件解算和模擬的核心原理是Hardy-Cross算法，其主要的工作原理是通過運用風(fēng)量分配基本定律建立數(shù)學(xué)方程組并擬定一組風(fēng)量初值，然后對原方程組逐次線性化進(jìn)行求解，求出對各風(fēng)量值的一組風(fēng)量修正值，分別對各回路風(fēng)量進(jìn)行修正；再進(jìn)行下一次迭代，計算出新的風(fēng)量修正值，對各回路風(fēng)量進(jìn)行再次修正。經(jīng)過反復(fù)多次的迭代計算、修正，使修正后的風(fēng)壓逐漸趨于平衡，而修正后的風(fēng)量逐步逼近于真實值，小于預(yù)先給定的某個精度為止，這樣得出的風(fēng)量就認(rèn)為是要求的風(fēng)量。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算的數(shù)學(xué)原理是圖論原理［3～5］。假設(shè)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的分支數(shù)為N，節(jié)點數(shù)為J，根據(jù)相關(guān)理論得出通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的獨立回路數(shù)為M=N-J+1。

2. 應(yīng)用實例進(jìn)行模擬

2.1 實例簡介

石灰?guī)r礦山采用平硐開拓方式，房柱采礦法開采，汽車運輸，使用分列式通風(fēng)方式，主扇風(fēng)機(jī)抽出式通風(fēng)，由主平硐、回風(fēng)平硐及采區(qū)巷道等組成的簡單通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)［6］。新鮮風(fēng)由主平硐進(jìn)入經(jīng)過運輸平巷到達(dá)各用風(fēng)工作面和硐室，污風(fēng)由回風(fēng)平巷經(jīng)過回風(fēng)平硐排出地面。

2.2 模擬礦井通風(fēng)巷道

使用3DVent通風(fēng)軟件提供的三維可視化平臺，對礦山的巷道結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維模擬，可以直觀認(rèn)識井下通風(fēng)井巷的位置、長度和連接關(guān)系，模擬出的礦山巷道結(jié)構(gòu)三維模型有利于礦山工作人員對井下通風(fēng)巷道情況的了解和認(rèn)識，通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可以加強對井下作業(yè)場所和人員的管理。

在礦山通風(fēng)巷道模擬完成后，獲得了傳統(tǒng)意義上的礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖，并在此基礎(chǔ)上利用3DVent通風(fēng)軟件提供的功能編輯各用風(fēng)巷道的斷面面積和周長，并依據(jù)其巷道的支護(hù)方式和形狀來確定各巷道的風(fēng)阻值，得出各巷道所需風(fēng)量。

3. 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算

礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖能夠直觀地反映巷道的風(fēng)流方向、風(fēng)量大小和通風(fēng)設(shè)施等，對礦山井巷的空間布置是一種接近真實的反映。利用3DVent通風(fēng)軟件對礦山的各用風(fēng)地點的風(fēng)量進(jìn)行解算，步驟如下：

（1）建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

建立巷道三維通風(fēng)系統(tǒng)圖，主要利用單線及三維方法表示出通風(fēng)系統(tǒng)的各相關(guān)巷道，從而形成礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖。

（2）輸入原始數(shù)據(jù)

在輸入原始參數(shù)的同時，還需要根據(jù)礦井實際的情況對相應(yīng)的巷道長度、風(fēng)阻、斷面面積及周長等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。項目名稱為“石灰?guī)r地下礦山”，其他參數(shù)默認(rèn)為系統(tǒng)值。

（3）編輯巷道參數(shù)

對礦山的主要巷道進(jìn)行編輯，將主需風(fēng)量輸入進(jìn)風(fēng)巷道后，軟件會自動根據(jù)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)進(jìn)行風(fēng)量分配。各巷道類型及參數(shù)見表1。

表1 各巷道類型及參數(shù)

（4）檢查通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)情況

通過檢查通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及其參數(shù)，確定其是否已形成正常回路，否則不能進(jìn)行正常解算。檢查得到邊數(shù)為13，節(jié)點為8，網(wǎng)孔為5，固定風(fēng)流為1，裝機(jī)點為0。

（5）礦井網(wǎng)絡(luò)解算

在通風(fēng)檢查無誤后對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算得到通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，如圖1所示。最后得到通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算報告。

圖1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算圖

4. 結(jié)語

通過使用3DVent軟件對石灰?guī)r礦山進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬優(yōu)化分析，可以有效模擬礦山風(fēng)量的分配，所得結(jié)果能夠為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)提供參考，但是在通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算中對網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果的可靠性分析不足，應(yīng)加強軟件的后期完善。隨著政府對礦山的重視，數(shù)字化礦山越來越普及，工程軟件將在礦山設(shè)計和生產(chǎn)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]蔡序淦,王世勤.3DMINE軟件在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計與研究,2010,31(5).

[2]冉光建,陳紹清.基于3DVent通風(fēng)軟件的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013(S1).

[3]季現(xiàn)偉,戴曉江,王孝東.3DMine支持下的風(fēng)網(wǎng)解算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理方法及應(yīng)用[J].礦冶,2011,20(1).

[4]華寧,陳喜山,曹娥,趙成龍.礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件研究綜述[J].青島理工大學(xué)學(xué)報,2011,32(1).

[5]鄧紅衛(wèi),張瑞,雷濤,易東福.基于Ventsim的云錫新山礦段通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].采礦技術(shù),2010,10(4).

[6]冉光建.胡家溝石灰?guī)r礦房柱法安全開采參數(shù)優(yōu)化研究[D].重慶科技學(xué)院,重慶,2015.

K928

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1007-6344（2015）11-0165-01

冉光建（1989-），男，重慶萬州，重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司，地址：重慶市渝北區(qū)雙鳳路111號，研究方向：礦山開采與施工安全技術(shù)