肖利民，易善華

（長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南長沙 410012）

某金礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究

肖利民，易善華

（長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南長沙 410012）

摘 要：針對某金礦通風系統(tǒng)存在的問題，提出了對應(yīng)的優(yōu)化改造方案，應(yīng)用通風網(wǎng)絡(luò)解算程序?qū)Ω脑旌蟮耐L系統(tǒng)進行了模擬驗證。經(jīng)驗證，改造后的通風系統(tǒng)兼顧考慮了礦山未來發(fā)展的需要，同時節(jié)約了能源，提高了礦山經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)水平。

關(guān)鍵詞：通風系統(tǒng)；優(yōu)化；網(wǎng)絡(luò)解算

1 礦山概況

目前，某金礦采礦生產(chǎn)能力為2500 t/d。該礦現(xiàn)采用主、副豎井+輔助斜坡道開拓，中段主要采用柴油無軌設(shè)備運輸。開采對象主要為70號礦脈，現(xiàn)開采中段有1264，1224，1184，1136m四個中段。礦井現(xiàn)主要利用風井進風，副井及輔助斜坡道輔助進風，采用1520m回風平硐回風。通風方式為單翼對角抽出式，設(shè)計礦井總需風量為150m3/s。1466m回風平巷內(nèi)現(xiàn)安裝有1臺DK62（A）-10-No30型礦用對旋軸流通風機，電動機功率2×400 kW。

2 礦井通風系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)該礦山現(xiàn)場調(diào)查和分析，其通風系統(tǒng)目前主要存在以下4個方面的問題。

（1）該礦現(xiàn)有的DK62（A）-10-No30型主扇有1臺電動機已損壞，目前為單電動機運行，經(jīng)測定，礦井總回風量為79.62m3/s，年產(chǎn)萬噸耗風量僅0.97m3/s。故該礦井供風量嚴重不足，且井下運行的柴油設(shè)備較多，柴油設(shè)備尾氣、炮煙、粉塵等無法及時得到稀釋和排出，導致井下大部分工作面空氣質(zhì)量較差，威脅工人健康。

（2）礦山反映現(xiàn)有的DK62（A）-10-No30型主扇電動機損壞過多次，每次更換電動機需暫停主扇，且電動機更換不方便，影響礦山正常生產(chǎn)。經(jīng)初步分析，其電動機損壞的原因可能有：主扇與電動機不配套，導致電動機過載；該型號主扇原配電動機為2 ×450 kW，礦山實際安裝的為2×400 kW；電動機防護等級過低，井下柴油設(shè)備尾氣對電動機造成腐蝕；主扇每次開啟時，未按要求逐級啟動I級、II級電動機或在未關(guān)閉電動蝶閥的情況啟動電動機。

（3）礦井大部分回風斜井實測斷面積為7.8～12m2，回風巷道斷面過小，致使該礦回風段通風阻力過大，通風能力受到限制。經(jīng)按礦井總回風量150m3/s計算，礦井通風總阻力達到3200 Pa。按此回風量和礦井通風總阻力初選風機，至少需選用功率為2×560 kW的主扇，主扇工況點軸功率達到1007 kW。

（4）該礦山開采至今，70號礦脈已處于開采后期，現(xiàn)礦山擬開采2礦帶。2礦帶位于70號脈南側(cè)，兩礦帶邊界相距約400m。礦山現(xiàn)有通風系統(tǒng)尚未考慮2礦帶。因此，需對礦井通風系統(tǒng)進行改造，以滿足2礦帶開采通風需要。

鑒于該礦山通風系統(tǒng)存在的問題，并結(jié)合礦山現(xiàn)狀和未來發(fā)展需要，現(xiàn)階段亟需對該礦山通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，從而為井下作業(yè)人員提供一個良好的作業(yè)環(huán)境，并滿足礦山井下安全生產(chǎn)需要。

3 礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究

在構(gòu)建礦井通風系統(tǒng)方案時，應(yīng)嚴格遵循技術(shù)效果良好、運行安全可靠、基建費用和經(jīng)營費用低，以及便于管理的原則［1-2］。本次研究將依據(jù)上述原則擬定本次通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案。

3.1通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案的確定

經(jīng)對本礦井通風系統(tǒng)存在問題的分析，本次通風系統(tǒng)優(yōu)化改造推薦方案為：更換主扇+回風斜井擴幫+新掘2礦帶穿脈聯(lián)絡(luò)巷。通風系統(tǒng)優(yōu)化改造主要從以下4個方面著手。

（1）增大礦井總回風量，使之達到設(shè)計風量值。要增大礦井總回風量，就必須解決主扇問題?？紤]到礦山現(xiàn)有DK62（A）-10-No30型主扇電動機經(jīng)常損壞，且電動機功率與主扇不配套等問題。本次推薦在1466m回風中段另選一條回風巷道，并重新選配1臺DK62（A）-10-No30型主扇，采用配套的2× 450 kW電動機，電動機防護等級采用IP55。

（2）減少礦井回風段通風阻力。要減少礦井回風段通風阻力，可通過刷大回風巷道斷面、增加并聯(lián)回風巷道的方式實現(xiàn)。根據(jù)礦山井下實際情況，在1344，1390m中段分別清理出一條原采場回風天井，與現(xiàn)有的中段回風斜井形成并聯(lián)風路。主要回風井巷最佳風速可取6～8m/s，一般不應(yīng)超過10m/s［3］。同時考慮井巷刷幫費用相對掘進要低，經(jīng)綜合考慮，本次建議將1184～1466m標高間的主要回風斜井斷面刷大至20m2，需刷大的回風斜井總長517m。

（3）擬開采的2礦帶最低中段為944m，最上一個為1390m回風中段。為解決2礦帶進、回風問題，研究考慮在1184～1390m的各中段分別從70號脈選擇一條靠近2礦帶的穿脈巷道，并掘進至2礦帶的沿脈平巷。這樣2礦帶1184m及以上各中段均可通過兩礦帶間的穿脈聯(lián)絡(luò)巷進風，利用1390m中段的穿脈聯(lián)絡(luò)巷回風。根據(jù)礦山規(guī)劃，2礦帶1184m以下的開拓系統(tǒng)擬采用延伸斜坡道+輔助斜井開拓。因此，2礦帶1184m以下各中段進風可利用斜坡道、輔助斜井進風，回風則通過各中段倒段回風斜井回至1390m回風中段，再通過1390m回風巷道匯集到總回風斜井。

（4）為提高主通風機運行的安全可靠性，建議在礦山建立主通風機在線測控系統(tǒng)［4-6］。通過在線測控系統(tǒng)實時監(jiān)測通風系統(tǒng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、通風機的性能參數(shù)、電機的電氣參數(shù)、軸承溫度、電機振動等，并進行數(shù)據(jù)管理、報表管理、性能測試、遠程通信。礦山安全管理人員可在生產(chǎn)過程中隨時掌握通風機的運行狀態(tài)，并根據(jù)風機的實時狀態(tài)對風機進行遠程控制，從而保證主通風機安全可靠的運行。

改造后的通風系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　某金礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后通風系統(tǒng)3D模擬圖

3.2通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后通風網(wǎng)絡(luò)解算

利用計算機軟件解算礦井通風網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的模擬仿真，為礦井通風系統(tǒng)方案優(yōu)化、礦井通風系統(tǒng)技術(shù)改造提供技術(shù)支持。為檢驗本次推薦的通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案的可行性，最便捷有效的方法就是對改造后的通風系統(tǒng)進行通風網(wǎng)絡(luò)解算，從而檢驗礦井通風總阻力下降情況和礦井風量分配情況。

本次通風網(wǎng)絡(luò)解算主要采用Hardy-Cross算法進行迭代計算。采用Hardy-Cross迭代法求解通風網(wǎng)絡(luò)的實質(zhì)是：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各分支風道的初擬風量，近似的求出各回路風量的增量ΔQk，并作為校正值，分別對回路中分支的風量進行校正。迭代計算，直到校正值ΔQk滿足預(yù)先給定的精度為止。為提高迭代的收斂速度，計算時對Hardy-Cross迭代法施加Gausscide技巧［7-8］。

計算機通風網(wǎng)絡(luò)解算步驟如下：

（1）初始化參數(shù)；

（2）創(chuàng)建通風巷道；

（3）編輯巷道參數(shù)；

（4）檢查通風網(wǎng)絡(luò)；

（5）通風網(wǎng)絡(luò)迭代計算；

（6）風量調(diào)節(jié)；

（7）解算結(jié)果顯示；

（8）通風解算報告輸出。

通過對改造后的礦井通風系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)解算，得出改造后礦井通風總阻力H=2272.17 Pa。選配DK62（A）-10-No30型軸流通風機 1臺，配YB630S-10型電機（IP55）1組，功率2×450 kW，轉(zhuǎn)速 590 r/min。風機工況點 Q=166m3/s，H= 2451.62，α=40°，η=75%，軸功率N=665 kW。另備用同型號電機1臺。

3.3通風系統(tǒng)優(yōu)化改造前后對比分析

（1）改造后的通風系統(tǒng)兼顧考慮了2礦帶和70號脈同時開采通風的需要。

（2）改造后的礦井通風總阻力較改造前的有大幅度降低。改造后的礦井通風總阻力較改造前降低了927.83 Pa，對應(yīng)設(shè)計需要的主扇工況點軸功率降低了342 kW，遠遠低于改造前的。如按照主扇工作時長計算耗電量，即330 d/a，24 h/d的工作制度，礦井通風系統(tǒng)改造后較改造前每年可節(jié)約電耗約270.86×104kW·h，其間接產(chǎn)生的經(jīng)濟效益相當可觀。

（3）本次重新選配了電機防護等級較高的主扇，不但使礦井總回風量達到了設(shè)計風量值，確保了井下生產(chǎn)安全，且提高了主扇電機的安全防護性能。通過建立主通風機在線測控系統(tǒng)，提高了風機運行的安全可靠性。

4 結(jié) 論

針對某金礦通風系統(tǒng)存在的問題，提出了對應(yīng)的優(yōu)化改造方案。應(yīng)用通風網(wǎng)絡(luò)解算程序?qū)Ω脑旌蟮耐L系統(tǒng)進行了模擬驗證。經(jīng)驗證，改造后的礦井通風系統(tǒng)兼顧考慮了礦山未來發(fā)展的需要，同時降低了礦井通風總阻力，節(jié)約了能源，提高了礦山經(jīng)濟效益、安全生產(chǎn)水平及自動化水平。本次研究對同類礦山通風系統(tǒng)的優(yōu)化改造具有一定借鑒意義。

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收稿日期：（2016-03-28）

作者簡介：肖利民（1982-），男，湖南衡陽人，工程師，主要從事礦井通風與安全設(shè)計及研究工作，Email：Xiao-cimr@foxmail.com。