于廣鵬
(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 臨河市 015000)
基于Ventsim軟件對某多金屬礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究
于廣鵬
(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 臨河市 015000)
礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為主要的生產(chǎn)輔助系統(tǒng),對礦山安全生產(chǎn)有著重要的意義。某多金屬礦為典型的多系統(tǒng)、多階段開采礦山,為了優(yōu)化該礦山的通風(fēng)系統(tǒng),基于Ventsim軟件對其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和解算,并根據(jù)解算結(jié)果,選擇風(fēng)機(jī)主扇型號。
通風(fēng)系統(tǒng);三維仿真;網(wǎng)絡(luò)解算;主扇選型
采用人工解算優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)耗時(shí)費(fèi)力,其解算出來的精度誤差大,難以得到令人滿意的結(jié)果,系統(tǒng)在投入使用后往往面臨運(yùn)行成本高,實(shí)際與優(yōu)化設(shè)計(jì)不符等一系列的問題。Ventsim礦井三維通風(fēng)軟件作為近年來涌現(xiàn)出的一款專業(yè)三維軟件,其可視化程度高,系統(tǒng)構(gòu)建簡單,優(yōu)化操作靈活,在系統(tǒng)解算方面具有突出的優(yōu)勢,本文將基于此軟件對某礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,以選擇出適合礦山的最佳通風(fēng)方案。
某多金屬礦現(xiàn)有220000 t/a的生產(chǎn)能力,海拔540~1139 m,礦體平均厚度為0.75 m,屬于急傾斜薄礦脈。該礦已開采至260 m標(biāo)高,現(xiàn)有的CM105平硐+暗豎井、CM101平硐+暗豎井、PD16平硐+暗豎井、CM102平硐+暗斜井、CM103平硐+暗斜井、PD700平硐+暗斜井+暗豎井、CM105-2#平硐+暗豎井和斜坡道等多個(gè)開拓系統(tǒng),主要開采中段有490,450,400,350,300 m以及260 m,是典型的多系統(tǒng)、多階段開采礦山。采礦方法以削壁充填法為主。為維持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力和礦量儲備,礦山已經(jīng)進(jìn)入260~10 m中段進(jìn)行開拓探礦。
2.1 通風(fēng)系統(tǒng)擬定
2.1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬定
礦區(qū)開采范圍內(nèi)的主要礦體自西向東有: S2、 S4、 S6、 S14、 S16W、 S16E、 S21、S7、S7-1、S8。其中,S2、S4、S6、S14 礦脈群與 S16W、S16E、S21、S7、S7-1、S8礦脈群距離較遠(yuǎn),形成東西兩個(gè)部分。
東翼礦體利用現(xiàn)有的 CM101、CM105和斜坡道進(jìn)風(fēng),CM102為回風(fēng)井。通風(fēng)線路為新鮮風(fēng)流自 CM101、CM105、斜坡道進(jìn)入各中段,由中段運(yùn)輸巷道進(jìn)入采場,沖洗工作面后由回風(fēng)天井進(jìn)入上中段回風(fēng)巷道,再匯集進(jìn)入CM102回風(fēng)井,由CM102排出至地表。
西翼礦體利用現(xiàn)有的PD16、CM105和CM105-2#進(jìn)風(fēng),在PD16和CM105之間礦體以西選擇開鑿專用回風(fēng)井。通風(fēng)線路為新鮮風(fēng)流自 PD16、CM105和CM105-2#進(jìn)入各中段,由中段運(yùn)輸巷進(jìn)入采場,沖洗工作面后由回風(fēng)天井進(jìn)入中段回風(fēng)巷道,再匯集進(jìn)入西翼回風(fēng)井,由西翼風(fēng)井排出至地表。為便于維修管理,東西翼礦體的主扇安裝在地表。
2.1.2 中段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬定
通過對現(xiàn)有采礦方法以及礦體賦存特性進(jìn)行分析,采用上下中段間隔式回風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見圖1)較為合理,即新鮮風(fēng)流進(jìn)入采場沖洗后,污風(fēng)進(jìn)入上中段,再由回風(fēng)井排出至地表,同時(shí)上中段不進(jìn)行生產(chǎn),僅作為備采回風(fēng)中段進(jìn)行使用。
圖1 上下中段間隔式回風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.1.3 采場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬定
由于采用削壁充填采礦方法,采場布置一條連通上中段的回風(fēng)天井,一條人行井,一條材料井,因此采場通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)為人行井和材料井進(jìn)風(fēng),風(fēng)流進(jìn)入采場后由回風(fēng)天井排入上中段,此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠較好改善采場內(nèi)的通風(fēng)環(huán)境,避免了采場通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)角聯(lián)的問題。采場通風(fēng)結(jié)構(gòu)見圖2。
圖2 采場通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.2 風(fēng)量核定及分配
核定總風(fēng)量需要確定井下的需風(fēng)點(diǎn),主要包括:采掘作業(yè)面及需獨(dú)立通風(fēng)的硐室。各地點(diǎn)風(fēng)量核定應(yīng)分別按排塵所需的風(fēng)量進(jìn)行,取其中較大的值作為該點(diǎn)的需風(fēng),其他硐室需風(fēng)量核定按照規(guī)程要求配備即可,核算出的風(fēng)量見表1。
表1 東、西兩翼需風(fēng)量計(jì)算
(1) 按井下工作人數(shù)計(jì)算需風(fēng)量:
Q=nQi=210×4=840 m3/min=14 m3/s
(2) 按爆破炮煙排除計(jì)算需風(fēng)量:
=2.17m3/s
(3) 按萬噸配風(fēng)比計(jì)算:
某多金屬礦地下可采年產(chǎn)量為22萬t,屬中型礦山,對中型礦山萬噸配風(fēng)比一般為1.5~4 m3/s·萬t,經(jīng)計(jì)算某鉛鋅銀礦的萬噸配風(fēng)比為6.28 m3/s·萬t,符合規(guī)范要求。
經(jīng)過上述風(fēng)量校核,說明設(shè)計(jì)風(fēng)量滿足其他條件下的配風(fēng)要求。
2.3 調(diào)控方式選擇
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單的通風(fēng)系統(tǒng),宜選用主扇—風(fēng)窗調(diào)控。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng),宜選用主扇—輔扇調(diào)控。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有氡危害的通風(fēng)系統(tǒng),建議選擇多級基站或者單元調(diào)控方式。結(jié)合上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建議選擇主扇—風(fēng)窗調(diào)控。
3.1 網(wǎng)絡(luò)解算
根據(jù)各中段所服務(wù)年限以及回采順序,將不同生產(chǎn)中段劃分為不同階段,階全礦階段劃分見表2。
表2 全礦通風(fēng)階段劃分
根據(jù)表1核算出的各個(gè)區(qū)域的需風(fēng)量,將不同地點(diǎn)的風(fēng)量固定在回風(fēng)井上,開始模擬解網(wǎng),解網(wǎng)后根據(jù)井下風(fēng)量分配情況進(jìn)行構(gòu)筑物設(shè)置調(diào)控,繼續(xù)按照固定回風(fēng)量進(jìn)行解網(wǎng),得出在系統(tǒng)處于調(diào)控的狀態(tài)下,配風(fēng)量所需要的阻力,按照上述方式對系統(tǒng)的三個(gè)不同階段冬夏兩季分別進(jìn)行解網(wǎng),1月份(-1°)和7月份(28°),即得出不同階段風(fēng)量與阻力(風(fēng)壓)之間的關(guān)系,選擇最大值作為風(fēng)機(jī)選型的特性參數(shù)。不同季節(jié)各階段系統(tǒng)運(yùn)行解網(wǎng)參數(shù)見表3和表4。
表3 1月份各階段解算結(jié)果
表4 7月份各階段解算結(jié)果
注:上述自然風(fēng)壓由軟件解網(wǎng)模擬得出。
由表3~表4可以看出,風(fēng)機(jī)選型應(yīng)以階段三7月份的解網(wǎng)參數(shù)作為風(fēng)機(jī)選型的重要依據(jù)。
3.2 風(fēng)機(jī)選型
根據(jù)解網(wǎng)結(jié)果選擇主扇,全礦通風(fēng)系統(tǒng)的主扇型號和相關(guān)參數(shù)見表5,困難時(shí)期CM102 井口的風(fēng)機(jī)全壓特性曲線和風(fēng)機(jī)效率見圖3和圖4,受篇幅所限西翼特性曲線和風(fēng)機(jī)效率曲線未導(dǎo)入。由于現(xiàn)有風(fēng)機(jī)都配備變頻設(shè)備,因此風(fēng)機(jī)在安裝時(shí)可選擇最困難時(shí)期的葉片角度,前期運(yùn)行時(shí)通過變頻調(diào)整即可。
表5 主扇型號參數(shù)
圖3 東翼主扇階段三全壓特性曲線
圖4 東翼主扇階段三全壓效率曲線
通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工程費(fèi)用包括工程施工費(fèi)用、設(shè)備購置費(fèi)用和通風(fēng)運(yùn)行費(fèi)用。初期需投入的費(fèi)用包括部分工程施工費(fèi)用、設(shè)備購置費(fèi)用以及階段一通風(fēng)構(gòu)筑物費(fèi)用。總費(fèi)用和初期投入費(fèi)用見表6。
(1) 系統(tǒng)本可做分區(qū)通風(fēng)考慮,但受運(yùn)輸系統(tǒng)的影響,最終做統(tǒng)一通風(fēng)考慮,主要受實(shí)際運(yùn)輸方面的考慮,嚴(yán)格意義上的分區(qū)通風(fēng)難以實(shí)現(xiàn);
(2) 系統(tǒng)的三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要合理選擇,對今后礦山通風(fēng)系統(tǒng)的精細(xì)化管理打下良好的基礎(chǔ);
(3) 階段的劃分在系統(tǒng)規(guī)劃中特別是規(guī)劃實(shí)施后,系統(tǒng)運(yùn)行階段的經(jīng)濟(jì)性和礦山對系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)控上有著極為重要的意義;
(4) 系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)施后礦山也需經(jīng)常性的解網(wǎng)調(diào)整,畢竟井下的生產(chǎn)環(huán)境與規(guī)劃有著一定的差異性。
表6 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工程總費(fèi)用
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2017-02-24)
于廣鵬(1986-),男,內(nèi)蒙古赤峰人,工程師,碩士,主要研究方向?yàn)榈V井通風(fēng)及井下環(huán)境治理。