吳紅斌

（太鋼集團代縣礦業(yè)有限公司，山西 忻州 034000）

礦產(chǎn)資源開發(fā)是人類生存以及社會發(fā)展的重要活動之一，當(dāng)前在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中有超過三分之二的能源與原材料均是依賴于礦產(chǎn)資源的開發(fā)。因此，礦產(chǎn)資源的開發(fā)在人類經(jīng)濟與社會發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位，而金屬礦產(chǎn)資源的開采是當(dāng)前生產(chǎn)工業(yè)原材料的基礎(chǔ)工業(yè)活動。針對礦井的通風(fēng)環(huán)節(jié)是保證作業(yè)人員在井下施工安全的前提，其主要作用是將地面新鮮的空氣源源不斷地輸送到礦井下的各個施工場所，為作業(yè)人員提供充足的氧氣，并稀釋礦井中可能存在的有害氣體，保證作業(yè)環(huán)境的舒適度[1]。隨著地表金屬礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，所生資源日趨枯竭，金屬礦產(chǎn)資源開采逐漸向著更深的方向發(fā)展，但深部開采通風(fēng)存在線路長、通風(fēng)阻力大、礦源熱輻射高等問題，因此針對金屬礦的分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計尤為重要。傳統(tǒng)金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在總風(fēng)量與采掘面供風(fēng)量不足、風(fēng)流串聯(lián)使用次數(shù)較多等問題，容易造成開采地區(qū)礦塵濃度超標(biāo)，嚴(yán)重威脅金屬礦產(chǎn)資源開采的安全性和作業(yè)人員的身體健康。基于此，本文開展金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究。

1 金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計

1.1 通風(fēng)機選型

針對金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)需要，本文系統(tǒng)中的通風(fēng)機選用K50L系列礦用節(jié)能通風(fēng)機。K50L系列通風(fēng)機采用扭曲機翼葉片，與其它通風(fēng)機相比氣動效率更高，節(jié)能效果更理想[2]。同時，該系列通風(fēng)機規(guī)格齊全，能夠與各類阻力和風(fēng)量類型的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)形成良好匹配，保證長期有效的運轉(zhuǎn)。表1為K50L系列礦用節(jié)能通風(fēng)機不同機型編號與對應(yīng)參數(shù)。

表1 K50L系列通風(fēng)機不同機型編號與對應(yīng)參數(shù)表

在實際應(yīng)用中，根據(jù)不同的需風(fēng)量，選擇K50L系列對應(yīng)機型編號的通風(fēng)機，可以達到事半功倍的效果。多臺通風(fēng)機以串并聯(lián)的形式連接，形成緊湊的通風(fēng)機組結(jié)構(gòu)。

1.2 測定設(shè)備選型

本文金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)除上述通風(fēng)機外，還需要一系列相關(guān)測定設(shè)備。選用DJS-42通風(fēng)多參數(shù)檢測設(shè)備，對金屬礦中的大氣壓力、風(fēng)速、差壓、濕度和溫度等參數(shù)進行實時檢測DJS-42型號通風(fēng)多參數(shù)檢測設(shè)備的測量范圍內(nèi)為：450.00hPa～13500.00hPa大氣壓力，精度為±25Pa；0.15m/s～18.5m/s風(fēng)速，精度為±0.05m/s；-750.00hPa～750.00hPa差壓，精度為±25Pa；0～95%RH濕度，精度為±2.5%RH；-15℃～45℃溫度，精度為±0.5℃。再選用型號為DS6A多參數(shù)氣體測定器，對金屬礦中的氧氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等氣體進行檢測。選用SJ-SHIC500手持式PM2.5測量設(shè)備金屬礦空氣中的可吸入顆粒物和可入肺顆粒物進行檢測。除此之外，還需要滑尺、皮尺、U型管、皮管、畢托管等測量設(shè)備，對金屬礦中的各變化參數(shù)進行計算。

2 金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)軟件優(yōu)化設(shè)計

2.1 金屬礦分區(qū)開采需風(fēng)量計算

金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用主要目的是為了為礦井作業(yè)人員提供一定量的新鮮空氣，并將礦井中的有毒、有害氣體稀釋。

根據(jù)金屬礦開采的特點，全礦分區(qū)開采需風(fēng)量應(yīng)為工作面最大需風(fēng)量與各分區(qū)獨立通風(fēng)硐室最大需風(fēng)量之和，因此全礦總風(fēng)量可根據(jù)如下公式進行計算：

公式（1）中，W表示為金屬礦全礦總需風(fēng)量；Ws表示為金屬礦回采工作面需風(fēng)量；Ws'表示為金屬礦備用回采工作面需風(fēng)量；Wi表示為金屬礦掘進工作面需風(fēng)量，包括開拓階段和采切階段的挖進；Wr表示為金屬礦要求獨立風(fēng)流通風(fēng)的硐室需風(fēng)量；WH表示為其他位置需風(fēng)量；δ表示為金屬礦礦井需風(fēng)量備用系數(shù)。在實際作業(yè)中，金屬礦分區(qū)開采需風(fēng)量會受到礦井地?zé)?、空氣絕熱自壓縮散熱以及礦井炸藥爆破時產(chǎn)生的熱量影響，造成最終分區(qū)開采內(nèi)部通風(fēng)量小于實際提供通風(fēng)量的問題，因此在實際通風(fēng)時要為分氣開采提供遠大于需風(fēng)量的通風(fēng)量，防止通風(fēng)不充足造成負面影響。

2.2 變頻智能分區(qū)接力通風(fēng)控制

通過本文上述完成對金屬礦分區(qū)開采需風(fēng)量計算后，對金屬礦的變頻智能分區(qū)接力通風(fēng)進行控制。不同區(qū)域的承擔(dān)處理增量值的計算公式為：

公式（2）中，ΔW表示為不同區(qū)域的承擔(dān)處理增量值；WT表示為實際輸出功率。根據(jù)上述功率增量計算公式，可進行控制偏差值的分析，不根據(jù)不同區(qū)域需風(fēng)量差異，通過改變增量值，實現(xiàn)對各區(qū)域有效通風(fēng)控制。根據(jù)上述增量值計算結(jié)果，通過建立系統(tǒng)接力通風(fēng)控制目標(biāo)以及通風(fēng)線路，實現(xiàn)對金屬礦不同分區(qū)的接力通風(fēng)控制[3]。

首先，在本文系統(tǒng)內(nèi)傳遞的控制數(shù)據(jù)中進行查詢，判斷是否存在異常數(shù)據(jù)；其次，再利用上述計算公式對異常數(shù)據(jù)進行綜合評估；再其次，建立分區(qū)接力路徑與目標(biāo)數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，實現(xiàn)對本文系統(tǒng)實時的通風(fēng)校正；最后，通過控制風(fēng)量輸送功率的數(shù)值變化，實現(xiàn)對金屬礦不同區(qū)域的高效率通風(fēng)。

3 實驗論證分析

選取某地區(qū)復(fù)雜金屬礦作為實驗對象，將實驗對象各參數(shù)輸入到三維通風(fēng)模擬軟件當(dāng)中，分別利用本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)對其進行通風(fēng)控制，并通過軟件對通風(fēng)過程進行動態(tài)模擬。由于在仿真金屬礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，各個分支在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的位置不同，進而會對整個通風(fēng)系統(tǒng)造成影響。因此對于實驗對象而言，其通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中井下的分支較多，若對所有分支均按照穩(wěn)定性的分析流程進行計算，則會造成較大的工作量，同時實驗結(jié)果無法進行比較。因此，為了更加簡單、完整地對本文通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用性能進行驗證。本文選用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的重要分支進行實驗。通風(fēng)穩(wěn)定程度系數(shù)的計算公式為：

公式（3）中，η表示為通風(fēng)穩(wěn)定程度系數(shù)；w表示為在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中無風(fēng)阻變化時，某一重要分支的風(fēng)量；w'表示為在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中有風(fēng)阻變化時，某一重要分支的風(fēng)量。通過公式（3）計算得出的結(jié)果，數(shù)值越高，則表示該系統(tǒng)通風(fēng)越穩(wěn)定。反之，數(shù)值越低，則表示該系統(tǒng)通風(fēng)越不穩(wěn)定。根據(jù)上述實驗準(zhǔn)備，完成對比實驗，并根據(jù)公式（3）計算出，本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的通風(fēng)穩(wěn)定程度系數(shù)，將計算結(jié)果繪制成如圖1所示。

圖1 兩種通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)穩(wěn)定程度對比

由圖1中兩條曲線可以看出，本文系統(tǒng)的通風(fēng)穩(wěn)定程度系數(shù)明顯高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，并且，本文系統(tǒng)曲線整體更加平穩(wěn)，傳統(tǒng)系統(tǒng)曲線整體變化幅度較大，存在不穩(wěn)定問題。因此，通過對比實驗證明，本文提出的金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)在對不同分區(qū)、不同風(fēng)阻條件下，均能夠保持良好的通風(fēng)穩(wěn)定度，保證合理的采礦通風(fēng)環(huán)境，提高作業(yè)點的氣壓，緩解作業(yè)人員在金屬礦區(qū)采礦過程中的缺氧狀態(tài)，并將有毒、有害氣體稀釋，保證礦產(chǎn)開采作業(yè)的安全性。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)金屬礦作業(yè)特點以及風(fēng)量控制特征，提出一種全新的金屬礦分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中可以為作業(yè)人員提供一定的安全保障。但由于金屬礦通風(fēng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之不同礦區(qū)存在不同的環(huán)境因素，導(dǎo)致研究中仍然存在某些方面的問題，例如在實際采礦中提高礦井空氣氣壓和氧分壓困難；數(shù)據(jù)實驗過程中創(chuàng)新不足等問題。因此在后續(xù)的研究中還需要進一步深化。