银山矿深部开采通风系统优化改造

龙 跃

(江铜集团银山矿业有限公司)

银山矿深部开采通风系统优化改造

龙 跃

(江铜集团银山矿业有限公司)

通过对银山矿通风系统的调查与测定，分析了通风存在的问题，利用Ventsim软件，建立了三维通风仿真模型，设计了3种通风系统改造方案。从矿井总风量、矿井总阻力、风机装机容量、基建费和矿井通风系统抗灾能力5种因素，构建了矿井通风方案优化决策灰色关联投影模型，确定了该矿通风系统最佳方案。该方案实施后，大大改善了井下作业环境，通风各项指标都达到矿山安全规程要求。

通风系统优化 三维通风仿真 Ventsim 灰色关联投影法

江铜集团银山矿业有限公司是一座生产铅锌矿石的中型矿山，井下开采已近60 a。采用竖井开拓方式，目前最深为-330 m生产中段。随着井下开采的延深，存在比较严重的通风问题。为了全面了解该矿的通风现状，对通风系统进行了调查和测定,在各中段共布置测风点114个(其中5个测点由于水深等原因未测)。测风点包括以下4类：①进风测点；②需风测点；③回风测点；④反映风量分配和风机工况测点。主要测定数据[1]：矿井通风系统综合指标为28.6%，作业点风量合格率为6.2%，有效风量率12.8%。风机功率296.69 kW，效率为39.6%。测定数据说明该矿通风系统存在：综合通风效果和效益都很低，风机与通风网络配置不合理，进入作业点的风量太少，上部中段漏风严重等问题。其通风系统亟待改造。

1 通风系统改造方案

1.1 Ventsim仿真系统

三维通风仿真系统是当前矿山通风领域使用比较广泛的软件系统之一[2-4]。通过该软件建立矿井通风仿真模型，可以在三维仿真模型中进行矿井通风系统优化、设计，并且可以实现动态和可视化管理。通过改变颜色设置，对井巷风流、压力、通风机、自然风压、风流调控设施等主要通风参数进行建模分析，显示结果直观。

1.2 构建矿山通风仿真系统

利用DXF 格式文件转换仿真系统图，在AutoCAD系统下，绘制银山矿各中段通风平面图，将CAD图形的文件类型改为DXF文件类型；按照中段标高建立图层，每个中段对应一个图层，分图层导入Ventsim系统；为了方便分析，将进风井巷和回风井巷分别建立图层；录入巷道参数，主要包括摩擦阻力系数、断面，井巷长度系统会自动生成，录入自然风压计算参数，主要包括地表空气温度、大气压和岩石低温梯度等。银山矿通风仿真系统模型如图1所示。

1.3 通风系统改造方案

经过计算，全矿总风量为45.5 m3/s。在满足全矿总风量的条件下，从北山区和九区回风线路是否合并、回风线路、主扇型号、安装地点、装机容量和基建费用等方面，提出了3个通风改造方案，利用Ventsim通风仿真模型，对各方案进行了详细计算与分析。各方案主要参数见表1。

2 通风方案优选

矿井通风系统优化是一个复杂的决策问题，涉及到许多因素，且各因素之间既相互关联又相互制约，所以矿井通风系统方案优化实际上是一个灰色多目标决策问题[5-7]。国内一些矿山利用多目标决策的灰色关联投影法决策模型，确定了通风系统方案，取得了良好的效果[8]。

利用矿井通风系统评价指标，即矿井总风量、矿井总阻力、风机装机容量、基建费和矿井通风系统抗灾能力，采用多目标灰色关联投影法原理，对每个方案进行了详细的计算和分析,得出了3个通风方案指标值,见表2。

(1)建立决策矩阵。根据表1数据,得出相对最佳方案的因素指标A0=(55,1816,264,139,365),得到决策矩阵X：

图1 银山矿通风仿真系统模型

表1 通风系统改造方案

注：进风井为3#混合井、东西专用进风井。

表2 各方案指标值计算

(2) 初值化处理。计算灰色关联判断矩阵：

X′=

(3)建立多目标灰色关联系数矩阵：

r=

(4)确定加权系数。根据专家评价,可以得到一组加权系数W：

(5)决策方案灰色关联投影值。计算3个方案的灰色关联投影值D：

D=(0.397 8 0.287 3 0.324 1) .

根据这3个矿井通风方案投影值的大小,确定方案一为最佳方案，并且在该矿中进行施工和运行。

3 现场实施与通风效果分析

半年时间完成了专用通风井巷施工,安装了主扇和大部分风流调控设施，对整个通风系统进行了全面测定。井下主扇投入使用后，北山区回风量为41.2 m3/s，九区回风量为7.5 m3/s，地表主扇运行效率提高到72%。北山区和九区利用了1台现有主扇，能够满足生产通风需要，节省了通风改造成本。

4 结 论

(1)利用Ventisim软件建立通风系统仿真模型，可以准确快速地进行风网解算、风流动态模拟和优选主扇等，提高了矿井通风的优化水平。

(2)利用多目标决策的灰色关联投影法优选矿井通风系统方案是有效的,可以全面考虑通风方案各种影响因素,从而较客观的选出技术上可行、经济上合理的方案。该方法计算过程简单,利用程序计算结果准确,计算速度快，但是在选择指标类型和加权系数等方面还有待进一步研究。

(3)银山矿按照方案一实施后，北山区和九区都能够满足生产的需要，保证了职工井下作业环境质量，同时利用了1台现有主扇，节省了通风改造成本，取得了较好的经济效益。

[1] 国家安全生产监督管理总局.AQ 2013.5—2008 通风系统鉴定指标[S].北京：国家安全生产监督管理总局，2013.

[2] 王超群.基于Ventisim系统的老矿山通风系统改造研究—以铜兴矿业为例[J].有色金属:矿山部分,2013,65(1):87-89.

[3] 刘玉玲，周和平，苏 哲.基于Ventsim的乌兰煤矿通风系统优化设计[J].矿业安全与环保,2014,41(5):69-75.

[4] 余文章,戴晓江,季现伟，等.云锡老厂深部开采通风系统方案优化[J].金属矿山,2011,420(6):139-141.

[5] 吕 锋，崔晓辉.目标决策灰色关联投影法及其应用[J].系统工程理论与实践，2002(1):103-107.

[6] 邓聚龙.灰色理论基础[M].武汉:华中理工大学出版社，2003.

[7] 李秀红.基于灰色关联度的多目标决策模型与应用[J].山东大学学报:理学版,2007,42(12):33-36.

[8] 支学艺，江小华，黄洪祥.基于灰色关联投影分析的矿井通风方案优化研究[J].黄金，2010,31(3):27-30.

2015-04-28)

龙 跃(1975—)，男，助理工程师，334201 江西省德兴市。