基于Ventsim的某铁矿通风系统优化设计

谷 岩，杨玉学

(中钢石家庄工程设计研究院有限公司， 河北石家庄 050021)

基于Ventsim的某铁矿通风系统优化设计

谷 岩，杨玉学

(中钢石家庄工程设计研究院有限公司， 河北石家庄 050021)

冀东地区某铁矿原有通风系统存在漏风量大、通风困难、效率低等问题。利用

矿井通风系统；优化设计；三维仿真；网络解算

0 引 言

矿井通风系统作为地下采矿工程八大系统之一，与井下生产安全息息相关。相关数据表明:国内矿山风机有效运转率不及设计风机效率的1/2，约为40%左右。但通风能耗却占到坑口总能耗的1/3，其中通风电费约占通风能耗的70%。当前，铁矿石价格不断下跌，部分矿山企业已呈亏损态势。因此，降低开采成本对矿山企业显得十分重要，对现有通风系统进行优化改造，降低通风成本不失为一种快速有效的手段。

本文利用Ventsim三维仿真软件，对冀东地区某铁矿现有通风系统进行了模拟与解算，并得出风机安放的合理位置，以期提高了效率，节约电力成本。

1 工程背景及通风系统存在的问题

1.1 工程背景

冀东地区某铁矿建矿至今已开采50年，绝大多数矿体已经采完，只剩下南6号90m中段以下部分矿体，目前矿山的90m，30m中段为主要生产中段，－30m中段正在进行开拓、采准:－90m，－150m中段正在施工开拓工程。矿山目前采用对角式多风机通风系统，在矿山现有整体通风系统不变的基础上，为改善深部开采的通风条件，在30m中段和－30m中段51线附近的主回风系统各增加一台辅助通风机，与地表回风道内的主扇风机形成多风机通风系统。

新鲜风流通过510m平硐、盲竖井、各中段运输巷道进入采场。改造前的通风系统见图1。

图1 改造前矿井通风系统

1.2 通风系统存在的问题

现场实际生产时，发现改造前的通风系统主要存在如下问题:

(1)矿山开采年限较长，存在大量采空区，内部漏风现象较为严重，特别是330m，270m，210m中段35线至51线之间采空区情况较为复杂，造成风路出现一部分短路风流；

(2)为统一通风系统，矿井存在循环风现象；

(3)矿山深部风量不足，通风较为困难；

(4)矿山风机效率较低；

(5)井下现有辅助风机安装的位置不合适。

回风井主扇风机型号为K45－4－No15，装机功率200 kW，属于大风量、中等风压风机。由于矿井阻力较高，现有风机已不能满足矿井通风需求。实测回风井主风机实际输入功率为30 kW，风机工作效率较低。各中段的风量见表1。

2 矿井通风系统优化改造

2.1 Ventsim三维通风仿真系统介绍

Ventsim三维通风仿真系统由金码软件(北京)有限公司引进开发。该软件可以高效的进行井下风网解算、风流模拟、热模拟、经济性模拟等，可以使金属矿山通风管理实现信息化、三维可视化管理，实现矿井安全、高效、经济运行[3]。

表1 主要中段风量

2.2 优化改造方案

为了缩短通风流程，增大通风能力，提高矿井通风抗灾能力，需要对矿井通风系统进行改造。结合矿山实际情况，确定两种改造方案。

(1)密闭370，330m中段27线以东工程，密闭270m中段通往210m中段所有溜井及风井，密闭210m中段39线以西工程，并清通39线270m中段通往210m中段风井，在210m中段51线安装风机，使上部中段形成相对独立的通风系统。

(2)清理150m中段至90m中段53线2溜井、90m中段至30m中段51线溜井、30m中段至－30m中段线溜井和－30m中段至－90m中段47线2个溜井，使之和150m中段至－90m中段回风井并联，降低150m中段至－90m中段回风段通风阻力，并在150m中段55线处安装满足150m中段以下系统通风要求的风机。使210m中段以下形成相对独立通风系统。

(3)在370m中段27线、330m中段27线、150m中段51线、90m中段51线、30m中段51线安装调节风窗，以调节各中段风量大小。

(4)更换主回风井风机，使之能克服矿井总回风段的通风阻力。

利用Ventsim软件对这2个通风系统改造方案进行模拟。优化方案纵投影见图2。

图2 优化方案通风系统纵投影图

2.3 通风系统模拟

2.3.1 仿真系统构建

Ventsim软件模型建立有2种生成方式，一种是直接在系统的绘图区域进行建模；另一种是利用CAD绘制DXF格式通风系统图，再将DXF格式文件转换成计算模型。本文采用第二种方式，即在AutoCAD系统下，先绘制通风系统图，具体步骤如下:

(1)利用多段线画出各个中段工程，多段线特性中标高需与中段标高相符；

(2)利用CAD三维视图功能检查模型完整性，正确无误后另存为DXF文件类型；

(3)将DXF导入到Ventsim软件中；

(4)选择风流模拟，按照错误提示进行模型修正，主要是对各个节点进行绑定，以保证巷道贯通；

(5)录入数据，对竖井、平硐、巷道等进行赋值；

(6)通风系统运行模拟。

计算模型见图3。

2.3.2 通风系统优化改造方案模拟

通风系统优化设计方案与原方案对比见表2。通过上述技术、经济、通风效果等多方面的分析和比较可以看出:

(1)新方案与原方案相比，最突出的优点是增大了有效进风量；

(2)新方案虽然工程量、设备购置费用，但矿井总体通风效果要好，可靠性高；

(3)新方案通风阻力高，但风机有效利用率高，因此运行成本相对较低；

(4)据矿方反映，原方案年经营费198万元，主要是因为有效进风量小、漏风量大，为维持井下正常需风量，大量使用局扇，相比之下，新方案年经营费用低，每吨矿石通风费用较原方案低1.68元。

由于矿山开采已经进入后期，根据矿山的实际情况，把通风效果摆在首位。但考虑到矿山生产的连续性，建议新方案分两步实施，即第一步是先在210m和150m中段设置二级机站，完善通风构筑物；第二步是在井下各风机和通风构筑物完成后，更换回风井风机。

表2 方案对比表

3 结 论

(1)详细分析了某矿山现有通风系统存在的问题，通过实地测量和利用Ventsim软件对现有通风系统进行模拟分析，找出了解决问题的途径，为该矿山通风改造具有指导意义。

(2)优化方案增加了进风量，合理分配井下各生产作业中段风量；解决多作业面同时，作业时风流的有效控制和调节；完善了井下通风构筑物，减少井下漏风。

(3)优化方案前期投入较高，但年运行费用低、通风系统稳定，从长远角度考虑明显优于矿山原通风方案。

[1]王英敏.矿井通风与防尘[M].北京:冶金工业出版社，1993.

[2]黄俊歆.矿井通风系统优化调控算法与三维可视化关键技术研究[D].长沙:中南大学，2011.

[3]柳明明.Ventsim三维通风仿真系统在金属矿山的应用[J].金属矿山，2010(10):120-122.

[4]李孜军，陈艳丽.基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化[J].金属矿山，2014(3):136-140.

[5]张 柬，张希巍，王洪波，等.基于Ventsim软件矿山通风系统设计的优化[J].有色矿冶，2013，29(6):7-9.

[6]黄俊歆，王李管，熊书敏，等.矿井通风系统三维联通巷道建模算法及其应用[J].中南大学学报(自然科学版)，2012，43 (8):3173-3179.

[7]牛永胜，曹 荣，陈学习，等.矿井通风三维可视化仿真系统的设计与实现[J].金属矿山，2007(7):73-76.〛

[8]李 钢，陈开岩，聂百胜.矿井通风系统CAD技术研究[J].辽宁工程技术大学学报，2005，24(6):636-638.

2015-03-18)

谷 岩(1968－)，男，河北石家庄人，硕士，工程师，主要从事金属矿山开采技术研究，Email:guyansk＠163. com。

Ventsim软件对该矿井进行通风系统优化设计，提出新的通风方案。新的方案不但可以增加有效进风量，合理分配井下各生产作业中段风量，多作业面同时作业时可有效控制和调节风流，完善井下通风构筑物，减少井下漏风，而且年运行费用低、通风网络稳定可靠。。