王建軍

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)能源資源需求特別是礦產(chǎn)資源需求量開(kāi)始逐年遞增，因而促進(jìn)了礦產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，采礦技術(shù)提升、采礦規(guī)模擴(kuò)大使礦山開(kāi)采更加深入地下，礦山開(kāi)采難度越來(lái)越大，井下環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。面對(duì)深入地下的礦山，其中最大的問(wèn)題就是井下通風(fēng)問(wèn)題，通風(fēng)系統(tǒng)影響著井下工作安全，是礦工井下工作的保障，因此促進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化是提高礦山開(kāi)采質(zhì)量的重要措施。在礦山通風(fēng)系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)流分配不合理、系統(tǒng)耗能過(guò)大、通風(fēng)效果差等問(wèn)題，根據(jù)礦山開(kāi)采工作實(shí)際環(huán)境狀況提出通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，有效促進(jìn)礦山開(kāi)采效率提高，營(yíng)造良好的井下工作環(huán)境。本文以通風(fēng)三維仿真系統(tǒng)為例對(duì)礦山開(kāi)采工作中存在的普遍性通風(fēng)問(wèn)題進(jìn)行探討，以降低經(jīng)濟(jì)成本、提高井下工作安全、提高井下工作效率為目的，提出具有較高經(jīng)濟(jì)效益的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：礦山通風(fēng)系統(tǒng)；優(yōu)化方案；應(yīng)用

我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)要求提高能源資源產(chǎn)能，生活生產(chǎn)對(duì)能源資源需求量增加，為了滿足日益增長(zhǎng)的能源需求，促進(jìn)礦產(chǎn)能源的可持續(xù)發(fā)展，許多礦山開(kāi)采企業(yè)開(kāi)始擴(kuò)大開(kāi)采規(guī)模，向著礦山更深處進(jìn)行開(kāi)采，但由于地下環(huán)境因素復(fù)雜，開(kāi)采技術(shù)水平不足等問(wèn)題，導(dǎo)致井下開(kāi)采環(huán)境復(fù)雜，給通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)阻礙。而礦井下復(fù)雜環(huán)境會(huì)使井下通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)通風(fēng)不暢、跑風(fēng)、系統(tǒng)難以控制等問(wèn)題，為井下通風(fēng)安全造成影響，降低了礦山開(kāi)采工作效率，對(duì)礦山產(chǎn)能提高有一定阻礙。因此礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化有利于礦山生產(chǎn)安全，是提高開(kāi)采效率的關(guān)鍵措施。

1 大型復(fù)雜礦井的通風(fēng)問(wèn)題

進(jìn)入深井開(kāi)采的大型復(fù)雜金屬礦井，由于通風(fēng)動(dòng)力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)構(gòu)筑物等多方面的原因?qū)е碌V井通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)諸多問(wèn)題，影響了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，通風(fēng)效果不佳。大型通風(fēng)系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題及原因分析見(jiàn)表1。

2 大型復(fù)雜礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方法

針對(duì)開(kāi)采多年并開(kāi)始步入深井開(kāi)采的復(fù)雜大型礦山，要解決通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)礦井風(fēng)流的有序流動(dòng)和井下生產(chǎn)的正常進(jìn)行，需要及時(shí)開(kāi)展礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查、測(cè)試和分析，應(yīng)用先進(jìn)的通風(fēng)三維仿真系統(tǒng)軟件對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和完善。一般從通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)流調(diào)節(jié)設(shè)施和通風(fēng)構(gòu)筑物等方面進(jìn)行優(yōu)化，其難點(diǎn)在于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜分支巷道多、輔扇多、風(fēng)流調(diào)節(jié)的點(diǎn)多等。

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化軟件

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化軟件是運(yùn)用FORTRAN 90編寫的，運(yùn)算迭代速度快，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)可靠，實(shí)用性和通用性強(qiáng)，不僅適用于復(fù)雜的統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)，也適用于多輔扇或多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，能有效解決大型復(fù)雜礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的難題。該軟件主要包括自然風(fēng)壓適時(shí)計(jì)算、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、通風(fēng)系統(tǒng)三維模型建造、數(shù)據(jù)輸入輸出與查詢等模塊。自然風(fēng)壓適時(shí)計(jì)算模塊能將實(shí)測(cè)得到的不同季節(jié)不同時(shí)間的地表和井下的氣溫參數(shù)，以及進(jìn)、回風(fēng)井筒深度值輸入計(jì)算機(jī)，自動(dòng)計(jì)算礦井自然風(fēng)壓值，并自動(dòng)刷新至通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算的原始數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)分析自然風(fēng)壓對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的影響，有助于了解自然風(fēng)壓的變化規(guī)律。

2.2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的核心內(nèi)容之一，因此，在進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)，一般以礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，應(yīng)用礦井通風(fēng)三維仿真系統(tǒng)優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化力求簡(jiǎn)單明了，主要從通風(fēng)巷道斷面積、生產(chǎn)布局、通風(fēng)線路等方面進(jìn)行優(yōu)化，力求通風(fēng)線路最短通風(fēng)阻力最小、有害角聯(lián)巷道少、風(fēng)量分配合理、通風(fēng)壓力均衡、通風(fēng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)管理容易等，確保通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的通暢。

2.3 通風(fēng)構(gòu)筑物優(yōu)化

通風(fēng)構(gòu)筑物是用于引導(dǎo)風(fēng)流、阻隔風(fēng)流和調(diào)節(jié)風(fēng)流的設(shè)施，對(duì)井下風(fēng)流調(diào)控有著非常重要的作用。在不增加礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力的前提下，根據(jù)風(fēng)流調(diào)控的需要，應(yīng)用礦井通風(fēng)三維仿真系統(tǒng)優(yōu)化通風(fēng)構(gòu)筑物的類型及位置等。力爭(zhēng)在不增加礦井通風(fēng)阻力的情況下，做到通風(fēng)構(gòu)筑物位置設(shè)置合理，確保構(gòu)筑物質(zhì)量，能有效控制風(fēng)流循環(huán)和漏風(fēng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流合理調(diào)控，保障礦井生產(chǎn)安全有序。

2.4 風(fēng)機(jī)優(yōu)選

對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的選擇需要對(duì)各項(xiàng)參數(shù)條件進(jìn)行綜合考慮，主要以節(jié)能環(huán)保、調(diào)節(jié)靈活、控制簡(jiǎn)便為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體開(kāi)采環(huán)境對(duì)風(fēng)機(jī)安裝位置以及數(shù)量進(jìn)行選擇。由于井下通風(fēng)系統(tǒng)用電量占礦山總用電量的三分之一左右，因此需要重點(diǎn)考慮風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率與能耗，盡量降低耗電量。

對(duì)效率高、能耗低風(fēng)機(jī)的選擇需要對(duì)井下通風(fēng)阻力與所需要總通風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算分析，令其與通風(fēng)系統(tǒng)配合充分發(fā)揮其效用；季節(jié)不同井下所需風(fēng)量也有所不同，可以利用風(fēng)機(jī)調(diào)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，降低能耗；對(duì)已安裝風(fēng)機(jī)可以通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的調(diào)整盡可能地優(yōu)化風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，促進(jìn)工作效率提高，降低因結(jié)構(gòu)不合理造成的風(fēng)機(jī)損耗。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析與優(yōu)化應(yīng)用實(shí)例

3.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查

礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查主要是對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力和通風(fēng)構(gòu)筑物等進(jìn)行全面的調(diào)查、測(cè)試和評(píng)價(jià)，分析礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題及原因，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)與分析

由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果可以看出，該礦通風(fēng)系統(tǒng)存在較多問(wèn)題。（1）主扇裝置效率不高，這與礦井風(fēng)流紊亂和主扇不夠匹配通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。（2）井下通風(fēng)構(gòu)筑物不夠完善和損壞嚴(yán)重，使得中段和盤區(qū)之間存在污風(fēng)循環(huán)和污風(fēng)串聯(lián)，導(dǎo)致礦井風(fēng)質(zhì)合格率、風(fēng)速合格率和有效風(fēng)量率偏低。

結(jié)束語(yǔ)

礦山通風(fēng)系統(tǒng)效用的充分發(fā)揮受到井下環(huán)境狀況的影響，復(fù)雜的井下環(huán)境不但使礦工生命安全受到威脅，還影響礦山開(kāi)采效率，因此對(duì)礦山通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化需要依據(jù)實(shí)際礦井環(huán)境進(jìn)行分析，在充分掌握通風(fēng)狀況后采取科學(xué)合理的解決措施實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化。

（1）通風(fēng)系統(tǒng)由于深井開(kāi)采環(huán)境復(fù)雜造成了通風(fēng)調(diào)節(jié)困難、設(shè)備設(shè)置較多、通風(fēng)效率低等問(wèn)題，需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化以降低經(jīng)濟(jì)成本、提高通風(fēng)效率、保證通風(fēng)安全以及簡(jiǎn)化調(diào)控環(huán)節(jié)為目標(biāo)，將通風(fēng)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合開(kāi)發(fā)出的通風(fēng)仿真系統(tǒng)軟件能夠有效促進(jìn)通風(fēng)設(shè)備的優(yōu)化以及通風(fēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)置。

（2）通過(guò)對(duì)實(shí)際礦山開(kāi)采環(huán)境進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦山通風(fēng)系統(tǒng)普遍存在風(fēng)機(jī)效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通風(fēng)設(shè)備不完善而導(dǎo)致的通風(fēng)效果差問(wèn)題。在開(kāi)采過(guò)程中，作業(yè)面不集中、同時(shí)作業(yè)點(diǎn)較多都會(huì)產(chǎn)生通風(fēng)問(wèn)題，風(fēng)流分配不合理，井下通風(fēng)條件差，經(jīng)過(guò)對(duì)開(kāi)采作業(yè)點(diǎn)的合理規(guī)劃以及作業(yè)順序的調(diào)整能夠有效改善風(fēng)流分配，在全面掌握井下通風(fēng)環(huán)境的條件下對(duì)通風(fēng)設(shè)備的安裝進(jìn)行設(shè)置，促進(jìn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)完善，使用高效節(jié)能風(fēng)機(jī)，提高通風(fēng)效率，降低通風(fēng)阻力，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)保障礦山工作安全。

參考文獻(xiàn)

[1]楊艷國(guó).礦井通風(fēng)與安全[M].吉林大學(xué)出版社，2012.

[2]古德生，等.我國(guó)金屬礦山安全與環(huán)境科技發(fā)展前瞻研究[M].冶金工業(yè)出版社，2011.