肖利民，易善华

（长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012）

某金矿通风系统优化改造研究

肖利民，易善华

（长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012）

摘 要：针对某金矿通风系统存在的问题，提出了对应的优化改造方案，应用通风网络解算程序对改造后的通风系统进行了模拟验证。经验证，改造后的通风系统兼顾考虑了矿山未来发展的需要，同时节约了能源，提高了矿山经济效益和安全生产水平。

关键词：通风系统；优化；网络解算

1 矿山概况

目前，某金矿采矿生产能力为2500 t/d。该矿现采用主、副竖井+辅助斜坡道开拓，中段主要采用柴油无轨设备运输。开采对象主要为70号矿脉，现开采中段有1264，1224，1184，1136m四个中段。矿井现主要利用风井进风，副井及辅助斜坡道辅助进风，采用1520m回风平硐回风。通风方式为单翼对角抽出式，设计矿井总需风量为150m3/s。1466m回风平巷内现安装有1台DK62（A）-10-No30型矿用对旋轴流通风机，电动机功率2×400 kW。

2 矿井通风系统存在的问题

经该矿山现场调查和分析，其通风系统目前主要存在以下4个方面的问题。

（1）该矿现有的DK62（A）-10-No30型主扇有1台电动机已损坏，目前为单电动机运行，经测定，矿井总回风量为79.62m3/s，年产万吨耗风量仅0.97m3/s。故该矿井供风量严重不足，且井下运行的柴油设备较多，柴油设备尾气、炮烟、粉尘等无法及时得到稀释和排出，导致井下大部分工作面空气质量较差，威胁工人健康。

（2）矿山反映现有的DK62（A）-10-No30型主扇电动机损坏过多次，每次更换电动机需暂停主扇，且电动机更换不方便，影响矿山正常生产。经初步分析，其电动机损坏的原因可能有：主扇与电动机不配套，导致电动机过载；该型号主扇原配电动机为2 ×450 kW，矿山实际安装的为2×400 kW；电动机防护等级过低，井下柴油设备尾气对电动机造成腐蚀；主扇每次开启时，未按要求逐级启动I级、II级电动机或在未关闭电动蝶阀的情况启动电动机。

（3）矿井大部分回风斜井实测断面积为7.8～12m2，回风巷道断面过小，致使该矿回风段通风阻力过大，通风能力受到限制。经按矿井总回风量150m3/s计算，矿井通风总阻力达到3200 Pa。按此回风量和矿井通风总阻力初选风机，至少需选用功率为2×560 kW的主扇，主扇工况点轴功率达到1007 kW。

（4）该矿山开采至今，70号矿脉已处于开采后期，现矿山拟开采2矿带。2矿带位于70号脉南侧，两矿带边界相距约400m。矿山现有通风系统尚未考虑2矿带。因此，需对矿井通风系统进行改造，以满足2矿带开采通风需要。

鉴于该矿山通风系统存在的问题，并结合矿山现状和未来发展需要，现阶段亟需对该矿山通风系统进行优化改造，从而为井下作业人员提供一个良好的作业环境，并满足矿山井下安全生产需要。

3 矿井通风系统优化改造研究

在构建矿井通风系统方案时，应严格遵循技术效果良好、运行安全可靠、基建费用和经营费用低，以及便于管理的原则［1-2］。本次研究将依据上述原则拟定本次通风系统优化改造方案。

3.1通风系统优化改造方案的确定

经对本矿井通风系统存在问题的分析，本次通风系统优化改造推荐方案为：更换主扇+回风斜井扩帮+新掘2矿带穿脉联络巷。通风系统优化改造主要从以下4个方面着手。

（1）增大矿井总回风量，使之达到设计风量值。要增大矿井总回风量，就必须解决主扇问题。考虑到矿山现有DK62（A）-10-No30型主扇电动机经常损坏，且电动机功率与主扇不配套等问题。本次推荐在1466m回风中段另选一条回风巷道，并重新选配1台DK62（A）-10-No30型主扇，采用配套的2× 450 kW电动机，电动机防护等级采用IP55。

（2）减少矿井回风段通风阻力。要减少矿井回风段通风阻力，可通过刷大回风巷道断面、增加并联回风巷道的方式实现。根据矿山井下实际情况，在1344，1390m中段分别清理出一条原采场回风天井，与现有的中段回风斜井形成并联风路。主要回风井巷最佳风速可取6～8m/s，一般不应超过10m/s［3］。同时考虑井巷刷帮费用相对掘进要低，经综合考虑，本次建议将1184～1466m标高间的主要回风斜井断面刷大至20m2，需刷大的回风斜井总长517m。

（3）拟开采的2矿带最低中段为944m，最上一个为1390m回风中段。为解决2矿带进、回风问题，研究考虑在1184～1390m的各中段分别从70号脉选择一条靠近2矿带的穿脉巷道，并掘进至2矿带的沿脉平巷。这样2矿带1184m及以上各中段均可通过两矿带间的穿脉联络巷进风，利用1390m中段的穿脉联络巷回风。根据矿山规划，2矿带1184m以下的开拓系统拟采用延伸斜坡道+辅助斜井开拓。因此，2矿带1184m以下各中段进风可利用斜坡道、辅助斜井进风，回风则通过各中段倒段回风斜井回至1390m回风中段，再通过1390m回风巷道汇集到总回风斜井。

（4）为提高主通风机运行的安全可靠性，建议在矿山建立主通风机在线测控系统［4-6］。通过在线测控系统实时监测通风系统参数、环境参数、通风机的性能参数、电机的电气参数、轴承温度、电机振动等，并进行数据管理、报表管理、性能测试、远程通信。矿山安全管理人员可在生产过程中随时掌握通风机的运行状态，并根据风机的实时状态对风机进行远程控制，从而保证主通风机安全可靠的运行。

改造后的通风系统如图1所示。

图1　某金矿通风系统优化改造后通风系统3D模拟图

3.2通风系统优化改造后通风网络解算

利用计算机软件解算矿井通风网络，可以实现矿井通风系统的模拟仿真，为矿井通风系统方案优化、矿井通风系统技术改造提供技术支持。为检验本次推荐的通风系统优化改造方案的可行性，最便捷有效的方法就是对改造后的通风系统进行通风网络解算，从而检验矿井通风总阻力下降情况和矿井风量分配情况。

本次通风网络解算主要采用Hardy-Cross算法进行迭代计算。采用Hardy-Cross迭代法求解通风网络的实质是：根据网络中各分支风道的初拟风量，近似的求出各回路风量的增量ΔQk，并作为校正值，分别对回路中分支的风量进行校正。迭代计算，直到校正值ΔQk满足预先给定的精度为止。为提高迭代的收敛速度，计算时对Hardy-Cross迭代法施加Gausscide技巧［7-8］。

计算机通风网络解算步骤如下：

（1）初始化参数；

（2）创建通风巷道；

（3）编辑巷道参数；

（4）检查通风网络；

（5）通风网络迭代计算；

（6）风量调节；

（7）解算结果显示；

（8）通风解算报告输出。

通过对改造后的矿井通风系统进行网络解算，得出改造后矿井通风总阻力H=2272.17 Pa。选配DK62（A）-10-No30型轴流通风机 1台，配YB630S-10型电机（IP55）1组，功率2×450 kW，转速 590 r/min。风机工况点 Q=166m3/s，H= 2451.62，α=40°，η=75%，轴功率N=665 kW。另备用同型号电机1台。

3.3通风系统优化改造前后对比分析

（1）改造后的通风系统兼顾考虑了2矿带和70号脉同时开采通风的需要。

（2）改造后的矿井通风总阻力较改造前的有大幅度降低。改造后的矿井通风总阻力较改造前降低了927.83 Pa，对应设计需要的主扇工况点轴功率降低了342 kW，远远低于改造前的。如按照主扇工作时长计算耗电量，即330 d/a，24 h/d的工作制度，矿井通风系统改造后较改造前每年可节约电耗约270.86×104kW·h，其间接产生的经济效益相当可观。

（3）本次重新选配了电机防护等级较高的主扇，不但使矿井总回风量达到了设计风量值，确保了井下生产安全，且提高了主扇电机的安全防护性能。通过建立主通风机在线测控系统，提高了风机运行的安全可靠性。

4 结 论

针对某金矿通风系统存在的问题，提出了对应的优化改造方案。应用通风网络解算程序对改造后的通风系统进行了模拟验证。经验证，改造后的矿井通风系统兼顾考虑了矿山未来发展的需要，同时降低了矿井通风总阻力，节约了能源，提高了矿山经济效益、安全生产水平及自动化水平。本次研究对同类矿山通风系统的优化改造具有一定借鉴意义。

参考文献：

［1]胡汉华.矿井通风系统设计——原理、方法与实例［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［2]王德明.矿井通风与安全［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2012：158.

［3]AQ 2003.1-2008.金属非金属地下矿山通风技术规范［S］.

［4]赵 涛.基于OPC和PLC的煤矿主扇风机在线监控系统的研究与设计［D］.太原：太原理工大学，2010.

［5]AQ 2031-2011.金属非金属地下矿山监测监控系统建设规范［S］.

［6]司俊鸿.矿井通风系统风流参数动态监测及风量调节优化［D］.徐州：中国矿业大学，2012.

［7]吴 超.矿井通风与空气调节［M］.长沙：中南大学出版社，2008：135.

［8]支学艺，何锦龙，张红婴.矿井通风与防尘［M］.北京：化学工业出发版，2009：137-150.

收稿日期：（2016-03-28）

作者简介：肖利民（1982-），男，湖南衡阳人，工程师，主要从事矿井通风与安全设计及研究工作，Email：Xiao-cimr@foxmail.com。