付老庄铁矿通风系统三维建模及优化*

王 爽 居伟伟 黄俊歆(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室;3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；.湖南工学院安全与环境工程学院)

付老庄铁矿通风系统三维建模及优化*

王 爽1,2,3居伟伟1,2,3黄俊歆4
(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室;3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.湖南工学院安全与环境工程学院)

根据付老庄铁矿的实际生产情况，分析了目前通风系统存在的问题，利用3Dmine软件构建该矿通风三维立体系统图，从通风方案的系统装机容量、系统总风量、系统实耗功率、风机通风阻力、机站效率、经济比较等方面，提出了3种优化方案及通风网络解算，确定了最优通风方案。通过对方案实施后的现场检查，确定了方案的实际有效性。

通风系统 三维建模 方案优化

付老庄铁矿位于安徽省六安市霍邱县周集镇境内，隶属安徽富凯矿业有限公司。根据该矿床赋存条件，可能采用的采矿方法、装备水平，设计其开采规模为：采、选原矿一期200万t/a，服务年限为11 a；二期150万t/a，服务年限13 a。矿井通风系统存在:①总风量不足,通风系统矿井总回风量为86.71 m3/s，未达到设计风量(222 m3/s)要求，无法满足设计生产规模安全需要;②机站风机工况偏低且位置不合理,-275 m 水平回风机站安装的4台K45-6-№18(160 kW)，两台并联运行，实耗功率分别为102.61和109.09 kW，风机运行功率较低，4台风机以两两串联后再并联安装，分别开机时对风机性能影响较大，同时也影响矿井总回风量;③中段回风井断面不足,-370～-260 m水平只有一条回风井回风(φ3 m)，面积为7.07 m2。按安全规程允许的最大回风风速(15 m/s)计算，最大回风量为106.5 m3/s，无法满足222 m3/s风量要求，需对其进行优化改造。

1 原通风系统

1.1 开拓系统

付老庄铁矿采用竖井开拓，全矿共设置4条竖井：主井、副井、回风井、措施井。各井筒的技术参数见表1。

1.2 原通风线路

该矿采用对角抽出式通风系统。新鲜风流从副井和措施井进入，回风井回风。通风线路见图1。

表1 开拓井筒的技术

图1 通风线路

1.3 原机站设置

①回风井-275 m水平总回风机站串并联安装了4台K45-6-№18风机(160 kW)，叶片安装角度均为35°，以风墙形式安装，实际仅运行并联2台；②-320 m水平东西回风巷、东西联巷各安装了1台K45-6-№15风机(55 kW)，叶片安装角度均为40°，以风墙形式安装；③-320 m水平副井石门联巷安装了1台K40-8-№13风机(7.5 kW)，以风墙形式安装。

1.4 矿山三维立体通风系统

根据该矿井巷工程的实际布局及数据，利用3Dmine建立矿段通风系统三维数字模型[1-3]，如图2所示。

2 通风系统优化设计

2.1 通风系统方案

通风系统优化方案仍采用对角抽出式通风系统。利用-275 m和-320 m水平回风，-320,-380和-440m为进风水平，为矿井提供新鲜风流。在尽量利用现有通风设备及井巷工程的基础上，综合考虑采区采掘工作面布置，风量合理分配因素，以及系统机站设置方式和风机性能参数，提出以下3种通风方案。见图3。

图2 付老庄铁矿三维通风系统

图3 通风系统优化方案

(1)方案一。①回风井-275 m水平回风机站安装4台K45-6-№18(160 kW)风机串并联，叶片安装角度为40°，以风墙形式安装;②回风井-320 m 水平回风机站安装两台K45-6-№18(160 kW)风机并联，叶片安装角度为40°，以风墙形式安装;③-320 m 水平东西联巷、回风巷各安装1台K45-6-№15风机(55 kW)，叶片安装角度均为40°，以风墙形式安装;④-320 m水平副井石门联巷安装1台K40-8-№13风机(7.5 kW)，以风墙形式安装。

(2)方案二。在方案一的基础上，将回风井-275 m 水平回风机站安装的4台K45-6-№18(160 kW)风机更改成两台风机并联，叶片安装角度为40°，以风墙形式安装，其他风机不变。

(3)方案三。在方案二的基础上，拆除-320 m水平东西回风巷、东西联巷和副井石门安装的3台风机，其余风机不变。

2.2 方案比较

根据付老庄铁矿矿井开采现状，对井下各类型井巷规格及作业中段布置、作业点分布、典型巷道的通风阻力等进行了调查与数据整理,对各个通风系统优化方案进行计算机网络解算[4]，其结果见表2，各个通风系统优化方案经济综合比较见表3。

表2 通风系统优化方案及网络解算风量分配

表3 各通风系统优化方案综合比较[5-9]

通过比较，在满足该矿总风量的要求下，结合井下通风系统现状，确定该矿通风系统优化方案三为最佳。

2.3 通风优化方案实施及效果

(1)通风方式。-320，-380和-440 m作为进风水平，新鲜风流通过副井和措施井经运输巷进入各生产中段，由川脉巷进入采场，洗刷工作面后，污风经回风天井汇至上中段回风水平，最后经-275 m 水平和-320 m水平总回风机站，通过回风井排到地表。

(2)机站设置。回风井-275 m水平回风机站安装4台K45-6-№18(160 kW)风机串并联，回风井-320 m 水平回风机站安装2台K45-6-№18(160 kW)风机并联，叶片安装角度均为40°，且均以风墙形式安装。

2.4 通风系统优化效果

通风系统优化方案实施后，按照各作业中段分类整理，得出主要进、回风井筒风量分配，如表4所示。现场实测通风系统风机运行状况见表5。

表4 通风系统各井筒风量分配 m3/s

地点进风主井副井措施井回风井回风地表+20.56+116.13+92.87-229.56-260m-10.26-275m+103.23-320m-44.39-24.56+126.33-370/380m-54.11-58.05-440m-0.93-17.63溜破系统-19.63合计229.56229.56

注：“+”为风流流入井筒，“-”为风流流出井筒。

表5 通风系统风机运行状况

3 结 语

利用3DMine软件建立了付老庄铁矿三维立体通风系统模型，对通风系统存在的问题提出了3种优化方案，并对各个方案进行了模拟解算比较，确定了最优通风系统优化方案。优化后的通风系统主回风机站共安装了6台，实际运行4台，装机功率640kW，实耗功率合计448.43kW，风机平均效率为65.50%。提高了矿井通风效率，取得了较好的环境效益和经济效益。

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*湖南省自然科学基金项目(编号：14JJ6048)；衡阳市科技计划项目(编号：2012KS17)。

2014-10-10)

王 爽(1988—)，男，硕士研究生，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。