某礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化與改造

曾凌方

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司， 湖南長沙 410011)

某礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化與改造

曾凌方

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司， 湖南長沙 410011)

為解決某礦山地下開采通風(fēng)能力不足和通風(fēng)困難等現(xiàn)狀，對礦山現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題進行具體分析和研究，通過繪制通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖和技術(shù)經(jīng)濟對比，確定適合于該礦山的通風(fēng)系統(tǒng)，改造后的通風(fēng)系統(tǒng)符合有關(guān)規(guī)程規(guī)范，大大改善了井下工作環(huán)境，確保安全高效生產(chǎn)。

通風(fēng)系統(tǒng)；方案優(yōu)化；系統(tǒng)改造

0 引 言

通風(fēng)系統(tǒng)是生產(chǎn)礦山較為重要的一個系統(tǒng)。保證采掘工作面有足夠的新鮮風(fēng)流，并及時排除污濁空氣和防止污濁空氣擴散，是確保井下作業(yè)環(huán)境的基礎(chǔ)?！秶野踩a(chǎn)法》規(guī)定所有地下開采的礦井必須具備完善的通風(fēng)系統(tǒng)、可靠的通風(fēng)動力設(shè)施和風(fēng)流控制設(shè)施，在發(fā)生災(zāi)害時，能及時、有效地控制風(fēng)向和風(fēng)量，并與其它措施相結(jié)合，從而防止災(zāi)害擴大，進而消除或減少事故發(fā)生率。我國《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》明確規(guī)定了井下作業(yè)面進風(fēng)流中氧氣、二氧化碳和粉塵等有毒有害氣體的濃度要求[1-2]。根據(jù)各作業(yè)地點需風(fēng)量的要求，礦井通風(fēng)系統(tǒng)一般由通風(fēng)設(shè)備、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)構(gòu)筑物和其他控制設(shè)施構(gòu)成。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的好壞直接影響到礦井的安全和規(guī)模保障。近幾年由于地下通風(fēng)不佳，引起一氧化碳及其他有害氣體中毒、窒息，造成傷亡事故的例子屢見不鮮。[3-5]

1 某礦井通風(fēng)現(xiàn)狀及存在主要問題

某礦為鎢錫多金屬礦，生產(chǎn)規(guī)模為150 kt/a (500 t/d)，采用平硐＋盲主斜井＋盲豎井聯(lián)合開拓，采用淺孔留礦法開采。由于多年的開采，采空區(qū)分布整個礦區(qū)＋330m、＋280m中段上部，采空區(qū)已經(jīng)貫通，導(dǎo)致回風(fēng)中段漏風(fēng)嚴重。

1.1 通風(fēng)現(xiàn)狀

礦山原設(shè)計利用485m平硐、535m平硐進風(fēng)，東、西翼豎井、575m平硐回風(fēng)。新鮮風(fēng)流經(jīng)平硐、盲豎井進入生產(chǎn)中段，分風(fēng)到各個采場需風(fēng)工作面，沖刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)天井，匯至回風(fēng)中段再由東、西兩翼回風(fēng)井排出地表。東、西兩翼階段回風(fēng)井分別位于礦區(qū)兩翼，相距約1.0 km，進風(fēng)石門入風(fēng)口位于礦區(qū)中部。從而形成中央進風(fēng)，東、西回風(fēng)的中央對角式通風(fēng)系統(tǒng)。

通過現(xiàn)場調(diào)查和復(fù)核后發(fā)現(xiàn)，該礦通風(fēng)系統(tǒng)實際為單翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)。如圖1所示。需風(fēng)中段位于485m水平以下，進風(fēng)分為兩段，第一段利用485m平硐、535m平硐進風(fēng)，第二段利用位于礦區(qū)東部的盲豎井(副井)進風(fēng)，通過副井石門進入需風(fēng)中段。東翼回風(fēng)系統(tǒng)井巷工程部分位于礦體開采的移動帶以內(nèi)，并且已經(jīng)出現(xiàn)大面積坍塌，階段回風(fēng)井與采空區(qū)連通，導(dǎo)致東翼回風(fēng)風(fēng)路中斷。西翼回風(fēng)系統(tǒng)井巷工程部分位于礦體開采的移動帶以內(nèi)，尚未出現(xiàn)坍塌等問題，西翼回風(fēng)系統(tǒng)保持正常運行。所以，礦山實際運行的通風(fēng)系統(tǒng)為東翼進風(fēng)、西翼回風(fēng)的單翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)。東、西兩翼回風(fēng)井的主扇風(fēng)機均安裝于井下＋485m水平。東、西兩翼風(fēng)機型號為:DK40－6－NO18，風(fēng)量31.5m3/s～75.4m3/s，全壓551～2433 Pa。

1.2 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在問題

通過對礦山現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)路調(diào)查、風(fēng)速(風(fēng)量)測定、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬等，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題如下。

(1)進風(fēng)風(fēng)路較長、斷面小、風(fēng)阻大。該礦通風(fēng)系統(tǒng)進風(fēng)風(fēng)路是平硐接盲豎井，485m平硐長1700m，535m平硐斷面3.79m2，通風(fēng)阻力大。通風(fēng)系統(tǒng)總進風(fēng)斷面為8.91～12.70m2，井下需風(fēng)量100m3/s，進風(fēng)風(fēng)速7.87～11.22m/s，已經(jīng)超過安全規(guī)程進風(fēng)風(fēng)速上限8m/s。依據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，在現(xiàn)有進風(fēng)斷面條件下，礦井供風(fēng)能力不夠。

(2)回風(fēng)風(fēng)路不通暢。東、西翼階段回風(fēng)井包括豎井和聯(lián)絡(luò)平巷大部分位于采礦移動帶以內(nèi)，由于部分回風(fēng)井巷坍塌極易造成東、西翼回風(fēng)風(fēng)路堵死。目前東翼回風(fēng)風(fēng)路485m中段至575m平硐硐口之間已經(jīng)中斷，東翼風(fēng)機只能將污風(fēng)排至采空區(qū)內(nèi)。東翼380m回風(fēng)石門已坍塌堵死，導(dǎo)致礦區(qū)280，330m中段東翼回風(fēng)風(fēng)路中斷。

圖1 礦山現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)

(3)井下空區(qū)多，漏風(fēng)嚴重。井下485m中段以上自1980年代開始開采以來，遺留的采空區(qū)在160萬m3以上。485m中段以下至330m中段也存在大量采空區(qū)，并且上下采空區(qū)貫通。由于礦山未及時密閉采空區(qū)，導(dǎo)致上部進風(fēng)風(fēng)路中新鮮風(fēng)漏進采空區(qū)，回風(fēng)風(fēng)路負壓損失，風(fēng)流從上部采空區(qū)流入回風(fēng)風(fēng)路，下部生產(chǎn)采場回風(fēng)能力不足、工作面新鮮風(fēng)少，采場氣候環(huán)境惡劣。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化和改造

2.1 礦井總需風(fēng)量

（一）在中學(xué)地理課堂教學(xué)中，更應(yīng)該學(xué)習(xí)對生活有用的地理知識。尋找與學(xué)生生活相關(guān)的案例，把身邊的實例融入到地理課堂,讓教與學(xué)跳出教本,走到現(xiàn)實生活中,使地理課堂大起來，讓地理知識從學(xué)生的生活中走來，再有目的地將地理問題提煉出來，讓地理知識返回到學(xué)生的實際學(xué)習(xí)生活當(dāng)中，讓學(xué)生感受生活化的地理，采用地理的眼光看待周圍的生活，增強了學(xué)生生活中的地理意識，更加有利于發(fā)掘每個學(xué)生自主學(xué)習(xí)地理知識的潛能，正真的提高學(xué)生學(xué)習(xí)地理積極性的活力。

依據(jù)礦山現(xiàn)有生產(chǎn)能力(150 kt/a)，實際礦井需風(fēng)點，并為今后礦山擴產(chǎn)和深部開采留有余地，復(fù)核計算井下需風(fēng)量。井下需風(fēng)量包括三部分:采礦工作面需風(fēng)量、掘進工作面需風(fēng)量、井下硐室需風(fēng)量。經(jīng)井下調(diào)查:同時回采采場10個、備采采場數(shù)5個，掘進工作面10個，其中采切掘進工作面6個、開拓掘進工作面4個。井下現(xiàn)有炸藥存放點3個，坑內(nèi)空壓機房1個，同時卸礦點2個。先按排塵風(fēng)量、排塵風(fēng)速、排除炮煙所需風(fēng)量予以核算并取大值，內(nèi)、外部漏風(fēng)系數(shù)分別按照1.1和1.2來考慮，合計總風(fēng)量為101.77m3/s，萬噸耗風(fēng)比為2.37m3/ 萬t。

2.2 擬定通風(fēng)方案

根據(jù)礦山開拓系統(tǒng)及礦體分布情況，提出兩個方案進行比較:方案Ⅰ—兩翼對角式通風(fēng)改造方案；方案Ⅱ—單翼對角式通風(fēng)改造方案。

2.2.1 方案Ⅰ—兩翼對角式通風(fēng)改造方案

中央進風(fēng):充分利用現(xiàn)有開拓系統(tǒng)井巷工程，利用東翼的535，485m平硐接盲豎井，刷擴535m平硐進風(fēng)斷面，減少通風(fēng)阻力，增加進風(fēng)量。其中將盲豎井的石門入風(fēng)點調(diào)整到0線附近(礦區(qū)中央)，以實現(xiàn)中央進風(fēng)。

西翼回風(fēng)井采用575m平硐接盲回風(fēng)斜井回風(fēng)。利用575m平硐250m，向西北方向掘進盲回風(fēng)斜井到達礦區(qū)南部12號勘探線的380m水平，接西翼盲回風(fēng)豎井。西翼盲回風(fēng)豎井井口標(biāo)高380m，井底標(biāo)高280m。

東翼回風(fēng)井采用明回風(fēng)斜井接盲回風(fēng)豎井回風(fēng)。明回風(fēng)斜井是利用原575m平硐工業(yè)場地，向北東方向掘進東翼回風(fēng)斜井到達礦區(qū)南部9號勘探線的380m水平，接?xùn)|翼盲回風(fēng)豎井。東翼盲回風(fēng)豎井井口標(biāo)高380m，井底標(biāo)高280m，回風(fēng)服務(wù)到180m水平。從而形成中央進風(fēng)，東、西翼回風(fēng)的兩翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)簡化示意見圖2。

圖2 方案Ⅰ通風(fēng)系統(tǒng)簡化示意

2.2.2 方案Ⅱ—單翼對角式通風(fēng)方案

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案比較與選擇

對2個方案做了詳細工程布置，利用Ventism三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)建立了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型，并進行網(wǎng)絡(luò)解算，從而進行了方案綜合比較，方案比較結(jié)果見表1。

圖3 方案Ⅱ通風(fēng)系統(tǒng)簡化示意

表1 通風(fēng)方案綜合比較表

方案Ⅰ(兩翼對角式通風(fēng))的通風(fēng)風(fēng)路比較順暢，風(fēng)機運營能耗低，但礦區(qū)東翼礦量較少，生產(chǎn)時期增加人工分風(fēng)工作量。方案Ⅱ(單翼對角式通風(fēng))的通風(fēng)管理簡便、人工分風(fēng)工作量少，但回風(fēng)風(fēng)量集中，增加通風(fēng)阻力，風(fēng)機運營能耗較方案Ⅰ高。雖然方案Ⅱ比方案Ⅰ的年經(jīng)營費高(見表2)，但方案Ⅰ的工程量和投資大，且方案Ⅱ通風(fēng)管理相對容易?？紤]到礦山實際情況，兩翼對角式通風(fēng)方案的通風(fēng)流暢性優(yōu)勢不顯著，但基建投資較大。因此推薦方案Ⅱ，即單翼對角式通風(fēng)方案。

表2 通風(fēng)方案累計運行費NPV/萬元

2.4 推薦通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算

結(jié)合礦山實際風(fēng)量分配情況，輸入通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬參數(shù)，利用Ventism三維通風(fēng)系統(tǒng)仿真軟件對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化和解算，得出礦山通風(fēng)困難時期和容易時期各巷道風(fēng)量、風(fēng)速、負壓、局部阻力、總阻力等數(shù)據(jù)。從模擬數(shù)據(jù)分析:西翼回風(fēng)豎井2027.28～459.13 Pa，需風(fēng)量101.77m3/s。最終選擇西翼回風(fēng)豎井風(fēng)機型號為DK－8－NO26。

3 結(jié) 論

(1)通過對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)查，詳細分析了目前礦山通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題。

(2)針對目前礦山面臨的通風(fēng)問題，提出兩種通風(fēng)方案，分別從工程量、可比投資、年經(jīng)營費等方面對比，得出最佳的通風(fēng)方式是采用單翼對角式通風(fēng)方案，并選擇合適的風(fēng)機DK－8－NO26。

(3)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整與改造后，運行中對主要通風(fēng)機進行了性能鑒定、通風(fēng)阻力測定，達到預(yù)期通風(fēng)效果，認為本次通風(fēng)系統(tǒng)改造是成功的。

[1]GB16423－2006.金屬非金屬礦山安全規(guī)程[S].

[2]AQ2013.2－2008.金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]盧 杰，蔣仲安，牛 偉，等.西石門鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)改造[J].金屬礦山，2013(6):118-119.

[4]徐則林.中小型復(fù)雜礦山通風(fēng)系統(tǒng)改造[J].采礦技術(shù)，2006，6 (3):396-397.

[5]王運敏.現(xiàn)代采礦手冊(中冊)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2012.

2014-10-06)

曾凌方(1981－)，男，湖南邵陽人，碩士研究生，工程師，主要從事礦山設(shè)計與研究方面工作，Email：zeng0824 ＠sohu.com。