王清來，楊成林

（中國瑞林工程技術有限公司， 江西 南昌 333002）

利用自然風壓解決冬季井筒結冰問題

王清來，楊成林

（中國瑞林工程技術有限公司， 江西 南昌 333002）

我國南方部分緯度比較高的礦山冬季井筒季節(jié)性結冰是礦山的一個難題。以某礦山為例，在充分研究礦山實際情況的基礎上，通過局部改造通風系統(tǒng)，利用自然風壓使井筒在冬季少量回風，從而達到了井筒冬季不結冰的目的。并采用Ventsim軟件進行計算模擬，取得了良好的效果。

季節(jié)性結冰；井筒防凍；自然風壓；通風模擬

0 引 言

我國南方部分緯度比較高的礦山，在冬季存在季節(jié)性井筒結冰現(xiàn)象，可能會產(chǎn)生冰柱墜落、防墜器失效、鋼絲繩強度降低等危害，嚴重威脅著礦山的安全生產(chǎn)。而目前常用的井筒防凍技術主要有空氣加熱器預熱與空氣地溫預熱等空氣預熱方法［1］?？諝饧訜崞黝A熱方法需設置空氣加熱裝置與采取井口封閉等措施，能耗大，操作復雜［2］。而空氣地溫預熱方法則需要礦山有用于空氣加熱的巷道，并設計合理的通風系統(tǒng)［3－5］。本文以某礦山為例，通過局部改造其通風系統(tǒng)，利用自然風壓將井下少量熱空氣送至井口，從而解決該礦山冬季井筒結冰的問題。

1 礦山概況

某銅礦山坐落在長江下游以北地區(qū)，生產(chǎn)規(guī)模為30萬t/a，礦體走向長度約2.3km，－365m標高以上采用主副罐籠豎井開拓，主副井分散布置在礦體中部，兩個井筒的平面距離約為700m，礦體兩端分別布置了北、東回風井。目前的生產(chǎn)中段主要為－245，－285，－325m 三個中段，－185m與－365m中段也有少量采掘工作。各井筒的地面標高分別為副井＋49.5m、主井＋106.6m、北回風井＋35.2m、東回風井＋39.6m。采礦方法為上向水平分層充填法。

由于深部開拓，礦山正在將主井延伸至－485 m中段，并改造主井為混合井，兼顧副井的功能。該工程即將竣工。

目前，礦山采用兩翼對角抽出式通風。新鮮風流由中間主井與副井進入，經(jīng)各中段運輸巷道進入采掘工作面，洗涮工作面后的污風經(jīng)采場充填井、人行天井回到上中段回風巷道，再由兩翼北、東回風井集中排出地表。在北、東回風井－185m中段各設置了一臺55kW K45－6－15風機。由于主、副井均為主要進風井，如果不采取相應措施，冬季冷風將導致這兩個井筒大約有1個月時間的結冰。目前的解決方案為在副井石門均設置風門，冬季結冰的時候關閉風門，風機反轉，使主井回風，副井基本不進風，不回風。礦山通風系統(tǒng)現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 礦山通風系統(tǒng)現(xiàn)狀示意

2 自然風壓與系統(tǒng)改造

目前解決冬季井筒結冰的辦法使得主井回風，人員活動在回風段，存在安全隱患，并且風機反風風量較小，不能完全滿足礦山安全生產(chǎn)的需要。因此，礦山計劃在主井改造成混合井后，尋找一種簡單經(jīng)濟、效果良好的方法來解決冬季井筒結冰問題。在副井提升功能已由混合井承擔的條件下，礦山只需保證混合井冬季不結冰便可。因此，對原通風系統(tǒng)進行了局部改造，利用原副井作為壓入式專用進風井，北、東風井仍然為回風井，使混合井處在零壓區(qū)。新通風系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 新通風系統(tǒng)示意

由于混合井井口標高比北、東兩回風井高，根據(jù)自然風壓基本原理，夏季混合井內(nèi)平均氣溫比其它井筒低，混合井將少量進風，反之，冬季混合井平均氣溫比其它井筒高，混合井將少量回風，從而使混合井冬季不結冰。

3 系統(tǒng)模擬

根據(jù)礦山通風設計，礦井總風量為70m3/s?？紤]機站漏風與阻力后，風機設置如表1所示，其中3號風機可用已有風機。運用專業(yè)礦井通風軟件Ventsim對新通風系統(tǒng)進行模擬。Ventsim軟件可以實現(xiàn)網(wǎng)絡解算，并通過考慮地溫、大氣溫度、空氣壓縮等熱交換因素準確計算礦井的自然風壓。礦山主要通風井巷規(guī)格見表2，地溫參數(shù)見表3。

表1 風機設置

表2 主要通風井巷規(guī)格

表3 地溫參數(shù)

對冬季氣溫為0℃時、夏季最高溫月平均氣溫為37℃時兩個時期的通風狀態(tài)分別進行模擬。主要通風井筒風流方向與風量分別如表4、表5所示。

表4 冬季主要通風井筒風流方向與風量

表5 夏季主要通風井筒風流方向與風量

從表4、表5看出，在自然風壓的作用下，混合井在夏季微量進風，在冬季則可以實現(xiàn)穩(wěn)定少量回風。并且為了加強風向風量的可調(diào)控性，可以將1號與3號風機選擇為調(diào)頻風機，通過調(diào)節(jié)1號與3號風機來控制主井的進風與回風。

4 結束語

通過改造礦山通風系統(tǒng)，利用自然風壓使井筒在冬季少量回風，達到了井筒冬季不結冰的目的。在我國南方部分緯度較高，存在冬季井筒季節(jié)性結冰的礦山，盡可能利用礦山條件，改變通風系統(tǒng)，使井筒冬季少量回風，從而解決井筒冬季結冰問題，是一種理想的方法。應盡可能避免采用空氣加熱器預熱空氣等能耗高、操作復雜的方法。

［1］ 于潤滄.采礦工程師手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［2］ 郭 林，陳照業(yè).副井井口冬季空氣加熱方案［J］.煤礦安全，2007（2）：15－17.

［3］ 米繼武.東坪金礦利用地溫預熱解決豎井防凍的實踐［J］.南方金屬，2004（6）：39－40.

［4］ 崔士成，安玉坤，賈洪杰，等.金廠溝梁金礦冬季防凍通風系統(tǒng)的研究［J］.工業(yè)安全與防塵，2000（10）：19－22.

［5］ 金廣家.淺談礦井井筒防凍設計［J］.煤礦現(xiàn)代化，2011（2）：69－70.

2012－09－22）