李袓智

(云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司，云南 鶴慶 671500)

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礦山輔助設(shè)備選型的探討

李袓智

(云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司，云南 鶴慶 671500)

以某礦山的采礦設(shè)備為例，通過計(jì)算空氣壓縮設(shè)施、通風(fēng)設(shè)備和排水設(shè)施的主要參數(shù)，對(duì)設(shè)備選型的考量因素進(jìn)行了全方位的探討。

采礦設(shè)備；空氣壓縮；通風(fēng)；排水

1 空氣壓縮設(shè)施

1.1 空壓機(jī)站設(shè)置原則

空壓機(jī)站一般宜在地面設(shè)置。應(yīng)靠近負(fù)荷中心和主要用氣點(diǎn)，以縮短管路，減少損失，便于供電、供水、設(shè)備搬運(yùn)。避免靠近散發(fā)可燃、有腐蝕性、有毒氣體以及粉塵等有害物質(zhì)的場(chǎng)所。應(yīng)選在空氣清潔、通風(fēng)良好并位于上述場(chǎng)所主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)；與廢石場(chǎng)、煙囪、礦山出風(fēng)井的距離不小于150 m?？諌簷C(jī)站應(yīng)使機(jī)器間有良好的自然通風(fēng)，站房正面宜朝夏季主導(dǎo)風(fēng)向，并宜減少西曬。空壓機(jī)站宜設(shè)計(jì)呈獨(dú)立建筑[1]。冷卻水構(gòu)筑物，一般設(shè)在與其鄰近的高地上，高于站房地面15 m左右為宜。

1.2 全礦耗氣量計(jì)算

根據(jù)井下采掘工作分布和所用采礦設(shè)備的情況，采用地表集中供氣?？觾?nèi)用氣設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 坑內(nèi)用氣設(shè)備參數(shù)

Q同=N×Q單×K磨×K同

式中Q同——同時(shí)工作耗氣量，m3/min；

N——工作臺(tái)數(shù)，臺(tái)。

計(jì)算出Q同分別為2.75，12.144 m3/min，合計(jì)14.894 m3/min。

Q總=Q同×KB×KG×KL×KX

式中Q總——總耗氣量，m3/min；

KB——備用系數(shù)，1.05；

KG——高原修正系數(shù)，1.34；

KL——容器排量與壓力下降系數(shù)，1.01；

KX——管網(wǎng)漏氣系數(shù)，1.15。

計(jì)算出Q總為24.34 m3/min。

目前礦山已在2 530 m水平坑口設(shè)置空壓機(jī)房，內(nèi)設(shè)置1臺(tái)GA250-10型螺桿式空壓機(jī)配40 m3的儲(chǔ)氣罐對(duì)礦山進(jìn)行供氣，空壓機(jī)排氣量為631 L/s，額定功率250 kW。空壓機(jī)房還設(shè)置有4臺(tái)型號(hào)4L-20/8型空壓機(jī)排氣量21.5 m3/min，作為備用空壓機(jī)。

1.3 供氣管網(wǎng)

礦山供風(fēng)管道由壓風(fēng)機(jī)房分別架設(shè)管道進(jìn)入2 470 m生產(chǎn)中段、2 490 m生產(chǎn)中段、2 510 m生產(chǎn)中段?，F(xiàn)有礦山供氣主管和支管分別選用φ150 mm×4.5 mm、φ114 mm×4 mm無縫鋼管。 作業(yè)面采用φ60 mm×4 mm支管。

供氣主管徑的計(jì)算：

現(xiàn)有供氣主管為φ150 mm×4.5 mm無縫鋼管，可滿足要求。

供氣支管徑的計(jì)算：

現(xiàn)有壓氣支管為φ114 mm×4 mm無縫鋼管，可滿足要求。

2 主通風(fēng)設(shè)備

待2 610 m中段收尾采場(chǎng)開采結(jié)束后，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，仍采用抽出式機(jī)械通風(fēng)方式。僅將主回風(fēng)通道由2 690 m水平降為2 610 m水平，利用2 610 m水平平硐巷道作為主回風(fēng)通道，把主扇安裝在2 610 m水平平硐口。通風(fēng)工作制度與全礦工作制度一致，工作300 d/a，每天2班，每班8 h。

2.1 設(shè)備選擇

1) 風(fēng)機(jī)風(fēng)量

Qj=KQ

式中Qj——風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/s；

Q——礦井風(fēng)量，22.44 m3/s；

K——通風(fēng)裝置的漏風(fēng)系數(shù)，取1.1。

經(jīng)計(jì)算，Qj=24.68 m3/s。

2) 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓

Hj=H+△h+Hd

式中 Hj——風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)壓，Pa；

H——礦井通風(fēng)阻力，398.68Pa；

Δh——通風(fēng)裝置阻力，取150Pa；

Hd——擴(kuò)散器的動(dòng)力損失，取50Pa；

經(jīng)計(jì)算，Hj=598.68Pa。

3) 通風(fēng)機(jī)選擇

原有K40-8-No.18主通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)參數(shù)為：風(fēng)量范圍25～54.5m3/s；全壓范圍138～637Pa；額定功率37kW；電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y280S-8；參考重量3 905kg。

設(shè)計(jì)計(jì)算需要的風(fēng)機(jī)風(fēng)量24.68m3/s，風(fēng)壓598.68Pa，未超過原有風(fēng)機(jī)參數(shù)值，原有風(fēng)機(jī)可繼續(xù)使用。

2.2 局扇選擇

礦山掘進(jìn)巷道的斷面積在4～6m2之間，掘進(jìn)斷面與所需風(fēng)量見表2。

表2 掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量

根據(jù)該礦生產(chǎn)規(guī)模和巷道情況，進(jìn)路可增加局扇加強(qiáng)通風(fēng)，確定選擇4臺(tái)JK58-1No.4局部扇風(fēng)機(jī)，局扇風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒選擇情況見表3。長(zhǎng)距離獨(dú)頭巷道掘進(jìn)應(yīng)采用混合式通風(fēng)并加強(qiáng)日常管理，局扇以及風(fēng)筒根據(jù)掘進(jìn)距離另行選擇[2]。選用400 mm直徑風(fēng)筒，采用PVC礦用風(fēng)筒(阻燃風(fēng)筒)，抗壓強(qiáng)度5 000 Pa。

表3 局扇風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒選擇情況及參數(shù)

3 坑內(nèi)排水

3.1 概況

2 510 m、2 490 m中段均采用平硐開拓，所有中段涌水通過平硐水溝自流排出，平硐(平巷)設(shè)計(jì)排水坡度為3‰，水溝凈斷面0.06 m2。

對(duì)于2 490～2 470 m水平礦體底部挖潛，排水?dāng)M采用IR125-80-160A型單級(jí)吸水離心水泵排水至2 490m水平沿脈平巷水溝，自流排出地表。水泵流量148 m3/h，揚(yáng)程27.5 m。

3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)2014年資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告等相關(guān)資料，2 490 m水平坑道旱季排水量、雨季排水量、最大排水量分別取316，1 975，3 120 m3/d?？紤]到2 490～2 470 m礦體底部挖潛改造工程布置范圍明顯縮小，且仍在礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為2 390 m以上，2 470 m水平涌水量預(yù)算總面積按2 490 m水平約50%測(cè)算。按比擬法預(yù)測(cè)2 490～2 470 m礦體底部挖潛改造時(shí)礦坑涌水量，則2 470 m中段旱季排水量、雨季排水量、最大排水量分別取176，1 102，1 740 m3/d。

根據(jù)《新編采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》，對(duì)于正常涌水量不大于50 m3/h，且最大涌水量不大于100 m3/h的礦井，主排水泵可以安設(shè)兩臺(tái)同類型水泵，而且其中任意1臺(tái)都能在20 h內(nèi)排出礦井24 h的正常涌水量[3]。鑒于2 490～2 470 m水平礦體底部挖潛工程范圍小，位于礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高2 390 m以上，采礦時(shí)間短(正常情況下約1年)，且涌水量不大，主排水設(shè)備按兩臺(tái)相同類型水泵考慮。

對(duì)2 490～2 470 m水平礦體底部挖潛，采掘鑿巖用水、回量水忽略不計(jì)。本次設(shè)計(jì)按最大涌水量=72.5 m3/h(日涌水量1 740 m3/d)計(jì)算。

3.3 設(shè)備選擇

根據(jù)前面所述的礦山預(yù)算涌水量(72.5 m3/h)，在滿足揚(yáng)程的情況下，選擇的目前國(guó)內(nèi)較理想的礦山單級(jí)單吸離心水泵，型號(hào)為IR125-80-160A，其主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 IR125-80-160A離心水泵主要技術(shù)性能

IR125-80-160A單級(jí)單吸離心泵2 470 m水倉(cāng)共安設(shè)3臺(tái)，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修。當(dāng)?shù)V井偶爾發(fā)生最大涌水量時(shí)，兩臺(tái)水泵可以同時(shí)工作。

設(shè)計(jì)選用吸入式(普通)泵房布置。水泵采用單排布置，共3臺(tái)水泵，水泵房尺寸為長(zhǎng)×寬×高=9.2 m×3.38 m×3.967 m。

3.4 排水管選擇

因2 490～2 470 m礦體底部挖潛采用平硐+盲斜井開拓，排水管路沿盲斜井敷設(shè)。考慮到排水管沿斜井敷設(shè)時(shí)壓力小于1 MPa，選用鑄鐵管。設(shè)計(jì)按涌水量72.5 m3/h時(shí)計(jì)算，選用兩條排水管路。

1) 按選定的水泵流量計(jì)算排水管徑

0.162 m=16.2 cm

2) 按雨季涌水量計(jì)算排水管徑

0.113 m=11.3 cm

3) 管壁厚度計(jì)算

式中 R許——許用應(yīng)力，鑄鐵管取250kgf/cm2；

P壓——管道最低點(diǎn)壓力，為2.5kgf/cm2；

a附——腐蝕及管道制造誤差附加厚度，鑄鐵管取7～9mm；

d內(nèi)——管子內(nèi)徑，cm。

0.85 cm

排水管選擇內(nèi)徑150 mm、壁厚9.5 mm鑄鐵管。

4 結(jié) 語

通過計(jì)算空氣壓縮設(shè)施、通風(fēng)設(shè)備和排水設(shè)施的主要參數(shù)，對(duì)設(shè)備選型的考量因素進(jìn)行了全方位的探討。經(jīng)計(jì)算，選擇φ150 mm×4.5 mm無縫鋼管為供氣主管，φ114 mm×4 mm無縫鋼管為壓氣支管；風(fēng)機(jī)風(fēng)量24.68 m3/s，風(fēng)壓598.68 Pa，未超過原有風(fēng)機(jī)參數(shù)值；排水管選擇內(nèi)徑150 mm、壁厚9.5 mm鑄鐵管。

[1] 莊問澤.礦山大型固定機(jī)械設(shè)備計(jì)算機(jī)輔助選型研究[J].甘肅科技縱橫，2013(3)：13-14.

[2] 敖里軍，任紅崗，楊清波，等.金屬礦山地下采礦設(shè)備選型層次分析綜合評(píng)價(jià)[J].有色金屬(礦山部分)，2012(5)：82-85.

[3] 王琴現(xiàn)，齊悅剛，孫電生.地下金屬礦山設(shè)備選型的原則和方法[J].金屬礦山，2002(5)：45-47.

An Analysis of Mine Auxiliary Equipments

LI Zuzhi

(YunnanHeqingMn-industryCo.Ltd.,Heqing,Yunnan671500,China)

This artilce, as an example of mining equipments in a mine, accounts air compression facilities, including ventilation and drainage main parameters to a full range of equipment selection factors.

Mining equipment; Air compression; Ventilation; Drainage

2016-09-12

李袓智(1964-)，男，云南鶴慶人，副董事長(zhǎng)，副總經(jīng)理，礦山機(jī)械工程師，研究方向：礦山機(jī)械設(shè)計(jì)管理，手機(jī)：13908722124，E-mail：308903088@qq.com

TD40

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.037