馮 壹，肖旭峰，陳 偉

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南岳陽市 410400)

分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)方案在深部礦山開采中的應(yīng)用

馮 壹，肖旭峰，陳 偉

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南岳陽市 410400)

由于黃金洞金礦金塘礦段逐步轉(zhuǎn)向深部開采，原有的自然通風(fēng)系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)需求。通過研究分析原有通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，在充分利用原有通風(fēng)井巷工程的基礎(chǔ)上，提出了分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)方案，并確定了通風(fēng)參數(shù)和主扇風(fēng)機(jī)的型號(hào)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過改造后，大大改善了礦井通風(fēng)效果，滿足了生產(chǎn)對(duì)通風(fēng)的需要。

通風(fēng)系統(tǒng)；分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)；通風(fēng)改造；應(yīng)用效果

0 引 言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是井下安全生產(chǎn)的重要保障，是確保井下作業(yè)人員生命安全、促進(jìn)企業(yè)高效生產(chǎn)的先決條件[1-3]。隨著礦井向深部開采，許多礦山企業(yè)原有的通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足安全生產(chǎn)要求[4-5]。

湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司位于湖南省平江縣黃金洞鄉(xiāng)境內(nèi)，是集采、選為一體的大型礦山企業(yè)，主要產(chǎn)品為金精礦[6]。公司所屬金塘礦段已有較長的開采歷史，之前一直利用主、副斜井及與地表相通的采空區(qū)高差形成的自然通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)于井下生產(chǎn)，隨著礦井向深部延展，自然通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足安全生產(chǎn)對(duì)通風(fēng)的需求。本研究在剖析原有通風(fēng)系統(tǒng)問題的前提下，提出了適用于本礦井的分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了良好的效果。

1 礦山原通風(fēng)系統(tǒng)和存在的問題

黃金洞金礦金塘礦段自投入生產(chǎn)以來，一直未建立完整的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，僅利用原有的主斜井、盲副斜井及與地表貫通的采空區(qū)形成的受氣候條件影響大的自然通風(fēng)系統(tǒng)，工作面通風(fēng)則采用局扇將風(fēng)送入工作面。經(jīng)測(cè)定，總進(jìn)風(fēng)量為15 m3/s，該風(fēng)量已遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需求，近來，井下已多處出現(xiàn)通風(fēng)不良現(xiàn)象。同時(shí)，自然通風(fēng)系統(tǒng)不能控制系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)定的風(fēng)流流向，隨氣候變化，還出現(xiàn)風(fēng)流反向現(xiàn)象，原有通風(fēng)系統(tǒng)已不能適應(yīng)礦山安全生產(chǎn)要求。

原通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題有:

(1)簡(jiǎn)易的自然通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)風(fēng)量少，且不穩(wěn)定，隨天氣變化而變化，當(dāng)春夏或秋冬地面溫度和井下溫度基本一致時(shí)，井下自然通風(fēng)的風(fēng)量將很少，遠(yuǎn)不能滿足通風(fēng)降塵和排炮煙的要求。

(2)自然通風(fēng)隨天氣變化，其風(fēng)壓大小、風(fēng)流方向也隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致風(fēng)流、風(fēng)量難以控制。

(3)采場(chǎng)大都采用局扇通風(fēng)，污風(fēng)有時(shí)又回到進(jìn)風(fēng)道，在自然風(fēng)壓作用下風(fēng)流無序流動(dòng)，常形成循環(huán)風(fēng)流，污風(fēng)亂串，致使風(fēng)質(zhì)差，無法形成有組織的進(jìn)回風(fēng)系統(tǒng)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)改造

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

根據(jù)礦井通風(fēng)改造遵循的原則并結(jié)合礦山實(shí)際，提出并實(shí)施了新的通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。

(1)該礦井當(dāng)前的自然通風(fēng)方式不能滿足安全生產(chǎn)對(duì)通風(fēng)要求，必須采用機(jī)械通風(fēng)，為了便于管理，減少入風(fēng)井漏風(fēng)，宜采用抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

(2)充分利用3條礦脈已形成的井巷工程布置和通風(fēng)井巷工程，同時(shí)為確保主要運(yùn)輸巷道不受污染，采用分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)方案，即3號(hào)脈為一個(gè)通風(fēng)分區(qū)(1號(hào)通風(fēng)分區(qū))，1號(hào)脈為一個(gè)通風(fēng)分區(qū)(2號(hào)通風(fēng)分區(qū))，301號(hào)脈為一個(gè)通風(fēng)分區(qū)(3號(hào)通風(fēng)分區(qū))，3號(hào)脈的東部和301號(hào)脈的西部共用通往地表的回風(fēng)系統(tǒng)，3號(hào)脈的西部和1號(hào)脈共用通往地表的回風(fēng)系統(tǒng)，3號(hào)脈和301號(hào)脈共用進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)。采用分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)系統(tǒng)具有風(fēng)路短、阻力小、網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、風(fēng)流易于控制等優(yōu)點(diǎn)。

(3)在保證完成采掘計(jì)劃的前提下，盡可能縮短生產(chǎn)戰(zhàn)線，生產(chǎn)中段集中在2～3個(gè)中段進(jìn)行作業(yè)，以利于礦井安全生產(chǎn)、通風(fēng)管理和風(fēng)量的合理調(diào)配。

(4)在充分利用原有井巷的基礎(chǔ)上，中段通風(fēng)網(wǎng)路在嚴(yán)格遵守采礦順序基礎(chǔ)上確定為上行階梯式通風(fēng)網(wǎng)路，當(dāng)采用多中段作業(yè)不能形成上行階梯通風(fēng)網(wǎng)路時(shí)，可結(jié)合礦山生產(chǎn)實(shí)際采用上下行間隔式通風(fēng)網(wǎng)路。

(5)為了搞好通風(fēng)安全技術(shù)管理，必須建立通風(fēng)安全管理機(jī)構(gòu)，配備必要的儀器設(shè)備、通風(fēng)安全管理人員。

(6)根據(jù)本礦的具體情況，為了應(yīng)急處理意外安全事故，需要配備礦井安全救護(hù)器材，完善事故應(yīng)急救援預(yù)案和相關(guān)設(shè)施。

分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)方案示意圖如圖1所示，新鮮風(fēng)從斜井或者盲斜井進(jìn)入各中段，流經(jīng)采場(chǎng)后形成污風(fēng)，污風(fēng)匯聚到回風(fēng)井，最后利用風(fēng)機(jī)抽出回風(fēng)井中的污風(fēng)，將其排到地表外。

圖1 分區(qū)通風(fēng)方案

2.2 通風(fēng)參數(shù)計(jì)算

(1)總風(fēng)量。礦段所需風(fēng)量采用分項(xiàng)計(jì)算得出，總風(fēng)量計(jì)算公式為:

式中，Qt為礦井總風(fēng)量，m3/s；QS為采場(chǎng)所需風(fēng)量，m3/s；QC為備用采場(chǎng)所需風(fēng)量，m3/s；Qd為掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量，m3/s；Qr為各類硐室所需風(fēng)量，m3/s；k為礦井風(fēng)量備用系數(shù)，取k＝1.25，考慮漏風(fēng)系數(shù)取1.25。3個(gè)通風(fēng)分區(qū)的總有效風(fēng)量和總風(fēng)量見表1。

表1 3個(gè)通風(fēng)分區(qū)的總有效風(fēng)量和總風(fēng)量

(2)通風(fēng)阻力。風(fēng)流流經(jīng)的線路為:入風(fēng)口——斜井或通風(fēng)平巷——中段石門——脈外通風(fēng)運(yùn)輸大巷——穿脈——順路天井——采場(chǎng)工作面——回風(fēng)天井——回風(fēng)穿脈——中段回風(fēng)道——通風(fēng)天井——地表。通風(fēng)阻力計(jì)算中其摩擦阻力按下式計(jì)算:

式中，hf為井巷摩擦阻力，Pa；α為井巷摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；L為井巷長度，m；P為井巷周邊長度，m；S為井巷斷面積，m2；Q為井巷中流過的風(fēng)量，m3/s。

總局部阻力和正面阻力按摩擦阻力的20%進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得出通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期3個(gè)通風(fēng)分區(qū)的通風(fēng)阻力如表2所示。

表2 不同時(shí)期3個(gè)通風(fēng)分區(qū)的通風(fēng)阻力

(3)自然風(fēng)壓。因容易時(shí)期自然風(fēng)壓不可忽略，故須計(jì)算困難時(shí)期和容易時(shí)期的自然風(fēng)壓，因H＞100 m，按等溫過程計(jì)算:式中，K為校正系數(shù)，為當(dāng)?shù)鼐诖髿鈮毫?，Pa，取750 mm Hg柱；T1，T2為進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井空氣柱平均絕對(duì)溫度，K；Z為井的深度，m。

在通風(fēng)容易時(shí)期，1號(hào)脈井深344 m，3號(hào)脈1號(hào)斜井以西部分井深394 m，3號(hào)脈1號(hào)斜井以東部分井深400 m，301號(hào)脈井深440 m；在通風(fēng)困難時(shí)期，1號(hào)脈井深404 m，3號(hào)脈1號(hào)斜井以西部分井深514 m，3號(hào)脈1號(hào)斜井以東部分井深520 m，301號(hào)脈井深520 m。通風(fēng)容易和困難時(shí)期的自然風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 不同時(shí)期自然風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果

2.3 主扇風(fēng)機(jī)選擇

(1)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算公式為:

式中，Qt為風(fēng)機(jī)風(fēng)量m3/s；Q為礦井所需風(fēng)量m3/s；k為通風(fēng)裝置的風(fēng)量備用和漏風(fēng)系數(shù)，取k＝1.1。

(2)主扇風(fēng)機(jī)全壓的計(jì)算公式為:

式中，hf為扇風(fēng)機(jī)全壓，Pa；ht為礦井總阻力，Pa；Hn為與扇風(fēng)機(jī)作用相反的自然風(fēng)壓，Pa；hr為扇風(fēng)機(jī)裝置阻力之和，取hr＝150 Pa；hv為風(fēng)流到大氣出口的動(dòng)壓損失(作用很小可忽略)，Pa。

由于3個(gè)通風(fēng)分區(qū)的困難時(shí)期的風(fēng)量較大，風(fēng)機(jī)選擇時(shí)均以通風(fēng)困難時(shí)期阻力計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，3個(gè)通風(fēng)分區(qū)在容易時(shí)期和困難時(shí)期的風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)機(jī)全壓見表4。

表4 不同時(shí)期的風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)機(jī)全壓

(3)主扇風(fēng)機(jī)確定。根據(jù)3個(gè)通風(fēng)分區(qū)主扇風(fēng)機(jī)計(jì)算的風(fēng)量和風(fēng)壓，3個(gè)分區(qū)的風(fēng)量雖然不同，但通風(fēng)阻力基本相同，為便于管理和風(fēng)機(jī)工況一致，避免風(fēng)機(jī)相互干擾，取3個(gè)分區(qū)的風(fēng)機(jī)型號(hào)一致，為DK45-6-No16型礦用節(jié)能通風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為980 r/min。

3 通風(fēng)系統(tǒng)改造后的應(yīng)用效果

本次通風(fēng)系統(tǒng)改造采用高效節(jié)能軸流風(fēng)機(jī)，有效提高了礦井風(fēng)量和控制風(fēng)流方向，徹底消除了自然通風(fēng)帶來的風(fēng)流控制困難、風(fēng)量小、有害氣體排出緩慢的問題，能適應(yīng)礦井不同生產(chǎn)時(shí)期的需要。通風(fēng)系統(tǒng)改造后井下各工作面空氣中CO、CO2有毒有害氣體濃度為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限制以下，消除井下生產(chǎn)的安全隱患。粉塵濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限制以下的合格率超過80%，降低礦工職業(yè)病發(fā)病率，保障礦工的生命和身體健康，提高作業(yè)效率，具有較好的社會(huì)效益和間接的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

針對(duì)金塘礦段原有礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)狀況，對(duì)其進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造。為了充分利用已經(jīng)形成的井巷工程和通風(fēng)井巷工程，確定采用分區(qū)聯(lián)合通風(fēng)方案，各分區(qū)的風(fēng)機(jī)均為DK45-6-No16型軸流風(fēng)機(jī)。通風(fēng)系統(tǒng)改造完成后，通風(fēng)量能滿足排塵和排炮煙的要求，礦井通風(fēng)質(zhì)量得到改善，通風(fēng)系統(tǒng)能適應(yīng)礦井不同時(shí)期通風(fēng)安全的需要。該方案有效減少新掘?qū)Ｓ猛L(fēng)工程，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，也為類似礦井的通風(fēng)系統(tǒng)改造提供新的思路。

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2016-03-04)

馮 壹(1973-)，男，湖南衡陽人，高級(jí)工程師，主要從事礦井通風(fēng)和金屬礦采礦技術(shù)研究，Email:365072057 @qq.com。