侯垣麒 魯智勇 吳冷峻

(1.蕪湖和成礦業(yè)發(fā)展有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)可將新鮮風(fēng)流送入井下、稀釋與排出有毒有害氣體，達(dá)到改善井下工作環(huán)境的目的[1-2]。安徽龍?zhí)裂罔F礦采用副井進(jìn)風(fēng)、措施井回風(fēng)的單翼對角通風(fēng)方式，由于回風(fēng)機(jī)站設(shè)置不合理、通風(fēng)構(gòu)筑物缺失等因素，導(dǎo)致井下風(fēng)流紊亂、總風(fēng)量不足，通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 16423—2006)要求[3]。本研究針對該礦井下通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，對通風(fēng)優(yōu)化方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)選。

1 礦山概況

1.1 礦山生產(chǎn)概況

龍?zhí)裂罔F位于長江西岸，與蕪湖市隔江相望，相距約10 km。礦山采用地下開采方式以及豎井開拓方式，共設(shè)計(jì)有主井、副井、南北兩翼回風(fēng)井、措施井5條豎井(表1)。全礦設(shè)有-120，-180，-240，-320，-400，-480 m 6個(gè)中段水平，其中-120 m為回風(fēng)中段水平，采礦方法包括上向分層膠結(jié)充填采礦法、中深孔鑿巖分段出礦嗣后充填采礦法和淺孔房柱嗣后充填采礦法。東埂礦區(qū)和金龍礦區(qū)-180 m 中段以上采用上向分層充填法；金龍礦區(qū)傾角小于30°且厚度小于8 m的礦體采用房柱嗣后充填法；其余采用分段空場嗣后充填法，其中水平厚度小于15 m的礦體工作面沿礦體走向布置，厚度大于15 m的礦體工作面垂直礦體走向布置。礦山現(xiàn)階段采用單翼對角通風(fēng)方式，新鮮風(fēng)流由副井進(jìn)入井下，清洗工作面后，污風(fēng)由措施井排出地表，回風(fēng)機(jī)站設(shè)置于-240 m水平。

表1 各井筒主要技術(shù)參數(shù)

1.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)該礦生產(chǎn)計(jì)劃，北翼回風(fēng)井尚未與-240 m北回風(fēng)巷貫通，且南翼回風(fēng)井暫不施工，因此目前該礦缺少專用回風(fēng)井?，F(xiàn)階段礦山新鮮風(fēng)流由副井-240 m 水平進(jìn)入，清洗工作面后的污風(fēng)匯集到-240 m 回風(fēng)機(jī)站，由措施井聯(lián)巷進(jìn)入措施井。其中一部分污風(fēng)經(jīng)措施井排出地表，另一部分污風(fēng)由措施井返回至-280，-320 m水平。該部分污風(fēng)經(jīng)過采場回風(fēng)天井或副井重新進(jìn)入-240 m水平，形成污風(fēng)循環(huán)風(fēng)路。該礦在-240 m措施井石門安裝了1臺K45-4-№15風(fēng)機(jī)(200 kW)，葉片安裝角度為40°，運(yùn)行頻率為25 Hz。

通過對該礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題有：①礦井總風(fēng)量不足，經(jīng)檢測該礦實(shí)際總風(fēng)量為10.78 m3/s，無法滿足井下生產(chǎn)作業(yè)實(shí)際需風(fēng)量要求；②污風(fēng)循環(huán)，由于-320 m水平措施井石門缺少通風(fēng)構(gòu)筑物或調(diào)節(jié)輔扇，導(dǎo)致通過-240 m 回風(fēng)機(jī)站的風(fēng)量有一部分未排出地表而進(jìn)入-320 m水平，造成污風(fēng)循環(huán)；③采區(qū)缺少進(jìn)、回風(fēng)工程，-280 m作業(yè)水平由于缺乏進(jìn)、回風(fēng)通路，僅能用風(fēng)筒從地表引入新鮮風(fēng)流供給作業(yè)面，-260 m 水平北部作業(yè)區(qū)缺少新鮮風(fēng)源，整個(gè)水平作業(yè)環(huán)境極差。由于上述問題的存在，導(dǎo)致該礦井下通風(fēng)效果較差，不符合《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 16423—2006)要求[3]。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

2.1 總風(fēng)量核定

在計(jì)算礦井總風(fēng)量時(shí)，一般按照排塵風(fēng)速計(jì)算各工作面風(fēng)量總和，再乘以風(fēng)量備用系數(shù)來確定礦井總需風(fēng)量[4-5]。本研究礦井需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 礦井需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

經(jīng)表2計(jì)算，礦山總需風(fēng)量為42.72 m3/s，考慮到漏風(fēng)以及后期生產(chǎn)變動(dòng)等因素，實(shí)際礦井總風(fēng)量需乘以風(fēng)量備用系數(shù)1.2，則該礦的總需風(fēng)量為51.26 m3/s。

2.2 通風(fēng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)及優(yōu)選

本研究在設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案時(shí)，仍保持-240 m 水平回風(fēng)機(jī)站位置不變，著重解決系統(tǒng)總風(fēng)量不足與-320 m水平風(fēng)流反向、污風(fēng)循環(huán)的問題。結(jié)合礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀與下一步規(guī)劃，設(shè)計(jì)出如表3所示的3種通風(fēng)優(yōu)化方案。

分析表3可知：雖然方案Ⅲ有助于解決-320 m水平風(fēng)流反向問題且所需費(fèi)用較低，但風(fēng)門存在會(huì)影響-320 m水平運(yùn)輸，故舍棄。考慮到礦山現(xiàn)有的輔扇風(fēng)機(jī)型號為K45-6-№14，可用于方案Ⅰ中，從而可以節(jié)省風(fēng)機(jī)購買費(fèi)用；在風(fēng)機(jī)安裝時(shí)，內(nèi)襯降噪材料，可解決噪音問題。因此，本研究最終選定方案Ⅰ對龍?zhí)裂罔F礦井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，該方案中的風(fēng)機(jī)性能參數(shù)見表4。

表3 通風(fēng)優(yōu)化方案特點(diǎn)

表4 K45-6-№14風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算

在設(shè)計(jì)K45-6-№14輔扇風(fēng)機(jī)葉片安裝角時(shí)，本研究提出了3種方案，各方案風(fēng)機(jī)葉片安裝角分別為40 °、35 °、30 °。使用3DMine軟件繪制了龍?zhí)裂罔F礦通風(fēng)系統(tǒng)圖，并利用Ventsim三維通風(fēng)動(dòng)態(tài)仿真模擬系統(tǒng)對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬解算，以選擇最優(yōu)通風(fēng)方案[6-10]。各方案的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果見表5。

表5 各方案通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

由表5可知：3種方案總風(fēng)量都可以滿足礦山生產(chǎn)需風(fēng)量要求(51.26 m3/s)，為減少后期風(fēng)機(jī)葉片角度調(diào)整工作，最終選擇K45-6-№14輔扇風(fēng)機(jī)葉片安裝角為40°，即方案1。方案1對應(yīng)的機(jī)站風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況見表6。

分析表6可知：優(yōu)化后的系統(tǒng)總風(fēng)量為70.25 m3/s，其中主井進(jìn)風(fēng)量為36.50 m3/s，副井進(jìn)風(fēng)量為53.75 m3/s，總風(fēng)量可滿足要求。在方案實(shí)施過程中，可對風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，降低運(yùn)行頻率，在確?？傦L(fēng)量滿足要求的前提下盡可能降低能耗。

表6 機(jī)站風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況

3 結(jié) 語

針對龍?zhí)裂罔F礦通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合礦山實(shí)際情況，計(jì)算了龍?zhí)裂罔F礦所需風(fēng)量，設(shè)計(jì)出在-320 m水平增加無風(fēng)墻輔扇的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，并完善了-240 m水平通風(fēng)構(gòu)筑物，經(jīng)三維通風(fēng)軟件模擬解算，確定了最優(yōu)風(fēng)機(jī)葉片安裝角為40°。優(yōu)化后礦井通風(fēng)效果明顯改善，系統(tǒng)總風(fēng)量可由10.78 m3/s提高至70.25 m3/s，可有效解決該礦井下通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量不足以及風(fēng)流反向的問題。

參 考 文 獻(xiàn)

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