淺談我礦豎井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造

一、礦井概況

福建省潘洛鐵礦洛陽礦區(qū)南礦段開采生產(chǎn)系統(tǒng)，于1992年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為25萬噸／年，豎井開拓，主要開采4→14線問的131#、122#、23#等深部礦體。該豎井系統(tǒng)一期設(shè)計(jì)開采地質(zhì)儲(chǔ)量為514萬噸，可采儲(chǔ)量394萬噸，開采至+1 00m中段：二期設(shè)計(jì)開采地質(zhì)儲(chǔ)量為589.61萬噸，可采儲(chǔ)量442.85萬噸，開采至+40m中段。目前，一期工程的+160m、+130m中段已開采結(jié)束，+100m中段僅存局部礦塊殘采；現(xiàn)有的井下生產(chǎn)已部分接替到二期工程+70m、+40m中段。

一、通風(fēng)系統(tǒng)改造的原因

福建省潘洛鐵礦洛陽礦區(qū)南礦段豎井生產(chǎn)系統(tǒng)，采用單翼對(duì)角抽出式通風(fēng)方式。回風(fēng)井布置在13勘探線的礦體下盤圍巖中，井口座標(biāo)：X=2793461，Y=39559234，Z=278.5m，井簡(jiǎn)直徑φ3m，井底標(biāo)高+130m，井深149m；設(shè)計(jì)開采范圍為8—14線，以開采131#、122#、23#號(hào)礦體為主，礦山年產(chǎn)原礦20萬噸。經(jīng)計(jì)算，坑內(nèi)所需風(fēng)量42m³/s，坑內(nèi)前期負(fù)壓637Pa，后期負(fù)壓755Pa。漏風(fēng)系數(shù)取1.15，則所需風(fēng)機(jī)風(fēng)量為48m³/s；取風(fēng)機(jī)裝置阻力之和196 Pa，則所需風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為833Pa(前期)和951 Pa(后期)；根據(jù)繪制的坑內(nèi)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性曲線，在地表總回風(fēng)機(jī)站安裝有1臺(tái)62A14—11N24型風(fēng)機(jī)，其速轉(zhuǎn)為600r／min，葉片安裝角25°，電機(jī)功率1 15KW，額定電壓220／380V，額定電流400／231A。經(jīng)過10多年的生產(chǎn)實(shí)踐，證實(shí)原通風(fēng)系統(tǒng)滿足了礦井安全生產(chǎn)的需要。

1、礦井生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大 礦井一期開采工程揭露顯示，洛陽礦區(qū)南礦段井下實(shí)際的涌水量比水文地質(zhì)資料提供的涌水量小，為充分利用有限的不可再生的礦產(chǎn)資源，我礦在聯(lián)合馬鞍山礦山研究院開展“井下開采綜合攻關(guān)研究”后，把洛陽南礦區(qū)4—8線的2#號(hào)礦體并入了礦井二期開采范圍，礦井生產(chǎn)規(guī)模由原來的年產(chǎn)原礦20萬噸提高到28萬噸。

2、西回風(fēng)井、總回風(fēng)機(jī)站受采動(dòng)影響

礦井在2000年前后相繼對(duì)回風(fēng)井周圍淺表的78#、84#、74#小礦體進(jìn)行了開采。由于礦體近地表氧化程度高，并且部分礦體頂板為風(fēng)化的覆蓋巖層，開采后形成的采空區(qū)塌陷引起了西回風(fēng)井筒及總回風(fēng)機(jī)站的破壞。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視的情況表明：西回風(fēng)井、總回風(fēng)機(jī)站地面塌陷尚未穩(wěn)定，受旱季、雨季更替影響還會(huì)加劇變動(dòng)，機(jī)站破壞程度有進(jìn)一步惡化導(dǎo)致停機(jī)的可能。

回風(fēng)井、地表總回風(fēng)機(jī)站是坑采通風(fēng)系統(tǒng)的重要設(shè)施，一旦破壞將引起坑采的停產(chǎn)：另外，礦井生產(chǎn)規(guī)模的提高，增加了礦井的總需風(fēng)量。因此，必須對(duì)原礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以滿足礦井安全生產(chǎn)的需要。

三、通風(fēng)系統(tǒng)改造優(yōu)化方案

通過對(duì)洛陽礦區(qū)南礦段豎井原通風(fēng)系統(tǒng)及現(xiàn)有礦井實(shí)際開采情況進(jìn)行分析、研究，以滿足今后礦井安全生產(chǎn)需要為原則，提出方案如下：

1、總回風(fēng)機(jī)站設(shè)在井下+130m中段總回風(fēng)巷中

原通風(fēng)系統(tǒng)的地表總回風(fēng)機(jī)站受周圍淺部礦體開采影響，已無法正常運(yùn)行，礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造首先考慮的是總回風(fēng)機(jī)站遷移。本著改造要遵循安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則，在綜合分析洛陽礦區(qū)南礦段開采現(xiàn)狀、地形地質(zhì)及礦區(qū)工業(yè)場(chǎng)地布局，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的總回風(fēng)機(jī)站設(shè)置在+130m總回風(fēng)巷內(nèi)。

2、合理進(jìn)行系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)改造

通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)改變后，在確保設(shè)計(jì)的風(fēng)量滿足礦井開采要求同時(shí)，應(yīng)對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，根據(jù)各中段或各坑道具體作用，及時(shí)增設(shè)通風(fēng)構(gòu)筑物使井下供風(fēng)更趨合理。

3、礦井總風(fēng)量計(jì)算

正確計(jì)算礦井總風(fēng)量是選擇主要通風(fēng)設(shè)備和布置通風(fēng)工程的一個(gè)重要內(nèi)容，礦井總風(fēng)量供給不足，會(huì)使井下勞動(dòng)條件惡化，達(dá)不到安全通風(fēng)要求；盲目加大礦井總風(fēng)量，不一定就能夠達(dá)到預(yù)期的通風(fēng)效果，而且會(huì)造成通風(fēng)能耗浪費(fèi)。

(1)按井下同時(shí)作業(yè)總?cè)藬?shù)估算風(fēng)量

我礦豎井系統(tǒng)生產(chǎn)人員共450人，采用三班倒作業(yè)，工人出勤率按93％計(jì)，則井下同時(shí)作業(yè)人數(shù)為140人。根據(jù)規(guī)程井下每人每分鐘供給風(fēng)量不得少于4 m³，則要滿足井下工人用風(fēng)安全豎井生產(chǎn)系統(tǒng)風(fēng)量不得少于560m³／分鐘，折合9.33 m³/s。

(2)按礦井生產(chǎn)規(guī)模估算風(fēng)量在估算風(fēng)量時(shí)，可根據(jù)礦井或坑口的生產(chǎn)規(guī)模，按下式計(jì)算：

Q=A·Y.m³／s

式中，A一礦井或坑口的年采掘總量，萬噸／年：

Y-萬噸風(fēng)量比，m³/s·萬噸，參照表1選取。

萬噸風(fēng)量比受礦井采掘設(shè)備、礦井機(jī)械化程度、回采強(qiáng)度、礦體形態(tài)、礦井漏風(fēng)情況等多種因素影響，因此在選取時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮各種因素的影響。

根據(jù)潘洛鐵礦洛陽礦區(qū)南礦段礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，考慮礦井的漏風(fēng)、生產(chǎn)不均衡的適應(yīng)性以及井下深部作業(yè)中段通風(fēng)降溫的要求，取萬噸風(fēng)量比為2.0，按照近幾年潘洛鐵礦洛陽礦區(qū)南礦段最大采掘總量29萬噸／年估算，該通風(fēng)系統(tǒng)礦井總風(fēng)量為58m³／s。

根據(jù)以上風(fēng)量計(jì)算比較，礦井總風(fēng)量取值為58m³／s。

4、風(fēng)機(jī)型號(hào)選擇

選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦井生產(chǎn)所需的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓，機(jī)站設(shè)置條件及風(fēng)機(jī)性能綜合考慮。

a)系統(tǒng)通風(fēng)阻力計(jì)算

通風(fēng)摩擦阻力計(jì)算公式：H=(9.8a PL／S³)·(Q²)，Pa式中，H一通風(fēng)摩擦阻力，Pa；

a—摩阻系數(shù)，Ku；

P—井巷周長(zhǎng)，m；

L—井巷長(zhǎng)度，m；

S—井巷斷面，m²；

Q—風(fēng)量，m³/s。

潘洛鐵礦洛陽礦區(qū)南礦段礦井通風(fēng)摩擦阻力計(jì)算結(jié)果見表2。

根據(jù)表2通風(fēng)摩擦阻力計(jì)算結(jié)果，考慮通風(fēng)局部阻力系數(shù)30％，及總回風(fēng)機(jī)站局部阻力系數(shù)33％，則礦井總風(fēng)量為58m³／s時(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)阻力為1037Pa。

(2)風(fēng)機(jī)型號(hào)選用

地表總回風(fēng)機(jī)站原有的62A1 4—11 N24型風(fēng)機(jī)安裝運(yùn)行近20年，其性能已無法保證，該型號(hào)風(fēng)機(jī)屬淘汰型產(chǎn)品。通風(fēng)系統(tǒng)改造方案選用K系列礦用節(jié)能通風(fēng)機(jī)。

根據(jù)以上礦井通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量和系統(tǒng)通風(fēng)阻力計(jì)算結(jié)果，總回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)選用1臺(tái)K40-6-N019風(fēng)機(jī)，裝機(jī)功率1 10KW，配置電機(jī)型號(hào)Y315LI—6，風(fēng)量范圍Q=40m³／s--86 m³／s，全壓范圍H=277 Pa—1280Pa，設(shè)計(jì)安裝葉片角度29°。

四、通風(fēng)系統(tǒng)改造后效果測(cè)定

井下新建抽風(fēng)機(jī)站運(yùn)行一周后進(jìn)行通風(fēng)效果測(cè)定，具體數(shù)據(jù)如下表：

測(cè)定數(shù)據(jù)顯示：豎井總進(jìn)風(fēng)量59.07m³／s(不包括+130m上部采空區(qū)漏風(fēng)量：1.95m³/s)，其中東區(qū)進(jìn)風(fēng)量21.30m³／s，中西區(qū)進(jìn)風(fēng)量37.77m³／s；而目前主要作業(yè)中段進(jìn)風(fēng)量為：+100m豎井石門進(jìn)風(fēng)量23.86m³/s，其中東區(qū)進(jìn)風(fēng)量6.84m³／s，中西區(qū)進(jìn)風(fēng)量17.02m³／s；+70m豎井石門進(jìn)風(fēng)量24.61m³／s，其中東區(qū)進(jìn)風(fēng)量10.72m³／s，中西區(qū)進(jìn)風(fēng)量13.89m³／s。

目前礦井開采正由一期工程的+100m中段向二期工程的+70mm中段過渡，以上兩中段的年產(chǎn)量約各占豎井開采系統(tǒng)生產(chǎn)總量的50％；而改造后通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量分配符合了這一現(xiàn)狀，井下通風(fēng)效果良好。