喜人公司磷礦通風系統及排水系統施工

閆德傳,胡文軍，胡章地

(1湖北鐘祥喜人化工有限公司，湖北 荊門 448000;2武漢工程大學環境與城市建設學院， 湖北 武漢 430074;3武漢工程大學法商學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

盡管礦山開采設計方案都經過了專家評審，但由于有些設計者對企業的現狀及地質實際狀況了解不是很詳細，導致設計方案與企業實際現狀相差較大，甚至某些設計圖只是示意圖，根本達不到施工圖要求，礦山企業進行施工時，如果嚴格按照設計進行施工，勢必難于完成.筆者根據在喜人磷礦多年的現場施工研究和實踐經驗認為，設計為企業提供了大的總體規劃方案，施工過程中，總體上不得改變通風和排水系統以及采礦方法總體設計方案，符合國家法律法規與標準規程，但施工細節應由企業工程技術人員根據企業實際現狀，靈活布置，并繪制施工圖.這樣既有利于企業達到總體設計要求的安全生產條件、生產能力以及礦產資源的最理想回收率，又有利于企業技術人員在企業生產中使用新技術改善職工勞動環境，增大安全生產系數[1-3].

喜人化工有限公司磷礦始建于1971年，一期開采工作在+215～+125 m之間.一期開采結束后，于1992年和2003年對其進行了二期開采的初步設計與修改設計；2006年已對一層礦、三層礦+90～-60 m中段進行了延伸設計，開采規模為40萬噸/年.礦山采用斜井提升，脈外平巷運輸的開拓方案.根據礦體形態，在全走向上布置有一條主斜井和三條盲斜井.礦體屬緩傾斜的中厚礦層，中段高度為25 m，延深設計PH1礦層為四個中段，即+15 m、-10 m、-35 m和-60 m，PH3礦層設計為6個中段，即+65 m、+40 m、+15 m、-10 m、-35 m和-60 m.

1 通風系統施工方案研究

根據金屬與非金屬礦山安全規程規定，地下開采應建立機械通風系統，對于自然風壓較大的礦井，當風量、風速和作業場所空氣質量能夠達到要求時，允許暫時用自然通風替代機械通風.按照全礦統一通風與分區通風系統的進風井和回風井相對位置的不同，礦井通風布置形式可分為對角式、中央式、混合式三種.礦山的通風設計方案應嚴格遵循安全可靠、通風基建費、經營費最低和便于管理的原則進行，一般與礦井開拓提升運輸、采礦方法、開采順序、采準布置方案一并考慮.在施工中應嚴格按照設計布置的通風形式進行施工，保證通風巷道斷面尺寸、通風構筑物和風流調節設施及通風設備施工安裝達到設計要求，且便于維護管理；確需對通風系統的設計進行局部施工變更，原則上應不改變原設計的布置形式，保證風量分配調節易于滿足生產需要且漏風少，運行安全可靠[4-7].

1.1 變更前通風系統狀況

喜人公司原設計方案中，2#斜坡道只屬三層礦通風系統進風口，一層礦為主井與1#斜坡道進風，另增設長420 m斷面2.6×2.5 m風井通空區.

-10 m水平以上總風阻408.38 Pa，-35 m水平以上風阻為426.35 Pa，-60 m水平以上風阻為444.32 Pa，風機配置為K45-15礦用軸流式風機，電機功率為75 kW，風量為34～60 m3/s，安全壓力為735～1 080 Pa.

1.2 變更后通風系統

根據實際現狀，并與設計單位溝通，本文將一層礦通風方案變更為中央對角式通風方式，從主井進風，1#斜坡道與2#斜坡道出風，不另設風井.通風示意圖如圖1所示[8].

圖1 -10 m至+40 m水平通風示意圖Fig.1 Horizontal ventilation layout

設計變更后，一層礦年生產能力為20萬噸，需5個礦房同時回采，1個開拓工作面，2個采準切割工作面.

風量計算如下：

①回采工作面所需風量

按排塵風速計算回采工作面所需風量

Q采=nSv=5×71.1×0.06=21.5 m3/s

式中：n——同時回采礦房數;

S——工作面面積，S=15×4.74=71.1 m2;

v——排塵風速，v=0.06 m/s.

②備用工作面所需風量

安排2個備用礦房，所需風量為

Q備=2×1=2 m3/s

③掘進工作面所需風量

一層礦安排一個開拓工作面，二個采切工作面，每個工作面所需風量為1.5 m3/s，總需風量為Q掘=3×1.5=4.5 m3/s .

④硐室需風量按3 m3/s計算.

⑤一層礦總需風量

Qz=K1K2(Q采+Q備+Q掘+Q硐)=

1.15×1.1(21.5+2+4.5+3)=37.3 m3/s

式中：K1——外部漏風系數;

K2——內部漏風系數.

通風阻力計算公式為：

h阻=∑h摩+∑h局,Pa

(1)

式(1)中：h阻——礦井通風阻力，Pa；

h摩——礦井通風阻力，Pa，計算公式為公式(2)；

h局——礦井通風阻力，Pa，一般按h摩的10%～20%計算.

(2)

式(2)中：H摩——井巷的摩擦阻力，Pa；

α——井巷的摩擦阻力系數，Pa；

L——井巷的長度，m；

U——井巷的斷面周長，m；

S——井巷的斷面積，m2；

Q——井巷的風量，m3/s.

通風阻力計算如表1所示.

通過計算，主井至1#斜坡道-10 m水平以上風阻為302.36 Pa，-35 m水平以上風阻為320.33 Pa，-60 m水平以上風阻為338.3 Pa；主井至2#斜坡道-10 m水平以上風阻為358.09 Pa，-35 m水平以上風阻為376.06 Pa，-60 m水平以上風阻為394.03 Pa.設計一層礦總需風量37.3 m3/s，在-10 m聯絡通道上安裝兩臺SWF-12NO.12風機，每臺風機風量21.6 m3/s，風壓800 Pa，電機功率為22 kW.局部采用局扇通風.

-10 m中段以下開拓采用局扇通風，-35 m中段與-60 m中段開拓系統完成時，-10 m中段以上基本采完，利用-10 m中段平巷為回風平巷，-35 m、-60 m中段平巷作為新鮮風流進入平巷進行通風.

由表1分析可知，通過變更方案，不僅節約了掘進風井費用，而且降低了風阻，減少了通風費用.

表1 通風阻力計算表Table 1 Ventilation resistance calculation table

2 排水系統施工方案研究

地下礦排水分自流排水與機械排水，自流排水有投資省、經營費少、管理簡單、生產可靠等優點，在有條件的地方應盡可能采用自流排水；由于大部分礦山屬于老礦山，開采深度比較低，只能采取機械排水.設計單位是根據企業的水文資料、開采現狀、地質狀況進行的設計，一般采用集中與分區排水、直接與接力排水的方案，設計的排水設施包括泵房、水倉、沉淀池、清倉排泥等工程.泵房按水泵的進水方式不同，布置形式分為吸入式或壓入式，還有潛水泵排水方式.一般設計采用吸入式，井底主要泵房的出口應不少于兩個，其中一個通往井底車場，另一個用斜巷與井筒連通，斜巷上口應高出泵房地面標高7 m以上；泵房地面標高應高出其入口處巷道底板標高0.5 m，其下部入口應裝設防水門.水倉應由兩個獨立的巷道系統組成，每個水倉容積，應能容納2～4 h的井下正常涌水量；主要水倉總容積，應能容納6～8 h的正常涌水量.企業在施工水泵房及水倉時必須嚴格按照設計要求施工，水倉實際施工后的容積不可能與設計容積剛好一致，但有效容積要確保在6 h以上.水泵房地面要比入口處的巷道地面高0.5 m，施工難度較大，在打泵房入口時可采取緩坡掘進，待提高0.5 m后再打平巷[9-10].

2.1 變更前排水系統狀況

喜人公司的原排水設計利用+40 m水平的水倉作為永久性中轉水倉，分別在-10 m水平、-60 m水平建水倉和泵房的分級排水方案，將水從-10 m水平、-60 m水平排到+40 m水平的水倉后，再由+40 m水平水泵排出井外(高度+140 m水平).

2.2 變更后排水系統

考慮到+40 m水平的水倉約1 000 m3，已服務多年,淤泥較多,有效容積不到600 m3，由于磷礦層為含水層，-10 m水平的水倉隨著開采深度下降將會無水而廢棄，服務時間較短.經研究并與設計院探討更改設計，在-60 m水平建一個較大水倉(設計為3 700 m3)和泵房，采用一級排水方案(從-60 m水平一次性排出井外，高度+140 m水平).在開拓過程中，在-10 m水平建一個1 000 m3的臨時水倉作為接力排水中轉水倉，-60 m水平水倉和泵房建成使用后撤出+40 m水平和-10 m水平排水設施和人員,排水方案變更前后選型水泵見表2，排水方案運行方式如表3所示.

更改后的排水方案不僅減少了-10 m水平水倉及泵房的投入(約60萬元)，而且減少了-10 m水平、+40 m水平兩級泵房的人員管理成本；并將-60 m水倉容積設計加大達到最大晝夜涌水量的65%容量(-60 m水平正常涌水量5 086.98 m3/d，最大涌水量5 640.69 m3/d)，可以實現錯峰低谷用電排水，大大降低了排水成本；-60 m水倉建成運行一年就節約電費100多萬元(相比原兩級排水方案).另外-60 m水倉還可以作為深部開拓的永久性中轉水倉.

表2 排水方案變更前后選型水泵對照表Table 2 Comparison table of water aspirators in previous and current drainage plans

表3 排水方案運行方式比較Table 3 Comparison table of operation mode of water aspirators

3 結 語

(1)礦山設計的目的是使企業在礦產資源開采上做到經濟合理、施工安全有序，達能達產，由于礦產資源地質條件的變化難于完全掌握，設計或多或少存在與實際不符的問題，在按設計進行施工過程中不能生搬硬套，企業工程技術人員在不違背總體設計原則的條件下，應根據企業現狀，靈活制定符合地質條件、切實可行的施工方案，并加強施工管理，在施工中逐步優化完善設計方案，最后實現施工與設計相符、符合法規規程的目標.

(2)將通風系統變更為中央對角式通風方式，從主井進風，1#斜坡道與2#斜坡道出風，不另設風井.通過變更方案，不僅節約了掘進風井費用，而且降低了風阻，減少了通風費用.

(3)將排水系統由分級排水方案變更為一級排水方案并加大水倉容積.更改后的排水方案不僅減少了-10 m水平水倉及泵房的投入，而且減少了-10 m 水平、+40 m水平兩級泵房的人員管理成本，雖增加了水倉容積加大了投資，但實現了錯峰低谷用電排水，大大降低了排水成本.

通過靈活的變更處理，喜人磷礦通風系統及排水系統的施工既達到了規范要求，又節省了礦山投資成本.

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