錫礦山南礦淺部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的研究

劉黔峰，彭 雄

（錫礦山閃星銻業(yè)有限公司， 湖南 冷水江市 417502）

錫礦山南礦淺部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的研究

劉黔峰，彭 雄

（錫礦山閃星銻業(yè)有限公司， 湖南 冷水江市 417502）

針對(duì)錫礦山南礦淺部采空區(qū)多、通風(fēng)線路紊亂的現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)阻及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行了分析，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，提出了優(yōu)化方案，確定了改造措施，從而達(dá)到改善井下作業(yè)環(huán)境，提高殘礦回收率的目的。

通風(fēng)系統(tǒng)；風(fēng)量；風(fēng)壓；風(fēng)阻；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方案

南礦是錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司的一個(gè)主要采選生產(chǎn)單位，現(xiàn)有員工1400人，年采掘總量30萬(wàn)t，其中淺部殘礦回收占1/3，采、掘、出作業(yè)地點(diǎn)30個(gè)。由于周圍采空區(qū)密布，殘礦開(kāi)采通風(fēng)條件復(fù)雜，通風(fēng)線路紊亂，因此必須對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以最大限度地改善殘礦回收的通風(fēng)條件。

1 南礦淺部通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

錫礦山南礦淺部老窿多，距地表近，進(jìn)風(fēng)口多，主要進(jìn)風(fēng)通道有一直井、一窿口、二窿口和342充填道。中段之間有盲斜井貫穿，利用采準(zhǔn)過(guò)程中的橫風(fēng)巷、一些老巷道、310充填道和上部中段平巷作為回風(fēng)巷道。回風(fēng)分為兩部分，有主扇2臺(tái)，一臺(tái)安裝在101平巷，型號(hào)為FSB－160－60軸流式風(fēng)機(jī)，功率75kW，風(fēng)量45m3/s，有效風(fēng)量率66%，負(fù)責(zé)南煉廠保安礦柱區(qū)域生產(chǎn)的通風(fēng)，污風(fēng)由1號(hào)風(fēng)井排出地表；另一臺(tái)安裝在360平巷，型號(hào)為KG40－12軸流式風(fēng)機(jī)，功率37kW，風(fēng)量30m3/s，有效風(fēng)量率58%，負(fù)責(zé)西部殘采區(qū)域的通風(fēng)，污風(fēng)從2號(hào)風(fēng)井抽出地表（見(jiàn)圖1）。南礦淺部現(xiàn)有兩臺(tái)主扇裝置的性能見(jiàn)表1。

圖1 南礦淺部通風(fēng)系統(tǒng)布置示意

表1 南礦淺部?jī)膳_(tái)主扇裝置性能測(cè)定

掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)，型號(hào)為GKJ56－Z型節(jié)能軸流通風(fēng)機(jī)，有2kW、5.5kW、11kW 等5種類型。作業(yè)面采用抽壓混合式通風(fēng)，采用Φ300的柔性風(fēng)筒。

2 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)能力校核

2.1 淺部風(fēng)量校核

礦井總風(fēng)量為各采掘工作面、需獨(dú)立通風(fēng)硐室所需風(fēng)量與其他需風(fēng)量以及礦井漏風(fēng)量之和：

式中：Q——礦井總風(fēng)量，m3/s；

qh——回采工作面所需風(fēng)量，m3/s，取4m3/s；

qj——掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量，m3/s，取1m3/s；

qd——獨(dú)立通風(fēng)的硐室所需風(fēng)量，m3/s，取10 m3/s；

qt——其他工作面所需風(fēng)量，m3/s，取5m3/s；

k1——外部漏風(fēng)系數(shù)，取1.1；

k2——內(nèi)部漏風(fēng)系數(shù)，取1.2。

1號(hào)主扇負(fù)責(zé)21個(gè)作業(yè)地點(diǎn)的通風(fēng)，經(jīng)計(jì)算需風(fēng)量Q1＝71.28m3/s；2號(hào)主扇負(fù)責(zé)10個(gè)作業(yè)面的通風(fēng)，經(jīng)計(jì)算需風(fēng)量Q2＝33m3/s。

比照表1可看出，現(xiàn)有兩臺(tái)主扇均不能滿足淺部殘采的通風(fēng)需要。

2.2 風(fēng)壓校核

主扇風(fēng)壓一般通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)總阻力和自然風(fēng)壓來(lái)校核，經(jīng)計(jì)算得出：1號(hào)風(fēng)井通風(fēng)阻力為Hf1＝766.07Pa，2號(hào)風(fēng)井通風(fēng)阻力為 Hf2＝142.3Pa；1號(hào)風(fēng)井在通風(fēng)容易和通風(fēng)困難兩個(gè)時(shí)期的自然風(fēng)壓hn易＝99.11Pa，hn難＝111.75Pa，2號(hào)風(fēng)井hn易＝62.86Pa，hn難＝89.22Pa。

主扇靜風(fēng)壓按如下公式計(jì)算：

式中：Hfr，min——主扇通風(fēng)容易時(shí)的靜風(fēng)壓，Pa；

Hfr，max——主扇通風(fēng)困難時(shí)的靜風(fēng)壓，Pa；

hn——礦井自然風(fēng)壓，Pa；

Hf——礦井通風(fēng)阻力，Pa。

故1號(hào)風(fēng)機(jī)通風(fēng)容易和通風(fēng)困難時(shí)期的靜風(fēng)壓分別為 Hfr，min＝666.96Pa，Hfr，max＝877.82Pa；2號(hào)風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓為Hfr，min＝79.44Pa，Hfr，max＝231.52Pa。

現(xiàn)有1號(hào)主扇全壓為568Pa，靜風(fēng)壓不能克服通風(fēng)阻力；現(xiàn)有2號(hào)主扇全壓為488Pa，能夠克服該線路通風(fēng)阻力，可以滿足該區(qū)域通風(fēng)需求。

2.3 風(fēng)速校核

風(fēng)速按下式進(jìn)行驗(yàn)算：

式中：V——工作面風(fēng)速，m/s；

S——運(yùn)輸巷道斷面積，m2；

V允——巷道允許通過(guò)最大風(fēng)速，m/s。

通過(guò)實(shí)地檢測(cè)，1、2號(hào)風(fēng)井各系統(tǒng)巷道均滿足風(fēng)速要求。

2.4 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性分析

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性系數(shù)是由自然分風(fēng)的壓力與按需分風(fēng)的壓力比值確定，即：

式中：K——網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性系數(shù)；

HN——自然分風(fēng)時(shí)系統(tǒng)的壓力；

H—按需分風(fēng)時(shí)系統(tǒng)的壓力。

單一風(fēng)機(jī)工作的通風(fēng)系統(tǒng)K值應(yīng)在1以下，一般要求K＞0.85，但也不能過(guò)小；若K＜0.6，則在采掘布局上要加以注意和改進(jìn)；對(duì)于多風(fēng)井系統(tǒng)，由于受相鄰系統(tǒng)影響，可能比值大于1，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)得出：1號(hào)風(fēng)井K＝0.76，系統(tǒng)較合理；2號(hào)風(fēng)井K＝0.31，系統(tǒng)不合理。

3 礦山當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)

（1）現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)難以維持生產(chǎn)，隨著淺部殘采力度不斷增大，風(fēng)量不能滿足生產(chǎn)的需求，同時(shí)由于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，開(kāi)采不斷延伸，西部和中部線路加長(zhǎng)，現(xiàn)有風(fēng)機(jī)難以克服不斷增大的通風(fēng)阻力，因此通風(fēng)系統(tǒng)須進(jìn)行必要的改造。

（2）從技術(shù)指標(biāo)分析，主扇使用年限太久，導(dǎo)致主扇設(shè)備老化，無(wú)配件更換，效率偏低。

（3）棋盤式通風(fēng)網(wǎng)路管理困難，一些風(fēng)門時(shí)常打開(kāi)，容易造成污風(fēng)外泄，新風(fēng)短路，形成污風(fēng)串聯(lián)，污風(fēng)循環(huán)。

（4）由于礦山多中段同時(shí)作業(yè)，各中段沒(méi)有獨(dú)立的回風(fēng)平巷，受生產(chǎn)條件的影響，上下中段在作業(yè)地點(diǎn)的分布上有時(shí)無(wú)法避開(kāi)，造成下部中段污風(fēng)影響上部中段空氣質(zhì)量，對(duì)作業(yè)人員的人身健康造成一定損害。

（5）隨著淺部殘采力度的增大并向邊部延伸，主扇遷入井下后，上部的殘采與深部回采之間的矛盾較嚴(yán)重。同時(shí)淺部漏風(fēng)嚴(yán)重，通風(fēng)效率較低。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

（1）將1、2窿口342充填道和1直井作為進(jìn)風(fēng)井，1號(hào)風(fēng)井、2號(hào)風(fēng)井和3號(hào)風(fēng)井作為主要回風(fēng)井（見(jiàn)圖1）。

（2）在3號(hào)風(fēng)井底部安裝1臺(tái)主扇（可以用西部主扇代替），以解決南礦東部殘采和探礦時(shí)的通風(fēng)問(wèn)題，并且與東部13中段主扇形成接力，以解決該主扇風(fēng)壓不足的問(wèn)題。在5中段東部安裝風(fēng)門以協(xié)調(diào)淺部和深部開(kāi)采在不同時(shí)期的通風(fēng)需求。

（3）中部殘采通過(guò)淺部1號(hào)風(fēng)井回風(fēng)，并在適當(dāng)位置安裝風(fēng)門達(dá)到合理分配風(fēng)量的目的，協(xié)調(diào)東、中、西部殘采在不同時(shí)期的通風(fēng)需求。

（4）西部殘采通過(guò)淺部2號(hào)風(fēng)井回風(fēng)。

（5）由于錫礦山同時(shí)開(kāi)采的中段多，各中段沒(méi)有專門的回風(fēng)巷道，污風(fēng)通過(guò)回風(fēng)天井直接進(jìn)入上中段運(yùn)輸巷道，造成空氣質(zhì)量下降。建議各中段采場(chǎng)采用階梯式布置，隨深度的增加，采場(chǎng)布置依次靠近主回風(fēng)井。

（6）由于空區(qū)分布復(fù)雜，漏風(fēng)嚴(yán)重，殘采工作需按采場(chǎng)集中布置的原則制定采掘計(jì)劃，同時(shí)開(kāi)采中段不宜大于2個(gè)。及時(shí)對(duì)空區(qū)進(jìn)行超前探測(cè)，并進(jìn)行充填和封堵，以減小淺部殘采漏風(fēng)，保證殘采工作的安全進(jìn)行。

5 風(fēng)機(jī)選型

通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)化結(jié)果表明，需對(duì)南礦淺部通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，選擇新的主扇。

（1）風(fēng)量計(jì)算：

式中：Qj——風(fēng)機(jī)計(jì)算風(fēng)量，m3/s；

K——通風(fēng)裝置漏風(fēng)系數(shù)，取1.1；

Q——礦井所需風(fēng)量，m3/s。

（2）風(fēng)壓計(jì)算：

式中：Hj——風(fēng)機(jī)的計(jì)算負(fù)壓，Pa；

Hf——礦井通風(fēng)阻力，Pa；

△h——通風(fēng)裝置阻力，取150Pa；

hc——消聲裝置阻力，取50Pa。

（3）風(fēng)機(jī)選型。淺部1號(hào)風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)主扇應(yīng)滿足風(fēng)量Qj＝78.4m3/s，通風(fēng)容易和困難時(shí)期的風(fēng)壓分別為Hj易＝866.96Pa和Hj難＝1077.82Pa，故選用K40－8－No24風(fēng)機(jī)；淺部2號(hào)風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)主扇應(yīng)滿足風(fēng)量Qj＝36.3m3/s，通風(fēng)容易和困難時(shí)期的風(fēng)壓分別為Hj易＝279.44Pa和Hj難＝431.52Pa，可選用主扇型號(hào)為K40－8－No18。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上優(yōu)化方案，對(duì)南礦淺部通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整改造，更換了2臺(tái)主扇。通過(guò)近半年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看：風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果良好，井下各作業(yè)地點(diǎn)的風(fēng)量、風(fēng)速及粉塵濃度等指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，作業(yè)環(huán)境得到了明顯改善，完全能滿足正常生產(chǎn)的需要，井下通風(fēng)更加經(jīng)濟(jì)合理。

［1］ 采礦手冊(cè)編輯委會(huì).采礦手冊(cè)：第6卷［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1999：56－141.

［2］ 王英敏.礦井通風(fēng)與防塵［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［3］ 鄧家軍.湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化［J］.湖南有色金屬，2009，25（2）：1－3.

［4］ 吳國(guó)珉.典型有色金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與防塵技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2008：4－53.

［5］ 文勇勝.金屬礦山地下開(kāi)采通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的重要性［J］.金屬世界，2009（2）：63－66.

［6］ 陶樹(shù)銀，熊正明，程 哲，等.金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2012，32（2）：58－60，83.

［7］ GB16423－2006.金屬非金屬礦山安全規(guī)程［S］.

［8］ AQ2013.1－2008.金屬非金屬地下礦山通風(fēng)安全技術(shù)規(guī)范［S］.

2012－09－07）

劉黔峰（1970－），男，湖南隆回縣人，采礦工程師，主要從事礦山通風(fēng)防塵與安全管理工作，Email：lqf0310＠163.com。