金陶公司所屬礦山井下動(dòng)態(tài)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

王士強(qiáng)　王成龍　孔令東

(中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古金陶股份有限公司)

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金陶公司所屬礦山井下動(dòng)態(tài)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

王士強(qiáng)王成龍孔令東

(中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古金陶股份有限公司)

摘要我國(guó)金屬、非金屬老礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)普遍存在諸多問(wèn)題，金陶公司所屬礦山由于早期開(kāi)采深度淺，通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但隨著開(kāi)采深度的增加，探礦范圍的擴(kuò)展，井下通風(fēng)問(wèn)題越來(lái)越突出。目前，金陶公司所屬礦山正處于多中段、大范圍探礦、采礦期間，前期成熟的分區(qū)不獨(dú)立多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)已無(wú)法滿足生產(chǎn)需要。為此，按照作業(yè)面需風(fēng)類型，提出了主扇并聯(lián)、動(dòng)態(tài)開(kāi)啟、單一主扇變頻運(yùn)轉(zhuǎn)的新型通風(fēng)思路，根據(jù)電價(jià)峰谷、平值的價(jià)格差，調(diào)整合理的作業(yè)班次，采取主扇變頻通風(fēng)方式，即在電價(jià)谷值時(shí)主扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)，電價(jià)平值、峰值時(shí)主扇變頻，從而達(dá)到節(jié)約礦井通風(fēng)動(dòng)力費(fèi)用的目的。該通風(fēng)思路對(duì)于類似礦山有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞礦井通風(fēng)系統(tǒng)主扇變頻通風(fēng)方式主扇并聯(lián)

1礦山及通風(fēng)系統(tǒng)概況

內(nèi)蒙古金陶股份有限公司所屬礦井于1958年建礦，礦區(qū)開(kāi)采面積5.1 km2，采用豎井、盲豎井聯(lián)合開(kāi)拓方式，采礦方法為削壁充填采礦法、外取料充填采礦法。礦脈以集群型式密集分布，已探明具有工業(yè)價(jià)值的礦脈65條，單脈長(zhǎng)200～500 m，平均厚0.20～0.5 m，礦體最大延深至23中段，目前開(kāi)拓至19中段，2015年繼續(xù)延伸3個(gè)中段至22中段，開(kāi)采深度744 m，屬于多中段、大范圍開(kāi)采作業(yè)，特點(diǎn)是通風(fēng)距離長(zhǎng)，需風(fēng)地點(diǎn)多。該礦初期采用間隔對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)，2005年至今采用多級(jí)機(jī)站分區(qū)不獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。金陶公司所屬礦山分為3個(gè)開(kāi)采區(qū)，即一、二、三采區(qū)，各開(kāi)采區(qū)獨(dú)立又在不同中段礦區(qū)間互聯(lián)，集中采用多級(jí)機(jī)站分區(qū)不獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)(圖1)。該系統(tǒng)主要由35#通風(fēng)井、26#通風(fēng)井、56#通風(fēng)井、4條大黃線通風(fēng)井，4條提升明豎井和3條盲豎井組成，共8臺(tái)主扇風(fēng)機(jī)24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)保證井下生產(chǎn)。為防止提升井結(jié)冰，全礦通風(fēng)系統(tǒng)分正常、冬季2個(gè)時(shí)期的通風(fēng)。正常時(shí)期的通風(fēng)系統(tǒng)2#、15#、1#、56#、35#井和7中段以下的35#盲豎井、盲付井、57#盲豎井均入風(fēng)，35#、56#、26#、大黃線通風(fēng)井排風(fēng)；冬季通風(fēng)時(shí)，大黃線、35#、56#通風(fēng)井的3個(gè)井口風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)后將地面新風(fēng)壓入井下， 2#、15#、1#、56#、35#提升井有少量的熱風(fēng)排出，污風(fēng)由26#通風(fēng)井集中排出。

圖1　多級(jí)機(jī)站分區(qū)不獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)

隨著開(kāi)采深度的不斷增加，礦井深部風(fēng)量不足，煙塵無(wú)法及時(shí)排出，部分地點(diǎn)溫度較高。經(jīng)分析，存在的主要問(wèn)題有：①早期施工風(fēng)井通風(fēng)斷面過(guò)小，錯(cuò)位井較多，通風(fēng)阻力大，且未經(jīng)護(hù)壁處理，經(jīng)風(fēng)化、水流作用造成局部地點(diǎn)坍塌，清理時(shí)極其危險(xiǎn)，引起風(fēng)井堵塞，清理危險(xiǎn)性較高，且部分通風(fēng)井與采空區(qū)相通，漏風(fēng)嚴(yán)重，無(wú)法封堵，造成通風(fēng)阻力過(guò)大，直接影響風(fēng)機(jī)風(fēng)量，致使主風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)偏移，進(jìn)而出現(xiàn)風(fēng)機(jī)易損壞、風(fēng)量小等問(wèn)題；②作業(yè)地點(diǎn)分散，涉及中段多，在冬季通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，僅靠1條26#通風(fēng)井排出污風(fēng)，污風(fēng)線路長(zhǎng)，通風(fēng)阻力大，污風(fēng)線路折返，易污染其他作業(yè)地點(diǎn)；③作業(yè)地點(diǎn)多，風(fēng)量無(wú)法具細(xì)分散，致使新鮮風(fēng)流難以下至深部中段，無(wú)法有效排除熱害；④隨著手持電子式CO檢測(cè)儀的使用，下井工人在進(jìn)入作業(yè)地點(diǎn)前便可快速、清楚地獲得作業(yè)面CO的含量信息，當(dāng)CO含量達(dá)到24×10-6便禁止入內(nèi)，導(dǎo)致相當(dāng)一部分作業(yè)地點(diǎn)由于CO含量超標(biāo)而延誤生產(chǎn)[1-4]。

2通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

金陶公司所屬礦山每個(gè)作業(yè)地點(diǎn)的實(shí)際需風(fēng)量應(yīng)按爆破后有害氣體的產(chǎn)生量(不存在瓦斯和二氧化碳涌出)、工作面氣溫、風(fēng)速和同時(shí)工作的最多人數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算，在此基礎(chǔ)上取最大值，結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)合表1數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算一、二、三采區(qū)的需風(fēng)量分別為55.7，56.94，54.74 m3/s，各采區(qū)具體需風(fēng)量的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2通風(fēng)井阻力

經(jīng)過(guò)對(duì)35#、26#、56#、大黃線通風(fēng)井的詳細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)斷面小、易堵塞，風(fēng)阻大的地點(diǎn)均集中分布于3～15中段，為此，本研究采用天井反井鉆機(jī)施工直徑為1.4 m的天井并列3條作為通風(fēng)井，該井壁光滑、穩(wěn)固性強(qiáng)，經(jīng)計(jì)算，通風(fēng)井的摩擦阻力系數(shù)較小(0.005 kg/m3)，而早期通風(fēng)井的摩擦阻力系數(shù)較大(0.01 kg/m3)(表3)。

表1　全礦采掘作業(yè)需風(fēng)量

表2　礦井需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

表3　摩擦風(fēng)阻相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

注：通風(fēng)阻力減少均為46.5%。

2.3局部通風(fēng)優(yōu)化

礦山生產(chǎn)時(shí)在利用礦井總負(fù)壓通風(fēng)的同時(shí)，巷道掘進(jìn)工作面、采切工作面、采場(chǎng)爆破后均采用局扇加強(qiáng)通風(fēng)。采場(chǎng)通風(fēng)一般采用抽出式，設(shè)計(jì)選用YBT52-2型局扇。對(duì)于獨(dú)頭掘進(jìn)的工作面，按巷道長(zhǎng)度配備局扇，巷道長(zhǎng)度小于200 m時(shí)，配備1臺(tái)YBT52-2型局扇進(jìn)行抽出式通風(fēng)；當(dāng)巷道長(zhǎng)度大于200 m時(shí)，則采用2臺(tái)局扇進(jìn)行壓抽混合式通風(fēng)。局部通風(fēng)的風(fēng)筒與工作面的距離：壓入式通風(fēng)不得大于10 m；抽出式通風(fēng)不大于5 m；混合式通風(fēng)時(shí)，壓入風(fēng)筒不得超過(guò)10 m，抽出風(fēng)筒應(yīng)滯后風(fēng)筒5 m。

3動(dòng)態(tài)通風(fēng)方式

3.1需風(fēng)量分析

由表1可知，采礦場(chǎng)掘進(jìn)面需風(fēng)量較大。礦井作業(yè)面主要風(fēng)量需求分為排塵風(fēng)量和排炮煙風(fēng)量2類。由采礦作業(yè)順序可知：鑿巖8 h工作，僅需排塵風(fēng)量；爆破通風(fēng)8 h，僅需排炮煙風(fēng)量，出礦作業(yè)8 h，僅需排塵風(fēng)量?？梢?jiàn)，在進(jìn)行鑿巖和采礦作業(yè)時(shí)部分風(fēng)量被浪費(fèi)。為此，根據(jù)不同的作業(yè)情況，對(duì)生產(chǎn)性需風(fēng)量進(jìn)行了分類，全礦采礦作業(yè)需風(fēng)類型及需風(fēng)量見(jiàn)表4。

表4　全礦采礦作業(yè)需風(fēng)類型及需風(fēng)量

由表4可知：鑿巖除塵風(fēng)量、出礦除塵需風(fēng)量遠(yuǎn)小于排炮煙需風(fēng)量。由于金陶公司所屬礦山井下的8臺(tái)主扇為24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，多臺(tái)為串聯(lián)接力風(fēng)機(jī)，工作總負(fù)荷為501 kW，實(shí)際產(chǎn)生的風(fēng)量達(dá)196.6 m3/s，可見(jiàn)在鑿巖和出礦作業(yè)的16 h內(nèi)，61.5 m3/s的風(fēng)量被浪費(fèi)。假設(shè)為1臺(tái)產(chǎn)生61.5 m3/s風(fēng)量的風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行16 h，所造成的電費(fèi)約1 664元/d，1 a內(nèi)電費(fèi)約為60.7萬(wàn)元,浪費(fèi)的電費(fèi)相當(dāng)于1座小型礦山1 a內(nèi)的通風(fēng)費(fèi)。

3.2風(fēng)機(jī)并聯(lián)布置

建筑企業(yè)更需要實(shí)踐能力強(qiáng)的人才，因此高校在培養(yǎng)人才過(guò)程中不僅要讓學(xué)生掌握更多專業(yè)知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)性與實(shí)踐性，要讓學(xué)生能夠迅速適應(yīng)崗位，具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐能力。第一，一些學(xué)生英語(yǔ)基礎(chǔ)相對(duì)較差，理論知識(shí)掌握扎實(shí)，但口語(yǔ)交流能力較弱，在專業(yè)必須模塊中需要將英語(yǔ)口語(yǔ)課程作為專業(yè)必修課程，讓學(xué)生意識(shí)到英語(yǔ)口語(yǔ)學(xué)習(xí)的重要意義。在講授建筑英語(yǔ)過(guò)程中要以學(xué)生的整體英語(yǔ)水平為主，將建筑基礎(chǔ)知識(shí)與英語(yǔ)知識(shí)融合在一起，讓學(xué)生多了解建筑專業(yè)英語(yǔ)。

采用天井鉆機(jī)將原35#、26#、56#、大黃線通風(fēng)井進(jìn)行重新掘設(shè)并直接到達(dá)深部中段，主要通風(fēng)路線逐段疏通，將各中段、各作業(yè)地點(diǎn)的局部通風(fēng)系統(tǒng)與主通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)通，構(gòu)成完善的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行大范圍分風(fēng)和排除深部中段熱害的作業(yè)。現(xiàn)運(yùn)行的8臺(tái)主扇分別安置于4條主通風(fēng)井中，采用串聯(lián)工作方式，工作總負(fù)荷為553 kW，按目前通過(guò)風(fēng)井條件計(jì)算的全礦總風(fēng)阻為3 295 Pa，按上述采用鉆機(jī)施工的新通風(fēng)井通風(fēng)條件(井壁光滑，摩擦阻力系數(shù)較小)估算的通風(fēng)阻力約2 000 Pa。將8臺(tái)風(fēng)機(jī)每2臺(tái)1組采用并聯(lián)方式分別安置于4條主風(fēng)井地表位置，見(jiàn)表5。

表5　風(fēng)機(jī)并聯(lián)相關(guān)通風(fēng)數(shù)據(jù)

假設(shè)1：將井下作業(yè)班次劃分為3個(gè)，8～16時(shí)為爆破通風(fēng)班，16～24時(shí)為出礦作業(yè)班，24時(shí)～次日8時(shí)為鑿巖作業(yè)班。由表4可知：8～16時(shí)全礦需風(fēng)量最大為168.38 m3/s，需將4組8臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)開(kāi)啟；16～24時(shí)、24時(shí)～次日8時(shí)主要為除塵需風(fēng)量為119.1 m3/s，則僅需開(kāi)啟每組1臺(tái)風(fēng)機(jī)即可達(dá)到要求，即開(kāi)啟表5中的②、④、⑥、⑦等4臺(tái)風(fēng)機(jī)，總功率為349 kW，產(chǎn)生風(fēng)量143.8 m3/s。若假設(shè)1成立，則可節(jié)省風(fēng)機(jī)運(yùn)行電費(fèi)1 264元/d，1 a可節(jié)約46萬(wàn)元。

3.3估計(jì)電價(jià)因素優(yōu)化動(dòng)態(tài)通風(fēng)方式

金陶公司所屬礦山所在地區(qū)的電價(jià)見(jiàn)表6。

表6　用電峰谷平時(shí)間及電價(jià)

注：平均電價(jià)為0.51元/kWh(24 h)。

由表6可知：峰值的電價(jià)最高，按假設(shè)1分析，8～16時(shí)為爆破通風(fēng)班，全礦需風(fēng)量最大為168.38 m3/s，需將4組8臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)開(kāi)啟，此時(shí)用電為峰值4 h，平值4 h，雖然按照假設(shè)1的分時(shí)操作開(kāi)啟風(fēng)機(jī)可節(jié)約電費(fèi)，但按峰谷平電價(jià)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該通風(fēng)方式仍不合理。

假設(shè)2：將井下作業(yè)班次劃分為3個(gè)部分，22～5時(shí)為爆破通風(fēng)班，6～14時(shí)為出礦作業(yè)班，14～22時(shí)為鑿巖作業(yè)班。由表4可知：5～22時(shí)全礦需風(fēng)量最大為168.38 m3/s，需將4組8臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)開(kāi)啟；5～13時(shí)、14～22時(shí)主要為除塵，需風(fēng)量為119.1 m3/s，則僅需開(kāi)啟②、④、⑥、⑦等4臺(tái)風(fēng)機(jī)即可達(dá)到要求。若假設(shè)2成立，可節(jié)省風(fēng)機(jī)運(yùn)行電費(fèi)1 903元/d，1 a可節(jié)約69.5萬(wàn)元。

變頻風(fēng)機(jī)原理是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸入頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量、風(fēng)壓。當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸入軸功率為電動(dòng)機(jī)額定功率的51%時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)下降80%，風(fēng)量也會(huì)下降80%。若井下風(fēng)機(jī)電機(jī)全部更換為變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)按時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，有望達(dá)到節(jié)電的目的。

假設(shè)3：將風(fēng)機(jī)電機(jī)及配電柜全部改為變頻式，根據(jù)假設(shè)2設(shè)定通風(fēng)時(shí)間，可適時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，降低風(fēng)量，由于出礦班和鑿巖班的實(shí)際準(zhǔn)備時(shí)間和收尾階段無(wú)需排塵，利用風(fēng)機(jī)變頻可將該2個(gè)班次的排塵時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到最優(yōu)的通風(fēng)效果。若假設(shè)3成立，可節(jié)省風(fēng)機(jī)運(yùn)行電費(fèi)3 896.28元/a，1 a 可節(jié)約142.2萬(wàn)元。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)金陶公司所屬礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，結(jié)合作業(yè)面需風(fēng)類型，提出了主扇集中分組并聯(lián)、分組主扇動(dòng)態(tài)開(kāi)啟、單一主扇變頻運(yùn)轉(zhuǎn)的新型通風(fēng)思路。分析表明，該通風(fēng)方式不僅可大幅度降低礦井通風(fēng)費(fèi)用，可更為合理地將風(fēng)源分配至井下各作業(yè)點(diǎn)，有助于提高井下通風(fēng)系統(tǒng)的安全性、實(shí)用性和科學(xué)性。

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(收稿日期2016-02-29)

Optimization of the Underground Ventilation System of the Mine of Jintao Company

Wang ShiqiangWang ChenglongKong Lingdong

(Inner Mongolia Jintao Company Co,Ltd.,China Gold Group)

AbstractThe problems are existed in the most of the underground ventilation systems of the old metal and non-metallic mines in our country.Due to the the shallow mining depth of the mines of Jintao company,the underground ventilation systems of the mines are relative simple,but with the increasing of the mining depth,and the expansion of prospecting scope,the underground ventilation problems of the mines are becoming more and more prominent.At present,the miens of Jintao company is in the period of multi-level,wide range of prospecting and mining,the original underground ventilation of partition not independent multi-stage station of the mines of Jintao company can not meet the requirements of the mine production.According to the wind types of the different working faces,the new underground ventilation method with the characteristics of the main fan parallel distribution,dynamic open,the single main fan variable frequency operation.The underground working teams and times are adjusted based on the difference between the peak valley electricity price and flat electricity price,the frequency conversion ventilation pattern is proposed,that is to say,when the electricity price is in the valley value level,the main fan is in the normal operation state,when the electricity price is in the flat price level and peak price level,the main fan is conducted frequency conversion to reduce the power costs of underground ventilation system.The research results in the paper can provide preference for the similar mines.

KeywordsUnderground ventilation system, Frequency conversion of main fan, Ventilation pattern, Main fan parallel distribution

王士強(qiáng)(1987—)，男，助理工程師，024327 內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市敖漢旗金廠溝梁鎮(zhèn)。