山東三山島金礦西山礦區(qū)南翼通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)機站優(yōu)化

王明斌 黃 維 趙洪凱 周 偉

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；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實驗室；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)

三山島金礦西山礦區(qū)采用兩翼對角式通風(fēng)方式，即主混合井、主斜坡道、進(jìn)風(fēng)井、輔助斜坡道進(jìn)風(fēng)，南、北兩翼回風(fēng)井回風(fēng)。隨著作業(yè)中段逐步下移，未來南翼作業(yè)區(qū)域主要集中于-780～-1 140 m中段，西山礦區(qū)仍將承擔(dān)約3 000 t/d的生產(chǎn)任務(wù)，南風(fēng)井將承擔(dān)西山礦區(qū)南、北兩翼回風(fēng)功能，1420#線南風(fēng)井承擔(dān)西山礦區(qū)-825 m以下南翼回風(fēng)功能，1960#線北風(fēng)井承擔(dān)西山礦區(qū)北翼回風(fēng)功能。西山礦區(qū)原南翼回風(fēng)機站布設(shè)于在-150 m水平，運行1臺DK52-8-№27對旋風(fēng)機，回風(fēng)量42.8～157.8 m3/s，全壓為1 331～3 178 Pa，額定功率為2×280 kW，南風(fēng)井回風(fēng)機站總風(fēng)量約150 m3/s。設(shè)備自2010年5月投入使用，目前已經(jīng)進(jìn)入大修期，需更換主扇輪轂、葉片、節(jié)電器及高低壓供電系統(tǒng)。電機需要保養(yǎng)維修，按照相關(guān)規(guī)定須對南翼主扇進(jìn)行雙回路供電，增設(shè)主扇接地系統(tǒng)。為進(jìn)一步提高西山礦區(qū)南翼礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效果，本研究通過對優(yōu)化方案進(jìn)行設(shè)計，并進(jìn)行計算機通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算。

1 新南翼回風(fēng)機站優(yōu)化方案

為提高西山礦區(qū)深部負(fù)壓，增加深部有效回風(fēng)量，考慮到-150 m水平回風(fēng)機站設(shè)備現(xiàn)狀，擬新建主扇機站，將機站設(shè)置水平下移至-330 m水平，并拆除原-150 m水平回風(fēng)機站。新建回風(fēng)機站工程主要包括主扇硐室、配電硐室及安裝工程。新主扇機站采用雙回路供電模式，以提高配電系統(tǒng)安全性，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。增大主扇硐室高度，硐室頂端安裝吊裝鋼梁，2#電機吊裝時無需再次拆除1#電機外殼，便于主扇吊裝檢修。新主扇機站建設(shè)過程中通過封閉相關(guān)聯(lián)絡(luò)巷，仍可保證新南風(fēng)井正常運行，降低改造工程對生產(chǎn)的影響。

1.1 深部總風(fēng)量核算

結(jié)合三山島金礦深部開拓工程部署，生產(chǎn)任務(wù)為3 000 t/d，按4個中(分)段同時作業(yè)核算，通風(fēng)最困難時期為-1 050～-1 140 m中段生產(chǎn)作業(yè)時期，含-1 110 ，1 125 m 2個分段，共4個中(分)段，每個中(分)段設(shè)置4個作業(yè)面，共16個作業(yè)面。本研究分別從作業(yè)場所降溫以及采場排塵風(fēng)速2個方面對礦井需風(fēng)量進(jìn)行計算。

1.1.1 按作業(yè)場所降溫計算需風(fēng)量

本研究按深部作業(yè)點工作溫度27 ℃核算降溫需風(fēng)量。西山礦區(qū)斜坡道-600 m中段進(jìn)風(fēng)風(fēng)溫超過28 ℃(實測值為28.8 ℃)時，對深部通風(fēng)降溫作用較小[1]。在計算降溫總風(fēng)量時，進(jìn)風(fēng)溫度按通往地表的入風(fēng)井的進(jìn)風(fēng)溫度進(jìn)行核算，其-600 m聯(lián)巷進(jìn)風(fēng)平均溫度取值為21 ℃(參照新立礦區(qū)副井-600 m聯(lián)巷實測進(jìn)風(fēng)溫度(20～22 ℃)取值)，根據(jù)入風(fēng)井各中(分)段進(jìn)風(fēng)量、風(fēng)溫以及風(fēng)流熱交換初步計算，在此基礎(chǔ)上確定各中(分)段需風(fēng)量[2-3]。經(jīng)統(tǒng)計，按西山礦區(qū)入風(fēng)井進(jìn)風(fēng)溫度21 ℃計算，若將深部同時作業(yè)的4個中(分)段大巷溫度降至27 ℃，則礦井需風(fēng)量為74.04 m3/s。

通過綜合分析表1、圖1可知：三山島金礦-600 m 水平以上圍巖散熱約占礦山所有散熱源的36%，隨著開采深度不斷延深，圍巖散熱占礦山所有散熱源的比例會越來越大，原西德部分礦山開采深度約900 m，其圍巖散熱約占礦山所有散熱源的46%；日本豐羽鉛鋅礦由于受熱水影響，在深度500 m 處氣溫高達(dá)80 ℃，其圍巖散熱約占礦山所有散熱源的89.8%。根據(jù)礦山相關(guān)資料分析可知：三山島金礦開采深度在-600 m水平以下，其圍巖散熱約占礦山所有散熱源的比例應(yīng)大于36%，本研究優(yōu)化方案設(shè)計中該比例值設(shè)計為50%[4-5]。綜上分析，按深部作業(yè)場所通風(fēng)降溫計算需風(fēng)量時，經(jīng)類比計算的礦井需風(fēng)量約為205.67 m3/s。

表1 部分國內(nèi)外礦井各種熱源占總熱源熱量的比例 %

圖2 三山島金礦-600 m水平各種熱源占總熱源熱量的比例

1.1.2 按采場排塵風(fēng)速計算需風(fēng)量

礦山所需的總風(fēng)量為各工作面需風(fēng)量和需要獨立通風(fēng)硐室的需風(fēng)量之和[6]。考慮井下作業(yè)面以及硐室的工作性質(zhì)、通風(fēng)排塵所需風(fēng)速以及風(fēng)量漏風(fēng)系數(shù)等，本研究計算的礦井需風(fēng)量為151.26 m3/s。

1.1.3 深部總風(fēng)量確定

本研究取按作業(yè)場所降溫計算的需風(fēng)量和按采場排塵風(fēng)速計算的需風(fēng)量的較大值作為礦井需風(fēng)量，即礦井需風(fēng)量Q需為205.76 m3/s?？紤]到在生產(chǎn)變動時期因通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及時帶來的風(fēng)量不均衡因素的影響，按井下同時工作的最多人數(shù)或各工作面柴油設(shè)備運行數(shù)量計算需風(fēng)量時，礦井總風(fēng)量應(yīng)在計算的需風(fēng)量的基礎(chǔ)上，再乘以系統(tǒng)風(fēng)量備用系數(shù)；按作業(yè)場所降溫量計算需風(fēng)量時，該風(fēng)量主要用于將井下作業(yè)中段生產(chǎn)作業(yè)溫度降低至28 ℃以下，故無需考慮風(fēng)量備用系數(shù)[7-8]。因此，西山礦區(qū)礦井總風(fēng)量為205.76 m3/s。

1.2 礦井困難時期通風(fēng)路線及風(fēng)量

困難通風(fēng)路線為入風(fēng)井→-600 m進(jìn)風(fēng)井石門巷→1860#線進(jìn)風(fēng)井→-1 140 m水平→1960#線-825～-1 140 m北風(fēng)井→-825 m中段→-825～-780 m回風(fēng)井→-780 m回風(fēng)水平→南風(fēng)井→地表。困難時期入風(fēng)井進(jìn)風(fēng)量為205.76 m3/s，1860#線進(jìn)風(fēng)井分配風(fēng)量為60 m3/s，-1 140 m分配風(fēng)量為54 m3/s，-114～-825 m水平1960#線北風(fēng)井回風(fēng)量為100 m3/s。

1.3 主要通風(fēng)機選型

在考慮自然風(fēng)壓的基礎(chǔ)上，結(jié)合計算的礦井困難時期的通風(fēng)系統(tǒng)阻力以及按通風(fēng)降溫計算的礦井總風(fēng)量，通過計算機通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算后，本研究確定的主要通風(fēng)機為1臺DK46(CII)-8-№28風(fēng)機，備用1臺同型號風(fēng)機電機及1套風(fēng)機葉輪[9]。該型風(fēng)機的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 風(fēng)機技術(shù)參數(shù)

DK46(CII)-8-№28型軸流風(fēng)機具有運轉(zhuǎn)效率高、噪聲低、性能范圍大、節(jié)電效果顯著等特點，可方便實現(xiàn)反轉(zhuǎn)反風(fēng)功能(風(fēng)機控制柜具有正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)功能按鈕)，反風(fēng)率大于60%，無需修筑反風(fēng)道。西山礦區(qū)南風(fēng)井-330 m水平回風(fēng)機站選用1臺DK46(CII)-8-№28風(fēng)機，經(jīng)Ventsim三維通風(fēng)動態(tài)仿真模擬軟件解算，回風(fēng)機站風(fēng)量為210.10 m3/s，通風(fēng)阻力為3 144 Pa，實耗功率為702.67 kW。

1.4 主要工程技術(shù)參數(shù)及工程造價

在-330 m中段施工主扇硐室、配電硐室及新南風(fēng)并聯(lián)風(fēng)聯(lián)，施工范圍為1220#～1300#線。本研究方案中參照了西山礦區(qū)北翼通風(fēng)系統(tǒng)-150 m主扇硐室、配電硐室，充分利用了現(xiàn)有的井巷工程，方案實施過程中盡可能不影響現(xiàn)有南翼通風(fēng)系統(tǒng)正常運行，巷道采用錨桿支護(hù)工藝。經(jīng)科學(xué)估算，三山島金礦西山礦區(qū)南翼通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)機站改造工程造價約52.285萬元。主要工程設(shè)計參數(shù)、相關(guān)工程量及工程造價見表3。

2 系統(tǒng)運行效果

表3 主要工程量及工程造價

三山島金礦原西山礦區(qū)南翼通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機總功率為895 kW(包括-150 m南風(fēng)井主扇2×280 kW，-537 m南風(fēng)井輔扇55 kW，-600 m空壓機硐室輔扇30 kW以及-780 m南風(fēng)井二級主扇機站250 kW)，通風(fēng)單耗為4.18元/m3/s。通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，西山礦區(qū)南翼通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機總功率為800 kW，通風(fēng)單耗為2.04元/(m3/s)。相對而言，通風(fēng)單耗降低了2.14元/(m3/s)，每年可節(jié)約電費約39.10萬元。

-330 m南風(fēng)井主扇及配電硐室改造完畢后，主扇運行狀態(tài)良好，可滿足主扇運行工況與不同通風(fēng)時期通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的管網(wǎng)阻力優(yōu)化匹配要求，可達(dá)到提升主扇運行工況與通風(fēng)阻力匹配的動態(tài)適應(yīng)能力的目標(biāo)；主扇機站采用雙回路供電方式有效提高了風(fēng)機配電系統(tǒng)的安全性，同時優(yōu)化了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)輔扇配置，提高了通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機運行的節(jié)能效果[10-11]。西山礦區(qū)南翼通風(fēng)系統(tǒng)得到了極大改善，主斜坡道及深部作業(yè)環(huán)境得到了明顯改善，井下生產(chǎn)作業(yè)效率提高了5%，每年可增加利潤約600萬元。

3 結(jié) 語

對三山島金礦西山礦區(qū)南翼通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，使得優(yōu)化后的南翼回風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)量達(dá)到217.68 m3/s，較原來的120 m3/s提高了97.68 m3/s，-780 m水平以下深部作業(yè)區(qū)域高溫高濕問題得到了極大緩解，粉塵濃度得到了有效控制，職業(yè)病發(fā)病率明顯降低，井下作業(yè)效率得到了明顯提升。此外，該系統(tǒng)優(yōu)化后，使得南翼回風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機總功率得到大大降低，電能消耗也得到了大幅縮減，大大減少了常規(guī)工段日常巡檢工作量，降低了南翼通風(fēng)系統(tǒng)運行成本，對于三山島金礦新立礦區(qū)東、西兩翼回風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造具有良好的借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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