安徽龍塘沿鐵礦通風系統優化

侯垣麒 魯智勇 吳冷峻

(1.蕪湖和成礦業發展有限公司；2.中鋼集團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.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

通過礦井通風系統可將新鮮風流送入井下、稀釋與排出有毒有害氣體，達到改善井下工作環境的目的[1-2]。安徽龍塘沿鐵礦采用副井進風、措施井回風的單翼對角通風方式，由于回風機站設置不合理、通風構筑物缺失等因素，導致井下風流紊亂、總風量不足，通風系統無法滿足《金屬非金屬礦山安全規程》(GB 16423—2006)要求[3]。本研究針對該礦井下通風系統存在的問題，對通風優化方案進行設計和優選。

1 礦山概況

1.1 礦山生產概況

龍塘沿鐵位于長江西岸，與蕪湖市隔江相望，相距約10 km。礦山采用地下開采方式以及豎井開拓方式，共設計有主井、副井、南北兩翼回風井、措施井5條豎井(表1)。全礦設有-120，-180，-240，-320，-400，-480 m 6個中段水平，其中-120 m為回風中段水平，采礦方法包括上向分層膠結充填采礦法、中深孔鑿巖分段出礦嗣后充填采礦法和淺孔房柱嗣后充填采礦法。東埂礦區和金龍礦區-180 m 中段以上采用上向分層充填法；金龍礦區傾角小于30°且厚度小于8 m的礦體采用房柱嗣后充填法；其余采用分段空場嗣后充填法，其中水平厚度小于15 m的礦體工作面沿礦體走向布置，厚度大于15 m的礦體工作面垂直礦體走向布置。礦山現階段采用單翼對角通風方式，新鮮風流由副井進入井下，清洗工作面后，污風由措施井排出地表，回風機站設置于-240 m水平。

表1 各井筒主要技術參數

1.2 礦井通風系統現狀

根據該礦生產計劃，北翼回風井尚未與-240 m北回風巷貫通，且南翼回風井暫不施工，因此目前該礦缺少專用回風井?，F階段礦山新鮮風流由副井-240 m 水平進入，清洗工作面后的污風匯集到-240 m 回風機站，由措施井聯巷進入措施井。其中一部分污風經措施井排出地表，另一部分污風由措施井返回至-280，-320 m水平。該部分污風經過采場回風天井或副井重新進入-240 m水平，形成污風循環風路。該礦在-240 m措施井石門安裝了1臺K45-4-№15風機(200 kW)，葉片安裝角度為40°，運行頻率為25 Hz。

通過對該礦通風系統進行檢測，發現礦井通風系統存在的問題有：①礦井總風量不足，經檢測該礦實際總風量為10.78 m3/s，無法滿足井下生產作業實際需風量要求；②污風循環，由于-320 m水平措施井石門缺少通風構筑物或調節輔扇，導致通過-240 m 回風機站的風量有一部分未排出地表而進入-320 m水平，造成污風循環；③采區缺少進、回風工程，-280 m作業水平由于缺乏進、回風通路，僅能用風筒從地表引入新鮮風流供給作業面，-260 m 水平北部作業區缺少新鮮風源，整個水平作業環境極差。由于上述問題的存在，導致該礦井下通風效果較差，不符合《金屬非金屬礦山安全規程》(GB 16423—2006)要求[3]。

2 通風系統優化方案

2.1 總風量核定

在計算礦井總風量時，一般按照排塵風速計算各工作面風量總和，再乘以風量備用系數來確定礦井總需風量[4-5]。本研究礦井需風量計算結果見表2。

表2 礦井需風量計算結果

經表2計算，礦山總需風量為42.72 m3/s，考慮到漏風以及后期生產變動等因素，實際礦井總風量需乘以風量備用系數1.2，則該礦的總需風量為51.26 m3/s。

2.2 通風優化方案設計及優選

本研究在設計通風系統優化方案時，仍保持-240 m 水平回風機站位置不變，著重解決系統總風量不足與-320 m水平風流反向、污風循環的問題。結合礦山生產現狀與下一步規劃，設計出如表3所示的3種通風優化方案。

分析表3可知：雖然方案Ⅲ有助于解決-320 m水平風流反向問題且所需費用較低，但風門存在會影響-320 m水平運輸，故舍棄。考慮到礦山現有的輔扇風機型號為K45-6-№14，可用于方案Ⅰ中，從而可以節省風機購買費用；在風機安裝時，內襯降噪材料，可解決噪音問題。因此，本研究最終選定方案Ⅰ對龍塘沿鐵礦井下通風系統進行優化，該方案中的風機性能參數見表4。

表3 通風優化方案特點

表4 K45-6-№14風機性能參數

2.3 系統網絡解算

在設計K45-6-№14輔扇風機葉片安裝角時，本研究提出了3種方案，各方案風機葉片安裝角分別為40 °、35 °、30 °。使用3DMine軟件繪制了龍塘沿鐵礦通風系統圖，并利用Ventsim三維通風動態仿真模擬系統對通風系統進行了模擬解算，以選擇最優通風方案[6-10]。各方案的通風網絡解算結果見表5。

表5 各方案通風網絡解算結果

由表5可知：3種方案總風量都可以滿足礦山生產需風量要求(51.26 m3/s)，為減少后期風機葉片角度調整工作，最終選擇K45-6-№14輔扇風機葉片安裝角為40°，即方案1。方案1對應的機站風機運行狀況見表6。

分析表6可知：優化后的系統總風量為70.25 m3/s，其中主井進風量為36.50 m3/s，副井進風量為53.75 m3/s，總風量可滿足要求。在方案實施過程中，可對風機進行變頻控制，降低運行頻率，在確保總風量滿足要求的前提下盡可能降低能耗。

表6 機站風機運行狀況

3 結 語

針對龍塘沿鐵礦通風系統存在的問題，結合礦山實際情況，計算了龍塘沿鐵礦所需風量，設計出在-320 m水平增加無風墻輔扇的通風系統優化方案，并完善了-240 m水平通風構筑物，經三維通風軟件模擬解算，確定了最優風機葉片安裝角為40°。優化后礦井通風效果明顯改善，系統總風量可由10.78 m3/s提高至70.25 m3/s，可有效解決該礦井下通風系統總風量不足以及風流反向的問題。

參 考 文 獻

[1] 黃玉煥.礦井通風技術[M].北京：冶金工業出版社，2017.

[2] 孫麗軍.龍塘沿鐵礦年產130萬t采選工程變更初步設計[R].馬鞍山：中鋼集團馬鞍山礦院工程勘察設計有限公司，2017．

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 16423—2006 金屬非金屬礦山安全規程[S].北京：中國標準出版社，2006．

[4] 王運敏.現代采礦手冊：下冊[M].北京：冶金工業出版社，2012.

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[6] 賈敏濤，吳冷峻，張 輝.羅河鐵礦通風系統優化與調控技術[J].現代礦業，2015(6)：134-136．

[7] 朱 強，陳星明，肖正學，等.甘肅某地下鐵礦通風系統現狀分析與優化[J].金屬礦山，2016(12)：176-180．

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