多通道復雜礦山分區通風系統優化研究

王 志

(1.湖南有色冶金勞動保護研究院, 湖南 長沙 410014;2.非煤礦山通風防塵湖南省重點實驗室, 湖南 長沙 410014)

香花嶺錫業有限責任公司新風工區是以生產錫鉛鋅為主的中型多金屬礦區,目前井下開采總體分為北部分區、南部分區與東部分區,開采深度約500 m。隨著開采深度的不斷增加和礦體逐漸向東偏移,作業重點區域也開始向東部轉移,通風線路長,阻力大,作業面風量小,新鮮風流難以進入東部作業區域,造成作業面環境差和溫度高、污風難以排出地表、污風串聯現象嚴重等諸多問題,嚴重影響了安全生產及作業人員的身心健康。本文在通風系統調查與測定的基礎上,分析了新風工區通風系統存在的問題,針對問題提出了多翼對角式不獨立分區通風系統改造方案[1],在工程實踐中獲得了較好的通風效果。

1 通風系統優化技術研究

1.1 通風系統存在的問題

根據新風工區井下現場調查、測定等工作,分析評價新風工區井下通風系統[2],存在的問題主要有：

(1)香花嶺錫業公司新風工區西部的484,431,378 m中段與外部有貫通的地方,雖在其貫穿位置砌筑了密閉風墻,但由于其位置處于新風工區西部484主扇高負壓區域,致使風流短路,地表進風量減少;

(2)井下東部55線至63線272～92 m中段目前通風系統暫未形成,北部272 m中段55線90 k W主扇在227,182 m中段(51線至53線)短路,新鮮風流難以進入東部作業區域;

(3)137 m中段東部11 k W輔扇風量大部分在92～227 m中段之間循環,僅有3 m3/s的污風經272 m中段的705采場空區排出;

(4)東部作業點所需風量為39.91 m3/s,但現場測定其有效污風排出量僅為3 m3/s,東部作業面新鮮風量嚴重不足;

(5)根據新風工區10月份采掘計劃安排,325～92 m中段西部作業點為6個,北部作業點為5個,東部作業點為15個,顯示出新風工區今后重點作業區域為東部,新風工區目前東部風機裝機功率僅為48 k W,北部為144 k W,南部為74 k W,故現有通風系統與生產作業現狀不符。

1.2 通風系統方案確定

根據新風工區井下實際情況及存在的問題,擬在東部另建一個分區通風系統,礦井通風形成多翼對角式不獨立分區通風系統[3]。

東部分區通風進風線路為：新鮮風流從豎井,623斜井進入272 m中段,經4號、5號、6號斜井下至272 m中段以下各中段,經中段運輸平巷、穿脈平巷到達作業面。

東部分區通風回風線路為：新鮮風流沖洗各作業面之后在59線272 m中段主扇負壓的作用下,將東部227 m以下中段各采場及掘進作業面的污風經各中段回風天井,一部分由325 m中段服務公司斜井、1號斜井、537平硐排至地表,另一部分經黃保塘斜井、揚梅坳平硐排至地表。通風系統如圖1所示。

圖1 東部分區通風系統

1.3 礦井總風量

根據技術規范的規定：礦井總風量等于礦井所需風量乘以礦井風量備用系數k。礦井總風量按回采工作面需風量、掘進工作面需風量與專用硐室需風量,按照規范要求分別計算取大值,得出其值分別為2,1.21 m3/s與2 m3/s

根據礦山實際生產情況,依規范要求,選擇礦井風量備用系數為1.32,計算得出礦井總需風量為51.97 m3/s≈52 m3/s。其中北部分區需風量為10.10 m3/s,南部分區需風量為11.56 m3/s,東部分區為主要作業區域需風量為30.34 m3/s。

1.4 礦井通風阻力

1.4.1 礦井摩擦阻力

在計算全礦通風阻力時,因人工分配的風量并不一定能使網路實現風量平衡與風壓平衡,為穩妥起見,通常按風量理想分配時的最大阻力計算。即在通風系統圖上找出風路最長、風量最大的一條線路作為阻力最大的線路。根據公式計算得出東部通風系統摩擦阻力為659 Pa。

1.4.2 礦井自然風壓

根據礦井實際情況,目前開采深度大于100 m,此時認為井筒內空氣狀態變化屬于等溫過程。

根據礦區的實際氣象與井巷條件,經計算得冬季Hn＝130 Pa,夏Hn＝ －108 Pa,夏季自然風壓其值為負值,可以得出夏季自然風壓成為通風阻力。

經計算礦井困難時期總阻力為摩擦阻力＋風機裝置阻力＋出口動壓損失＋自然風壓為941.6 Pa。

1.5 主扇選型及安裝位置

根據風量與阻力參數查閱風機選型表,選擇主扇型號為K45－6－No.15－55 k W,根據風機特性曲線與風阻曲線,得出主扇實際工況點：風量為39 m3/s,風壓為928 Pa,風機葉片安裝角度為35°,風機效率為82%(見圖2)。根據新風工區井下實際情況,西、北部都有嚴格的進、回風線路。此次著重以東部分區的通風系統為優化重點,擬在272 m中段57～59線之間706采場天井附近安裝主扇[4](見圖3)。在風機硐室主巷設置自動風門。

圖2 風機特征曲線及工況

圖3 主扇安裝位置

2 通風系統優化效果

香花嶺新風工區通過優化改造,采用多翼對角式不獨立分區通風方式,利用325 m中段服務公司斜井、1號斜井、537平硐、黃保塘斜井、揚梅坳平硐進行并聯回風,按照井下實際情況對東、西部通風系統回風量進行優化調整,達到了井下風壓均衡,風量按需分配,節約能源,污風排出快的目的,大大改善了井下東部分區作業面的通風效果[5]。保證了井下作業的用風需求,有利于企業的持續健康發展。

3 結 語

香花嶺新風工區采用多翼對角式不獨立分區的通風方式,充分利用現有井巷進行并聯回風,大大降低了回風端的通風阻力,保障了通風效果。通風系統改造完成后,其各項評價指標均達到規范規程的要求,主扇運行效率高,風量、風壓均能滿足井下各用風點的需風要求,保證了井下作業環境的持續健康發展,具有十分重要的意義。