多級機站進風側火災反風試驗分析

郟 威 王忠強 許 峰 居偉偉3

（1.安徽馬鋼羅河礦業(yè)有限責任公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

與煤礦井下火災事故相比，非煤礦山井下火災事故發(fā)生的可能性較低，但火災后果嚴重性一樣。因此，礦井有效合理的防火控煙措施必不可少［1-3］?；馂陌l(fā)生位置不同，造成的后果也不相同，其控制措施也不相同［4-5］。礦井回風路線發(fā)生火災，井下風流正常運轉，火災煙氣通過回風通道排出地表。若井下進風路線發(fā)生火災，煙氣在火風壓和風機風壓的作業(yè)下沿著進風路線在井下各工作地點間蔓延。因此，火災發(fā)生在進風路線時，需采取反風措施［6-7］。

礦井反風方法根據通風系統(tǒng)選用風機類型、風機數量等分為有反風道反風、無反風道反風和風機反轉反風等。根據反風時風流反向變化范圍區(qū)域分為全礦性、區(qū)域性及局部反風［8-9］。以羅河鐵礦為研究背景，研究多級機站通風系統(tǒng)火災反風試驗技術方案，為其他礦山火災防治提供參考。

1 通風系統(tǒng)現狀

1.1 通風方式

羅河鐵礦開拓有7 條豎井，即主井、副井、措施井、進風井、2#主井、1#主回風井和2#主回風井，礦井新鮮風流主要由副井、進風井和措施井進風，主井少量進風。污風集中由1#、2#主回風井排出。在-545 m 水平設置專用進風水平，在8 勘探線附近設置2#、3#、4#和7#采區(qū)進風天井，共計4條。在-455 m 水平設置專用回風水平，東側設置1#、2#、4#、5#、6#、7#、8#和9#采區(qū)回風天井，共計8 條采區(qū)回風天井，通過回風巷道把1#、2#主回風井與采區(qū)回風天井相連通，如圖1所示。

1.2 機站及風機設置

羅河鐵礦采用多級機站通風系統(tǒng)。Ⅰ級機站為進風機站，共設3 個機站，分別設置在副井-545 m進風石門、進風井-545 m 和-560 m 進風石門。Ⅱ級機站為采區(qū)進、回風機站，進風機站分別設置在-545 m 進風水平2#、3#、4#采區(qū)進風井聯(lián)巷，共3 個機站。Ⅲ級機站為回風機站，共設5 個機站，分別設置在-455 m 水平1#、2#、3#、4#主回風井石門巷道和2#主回風井-560 m回風石門。

2 反風技術方案設計

2.1 火災發(fā)生地點

采取的反風措施主要取決于災害發(fā)生的地點、性質和災害程度。根據羅河鐵礦通風網絡及可能發(fā)生的火災地點，假設火災發(fā)生在礦井主井、副井、進風井、措施井或井底車場及其附近的進風巷道某處。

2.2 機站風機反轉設計

本次反風試驗采用通風機反轉反風方法、全礦井反風方式。通過Ⅰ級、Ⅲ級回風機站風機同時反轉運行，回風井臨時進風，原進風通道臨時出風，逆轉火災煙流并迅速排出煙流，達到縮小火災波及范圍，減少和避免因火災等事故而帶來的人員傷亡。

反風試驗時井下運行風機情況如下。

（1）Ⅰ級機站為進風機站，共設3 個機站，副井-545 m 進風石門、進風井-545 m 進風石門、-560 m主進風井進風聯(lián)巷，風機全部反轉運行，變頻器控制，運行頻率均為35 Hz。

（2）Ⅲ級機站為回風機站，共設5 個機站，設在-455 m 水平1#、2#、3#、4#主回風井石門和2#主回風井-560 m 回風石門，風機全部反轉運行，變頻器控制，運行頻率均為40 Hz。

（3）采區(qū)進、回風機站處于停機狀態(tài)，Ⅰ級和Ⅲ機站風機選型及反轉控制參數見表1。

3 反風試驗結果分析

3.1 反風測點布置及檢測

反風試驗檢測內容主要為井下通風巷道的風速、風量、風向、風溫和風機工況。測定范圍包括地表、-455、-508、-526、-545和-560 m等水平。測點主要分布在開拓系統(tǒng)各井筒石門，主要生產中段的各作業(yè)分段石門，斜坡道與作業(yè)分段聯(lián)巷，通風系統(tǒng)各風機機站。

本次試驗，進行了通風測定路線規(guī)劃，分為5 個小組，進行通風系統(tǒng)正常運行及反轉運行工況下的通風測定。通風系統(tǒng)正常運行時共布置了20 個測點，反風試驗共布置了20個測點。

3.2 反風風量分析

通過對20 個測點的風量進行整理得出表2 所示反風試驗檢測結果。

正常狀態(tài)下，新鮮風流從進風井、措施井和副井進入各中段，主井為少量進風。反風狀態(tài)下，風流風向相反，進風變?yōu)榛仫L。由表1可知：

（1）正常狀態(tài)下羅河鐵礦總進風量為411.63 m3/s，總回風量為415.14 m3/s，總進風與總回風相差3.51 m3/s，在測量誤差運行范圍內。

（2）反風狀態(tài)下，總回風量為257.76 m3/s，總進風量為263.89 m3/s，總進風與總回風相差6.13 m3/s，總進風與總回風相當。

（3）反風狀態(tài)下礦井總風量為263.89 m3/s，正常狀態(tài)下的礦井總風量為415.14 m3/s，風機反轉運行時風量效率為η=263.89/415.14=63.57%。滿足規(guī)范要求的反風量要求。

3.3 機站及風機工況

根據機站風機電流、電壓檢測數據，由相關公式計算得到通風系統(tǒng)正常運行風機工況參數，見表3。

風機正轉和反轉運行頻率一致，進風機站4臺風機運行頻率為35 Hz，回風機站5 臺風機運行頻率為40 Hz。由表2可知：

（1）正轉狀態(tài)下進、回風風機站9臺風機總實秏功率為1 224.30 kW，其中進風機站風機實秏功率為423.56 kW，回風機站風機實秏功率為800.74 kW，反轉狀態(tài)下風機的總實秏功率為878.02 kW，進風機站風機實秏功率為300.5 kW，回風機站風機實秏功率為577.52 kW。風機反轉后的實秏功率為正轉時的71.72%。

（2）風機反轉后，風機的反風量均在60%以上，滿足規(guī)范中對主要通風機反風的要求。-560 m 水平2#回風井石門K45-6-№17 風機反風率最小，為60.77%，-545 m 水平副井石門K45-6-№19 風機反風率最大，最大為72.37%。

4 結論

（1）羅河鐵礦通風系統(tǒng)設三級機站，I級主進風機站、Ⅲ主回風機站和Ⅱ級采場進、回風機站。副井、進風井和措施井進風，主井少量進風，1#、2#主回風井回風。

（2）當主井、副井、進風井、措施井或井底車場及其附近的進風巷道某處或多處發(fā)生火災時，采取反風措施。即Ⅰ級機站為進風機站風機全部反轉運行，運行頻率為35 Hz。Ⅲ級機站為回風機站，風機全部反轉運行，運行頻率為40 Hz。采區(qū)進、回風機站處于停機狀態(tài)。

（3）反風試驗檢測結果表明，反風狀態(tài)下礦井總風量為263.89 m3/s，是正常狀態(tài)下（415.14 m3/s）礦井總風量的63.57%，I 級主進風機站和Ⅲ級主回風機站風機反轉后，實秏功率為正轉時的71.72%，風機的反風量均在60%以上，滿足規(guī)范要求的反風量要求。