螢石礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究與實踐
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摘要:湖南某螢石礦已生產(chǎn)多年，其井下通風(fēng)系統(tǒng)存在機站多、中段開口多、網(wǎng)路復(fù)雜、通風(fēng)阻力大、作業(yè)面風(fēng)量不足等問題。在充分利用現(xiàn)有井巷工程和設(shè)施的情況下，提出了采用中央并列式單一主通風(fēng)機抽出式通風(fēng)方案，對調(diào)查和測定時發(fā)現(xiàn)的問題進行了優(yōu)化改造并對主風(fēng)機重新進行了選型計算。優(yōu)化改造完成后，對通風(fēng)系統(tǒng)進行實踐運轉(zhuǎn)和測定分析，結(jié)果表明：礦山采用單一主通風(fēng)機通風(fēng)可實現(xiàn)反風(fēng)，井下風(fēng)量、風(fēng)速可滿足作業(yè)面要求，而且減少了礦山通風(fēng)運營管理成本和運營費用。研究成果可為存在類似通風(fēng)問題的礦山通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究提供參考。
關(guān)鍵詞:礦山;通風(fēng)系統(tǒng);多級機站;反風(fēng)
礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦山生產(chǎn)的重要組成部分，主要任務(wù)是通過不斷向井下各作業(yè)點供給足夠的新鮮空氣，稀釋和排除各種有毒有害氣體、粉塵等危害因素，調(diào)節(jié)作業(yè)環(huán)境條件，保障礦山作業(yè)人員的安全和健康，提高勞動生產(chǎn)效率[1]。但礦山生產(chǎn)是一個動態(tài)過程，隨著礦山作業(yè)向深部延伸，礦井中段越來越多[2]、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜、井巷阻力越來越大，作業(yè)面風(fēng)速風(fēng)量不足，僅靠增加風(fēng)機無法從根本上解決問題。本文以湖南某螢石礦為例，為改善井下作業(yè)環(huán)境，對通風(fēng)系統(tǒng)進行了優(yōu)化與實踐[3]。
1礦山通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題
1.1礦山概況
湖南某螢石礦生產(chǎn)規(guī)模為6萬t/a，采用地下開采，開采深度為+200～−300m標高，開采礦種為螢石礦，采礦方法為淺孔留礦法。礦井采用豎井+斜井開拓，豎井（井口標高+151m）位于礦體下盤中央部位，井筒凈直徑為4.5m，采用澆筑砼支護，為罐籠井，擔負礦井礦石、廢石、材料和進風(fēng)、排水、行人、管道敷設(shè)等功能。風(fēng)井為801斜井（井口標高+171m），位于豎井西部，布置在礦體下盤，斜井傾角為28°，落底標高為+20m，井筒斷面為三心拱，斷面面積為3.6m2，擔負礦井回風(fēng)任務(wù)，并作為礦井的應(yīng)急安全出口。礦井已開采多年，共劃分為8個中段，均布置有脈外運輸平巷。目前−175m及以上中段的礦體已開采結(jié)束，主要生產(chǎn)中段為為−215m中段、−255m中段、−295m中段。根據(jù)礦山規(guī)劃，擴界手續(xù)完成后將新建−335m中段、−375m中段。
1.2礦山通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀
礦山現(xiàn)采用中央并列式多級機站抽出式通風(fēng)。目前礦井作業(yè)面主要集中在−215m中段（六中段）、−255m中段（七中段）、−295m中段（八中段）。一級站在−215m中段（六中段）東西兩翼各安裝有1臺功率為11kW主要通風(fēng)機。二級站在−175m中段（五中段）東西兩翼各安裝有1臺功率為30kW的主要通風(fēng)機。三級站在−175～−100m盲斜井上部車場內(nèi)安裝有1臺功率為30kW的主要通風(fēng)機。四級站在801斜井井口安裝有1臺功率為55kW的主要通風(fēng)機。前述主要通風(fēng)機共計6臺，裝機功率共計167kW。通過現(xiàn)場實測，豎井總進風(fēng)量為23.89m3/s：其中礦井八中段進風(fēng)量為11.04m3/s，七中段進風(fēng)量為10.21m3/s，六中段進風(fēng)量為2.64m3/s。801斜井總回風(fēng)量為25.36m3/s。
1.3礦山通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題
礦山通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)過多次改造，但是仍然存在很多問題。（1）礦井采用多級機站抽出式通風(fēng)，運轉(zhuǎn)管理非常復(fù)雜，局部阻力大，穩(wěn)定性差，導(dǎo)致一些巷道內(nèi)無風(fēng)或為循環(huán)風(fēng)。因小型礦山技術(shù)能力有限，多級機站通風(fēng)無法實現(xiàn)微機集中控制，無法實現(xiàn)同DOI:10.13828/j.cnki.ckjs.2022.03.008多級機站通風(fēng)無法實現(xiàn)微機集中控制，無法實現(xiàn)同反風(fēng)，不利于礦井發(fā)生災(zāi)害時的反風(fēng)。（2）井下風(fēng)量不足。根據(jù)采場、掘進、硐室需風(fēng)量計算，需風(fēng)量為38.50m3/s，而礦井現(xiàn)在的總進風(fēng)量為23.89m3/s，不能滿足安全生產(chǎn)的要求。（3）801斜井底部+20m標高回風(fēng)巷垮塌，−20～+20m盲斜井下部回風(fēng)口被風(fēng)機堵住，增大了通風(fēng)阻力；801斜井地面安全出口設(shè)置不嚴密，漏風(fēng)嚴重，導(dǎo)致地面主通風(fēng)機抽風(fēng)效果差。（4）−60m中段至−20m中段東翼通風(fēng)天井風(fēng)流反向，形成循環(huán)風(fēng)。（5）生產(chǎn)作業(yè)中段有效風(fēng)量低，循環(huán)風(fēng)量大。如礦井西翼3個中段總?cè)腼L(fēng)只有10m3/s，有效進風(fēng)不到50%。（6）隨著礦山實施下一步規(guī)劃，礦井水平延深，通風(fēng)線路進一步加長，引起通風(fēng)阻力加大；同時隨開采深度加大，井下溫度升高，為降低作業(yè)地點溫度，同樣需提供更大的風(fēng)量。
2通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化
2.1通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案
根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，在充分利用現(xiàn)有井巷工程和設(shè)施情況下，決定繼續(xù)采用中央并列機械抽出式通風(fēng)方式。優(yōu)化后的礦井通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的主要內(nèi)容如下。（1）采用在地面建立單一主通風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)，在801斜井井口安裝1臺主通風(fēng)機?？蓪崿F(xiàn)主扇集中控制，運轉(zhuǎn)管理簡單[4]，穩(wěn)定可靠，有效避免多級機站通風(fēng)導(dǎo)致的巷道循環(huán)風(fēng)，在礦井發(fā)生災(zāi)害時可有效控制礦井實現(xiàn)反風(fēng)。（2）維修完善風(fēng)井側(cè)的安全出口。在801斜井地面安全出口處增加一道風(fēng)門，在風(fēng)門四周安裝密封膠皮。（3）對801斜井井底垮塌的廢石進行清理，擴大過風(fēng)斷面。（4）拆除原有井下回風(fēng)巷道中的主要通風(fēng)機，減少礦井阻力。（5）恢復(fù)−215m中段至−175m中段東翼通風(fēng)天井。（6）對井下采空區(qū)進行封閉，對原有的密閉墻進行砂漿抹面，防止漏風(fēng)。
2.2通風(fēng)風(fēng)量及阻力計算
根據(jù)最大下井人數(shù)需風(fēng)量、爆破后排除炮煙風(fēng)量、排塵風(fēng)速風(fēng)量分別計算需風(fēng)量再取大值。礦井風(fēng)量分配及礦井漏風(fēng)計算見表1。礦井阻力計算時，通風(fēng)困難時期按生產(chǎn)中段延伸至−375m標高計算，再將自然風(fēng)壓、局部阻力計入后，可知通風(fēng)容易時期阻力為973.74Pa；通風(fēng)困難時期阻力為1320.08Pa。
2.3主通風(fēng)機選型
主通風(fēng)機漏風(fēng)系數(shù)取1.2，通風(fēng)機所需全壓按前述阻力再計入設(shè)備阻力、設(shè)備出口動壓[5]。根據(jù)計算，所需通風(fēng)機的風(fēng)量為46.2m3/s，通風(fēng)容易時期的通風(fēng)阻力為1230.70Pa；通風(fēng)困難時期的通風(fēng)阻力為1577.24Pa。根據(jù)上述計算出的風(fēng)量和阻力，選擇對旋軸流通風(fēng)機1臺及1臺電動機，另配1臺電動機作備用。主風(fēng)機的特性曲線見圖2，其運行工況見表2。
3通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化效果
該礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造完工后，對優(yōu)化后的效果進行了測定分析。
3.1主要通風(fēng)機運行情況
在測定期間，801斜井的主要通風(fēng)機運行正常，性能穩(wěn)定，可根據(jù)井下實際需風(fēng)量進行調(diào)頻運行。主要通風(fēng)機實際運行參數(shù)見表3。3.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)運行情況在礦井主要通風(fēng)機運行期間，礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流穩(wěn)定，控風(fēng)設(shè)施運行基本可靠，井下供風(fēng)風(fēng)量分布情況見表4。通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后，豎井總進風(fēng)量提高了73.5%；六中段進風(fēng)量提高了284%；七中段進風(fēng)量提高了39.6%；八中段進風(fēng)量提高了23.4%；801斜井總回風(fēng)量提高了70.9%。前述測定結(jié)果表明，該螢石礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后其主要通風(fēng)機運行參數(shù)、井下主要生產(chǎn)巷道及中段的風(fēng)量均達到了預(yù)計優(yōu)化效果。
4結(jié)論
（1）該螢石礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后，其風(fēng)量、風(fēng)速等可以滿足礦井通風(fēng)要求，有效控制了礦井漏風(fēng)和循環(huán)風(fēng)。（2）該螢石礦通過優(yōu)化改造，主風(fēng)機的裝機功率由167kW減少至150kW，而且可采用變頻調(diào)節(jié)，當前實際運行功率僅118.5kW，大大減少了運營管理成本和運營費用。（3）通過本次優(yōu)化改造，將原多級機站抽出式通風(fēng)系統(tǒng)改為地面單一通風(fēng)機的通風(fēng)系統(tǒng)，并可以實現(xiàn)礦井反風(fēng)，礦井發(fā)生火災(zāi)時能得到有效控制，保證了人員生命安全。
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作者:周水祥 單位:湖南有色冶金勞動保護研究院有限責任公司 非煤礦山通風(fēng)防塵湖南省重點實驗室
