席龍安,楊 震

(1.陜西省冶金礦山公司,陜西 西安 710005;2.西安建筑科技大學(xué)礦山系統(tǒng)工程研究所,陜西 西安 710055)

陜西省鎮(zhèn)巴屈家山錳礦通風(fēng)系統(tǒng)的改造

席龍安1,楊 震2

(1.陜西省冶金礦山公司,陜西 西安 710005;2.西安建筑科技大學(xué)礦山系統(tǒng)工程研究所,陜西 西安 710055)

針對(duì)陜西省鎮(zhèn)巴屈家山錳礦井下風(fēng)流線路紊亂,現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)能力不足,進(jìn)入深部開(kāi)采采區(qū)溫度增加等問(wèn)題,提出了礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案,并對(duì)井下通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行選型,確定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)最優(yōu)改造方案,該方案被實(shí)施后滿足了用風(fēng)地點(diǎn)的需風(fēng)要求,取得了良好的效果。

錳礦;通風(fēng)系統(tǒng);通風(fēng)設(shè)備;優(yōu)化

1 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

陜西省鎮(zhèn)巴屈家山錳礦地處山區(qū),采用平硐盲斜井開(kāi)拓,礦山成立至今一直處于邊探邊采狀態(tài),原設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)為自然通風(fēng)。隨著巷道長(zhǎng)度的增加,通風(fēng)線路的延長(zhǎng),采空區(qū)、廢棄巷道等影響,自然通風(fēng)的條件越來(lái)越差,特別是春秋季節(jié),風(fēng)流有時(shí)處于停滯狀態(tài),或一天風(fēng)向變化幾次。鑒于這種情況,僅加強(qiáng)采場(chǎng)、掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)不能從根本解決問(wèn)題。另一方面,近兩年的生產(chǎn)中施工了不少坑道,揭露的礦體形態(tài)以及埋藏深度,礦體厚度等與原地質(zhì)報(bào)告有一定出入,保有儲(chǔ)量也有一定變化,使原有生產(chǎn)能力與服務(wù)年限不匹配,原有通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)能力已滿足不了下一步生產(chǎn)的要求。

為改善井下通風(fēng)條件和作業(yè)環(huán)境,促進(jìn)安全生產(chǎn),提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,必須對(duì)現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)加以優(yōu)化改造。

2 井下通風(fēng)系統(tǒng)的選擇

通風(fēng)系統(tǒng)的選擇與礦山的開(kāi)拓系統(tǒng)、采礦方法緊密相關(guān),進(jìn)行礦山通風(fēng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮開(kāi)拓、采礦、通風(fēng)等系統(tǒng)的相互關(guān)系和影響[1]。根據(jù)屈家山錳礦的開(kāi)拓系統(tǒng)實(shí)際狀況和通風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的主要原則,決定選擇中央抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)的基本情況

礦山在礦區(qū)13～23線區(qū)域內(nèi)共形成坑口4個(gè),包括700井口、810井口、880井口和920井口。其中920井口已閉坑,880和810井口已近入回采尾期,主要生產(chǎn)井口以700為主,810井口為輔。530 m坑口已開(kāi)始挖掘,其余為盲中段,本通風(fēng)設(shè)計(jì)范圍為530～810 m水平。從開(kāi)拓狀態(tài)判斷,在礦體另一端部掘一回風(fēng)井形成單翼對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)較為合適。但回風(fēng)井井口處于高山上,海拔高、工程量大。決定利用現(xiàn)有工程,即810 m平硐作為總回風(fēng)巷道。由700 m水平或530 m水平硐口進(jìn)風(fēng),形成中央抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是省去了掘幾百米回風(fēng)井的工程,缺點(diǎn)是通風(fēng)線路較長(zhǎng)、通風(fēng)阻力、通風(fēng)動(dòng)力較大。

由于礦山已開(kāi)采多年,已形成較多的采空區(qū)和廢棄的巷道,為使中央抽出式通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)少,有效風(fēng)量率高,通風(fēng)效果好,必須在810 m水平以上形成一隔離層,隔開(kāi)上部已采完的廢棄采區(qū)、井巷。同時(shí)對(duì)天井口要密閉,對(duì)漏斗口要填實(shí),對(duì)有少量作業(yè)的采區(qū)用局部通風(fēng)解決通風(fēng)問(wèn)題。另外,在通風(fēng)系統(tǒng)中還必須設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物。

2.2 通風(fēng)線路

本通風(fēng)設(shè)計(jì)范圍為530～810 m水平。根據(jù)井下井巷布置,礦井通風(fēng)系統(tǒng)的確定,礦井通風(fēng)最困難的通風(fēng)線路如下:

新鮮風(fēng)流從530 m主平硐口進(jìn)入,沿530 m沿脈平巷→采場(chǎng)通風(fēng)天井→沖洗回采工作面。污風(fēng)分別經(jīng)各采場(chǎng)回風(fēng)天井到580 m水平沿脈平巷,經(jīng)3段回風(fēng)井和兩段斜井到810 m水平回風(fēng)平巷、主運(yùn)平硐,由安裝在硐口附近繞道中的風(fēng)機(jī)排出地表進(jìn)入大氣層。

2.3 主要通風(fēng)井巷規(guī)格

主要通風(fēng)井巷規(guī)格如表1所示。

表1 主要通風(fēng)井巷規(guī)格統(tǒng)計(jì)

2.4 風(fēng)量計(jì)算

1)按回采、掘進(jìn)、硐室及其它地點(diǎn)實(shí)際需要風(fēng)量的總和計(jì)算

式中 Qt——礦井總風(fēng)量(m3/s);

K——風(fēng)量備用系數(shù),取1.4。

按照排塵風(fēng)速計(jì)算采礦工作面和掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量,硐室按設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定給定風(fēng)量。按排塵風(fēng)速計(jì)算礦井總風(fēng)量,全礦需風(fēng)量風(fēng)見(jiàn)表2。

表2 礦井風(fēng)量統(tǒng)計(jì)表

2)按礦井年產(chǎn)量估算礦井風(fēng)量

根據(jù)采礦設(shè)計(jì)手冊(cè),查閱年產(chǎn)萬(wàn)噸風(fēng)量的參數(shù),小型礦井年產(chǎn)萬(wàn)噸礦石所需通風(fēng)風(fēng)量為2.0～4.5 m3/(a.萬(wàn)t),則本礦估算風(fēng)量:

Q=(2.0～4.5)m3/(a.104t)×5×104t/a= (10～22.5)m3/s

綜合比較以上兩種計(jì)算結(jié)果,確定礦井通風(fēng)風(fēng)量為18.5 m3/s。

2.5 礦井通風(fēng)阻力計(jì)算

1)礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算原則

a礦井通風(fēng)的總阻力,一般不超過(guò)3 000 Pa,否則應(yīng)采取降塵措施;

b本礦井通風(fēng)局部阻力按井巷摩擦阻力的20%取。

2)風(fēng)量分配

礦井總風(fēng)量是井下各個(gè)工作地點(diǎn)的有效風(fēng)量與各條風(fēng)路上的漏風(fēng)量之總和。各用風(fēng)地點(diǎn)所需的有效風(fēng)量如表2中所列的進(jìn)行分配,具體見(jiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖。各通風(fēng)巷道斷面的風(fēng)速均滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。

3)通風(fēng)阻力

礦井的總風(fēng)壓為進(jìn)風(fēng)井井口到出風(fēng)井井口之間的巷道總阻力。

礦井通風(fēng)摩擦阻力采用下式計(jì)算:

式中 hi——通風(fēng)摩擦阻力(Pa);

a——摩擦阻力系數(shù)(N·S2/m4);

P——井巷工程斷面周長(zhǎng)(m);

S——井巷工程斷面面積(m2);

Qi——風(fēng)量(m3/s)。

以通風(fēng)阻力最大的線路作為通風(fēng)摩擦阻力計(jì)算的依據(jù),經(jīng)過(guò)計(jì)算,后期最大通風(fēng)摩擦阻力為775.3 Pa。

礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算按下式計(jì)算:

式中 ht——礦井總阻力(Pa);

hf——礦井總摩擦阻力(Pa)。

計(jì)算礦井通風(fēng)總阻力為ht=1.2×775.3= 930.4 Pa

3 礦井通風(fēng)設(shè)備選擇

為降低井下通風(fēng)阻力,節(jié)約電耗,選擇合適主扇,要求通風(fēng)線路中13-14點(diǎn)、15-16點(diǎn)、17-18點(diǎn)3段回風(fēng)井的斷面為2.0 m2×2.0 m2=4.0m2,或者3段回風(fēng)井中各采用斷面為1.5 m2×1.5 m2= 2.25 m2的兩條天井并聯(lián)回風(fēng),效果相同。

3.1 扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Qf

式中

ρ——扇風(fēng)機(jī)裝備量的風(fēng)量備用系數(shù),一般ρ =1.1;

Qf——礦井總風(fēng)量(m3/s)。

Qf=1.1×18.5=20.35 m3/s。

3.2 扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓Hf

式中 ht——礦井通風(fēng)總阻力,930.4 Pa;

hn——計(jì)算為-131.8 Pa,與扇風(fēng)機(jī)通風(fēng)方向相反;

hr——扇風(fēng)機(jī)裝置阻力,試算結(jié)果扇風(fēng)機(jī)裝置阻力取175 Pa;

hv——出口動(dòng)壓損失,經(jīng)計(jì)算本礦為58.3 Pa。

Hf=930.4+131.8+175+58.3=1 295.5 Pa。

3.3 扇風(fēng)機(jī)選擇

以計(jì)算出Qf和Hf值在扇風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線圖,接照工況點(diǎn)選取扇風(fēng)機(jī)的方法,選定扇風(fēng)機(jī)。其型號(hào)及工況參數(shù)如下:

參數(shù):θ=40(°);n=1 450 r/min;N=45 kW;η =70%。

配套電機(jī)型號(hào):Y225M-4,備用同型號(hào)電機(jī)1臺(tái)。

風(fēng)機(jī)安裝在+810 m水平主運(yùn)平硐硐口附近繞道中。其主扇的布置方式見(jiàn)圖1。

主扇耗電量計(jì)算:

風(fēng)機(jī)軸功率:

圖1 繞道中風(fēng)機(jī)的安裝示意

式中 Qf1——工礦點(diǎn)風(fēng)量(m3/s);

Hf1——工礦點(diǎn)風(fēng)量,m3/s;

ηf1——工礦點(diǎn)風(fēng)量(m3/s)。

風(fēng)機(jī)每日耗電量:

式中 t1——風(fēng)機(jī)每日工作小時(shí)數(shù),20 h;

η1——風(fēng)機(jī)效率,0.94; ηt——變壓器效率,0.80;

ηw——電線輸電效率,0.95。

礦石日產(chǎn)量165 t,每噸礦石通風(fēng)耗電量= 997.76/165=6.05 kW·h。

一般礦山每噸礦石通風(fēng)耗電量為5～7 kW·h,本礦通風(fēng)耗電量在正常范圍內(nèi)。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造應(yīng)用效果

陜西省鎮(zhèn)巴屈家山錳礦通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化改造,并投入使用半年,在使用期間井下各用風(fēng)地點(diǎn)完全滿足需風(fēng)要求。用風(fēng)地點(diǎn)由于風(fēng)量和風(fēng)速的增加,溫度也有所下降,提高了井下工作環(huán)境的舒適度,通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造取得了預(yù)期的效果。

[1] 王在永.礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其可靠性分析[J].硅谷,2010, (3):100-103.

[2] 陳開(kāi)巖.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化理論及應(yīng)用[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[3] 馬斌.白水煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造及井下輔助通風(fēng)機(jī)選型[J].煤礦機(jī)械,2010,(1):172-174.

The Reform of Ventilation System in Shanxi Province,Zhenba Qu Jiashan Manganese Ore

XI Long-an1,YANG Zhen2
(1.Shanxi Metallurgical Mining Co.Xi’an,Shanxi 710005,China;2.Xi’an University of A rchitecture and Technology,Institute of Mining system engineering,Xi’an,Shanxi 710055,China)

Qu Jiashan Zhenba manganese ore of Shanxi Province,lack of capacity of existing ventilation system into the deep mining area of temperature,including other issues on the mine ventilation system,was measured by field verification.After the proposed mine in Ventilation system of optimization rehabilitation programs,we know underground ventilation equipment selection,mine ventilation system to determine the optimal rehabilitation programs.The program has been implemented to meet the needs of the location of the wind with the wind requirements,and we have achieved good results.

Manganese Mine;Ventilation system;Ventilation Equipment;Optimization

book=25,ebook=25

TD441

B

1002-4336(2010)03-0041-04

2010-04-28

席龍安(1964-),男,陜西西安人,副總經(jīng)理,高級(jí)工程師,主要從事錳礦資源開(kāi)采經(jīng)營(yíng)研究工作,手機(jī): 13772466599,電話:029-87421602,E-mail:604386774@qq.com,通訊地址:陜西省西安市高新區(qū)科技路50號(hào)金橋國(guó)際廣場(chǎng)B座.