趙小稚，王劼

(山東理工大學(xué)，山東淄博 255049)

不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

趙小稚，王劼

(山東理工大學(xué)，山東淄博 255049)

運用系統(tǒng)思想和方法，在深入分析多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)的特點及其生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，為解決多礦體開采通風(fēng)問題提出了“不完全多級機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)”的概念，在某黃金礦山實際應(yīng)用的情況表明，各項通風(fēng)質(zhì)量指標(biāo)及效益指標(biāo)有了全面的改善和大幅度的提升，風(fēng)量合格率增幅達(dá)58.1%，有效風(fēng)量率為原來的6倍，通風(fēng)成本降低了42%。對不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)所做的理論探討說明，這種通風(fēng)系統(tǒng)對多個規(guī)模較小礦體，埋藏不深，形態(tài)不規(guī)則，且分散分布的礦床具有很好的適應(yīng)性。

不完全多級機(jī)站;通風(fēng)系統(tǒng);無風(fēng)墻風(fēng)機(jī);礦用節(jié)能風(fēng)機(jī);分區(qū)通風(fēng)

1 引言

20世紀(jì)80年代初，我國冶金礦山在總結(jié)本國通風(fēng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒瑞典基魯納(Kiruna)鐵礦的經(jīng)驗，提出了多級機(jī)站通風(fēng)的方法［1］。多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)具有通風(fēng)阻力分布均勻，分區(qū)通風(fēng)可調(diào)性好，功耗少節(jié)能顯著的優(yōu)點，是一種先進(jìn)的通風(fēng)方法。另一方面，我國風(fēng)機(jī)行業(yè)研制的K系列礦用節(jié)能通風(fēng)機(jī)為多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)推廣應(yīng)用做出了很大貢獻(xiàn)。K系列風(fēng)機(jī)采用新型高效機(jī)翼型扭曲葉片，安裝角度可調(diào)，敷設(shè)穩(wěn)流環(huán)裝置使氣動性能曲線無駝峰，底座上可配帶軸向移動的車輪。因此，具有高效低噪、高效區(qū)寬、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易、使用方便等優(yōu)點，同時具有顯著的節(jié)能效果。經(jīng)過十多年的努力，目前多級機(jī)站通風(fēng)技術(shù)已日趨成熟，已在冶金、有色金屬、黃金等礦山系統(tǒng)得到應(yīng)用。特別是近幾年發(fā)展更快，一些大型的新建礦山和擴(kuò)建礦山，如北銘河、梅山、樺樹溝、程潮、弓長嶺等礦幾乎全采用了此通風(fēng)方式［2］，取得了明顯的通風(fēng)效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

一個完整的多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)由4級機(jī)站組成［3］:

Ⅰ級機(jī)站:為壓入式機(jī)站，機(jī)站設(shè)置于系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)段，新鮮風(fēng)流經(jīng)它引導(dǎo)進(jìn)入井下。

Ⅱ級機(jī)站:起通風(fēng)壓力接力和井下作業(yè)區(qū)引風(fēng)的作用，是保證作業(yè)區(qū)供風(fēng)的主要風(fēng)機(jī)，即其直接作用對象是井下采礦作業(yè)區(qū)。

Ⅲ級機(jī)站:為抽出式風(fēng)機(jī)，在采區(qū)的回風(fēng)部分，直接將采區(qū)的污濁空氣排出。

Ⅳ級機(jī)站:是通風(fēng)系統(tǒng)的總回風(fēng)機(jī)站，其作用是防止自然風(fēng)流的干擾，防止風(fēng)流在回風(fēng)系統(tǒng)中無序流動。它將各采區(qū)排出的污風(fēng)排至地表。

除此之外，在風(fēng)阻比較大的區(qū)段，可增加部分附加機(jī)站。

2 問題的提出

對于多個規(guī)模比較小，埋藏不深，形態(tài)不規(guī)則的，且分散分布的礦體而構(gòu)成的開采井田，如何建立其礦井通風(fēng)系統(tǒng)，歷來是礦井通風(fēng)工程中不易解決的問題。多級機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)的靈活應(yīng)用為解決這一問題提供了很好的途徑。

系統(tǒng)具有層次性，層次的多少與系統(tǒng)規(guī)模大小、系統(tǒng)復(fù)雜程度等相聯(lián)系，層次過多則每個層次作用幅度太小會使系統(tǒng)的有效度降低，層次過少則每個層次作用幅度太大而使系統(tǒng)的可靠度降低，基本原則是能使系統(tǒng)有效高效運行的層次應(yīng)該是最少的［4］。對于多級機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)站的級數(shù)可以是4級、3級和2級，應(yīng)在滿足通風(fēng)及風(fēng)量調(diào)節(jié)的前提下盡量減少，這樣可以減化系統(tǒng)的管理工作，提高系統(tǒng)的運行效率。因此，相對于一個完整的多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)，我們把2級和3級機(jī)站系統(tǒng)統(tǒng)稱為“不完全多級機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)”;根據(jù)實際通風(fēng)條件，各級機(jī)站還可以有不同的組合，如2級機(jī)站，可以采用壓抽混合的機(jī)站設(shè)置，也可以是兩級機(jī)站串聯(lián)抽出式工作等。

根據(jù)實際應(yīng)用，不完全多級機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)能夠較好地適應(yīng)礦區(qū)多個規(guī)模較小礦體且地質(zhì)條件復(fù)雜的開采特點。

3 應(yīng)用實例

由于多礦體的分散性及礦體形態(tài)的復(fù)雜性，蠶莊金礦上莊礦區(qū)投產(chǎn)后的10余年中實際上未能建立起有效的通風(fēng)系統(tǒng)。礦井部分區(qū)段以機(jī)械通風(fēng)為主，而有些區(qū)段要依靠自然通風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，有效風(fēng)量率低，能耗浪費嚴(yán)重，主要通風(fēng)井巷通風(fēng)阻力過大，井下通風(fēng)條件差，通風(fēng)系統(tǒng)管理難度大，嚴(yán)重影響了企業(yè)的安全生產(chǎn)和正常發(fā)展。因此該礦與有關(guān)單位合作研究，于近年對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

如果采用4級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)，則單級機(jī)站的控制距離就會很小，機(jī)站比風(fēng)壓相應(yīng)很低，致使機(jī)站風(fēng)機(jī)在低風(fēng)阻狀態(tài)下工作，造成通風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)效率低下，同時也增加了通風(fēng)工程的投資。根據(jù)單級機(jī)站合理的控制范圍，以及節(jié)省投資、便于管理的原則，上莊礦區(qū)采用了2級機(jī)站系統(tǒng)，即“不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)”?？紤]到礦井回風(fēng)系統(tǒng)易于維護(hù)的實際情況，不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)的具體方案是:設(shè)置Ⅲ級和Ⅳ級機(jī)站，Ⅲ級機(jī)站使用6臺K40－6－NO8 (2.2kW)通風(fēng)機(jī)，作抽出式工作，抽出作業(yè)區(qū)的污濁空氣，同時將新鮮空氣引入各采場;Ⅳ級機(jī)站采用1臺K40－6－NO13(30kW)通風(fēng)機(jī)作抽出式工作，將Ⅲ級機(jī)站各風(fēng)機(jī)抽出的污風(fēng)再抽排至地表;Ⅲ級機(jī)站為無風(fēng)墻風(fēng)機(jī)機(jī)站。通風(fēng)系統(tǒng)參看圖1。

圖1 蠶莊金礦上莊礦區(qū)不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)圖

4 應(yīng)用效果分析

這種不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)不僅減少了機(jī)站級數(shù)和風(fēng)機(jī)臺數(shù)，簡化了管理工作，而且使各機(jī)站能在經(jīng)濟(jì)合理范圍內(nèi)工作，降低整個通風(fēng)系統(tǒng)的能耗，提高了風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)效率，在建立和完善礦井通風(fēng)系統(tǒng)方面，對其它多礦體開采的礦山也有一定的借鑒作用。

4.1 機(jī)站風(fēng)壓的合理性

在機(jī)站內(nèi)，風(fēng)機(jī)的型號和機(jī)站的配置形式?jīng)Q定了機(jī)站的風(fēng)量和風(fēng)壓。有專家提出用機(jī)站比風(fēng)壓來描述機(jī)站風(fēng)壓的合理性［3］。所謂機(jī)站比風(fēng)壓是指機(jī)站的全壓與機(jī)站風(fēng)量的比值，單位為Pa·s/m3。對于K系列節(jié)能風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速依次為1450、980、750r/min時，機(jī)站比風(fēng)壓的合理取值范圍依次為20～40、10～20、6～12 Pa·s/m3，如此才能使風(fēng)機(jī)的工況點落在高效區(qū)域。另外，K系列風(fēng)機(jī)有3種轉(zhuǎn)速，即A轉(zhuǎn)速為1450r/min，B轉(zhuǎn)速為980r/min，C轉(zhuǎn)速為750r/min。上莊礦區(qū)改進(jìn)后的通風(fēng)系統(tǒng)選用B轉(zhuǎn)速的K系列風(fēng)機(jī)，這是因為A轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、風(fēng)壓大，對于低阻力礦井通風(fēng)系統(tǒng)來說，單級機(jī)站控制的范圍過大，況且A轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)噪聲也大;C轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)風(fēng)量較小，選出的風(fēng)機(jī)尺寸偏大，會造成設(shè)備投資浪費。例如，經(jīng)計算，上莊礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中Ⅲ級機(jī)站比風(fēng)壓為16.02 Pa·s/m3，而Ⅳ級機(jī)站比風(fēng)壓略為偏大。因此，機(jī)站風(fēng)壓總體上看是基本合理的。

4.2 機(jī)站內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量的合理性

機(jī)站內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量主要是針對Ⅲ級機(jī)站而言的。首先，由于上莊礦區(qū)為多礦體分散分布的地質(zhì)條件，這種條件必然會影響礦山生產(chǎn)的均衡性。Ⅲ級機(jī)站配置6臺K40－6－NO8風(fēng)機(jī)，即機(jī)站內(nèi)采用多臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)的配置形式，其主要考慮是當(dāng)產(chǎn)量發(fā)生變化時，可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的臺數(shù)來實現(xiàn)風(fēng)量的控制;其次，在風(fēng)量一定的條件下，如果機(jī)站要求的風(fēng)壓較低，則應(yīng)選擇多臺較小規(guī)格的風(fēng)機(jī)并聯(lián)。正是基于這種考慮，Ⅲ級機(jī)站配置6臺K40－6－NO8(2.2kW)風(fēng)機(jī)并聯(lián)，在使用上有比較強(qiáng)的靈活性，同時也節(jié)省了投資;再次，根據(jù)礦山開拓開采巷道的實際情況，機(jī)站內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量的配備充分利用了現(xiàn)有巷道作為通風(fēng)通道，以適應(yīng)開拓開采的需要。總之，不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，完全符合蠶莊金礦上莊礦區(qū)地質(zhì)及開拓開采的實際情況。

4.3 機(jī)站級數(shù)的合理性

確定機(jī)站級數(shù)時應(yīng)在滿足通風(fēng)及風(fēng)量調(diào)節(jié)的前提下盡量減少，這樣既可以節(jié)省大量的通風(fēng)工程費用，又可以大大簡化通風(fēng)系統(tǒng)的管理工作，對于通風(fēng)阻力不是很大的礦井更應(yīng)如此。顯然，蠶莊金礦上莊礦區(qū)采用不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)是符合實際，而且是合理的。

4.4 無風(fēng)墻輔助風(fēng)機(jī)的合理性

無風(fēng)墻輔助風(fēng)機(jī)是根據(jù)有效風(fēng)壓原理，借助通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口所造成的動壓進(jìn)行通風(fēng)，無需在通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口與出風(fēng)口之間設(shè)置隔斷風(fēng)流的風(fēng)墻［5］。無風(fēng)墻輔助風(fēng)機(jī)除使用和移動十分方便，增加采區(qū)風(fēng)量，抵制自然風(fēng)流干擾之外，由于沒有風(fēng)墻的阻擋，還能有效地防止當(dāng)采場進(jìn)行爆破作業(yè)時產(chǎn)生的爆破沖擊波對機(jī)站的破壞，而有風(fēng)墻機(jī)站極易被采場爆破的空氣沖擊波所破壞。

4.5 系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性

雖然礦山在正常生產(chǎn)時，需風(fēng)點在相當(dāng)時間內(nèi)是相對穩(wěn)定的，但礦山生產(chǎn)也客觀上存在不均衡性，如年底、月底停產(chǎn)檢修時全礦只需很少的風(fēng)量。另外，白班生產(chǎn)是滿負(fù)荷，夜班作業(yè)地點可能會少一些;對此，單一主扇通風(fēng)系統(tǒng)是沒有太好的調(diào)節(jié)辦法的，完全多級機(jī)站系統(tǒng)由于Ⅰ、Ⅳ級機(jī)站均為主力通風(fēng)機(jī)，其系統(tǒng)可調(diào)節(jié)方面顯然不如不完全多級機(jī)站系統(tǒng)更為方便靈活。

4.6 減少漏風(fēng)的分析

這種完全抽出式的不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)具有多級機(jī)站系統(tǒng)能使通風(fēng)壓力梯度相對均勻化，做到外部漏風(fēng)點保持零壓，內(nèi)部漏風(fēng)點風(fēng)壓相等，最大限度地克服系統(tǒng)漏風(fēng)的共性，同時還因為系統(tǒng)沒有設(shè)置安裝有壓入式主力通風(fēng)機(jī)的Ⅰ級機(jī)站而使漏風(fēng)更為減少。壓入式主通風(fēng)機(jī)控制漏風(fēng)的風(fēng)門安設(shè)在進(jìn)風(fēng)段，風(fēng)量集中，壓力梯度大，漏風(fēng)難以避免，還會給井下運輸、行人造成不便。

4.7 節(jié)能分析

不完全多級機(jī)站系統(tǒng)除具有一般多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)通過多級、多站、多臺風(fēng)機(jī)的一定配置，采用均壓通風(fēng)、減阻調(diào)節(jié)，使用低壓大流量節(jié)能風(fēng)機(jī)使整個網(wǎng)路功耗降低的優(yōu)點之外［6］，還因為系統(tǒng)機(jī)站級數(shù)少而使系統(tǒng)節(jié)能效果更為顯著。

4.8 應(yīng)用效果

按照《冶金礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)鑒定指標(biāo)》的方法，經(jīng)實際測算礦井通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化前后的各項鑒定指標(biāo)，并進(jìn)行比較。各項鑒定指標(biāo)的計算結(jié)果列于表1中。

從表1中可知，改進(jìn)和優(yōu)化以后的通風(fēng)系統(tǒng)，各項通風(fēng)質(zhì)量指標(biāo)及效益指標(biāo)有了全面的改善和大幅度的提升。通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化使風(fēng)量合格率增幅58.1%，有效風(fēng)量率為原來的6倍，節(jié)電率達(dá)45%，通風(fēng)成本降低42%，綜合指標(biāo)增加了42.5個百分點。實踐證明其運行安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，滿足了安全、生產(chǎn)的需要。

表1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化前后鑒定指標(biāo)比較表

5 結(jié)語

(1)對于金礦多礦脈開采通風(fēng)，合理地進(jìn)行層次的劃分，使同一層次的通風(fēng)需求基本相同，然后根據(jù)風(fēng)流流動規(guī)律靈活安排多級機(jī)站級數(shù)及各機(jī)站風(fēng)機(jī)數(shù)量和機(jī)型，機(jī)站主要布置在通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)段及礦塊進(jìn)風(fēng)道，從而形成不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)。

(2)不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)在蠶莊金礦得到成功應(yīng)用，結(jié)果表明該礦通風(fēng)系統(tǒng)的各項效率指標(biāo)都有明顯提高，新的通風(fēng)方法既具有科學(xué)合理性，同時也便于管理，簡單易行，靈活實用。

(3)不完全多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)不僅符合蠶莊金礦上莊礦區(qū)地質(zhì)及開拓開采的實際，而且對同類礦山建立或改進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)提供了有益的借鑒。

［1］董振民.論多級機(jī)站通風(fēng)技術(shù)的若干問題［J］.礦業(yè)快報，2001(12):1－4.

［2］董振民.多級機(jī)站通風(fēng)與節(jié)能［J］.山東煤炭科技，1994(3): 18－21.

［3］楊娟.礦井通風(fēng)系統(tǒng)多級機(jī)站的合理配置［J］.工業(yè)安全與防塵，1999(3):18－21.

［4］董春雨，姜璐.層次性:系統(tǒng)思想與方法的精髓［J］.系統(tǒng)辯證學(xué)學(xué)報，2001，9(1):1－4.

［5］王英敏.礦井通風(fēng)與防塵［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1993.

［6］陳宜華，唐勝衛(wèi).冶金礦山礦井多級機(jī)站通風(fēng)技術(shù)節(jié)能分析［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010(10): 100－105.

Application of the Incomplete Multi－stage Fan Stations Ventilation System

ZHAO Xiao－zhi，WANG Jie
(Shandong University of Technology，Zibo，Shandong 255049，China)

On the base of the study of the characteristics and production practice of the Multistage Fan Station Ventilating System by the use of systematic thought and approach，the concept of the Incomplete Multistage Fan Station Mine－ventilation System is put forward to resolve the ventilation problem in multiple ore body exploitation.In the practical application at a gold mine，the ventilation quality and efficiency indicator all highly improved that the air quantity acceptability increased by 58.1%，the effective air quantity rate was 6 times as much as before and the ventilation cost was reduced by 42%.The theoretical study on the Incomplete Multistage Fan Station Ventilating System shows that the ventilating system could be well adapted to the mines which have multiple small－scale ore bodies，shallow buried，irregular formed and scattered ore bodies.

incomplete multi－stage fan stations;ventilation system;fan with no brattice;mine energy－saving fan;separate ventilation

TD72

:B

:1009－3842(2012)04－0025－04

2012－06－13

趙小稚(1954－)，男，湖北孝感人，教授，從事采礦工程專業(yè)的教學(xué)與科研工作。E－mail:zlszb168@sina.com