喬建軍

（中國(guó)非金屬材料南京礦山工程有限公司，南京210016）

1 工程概況

夏甸金礦位于招遠(yuǎn)市夏甸鎮(zhèn)西北2.5km處，1981年建礦，1984年正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為采選100t／d，后幾經(jīng)改造擴(kuò)建，現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)到66萬(wàn)t／a?，F(xiàn)主要有主斜井礦區(qū)、北耩礦區(qū)和七號(hào)礦區(qū)三個(gè)生產(chǎn)礦區(qū)。礦區(qū)多年來(lái)一直沿用低貧損無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行開(kāi)采，目前主要運(yùn)輸巷道布置于－570m，－615m，－660m中段。課題主要對(duì)該礦山的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行選擇，并根據(jù)礦山現(xiàn)狀對(duì)選取的通風(fēng)系統(tǒng)中各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及驗(yàn)證研究。

2 通風(fēng)系統(tǒng)方式的選擇

在選擇礦井通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守安全可靠的原則，綜合考慮通風(fēng)基建費(fèi)、經(jīng)營(yíng)費(fèi)，并能夠達(dá)到便于管理的要求。夏甸金礦礦體走向較長(zhǎng)，分布范圍廣，集中分布在兩側(cè)，埋藏較淺。根據(jù)開(kāi)拓工程布置和已有開(kāi)拓工程的施工現(xiàn)狀，所需風(fēng)量較大［1］，因此，礦區(qū)采用兩翼對(duì)角式通風(fēng)，進(jìn)、回風(fēng)井分布在兩翼。該通風(fēng)方式具有基建費(fèi)用少、投產(chǎn)快，地面建筑物集中、便于管理等優(yōu)點(diǎn)［2］。

深部通風(fēng)方式選擇為主混合井進(jìn)風(fēng)、七號(hào)豎井回風(fēng)的兩翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)，混合井進(jìn)風(fēng)，側(cè)翼風(fēng)井回風(fēng)、－660m水平以上采用三期盲豎井、二期盲豎井及一期明豎井回風(fēng)。新鮮風(fēng)流經(jīng)混合井進(jìn)入，經(jīng)中段石門(mén)、中段運(yùn)輸巷道、輔助風(fēng)井或斜坡道進(jìn)入分段巷道，采場(chǎng)等用風(fēng)地點(diǎn)，沖洗工作面后，污風(fēng)由本中段回風(fēng)巷道或經(jīng)回風(fēng)井回到上中段回風(fēng)巷道，最后由七號(hào)豎井倒段排放到地面。

3 礦井需風(fēng)量計(jì)算

1）根據(jù)礦井年產(chǎn)量和萬(wàn)噸耗風(fēng)量，估算礦井總風(fēng)量

式中，Q為礦井總風(fēng)量，m3／s；A為礦井年產(chǎn)量，66萬(wàn)t／a；q為年產(chǎn)萬(wàn)噸耗風(fēng)量，m3／s。

計(jì)算得礦井總風(fēng)量Q＝69.3m3／s。

2）按工作面爆破作業(yè)炸藥消耗量計(jì)算

式中，qhy為采場(chǎng)排煙需風(fēng)量，m3／s；L為采場(chǎng)長(zhǎng)度，50m；S為采場(chǎng)通風(fēng)斷面積，10.5m2；t為爆破后排煙通風(fēng)時(shí)間，對(duì)采場(chǎng)一般取1 200～2 400s；N為采場(chǎng)中炮煙達(dá)到濃度時(shí)，風(fēng)流交換倍數(shù)，12。

同時(shí)工作面為11個(gè)，計(jì)算得總需風(fēng)量為40.43m3／s。

3）按工作面需風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算

式中，Q為礦井總風(fēng)量，m3／s；qh為回采工作面需風(fēng)量，4.2m3／s；qj為掘進(jìn)工作面需風(fēng)量，3.05m3／s；qd為硐室所需風(fēng)量，2m3／s。

計(jì)算如表1所示，計(jì)算得需風(fēng)量為42.70m3／s。考慮到可能有漏風(fēng)等影響因素，取1.2的風(fēng)量備用系數(shù)，需風(fēng)量為51.24m3／s。

表1 礦井總風(fēng)量計(jì)算表

綜合以上3種礦井通風(fēng)量計(jì)算方法，最終確定該礦需風(fēng)量為51.24m3／s。

4 礦井通風(fēng)參數(shù)計(jì)算

在扇風(fēng)機(jī)整個(gè)服務(wù)年限內(nèi)，礦井總阻力隨著開(kāi)采深度以及生產(chǎn)規(guī)模的變化而變化。為了使扇風(fēng)機(jī)在整個(gè)設(shè)計(jì)服務(wù)年限內(nèi)能高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，在通風(fēng)設(shè)計(jì)中必須考慮到通風(fēng)時(shí)可能出現(xiàn)的最大總阻力［3－5］。

在進(jìn)行礦井通風(fēng)阻力計(jì)算時(shí)，首先在眾多的分支中選取一條阻力最大的路線，一般可在通風(fēng)系統(tǒng)圖上，根據(jù)采掘作業(yè)布置情況找出風(fēng)流線路最長(zhǎng)、風(fēng)量最大的一條線路做為阻力最大的風(fēng)路，然后沿著這條風(fēng)流路線一一計(jì)算各段井巷摩擦阻力，然后疊加起來(lái)即為礦井通風(fēng)總阻力。

4.1 礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算

礦井總摩擦阻力公式為［6－7］

式中，h1－2、h2－3、…為各段摩擦阻力，Pa；hf為總摩擦阻力，Pa。

通風(fēng)摩擦阻力計(jì)算

式中，a為紊流狀態(tài)下的井巷摩擦阻力系數(shù)；L為巷道長(zhǎng)度，m；U為巷道通風(fēng)斷面的周邊長(zhǎng)度，m；Q為礦井風(fēng)量，m3／s；S為巷道通風(fēng)斷面，m2。

局部阻力

計(jì)算得礦井通風(fēng)總阻力h＝3 343.40Pa。

4.2 自然風(fēng)壓計(jì)算

根據(jù)自然風(fēng)壓計(jì)算公式

式中，K為修正系數(shù)，取1.09；B為井口大氣壓力，Pa；α1、α2為進(jìn)出風(fēng)測(cè)平均溫度系數(shù)。

計(jì)算得自然風(fēng)壓值為：Hz＝828.40Pa。

4.3 等積孔計(jì)算［8］

礦井等積孔A＝1.19＝1.64m2。

根據(jù)表2礦井通風(fēng)阻力等級(jí)及計(jì)算結(jié)果可知，該礦井阻力等級(jí)為中等阻力礦井。

表2 礦井通風(fēng)阻力等級(jí)表

5 通風(fēng)設(shè)備選型

礦井通風(fēng)采用兩翼對(duì)角式通風(fēng)，混合井進(jìn)風(fēng)，側(cè)翼風(fēng)井回風(fēng)，需風(fēng)量51.24m3／s，通風(fēng)困難時(shí)期負(fù)壓3 343.40Pa。采區(qū)和分段每隔一定間距布置一條通風(fēng)天井，采區(qū)作業(yè)面和掘進(jìn)面采用局扇輔助通風(fēng)。

主扇選取1K53NO18軸流式風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，安置于－400m水平，兩臺(tái)串聯(lián)工作，上部地表通風(fēng)沿用前期礦山通風(fēng)設(shè)備［9］。局部通風(fēng)輔助設(shè)備為JK58－1NO.4型風(fēng)扇，其中采礦作業(yè)面兩臺(tái)，掘進(jìn)作業(yè)面10臺(tái)。

6 結(jié) 論

根據(jù)夏甸金礦的礦山現(xiàn)狀及現(xiàn)有開(kāi)拓運(yùn)輸巷道的布置形式，選擇了兩翼對(duì)角式通風(fēng)方式，利用三種不同方式對(duì)礦井需風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)比選確定需風(fēng)量為51.24m3／s。并對(duì)礦井通風(fēng)阻力、自然風(fēng)壓及等積孔進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算出礦井通風(fēng)困難時(shí)期通風(fēng)負(fù)壓為3 343.40Pa，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，最終確定出主扇及局扇型號(hào)，滿足礦山生產(chǎn)需要。

［1］ 衛(wèi)志強(qiáng)，任智敏，王樹(shù)祥.大斷面回采巷道穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究［J］.爆破，2012，29（3）：42－44，77.

［2］ 褚紅偉，王洪存，郭志偉.關(guān)于煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的研究［J］.山東煤炭科技，2011（4）：240－242.

［3］ 尹振云.夾河煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的優(yōu)化［J］.煤炭科技，2012（4）：60－62.

［4］ 范喜生.煤巷掘進(jìn)爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.爆破，2012，29（2）：15－18.

［5］ 李 威，滕建軍，杜偉玲，等.三山島金礦新立分礦通風(fēng)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用［J］.有色金屬（礦山部分），2007，59（5）：43－45，48.

［6］ 郝銀虎.天安煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)［J］.山西煤炭，2011，31（1）：61－63.

［7］ 張春雨.礦井通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)構(gòu)筑物風(fēng)阻確定研究［J］.銅業(yè)工程，2012（12）：340.

［8］ 萬(wàn)江.礦井通風(fēng)阻力測(cè)定合理性分析［J］.煤炭科技，2009，35（2）：62－63.

［9］ 鄭景鵬.鹿洼煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.山東煤炭科技，2010（11）：113－115.