高 偉

(玉溪大紅山礦業(yè)有限公司, 云南 玉溪市 653405)

0 引 言

對一個具體的工作面來說，供風量過多或者過少都是不合理的。最合理的狀態(tài)就是供風量與需風量基本相符，適當留有一定備用系數。同樣，對于整個通風系統(tǒng)來說，最合理的狀況是礦井供風量與全部工作面總需風量基本相等，并使大部份工作面的供風量與需風量基本相符。即從各個微觀工作面，以至到整個宏觀通風系統(tǒng)，做到風量供需平衡。然而，將質量和數量符合要求的新風供入井下并按需分配給每一個工作面，是一項艱難的系統(tǒng)工程，必須投入相當的財力、物力和人力：(1) 必須投資開鑿與風量大小相適宜的通風井巷；(2) 必須購置與風量大小及礦井風阻匹配的通風設備； (3) 必須消耗與風量三次方成正比的電能； (4) 必須投入與風量大小相配的管理工作。

通風系統(tǒng)實耗功率與風量、巷道斷面面積、斷面周長、長度存在如下關系：

(1)

式中：N—功率，kW；

α—摩擦阻力系數，N.s2/m4；

Q—風量，m3/s；

P—周長，m；

L—巷道長度，m；

S—面積，m2。

礦井的供風量是以建設投資、運行費用及有效管理為代價換取的，故設計時計算合理的供風量是解決礦山安全生產與投資和運行費矛盾的重要環(huán)節(jié)。

1 一期工程通風系統(tǒng)存在的問題

1.1 各項通風指標分析

400萬t/a一期通風系統(tǒng)實測進風量為529.34 m3/s；回風量為566.71 m3/s；風量供需比大于1.4；年產萬噸耗風量1.416 m3/s/萬t/a，現場通風效果未達到預定的效果。

1.2 影響因素分析

經過現場檢測分析，導致通風效果沒有達到預期的原因如下：

(1) 2006年400萬t/a工程投產后即展開擴產工程，必然要占用部分400萬t/a一期通風系統(tǒng)資源；

(2) 大紅山鐵礦井下大量采用無軌設備運輸礦渣，隨著擴產工程的展開，柴油設備增加，而運渣車輛全部從斜坡道運行，導致斜坡道中新鮮風流被污染，風溫較高，溫度長時間在30℃以上，風流進入工作面后導致工作面通風效果差；

(3) 大紅山鐵礦屬高地熱礦床，據地勘報告鉆孔測溫資料反映，深部鐵礦地溫在45℃以上，新掘進的巷道釋放大量熱量使工作面溫度升高；

(4) 由于大紅山地區(qū)夏秋季節(jié)地面溫度在30℃以上，最高達到43℃，經巷道吸熱后到達工作面的風流溫度也在28℃以上；

(5) 一期溜破系統(tǒng)設計風量不足，破碎硐室(110 m2)、兩個卸載站(42 m2)和采1號膠帶(26 m2)總斷面為178 m2，回風量只有56 m3/s，不能滿足卸載、破碎、膠帶運輸的排塵風量。

2 二期工程通風系統(tǒng)供風量研究

二期工程通風系統(tǒng)供風量計算吸取一期工程的經驗，在二期設計時充分考慮各項影響因素計算合適的供風量。按照0.25 m/s的排塵風速計算破碎系統(tǒng)的需風量(見表1)；同時，考慮新斜坡道回風量，以將斜坡道中的汽車尾氣直接排入回風井，不讓其進入工作面污染采區(qū)，斜坡道斷面18.3 m2，經過現場調查試驗發(fā)現至少產生4 m/s的風速才能排走斜坡道中尾氣而不會讓模糊視線，即新斜坡道中的回風量為73.2 m3/s。

2.1 按照柴油設備作業(yè)臺數計算礦井供風量

2.1.1 采區(qū)需風量

通過現場統(tǒng)計，對井下運行的各無軌柴油設備進行分析，統(tǒng)計設備型號和每臺柴油設備的時間利用系數，參考《金屬礦井通風防塵設計參考資料》和《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，每臺柴油設備的供風量選取4.08 m3/kW·min[1,3]，確定各無軌柴油設備的單臺需風量見表2所示。

表1 無柴油設備區(qū)域按排塵風速計算總需風量

經過井下現場各區(qū)域統(tǒng)計，按照無軌柴油設備同時運行數量和運行區(qū)域，計算采區(qū)需風量見表3所示。

表2 礦井柴油設備需風量計算

2.1.2 供風系數

大紅山鐵礦屬于高地熱礦床，在選取供風系數時考慮到通風降溫的作用，取地熱降溫系數1.15，以緩解井下高溫熱環(huán)境；二期工程采礦方法是無底柱分段崩落法，與地表露天坑和其它采區(qū)之間存在較多漏風點，考慮礦井漏風系數1.15；井下幾個采區(qū)的通風系統(tǒng)相互連接并考慮到殘礦回收等因素，計算供風量時考慮分風不均衡及備用系數1.15。

綜上所述，大紅山鐵礦二期通風系統(tǒng)的供風系數為：

1.15×1.15×1.15=1.52。

2.1.3 礦井總供風量

礦井總風量為各采掘工作面、硐室與其他需風量及礦井漏風量之總和。

礦井總供風量=(柴油設備區(qū)域總需風量+無柴油設備區(qū)域總需風量)×供風系數+斜坡道中直接回入回風井的風量=(403.6+82)×1.52+73.2=811.31 m3/s。

2.2 按照井下同時工作的最多人數計算礦井供風量

根據大紅山鐵礦勞動定額，井下同時工作的最多人數為700人，參考《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，每人每分鐘供風量不小于4 m3，計算取4.5 m3/min.人[3]。

按照井下同時工作的最多人數計算大紅山鐵礦二期通風系統(tǒng)礦井總需風量為：

Q=700×4.5/60=52.5 m3/s

根據井下同時工作的最多人數計算礦井總需風量52.5 m3/s，供風系數和斜坡道需風量按2.1節(jié)計算結果，分別取1.52和73.2 m3/s，則按照井下同時工作的最多人數計算礦井需風量為：

Q=52.5×1.52+73.2 =153.0 m3/s

分別按照柴油設備作業(yè)臺數和井下同時工作的最多人數計算礦井需風量為811.31 m3/s 和153.0 m3/s，按照兩者計算結果取大者，研究確定大紅山鐵礦二期工程通風系統(tǒng)總風量為811.31 m3/s。

3 結 論

計算確定大紅山二期過程通風系統(tǒng)總供風量811.31 m3/s,400萬t/a二期工程產量按520萬t/a建設，萬噸耗風量為1.56 m3/s/萬t/a(大型礦山年產萬噸耗風量在0.75～1.5)，因大紅山鐵礦礦區(qū)氣溫、地溫及生產工藝等特殊因素，故供風量應比一般礦山大。以總供風量811.31 m3/s進行通風系統(tǒng)設計、風機選型，才能滿足二期工程安全生產的要求。

表3 有柴油設備區(qū)域計算總需風量

參考文獻：

[1]《金屬礦井通風防塵設計參考資料》. 金屬礦井通風防塵設計參考資料[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1982.

[2]金屬非金屬地下礦山通風技術規(guī)范-通風系統(tǒng)鑒定指標[S].北京：國家安全生產監(jiān)督管理總局，2008.

[3]金屬非金屬礦山安全規(guī)程[S].北京：國家安全生產監(jiān)督管理總局，2006.

[4]劉堯聰. 大紅山鐵礦地下400萬t/a二期開采工程初步設計[R].昆明：昆明有色冶金設計研究院股份公司，2010..