王 爽 居偉偉 黃俊歆(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；.湖南工學(xué)院安全與環(huán)境工程學(xué)院)

付老莊鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)三維建模及優(yōu)化*

王 爽1,2,3居偉偉1,2,3黃俊歆4
(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；4.湖南工學(xué)院安全與環(huán)境工程學(xué)院)

根據(jù)付老莊鐵礦的實(shí)際生產(chǎn)情況，分析了目前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，利用3Dmine軟件構(gòu)建該礦通風(fēng)三維立體系統(tǒng)圖，從通風(fēng)方案的系統(tǒng)裝機(jī)容量、系統(tǒng)總風(fēng)量、系統(tǒng)實(shí)耗功率、風(fēng)機(jī)通風(fēng)阻力、機(jī)站效率、經(jīng)濟(jì)比較等方面，提出了3種優(yōu)化方案及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，確定了最優(yōu)通風(fēng)方案。通過對(duì)方案實(shí)施后的現(xiàn)場檢查，確定了方案的實(shí)際有效性。

通風(fēng)系統(tǒng) 三維建模 方案優(yōu)化

付老莊鐵礦位于安徽省六安市霍邱縣周集鎮(zhèn)境內(nèi)，隸屬安徽富凱礦業(yè)有限公司。根據(jù)該礦床賦存條件，可能采用的采礦方法、裝備水平，設(shè)計(jì)其開采規(guī)模為：采、選原礦一期200萬t/a，服務(wù)年限為11 a；二期150萬t/a，服務(wù)年限13 a。礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在:①總風(fēng)量不足,通風(fēng)系統(tǒng)礦井總回風(fēng)量為86.71 m3/s，未達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量(222 m3/s)要求，無法滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模安全需要;②機(jī)站風(fēng)機(jī)工況偏低且位置不合理,-275 m 水平回風(fēng)機(jī)站安裝的4臺(tái)K45-6-№18(160 kW)，兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，實(shí)耗功率分別為102.61和109.09 kW，風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率較低，4臺(tái)風(fēng)機(jī)以兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)安裝，分別開機(jī)時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響較大，同時(shí)也影響礦井總回風(fēng)量;③中段回風(fēng)井?dāng)嗝娌蛔?-370～-260 m水平只有一條回風(fēng)井回風(fēng)(φ3 m)，面積為7.07 m2。按安全規(guī)程允許的最大回風(fēng)風(fēng)速(15 m/s)計(jì)算，最大回風(fēng)量為106.5 m3/s，無法滿足222 m3/s風(fēng)量要求，需對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 原通風(fēng)系統(tǒng)

1.1 開拓系統(tǒng)

付老莊鐵礦采用豎井開拓，全礦共設(shè)置4條豎井：主井、副井、回風(fēng)井、措施井。各井筒的技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2 原通風(fēng)線路

該礦采用對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流從副井和措施井進(jìn)入，回風(fēng)井回風(fēng)。通風(fēng)線路見圖1。

表1 開拓井筒的技術(shù)

圖1 通風(fēng)線路

1.3 原機(jī)站設(shè)置

①回風(fēng)井-275 m水平總回風(fēng)機(jī)站串并聯(lián)安裝了4臺(tái)K45-6-№18風(fēng)機(jī)(160 kW)，葉片安裝角度均為35°，以風(fēng)墻形式安裝，實(shí)際僅運(yùn)行并聯(lián)2臺(tái)；②-320 m水平東西回風(fēng)巷、東西聯(lián)巷各安裝了1臺(tái)K45-6-№15風(fēng)機(jī)(55 kW)，葉片安裝角度均為40°，以風(fēng)墻形式安裝；③-320 m水平副井石門聯(lián)巷安裝了1臺(tái)K40-8-№13風(fēng)機(jī)(7.5 kW)，以風(fēng)墻形式安裝。

1.4 礦山三維立體通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)該礦井巷工程的實(shí)際布局及數(shù)據(jù)，利用3Dmine建立礦段通風(fēng)系統(tǒng)三維數(shù)字模型[1-3]，如圖2所示。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)方案

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案仍采用對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。利用-275 m和-320 m水平回風(fēng)，-320,-380和-440m為進(jìn)風(fēng)水平，為礦井提供新鮮風(fēng)流。在盡量利用現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備及井巷工程的基礎(chǔ)上，綜合考慮采區(qū)采掘工作面布置，風(fēng)量合理分配因素，以及系統(tǒng)機(jī)站設(shè)置方式和風(fēng)機(jī)性能參數(shù)，提出以下3種通風(fēng)方案。見圖3。

圖2 付老莊鐵礦三維通風(fēng)系統(tǒng)

圖3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

(1)方案一。①回風(fēng)井-275 m水平回風(fēng)機(jī)站安裝4臺(tái)K45-6-№18(160 kW)風(fēng)機(jī)串并聯(lián)，葉片安裝角度為40°，以風(fēng)墻形式安裝;②回風(fēng)井-320 m 水平回風(fēng)機(jī)站安裝兩臺(tái)K45-6-№18(160 kW)風(fēng)機(jī)并聯(lián)，葉片安裝角度為40°，以風(fēng)墻形式安裝;③-320 m 水平東西聯(lián)巷、回風(fēng)巷各安裝1臺(tái)K45-6-№15風(fēng)機(jī)(55 kW)，葉片安裝角度均為40°，以風(fēng)墻形式安裝;④-320 m水平副井石門聯(lián)巷安裝1臺(tái)K40-8-№13風(fēng)機(jī)(7.5 kW)，以風(fēng)墻形式安裝。

(2)方案二。在方案一的基礎(chǔ)上，將回風(fēng)井-275 m 水平回風(fēng)機(jī)站安裝的4臺(tái)K45-6-№18(160 kW)風(fēng)機(jī)更改成兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)，葉片安裝角度為40°，以風(fēng)墻形式安裝，其他風(fēng)機(jī)不變。

(3)方案三。在方案二的基礎(chǔ)上，拆除-320 m水平東西回風(fēng)巷、東西聯(lián)巷和副井石門安裝的3臺(tái)風(fēng)機(jī)，其余風(fēng)機(jī)不變。

2.2 方案比較

根據(jù)付老莊鐵礦礦井開采現(xiàn)狀，對(duì)井下各類型井巷規(guī)格及作業(yè)中段布置、作業(yè)點(diǎn)分布、典型巷道的通風(fēng)阻力等進(jìn)行了調(diào)查與數(shù)據(jù)整理,對(duì)各個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)解算[4]，其結(jié)果見表2，各個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)綜合比較見表3。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案及網(wǎng)絡(luò)解算風(fēng)量分配

表3 各通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案綜合比較[5-9]

通過比較，在滿足該礦總風(fēng)量的要求下，結(jié)合井下通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，確定該礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案三為最佳。

2.3 通風(fēng)優(yōu)化方案實(shí)施及效果

(1)通風(fēng)方式。-320，-380和-440 m作為進(jìn)風(fēng)水平，新鮮風(fēng)流通過副井和措施井經(jīng)運(yùn)輸巷進(jìn)入各生產(chǎn)中段，由川脈巷進(jìn)入采場，洗刷工作面后，污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)天井匯至上中段回風(fēng)水平，最后經(jīng)-275 m 水平和-320 m水平總回風(fēng)機(jī)站，通過回風(fēng)井排到地表。

(2)機(jī)站設(shè)置。回風(fēng)井-275 m水平回風(fēng)機(jī)站安裝4臺(tái)K45-6-№18(160 kW)風(fēng)機(jī)串并聯(lián)，回風(fēng)井-320 m 水平回風(fēng)機(jī)站安裝2臺(tái)K45-6-№18(160 kW)風(fēng)機(jī)并聯(lián)，葉片安裝角度均為40°，且均以風(fēng)墻形式安裝。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化效果

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案實(shí)施后，按照各作業(yè)中段分類整理，得出主要進(jìn)、回風(fēng)井筒風(fēng)量分配，如表4所示?，F(xiàn)場實(shí)測通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況見表5。

表4 通風(fēng)系統(tǒng)各井筒風(fēng)量分配 m3/s

地點(diǎn)進(jìn)風(fēng)主井副井措施井回風(fēng)井回風(fēng)地表+20.56+116.13+92.87-229.56-260m-10.26-275m+103.23-320m-44.39-24.56+126.33-370/380m-54.11-58.05-440m-0.93-17.63溜破系統(tǒng)-19.63合計(jì)229.56229.56

注：“+”為風(fēng)流流入井筒，“-”為風(fēng)流流出井筒。

表5 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況

3 結(jié) 語

利用3DMine軟件建立了付老莊鐵礦三維立體通風(fēng)系統(tǒng)模型，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題提出了3種優(yōu)化方案，并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行了模擬解算比較，確定了最優(yōu)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)主回風(fēng)機(jī)站共安裝了6臺(tái)，實(shí)際運(yùn)行4臺(tái)，裝機(jī)功率640kW，實(shí)耗功率合計(jì)448.43kW，風(fēng)機(jī)平均效率為65.50%。提高了礦井通風(fēng)效率，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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*湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：14JJ6048)；衡陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2012KS17)。

2014-10-10)

王 爽(1988—)，男，碩士研究生，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號(hào)。