黃 飛 任甲澤

(1.南京銀茂鉛鋅礦業(yè)有限公司;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司;3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

南京銀茂鉛鋅礦始建于1957年，初期露天開(kāi)采錳礦，20世紀(jì)70年代末轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采鉛鋅礦。目前，南京銀茂鉛鋅礦生產(chǎn)規(guī)模為33萬(wàn)t/a，隨著開(kāi)采深度的延伸和上部空區(qū)的增多，通風(fēng)系統(tǒng)更加復(fù)雜，在增加1臺(tái)主扇后，通風(fēng)能耗增加，但總回風(fēng)量未有明顯改善。因此，對(duì)該通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬解算，選取了合理的通風(fēng)方案及多機(jī)站配置，實(shí)施后在滿足風(fēng)量要求的情況下，節(jié)能降耗效果顯著。

1 通風(fēng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

礦山采取平峒盲豎井開(kāi)拓方式，平峒水平+14 m，盲豎井最深水平至－625 m。礦山采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦方法開(kāi)采，目前作業(yè)中段主要在－525和－575 m中段，－625 m中段正在采準(zhǔn)及探礦作業(yè)，－475 m中段有個(gè)別采場(chǎng)在回采，即將結(jié)束。

近年來(lái)，為降低通風(fēng)能耗，礦山將+14 m水平機(jī)站風(fēng)機(jī)葉片改為國(guó)外節(jié)能葉片，同時(shí)葉片角度調(diào)整為28°，控制系統(tǒng)增設(shè)了變頻器，根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)電流頻率來(lái)變化風(fēng)流。隨著生產(chǎn)中段的進(jìn)一步下移，2012年礦山對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整，在－475 m增加了第三級(jí)回風(fēng)機(jī)站，風(fēng)機(jī)采用K45-4-№14風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)葉片角度為32°，同時(shí)配備變頻控制，工作頻率為44 Hz。

主要回風(fēng)機(jī)站設(shè)置風(fēng)機(jī)如下:①+14 m主回風(fēng)巷，1臺(tái)K45-4-№14風(fēng)機(jī);②－325 m倒段回風(fēng)巷，1臺(tái)K45-4-№14風(fēng)機(jī);③－475 m回風(fēng)巷，1臺(tái)K45-4-№14風(fēng)機(jī);④－525、－575 m設(shè)置1臺(tái)18.5 kW 無(wú)風(fēng)墻輔扇調(diào)配風(fēng)流。

礦井上部已結(jié)束作業(yè)中段較多、風(fēng)門(mén)較多，作業(yè)采場(chǎng)分散，為了分析通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)定。

1.2 各機(jī)站運(yùn)行工況

通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，分別對(duì)三級(jí)機(jī)站同時(shí)運(yùn)行和一、三級(jí)機(jī)站同時(shí)運(yùn)行的機(jī)站工況進(jìn)行了測(cè)定。三級(jí)機(jī)站同時(shí)運(yùn)行的機(jī)站工況見(jiàn)表1，總回風(fēng)量為40.8 m3/s，實(shí)耗功率為228.6 kW，其中+14 m風(fēng)機(jī)葉片角度28°，－325 m風(fēng)機(jī)葉片角度32°，－475 m風(fēng)機(jī)葉片角度32°(44 Hz)。

一、三級(jí)機(jī)站運(yùn)行的機(jī)站工況見(jiàn)表2，總回風(fēng)量為37.3 m3/s，實(shí)耗功率為148 kW，其中+14 m 風(fēng)機(jī)葉片角度 28°，－475 m風(fēng)機(jī)葉片角度 32°(44 Hz)，－325 m回風(fēng)機(jī)站不開(kāi)，同時(shí)將－325 m風(fēng)機(jī)旁風(fēng)門(mén)打開(kāi)。

表1 三級(jí)運(yùn)行各機(jī)站風(fēng)機(jī)工況參數(shù)

表2 一、三級(jí)運(yùn)行各機(jī)站風(fēng)機(jī)工況參數(shù)

1.3 通風(fēng)存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定及分析，通風(fēng)系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題:

(1)機(jī)站匹配不合理。三級(jí)機(jī)站同時(shí)運(yùn)行時(shí)，+14 m風(fēng)機(jī)風(fēng)量為40.8 m3/s，－325 m風(fēng)機(jī)風(fēng)量為44.6 m3/s，－475 m 風(fēng)機(jī)風(fēng)量為61.2 m3/s。 +14 m回風(fēng)機(jī)站作為一級(jí)機(jī)站，擔(dān)負(fù)著全礦的最終出風(fēng)任務(wù)，但由于風(fēng)機(jī)采用節(jié)能葉片后，風(fēng)機(jī)能力減弱，風(fēng)壓、風(fēng)量不能滿足要求，造成總回風(fēng)量下降，井下負(fù)壓不足，－325 m以上風(fēng)門(mén)反向漏風(fēng)。－475 m回風(fēng)機(jī)站作為三級(jí)機(jī)站，風(fēng)機(jī)能力較強(qiáng)，風(fēng)壓較大，造成－325～－425 m風(fēng)門(mén)反向，增加了漏風(fēng)，污風(fēng)從風(fēng)門(mén)進(jìn)入進(jìn)風(fēng)井，造成污風(fēng)循環(huán)，同時(shí)有部分污風(fēng)從上部采場(chǎng)回風(fēng)天井返回到－475 m水平。

(2)總風(fēng)量不足。在目前三級(jí)機(jī)站同時(shí)運(yùn)行時(shí)，總回風(fēng)量只能達(dá)到40.8 m3/s;一、三級(jí)運(yùn)行，－325 m機(jī)站風(fēng)門(mén)打開(kāi)時(shí)，總風(fēng)量為37.3 m3/s;總風(fēng)量與礦井需風(fēng)量48.6 m3/s有一定差距。風(fēng)量不足最主要原因是+14 m機(jī)站葉片角調(diào)小后，一級(jí)機(jī)站克服系統(tǒng)阻力能力降低，總風(fēng)量下降。

(3)污風(fēng)循環(huán)嚴(yán)重。風(fēng)門(mén)由于年久失修及風(fēng)壓影響，測(cè)試時(shí)很多風(fēng)門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)，總漏風(fēng)量達(dá)到14.2 m3/s，且都為污風(fēng)漏入新鮮風(fēng)流中。－475～－425 m回風(fēng)井與－425m中段運(yùn)輸巷相連，沒(méi)有風(fēng)門(mén)，造成近10 m3/s污風(fēng)通過(guò)－425 m運(yùn)輸巷、回風(fēng)天井到達(dá)－475 m中段循環(huán)。

(4)短路漏風(fēng)。－475 m中段作業(yè)即將結(jié)束，在風(fēng)機(jī)前運(yùn)輸巷設(shè)置一道風(fēng)門(mén)，位置不合理，存在短路漏風(fēng)，－475 m運(yùn)輸巷及上盤(pán)作為下中段的回風(fēng)巷，風(fēng)門(mén)應(yīng)設(shè)置在靠近主副井的運(yùn)輸巷及上盤(pán)巷。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

針對(duì)通風(fēng)存在的問(wèn)題，在核算風(fēng)量的基礎(chǔ)上，對(duì)多機(jī)站串聯(lián)的風(fēng)機(jī)參數(shù)匹配［1］、主回風(fēng)機(jī)站性能、風(fēng)門(mén)位置等進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)模擬解算，選擇合適的風(fēng)機(jī)配置參數(shù)，增加總回風(fēng)量，理順風(fēng)路，減少污風(fēng)循環(huán)、避免漏風(fēng)等，滿足礦井開(kāi)采通風(fēng)需要。對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改造應(yīng)考慮盡量利用現(xiàn)有通風(fēng)井巷及設(shè)備減少通風(fēng)井巷工程量，要滿足現(xiàn)階段和下一步深部開(kāi)采的需風(fēng)量要求，并節(jié)省通風(fēng)能耗。

2.1 礦井總風(fēng)量

正確計(jì)算礦井總風(fēng)量是選擇主要通風(fēng)設(shè)備和布置通風(fēng)工程很重要的一個(gè)內(nèi)容［2］，根據(jù)采掘計(jì)劃及排塵要求計(jì)算，得出井下作業(yè)需風(fēng)量為36 m3/s，考慮礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在難以避免的漏風(fēng)，同時(shí)也包含有風(fēng)量調(diào)整不準(zhǔn)、調(diào)整不及時(shí)以及適應(yīng)生產(chǎn)不均衡等備用風(fēng)量因數(shù)［2］，取漏風(fēng)系數(shù) 1.35，則重新計(jì)算校核的礦井總風(fēng)量確定為48.6 m3/s，按年產(chǎn)量33萬(wàn)t進(jìn)行校核，萬(wàn)噸風(fēng)量比為1.47。

2.2 通風(fēng)方案

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及結(jié)合下部采礦對(duì)通風(fēng)的需求，在了解礦井生產(chǎn)和通風(fēng)基本情況的基礎(chǔ)上，研究可行的多機(jī)站串聯(lián)通風(fēng)方案，并對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬解算。

現(xiàn)在井下三級(jí)機(jī)站風(fēng)機(jī)均采用 K45-4-No.14型，額定功率為132 kW，理論上該風(fēng)機(jī)葉片角度為30°～40°可調(diào)，但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，該種風(fēng)機(jī)葉片角度最大可調(diào)整到32°，否則電流過(guò)載。因此考慮可行方案時(shí)按葉片角32°考慮，盡可能發(fā)揮出風(fēng)機(jī)能力。根據(jù)現(xiàn)狀考慮4種可行方案，各方案對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 通風(fēng)方案對(duì)比結(jié)果

由表3可知，在風(fēng)門(mén)封閉良好的前提下，利用現(xiàn)有風(fēng)機(jī)將葉片角調(diào)整為32°，三級(jí)同時(shí)運(yùn)行，總回風(fēng)量達(dá)到 43.6 ～44.2 m3/s，實(shí)耗功率為 201.2 ～259.2 kW;取消－325 m機(jī)站，兩級(jí)運(yùn)行時(shí)，總回風(fēng)量為42.5 m3/s，與三級(jí)運(yùn)行時(shí)基本相等，功率為176.2 kW，比三級(jí)機(jī)站運(yùn)行時(shí)降低25～83 kW，比現(xiàn)狀實(shí)耗功率降低52.4 kW。從解算結(jié)果及現(xiàn)狀分析，取消－325 m機(jī)站，風(fēng)量基本不影響，且能耗下降顯著。

將+14 m機(jī)站風(fēng)機(jī)更換為K45-4-№15型，風(fēng)機(jī)葉片角32°，取消－325 m機(jī)站，－475 m機(jī)站風(fēng)機(jī)頻率調(diào)為50 Hz，總實(shí)耗功率低于現(xiàn)狀，風(fēng)量達(dá)到49 m3/s，滿足要求。因此，建議首先將+14 m機(jī)站風(fēng)機(jī)葉片角度調(diào)整到最大，取消－325 m機(jī)站，－475 m機(jī)站風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率調(diào)整為50 Hz。上部風(fēng)門(mén)完善后，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行效果測(cè)評(píng)，如果通風(fēng)效果不理想，在施工條件允許的情況下，選用方案4中K45-4-No.15 型風(fēng)機(jī)。

2.3 通風(fēng)構(gòu)筑物

優(yōu)化方案的實(shí)施及效果離不開(kāi)通風(fēng)構(gòu)筑物的有效管理，對(duì)于該系統(tǒng)需做好以下工作:

(1)上部已設(shè)置的風(fēng)門(mén)、風(fēng)墻，尤其是 －225、－275、－325、－425 m水平風(fēng)門(mén)漏風(fēng)嚴(yán)重，需檢查整改，避免漏風(fēng)和污風(fēng)循環(huán)。

(2)－475 m中段需要在副井以西運(yùn)輸巷及上盤(pán)沿脈設(shè)置風(fēng)門(mén)。

(3)－425、－375 m回風(fēng)井與中段運(yùn)輸巷之間設(shè)置風(fēng)門(mén)或風(fēng)墻。

3 運(yùn)行效果

在礦方調(diào)整+14 m機(jī)站和－475 m機(jī)站，拆除－325 m機(jī)站，同時(shí)對(duì)上部風(fēng)門(mén)、風(fēng)墻檢查整改后，對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。改造后風(fēng)機(jī)工況參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 改造后風(fēng)機(jī)工況參數(shù)

由表4可知，改造后通風(fēng)實(shí)耗總功率為184 kW，比改造前減少44.6 kW，按年工作7000 h計(jì)算，可節(jié)約電費(fèi)約31萬(wàn)元，同時(shí)有效進(jìn)風(fēng)量與回風(fēng)量均顯著提高，滿足了井下通風(fēng)需要。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)銀茂鉛鋅礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，井下通風(fēng)明顯改善，且節(jié)能顯著。對(duì)于類(lèi)似銀茂鉛鋅礦等通風(fēng)阻力較大的礦山，采取多機(jī)站串聯(lián)通風(fēng)，可解決回風(fēng)問(wèn)題，避免大主扇機(jī)站效率低，能耗高等問(wèn)題，但應(yīng)結(jié)合采空區(qū)、開(kāi)采中段等實(shí)際情況，合理選取風(fēng)機(jī)及匹配運(yùn)行參數(shù)，否則將出現(xiàn)機(jī)站不匹配、污風(fēng)循環(huán)和短路漏風(fēng)等問(wèn)題，能耗增加而通風(fēng)效果不佳。

［1］ 陳宜華，唐勝衛(wèi).冶金礦山礦井多級(jí)機(jī)站通風(fēng)技術(shù)節(jié)能分析［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2011(10):100-102.

［2］ 王英敏.礦井通風(fēng)與防塵［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2006.