汪林紅 王中利 李瑞昆 耿 偉 周 偉 賈敏濤

(1.中礦金業(yè)股份有限公司;2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室;4.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)

中礦金業(yè)股份有限公司阜山金礦位于山東省招遠(yuǎn)市城北東阜山鎮(zhèn)，招遠(yuǎn)—黃縣公路通過礦區(qū)，距招遠(yuǎn)市24 km，距龍口30 km，交通十分便利。礦山地處玲瓏礦田，是一個埋深超過千米的深井礦床，始建于1972年，規(guī)模為50 t/d，后經(jīng)多次改、擴建，生產(chǎn)規(guī)模達69萬t/a，出礦品位2.66 g/t，61#礦脈處于礦體南部 －680～－1000 m水平，采掘總量約30萬t/a。

1 開拓系統(tǒng)及生產(chǎn)概況

1.1 井下開拓系統(tǒng)

阜山金礦采用豎井、盲豎井聯(lián)合開拓，目前井下豎井和盲豎井共12條，各井筒主要參數(shù)見表1。

表1 阜山金礦各井筒主要參數(shù)

1.2 采礦方法及采場、掘進工作面分布

根據(jù)礦體的賦存特征及圍巖特性，采用上向水平分層尾砂充填法開采。

隨著生產(chǎn)開拓中段的延深，井下61#礦脈作業(yè)區(qū)域集中在南部－680～－1000 m水平，回采作業(yè)采場共4個，分別布置在 －680，－720，－760，－800 m 中段，采準(zhǔn)掘進作業(yè)面1個，布置在－800 m中段，掘進工作面1個，布置在－840 m中段。

2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

(1)通風(fēng)方式。阜山金礦61#礦脈現(xiàn)有通風(fēng)方式為主豎井、副井→1#盲豎井→2#盲豎井進風(fēng)，民采空區(qū)回風(fēng)的兩翼進風(fēng)、中部集中抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流經(jīng)主豎井→盲主井、副井→1#盲豎井→2#盲豎井兩條風(fēng)路到達－720，－800 m等作業(yè)中段，清洗工作面后的污風(fēng)沿6#盲豎井、7#措施井上到－680 m水平，再通過5#盲豎井，經(jīng)－400 m中段主回風(fēng)機作用，沿4#措施井排入－360 m水平以上民采空區(qū)。

(2)機站設(shè)置。61#礦脈通風(fēng)系統(tǒng)主回風(fēng)機站設(shè)置在 －400 m中段4#措施井聯(lián)巷，安裝一臺DK45-6-№17對旋風(fēng)機(2×132 kW/臺)，變頻控制。

3 通風(fēng)系統(tǒng)檢測結(jié)果及問題分析

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)檢測結(jié)果

各井筒及中段進、出風(fēng)量見表2。

根據(jù)表2檢測數(shù)據(jù)，61#礦脈通風(fēng)系統(tǒng)檢測結(jié)果如下:

(1)61#礦脈總回風(fēng)量為58.36 m3/s，污風(fēng)上到－400 m中段后沿4#措施井排入－360 m水平以上民采空區(qū)。

表2 阜山金礦各井筒及中段進、出風(fēng)量

(2)系統(tǒng)總進風(fēng)量為20.01 m3/s。其中副井－80 m水平進風(fēng)6.49 m3/s，主豎井進風(fēng) 13.52 m3/s(－440m水平進風(fēng)21.21 m3/s，－360 m水平反風(fēng)7.69 m3/s)。

(3)61#礦脈進風(fēng)為2#盲豎井(下風(fēng)量為6.93 m3/s)和盲主井(21.02 m3/s)進入，另有30.41 m3/s風(fēng)量為民采漏進。

(4)－400 m中段回風(fēng)機站(1臺DK45-6-№17對旋風(fēng)機，開2臺電機)風(fēng)量為58.36 m3/s，風(fēng)機實耗功率為192.39 kW。

(5)井下各檢測點CO、CO2等有害氣體均未超標(biāo)，高溫、高濕問題嚴(yán)重。其中－800 m中段2561采場溫度達到33.5℃;－760 m水平以下區(qū)域檢測點風(fēng)溫為28.7～33.5℃，濕度均為100%。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題分析

(1)整個通風(fēng)系統(tǒng)缺少專用回風(fēng)井巷，不符合“通風(fēng)系統(tǒng)至少有一個可靠的進風(fēng)井和一個可靠的回風(fēng)井”基本原則［1］。同時，污風(fēng)排至相鄰的民采空區(qū)，易造成安全隱患。

(2)多中段同時作業(yè)，生產(chǎn)中段無專用回風(fēng)水平，新風(fēng)和污風(fēng)串聯(lián)現(xiàn)象嚴(yán)重。

(3)－560 m中段新鮮風(fēng)短路，有效風(fēng)量利用率低。2#盲豎井區(qū)域與3#盲豎井區(qū)域貫通巷新風(fēng)短路(約10 m3/s)，至6#措施井進入－440 m中段回風(fēng)系統(tǒng)。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)采用“二進一回”的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，主豎井、副井進風(fēng)，南風(fēng)井(延深)回風(fēng)的通風(fēng)方式。－440 m中段作為61#礦脈進風(fēng)水平，－360 m中段作為回風(fēng)水平，污風(fēng)通過南風(fēng)井(延深)排出地表，減少污風(fēng)內(nèi)部循環(huán)。

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)方式

(1)進風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)沿兩條線路進入井下:一路為地表→副井→1#盲豎井→2#盲豎井下到61#礦脈南翼深部作業(yè)區(qū)域;另一路為－440 m中段→盲主井下到61#礦脈深部北翼中段作業(yè)區(qū)域。－720，－800 m中段為進風(fēng)水平。

溜破系統(tǒng):新鮮風(fēng)流由盲主井分別進入－920，－960 m中段。

(2)采區(qū)通風(fēng)。深部各中段實行間隔式上下行通風(fēng)。新風(fēng)通過進風(fēng)水平進入采場，清洗工作面后的污風(fēng)經(jīng)采區(qū)回風(fēng)天井回至上(下)中段回風(fēng)水平。

(3)回風(fēng)系統(tǒng)。61#礦脈清洗工作面后的污風(fēng)經(jīng)采場中段回風(fēng)水平(－680，－760 m中段)匯至6#盲豎井(φ4.7 m)，再經(jīng)5#盲豎井(φ3.5 m，－680 m水平→－440 m水平)、中段通風(fēng)井(2.5 m×2.5 m，－440 m水平→－360 m水平)上至－360m回風(fēng)水平，經(jīng)南風(fēng)井排出地表。

盲主井溜破系統(tǒng)回風(fēng):新鮮風(fēng)流經(jīng)盲主井進入，污風(fēng)經(jīng)除塵凈化后由粉礦回收井上至－880 m中段巷。通風(fēng)系統(tǒng)示意見圖1。

4.2 總風(fēng)量核定

礦井需風(fēng)量一般有下列3種計算方法，以選取需風(fēng)量最大值:①按井下同時工作的最多人數(shù)計算所需風(fēng)量(供風(fēng)量每人每分鐘為4 m3);②按排塵風(fēng)速計算所需風(fēng)量(礦山所需要的總風(fēng)量為各工作面所需風(fēng)量和獨立通風(fēng)的硐室所需風(fēng)量之和);③按柴油設(shè)備運行的礦井計算所需風(fēng)量(有柴油設(shè)備運行的礦井，按同時作業(yè)機臺數(shù)供風(fēng)量4 m3/(kW·min)計算)［2］。

按排塵計算的需風(fēng)量值一般大于其他兩種方法計算的需風(fēng)量值，因此，該礦山按排塵風(fēng)速來計算其需風(fēng)量［3］。考慮井下作業(yè)面的工作性質(zhì)、通風(fēng)排塵風(fēng)速以及系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)等，計算61#礦脈需風(fēng)量為44.93 m3/s。需風(fēng)量計算詳見表3。

表3 礦井需風(fēng)量計算

由于阜山金礦井下深部高溫、高濕現(xiàn)象突出，同時考慮通風(fēng)降溫要求及在生產(chǎn)變動時通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及時帶來的風(fēng)量不均衡因素，在計算需風(fēng)量的基礎(chǔ)上乘上系統(tǒng)風(fēng)量備用系數(shù)1.35［4-5］，則61#礦脈總風(fēng)量Q=60.65 m3/s。

4.3 機站設(shè)置和通風(fēng)設(shè)備

61#礦脈井下通風(fēng)系統(tǒng)機站位置設(shè)于－440 m水平206巷。

經(jīng)過對 DK45-6-№17、DK45-6-№18以及 DK45-6-№19等不同型號風(fēng)機進行計算機網(wǎng)絡(luò)解算比較，確定回風(fēng)機站風(fēng)機選型結(jié)果如下:－440 m水平206巷回風(fēng)機站，運行 1臺 DK45-6-№17(2×132 kW/臺)風(fēng)機，葉片安裝角度取最大值 45°/40°，變頻控制。

根據(jù)實際生產(chǎn)需要以及采場變化，深部作業(yè)區(qū)域配置輔扇對風(fēng)量進行調(diào)節(jié)分配，采取無風(fēng)墻形式安裝運行。選用1臺K40-6-№15型號輔扇，安裝在－760 m水平6#盲豎井聯(lián)巷，電機功率37 kW/臺，風(fēng)機葉片角度取最大值32°，變頻控制;選用2臺K40-6-№12型號輔扇，安裝在－720，－800 m中段盲主井聯(lián)巷，電機功率15 kW/臺，風(fēng)機葉片角度取最大值32°，變頻控制。風(fēng)機性能參數(shù)見表4。

表4 風(fēng)機性能參數(shù)

4.4 新增通風(fēng)井巷工程

南風(fēng)井地表至－80 m水平井筒斷面由現(xiàn)在的φ3.5 m擴刷至φ5.5 m，－80～－560 m水平按φ5.5 m延深;－360 m水平新掘一條回風(fēng)巷，連接南風(fēng)井與原回風(fēng)巷(新掘回風(fēng)巷長約300 m，斷面7 m2)。

4.5 網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，利用多級機站通風(fēng)軟件對方案進行系統(tǒng)通風(fēng)效果模擬計算。根據(jù)模擬結(jié)果對設(shè)計方案進行調(diào)整，達到預(yù)期通風(fēng)效果。

61#礦脈深部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案計算機網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果見表5、表6。

表5 深部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案解算結(jié)果

表6 各主要井筒風(fēng)量分配 m3/s

(1)主回風(fēng)機站設(shè)置及工況。－440 m水平206巷回風(fēng)機站，有風(fēng)墻形式運行1臺DK45-6-№17(132 ×2 kW/臺)風(fēng)機，葉片角度 45°/40°，變頻控制。機站風(fēng)量67.12 m3/s，實耗功率213.25 kW，風(fēng)機效率75.06%。

(2)通風(fēng)阻力及等積孔。通過模擬解算，61#礦脈總通風(fēng)阻力2385 Pa，總風(fēng)量67.12 m3/s。

總風(fēng)阻:

等積孔:

通風(fēng)難易程度屬中等。

(3)裝機容量及通風(fēng)能耗。61#礦脈通風(fēng)系統(tǒng)裝機容量331 kW，實耗功率243.02 kW，主回風(fēng)機站風(fēng)機效率75.06%。1 a按8000 h、平均電費按0.75元/h計算，則年通風(fēng)耗電145.8120萬元。按年采掘總量30萬t計算，噸礦通風(fēng)成本約4.86元。

5 結(jié)語

針對千米深井礦床多中段同時開采的特點，結(jié)合礦山在開采過程中形成的礦井總風(fēng)量不足、回風(fēng)工程欠缺、采區(qū)污風(fēng)循環(huán)、深部通風(fēng)環(huán)境差等問題，充分應(yīng)用多中段風(fēng)量調(diào)節(jié)控制技術(shù)、風(fēng)壓平衡技術(shù)、多機站風(fēng)機優(yōu)選技術(shù)、多(級)機站通風(fēng)模擬解算技術(shù)，對61#礦脈井下通風(fēng)系統(tǒng)提出有針對性的優(yōu)化改進措施，形成了一整套通風(fēng)技術(shù)、措施和現(xiàn)場實施方案，理順了通風(fēng)網(wǎng)路，提高了總風(fēng)量，為礦山安全生產(chǎn)提供了保障。

［1］ 周 偉，吳冷峻，賈安民，等.蒼山鐵礦井下通風(fēng)技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010(11):86-88.

［2］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.GB 16423—2006 金屬非金屬礦山安全規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［3］ 潘軍義，蔡順?biāo)?，董振民，?梅山鐵礦二期通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化［J］.金屬礦山，2004(4):69-71.

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