黃應(yīng)盟

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硫化礦深井開采多級基站通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算與改進

黃應(yīng)盟

(廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南丹 547205)

廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司105號礦體深部超深井開采區(qū)域，由于地?zé)嵘吆土蚧V發(fā)熱等原因形成高溫，前期開采復(fù)雜的環(huán)境條件造成深部通風(fēng)困難。通過對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計和系統(tǒng)配置改造，采用礦井三維仿真通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)軟件解算現(xiàn)有條件下深部開采復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)量，選擇多級機站的通風(fēng)方式優(yōu)化改進整體通風(fēng)系統(tǒng)，解決了深井高溫復(fù)雜條件的通風(fēng)難題，取得良好實效。

超深井；高溫硫化礦；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；多級機站；技術(shù)改造

0 概 況

目前我國有大量礦山普遍進行深井和超深井開采，其高溫環(huán)境是制約礦山通風(fēng)安全的主要影響因素，由于礦井開采至深部時原有的復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不能有效地解決通風(fēng)和降溫的需要，必須進行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和系統(tǒng)改進。

廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司105號礦體深部開采深度超過1200 m，屬于超深井的高溫硫化礦開采，目前?151 m至?250 m中段礦體主要采用機械化上向水平分層充填采礦法，采用斜井-盲斜井聯(lián)合開拓，已形成1000 t/d的采、選生產(chǎn)能力；深部?350、?400中段等正在進行開拓采準(zhǔn)，需要形成完善的通風(fēng)系統(tǒng)。由于前期開采形成復(fù)雜的環(huán)境，受深部地?zé)嵘吆土蚧V發(fā)熱等原因影響，形成通風(fēng)不良處的局部高溫。原通風(fēng)系統(tǒng)包括?79 m標(biāo)高以上原100號礦體通風(fēng)系統(tǒng)，以及?79 m標(biāo)高以下的105號礦體通風(fēng)系統(tǒng)。原100號礦體通風(fēng)系統(tǒng)屬于對角式通風(fēng)系統(tǒng)，采用“多級機站”抽出式通風(fēng)方式，在450 m中段、250 m中段、50 m等中段分別安裝有多臺并聯(lián)作業(yè)的風(fēng)機。

深部105號礦體通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)由于線路長、阻力大，原設(shè)計采用中央進風(fēng)兩翼回風(fēng)的對角式通風(fēng)系統(tǒng)，進風(fēng)井為礦體中部的“田角鋅窿”與“下拉甲窿”；回風(fēng)井為兩翼的“恒源窿”、“華星窿”、“龍山窿”，輔助進風(fēng)井有4號盲斜井、6號盲斜井和豎井。由于上部中段多層前期的廢舊巷道影響，深部通風(fēng)效果不理想，因此需要對?400 m標(biāo)高以上通風(fēng)系統(tǒng)進行改進。

1 深部通風(fēng)系統(tǒng)方案改進

目前，國內(nèi)外礦井通風(fēng)方式主要有抽出式通風(fēng)、壓入式通風(fēng)及多級機站通風(fēng)3種。為了給深部開采提供風(fēng)量保障，根據(jù)105號礦體上部區(qū)段及深部開采區(qū)域進風(fēng)與回風(fēng)線路的復(fù)雜特點，采用多級基站的通風(fēng)方式。

為了確定通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的改進方案，須進行深部開采需風(fēng)量的計算，對可選擇的幾種通風(fēng)方案進行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算后，進行優(yōu)化設(shè)計。由于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算方法非常復(fù)雜，歷史上沿用的網(wǎng)絡(luò)解算方法有圖解法、物理模擬法和網(wǎng)絡(luò)解析法等。在105號礦體深部開采的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，利用國內(nèi)外最先進的三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)Ventism軟件，對105號礦體深部至其上部整體的通風(fēng)系統(tǒng)進行了網(wǎng)絡(luò)解算。

對深部通風(fēng)設(shè)計對“中央進風(fēng)天井+南北兩翼回風(fēng)天井方案”與“改造北進風(fēng)天井+南回風(fēng)天井方案”兩個方案進行比較，利用Ventism三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)進行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算和方案比較。原有系統(tǒng)的深部通風(fēng)考慮利用5#盲斜井和6#盲斜井進風(fēng)，新鮮風(fēng)到達?200 m中段后轉(zhuǎn)8#盲斜井及主斜坡道進入深部，利用南北兩端的回風(fēng)天井回風(fēng)。由于5#盲斜井、6#盲斜井?dāng)嗝孑^小而風(fēng)路較長，通風(fēng)阻力大，且6#盲斜井同時擔(dān)負(fù)深部人員材料的下放，通風(fēng)管理困難，因此目前方案不考慮利用5#盲斜井、6#盲斜井，深部區(qū)域利用階段豎井進風(fēng)。根據(jù)礦體條件，最后確定采用“中央進風(fēng)，兩翼回風(fēng)”的通風(fēng)方案，如圖1所示。

(1) 回采工作面需風(fēng)量。按“排塵風(fēng)量”確定回采工作面的需風(fēng)量：機械化上向水平分層充填采礦法，采場內(nèi)采用淺孔鑿巖，鏟運機出礦，排塵風(fēng)量取4.0 m3/s；按“排塵風(fēng)速”計算回采工作面的需風(fēng)量為4.5 m3/s；按照“排除炮煙”計算回采工作面的需風(fēng)量為2.9 m3/s；按“稀釋鑿巖、出礦柴油設(shè)備尾氣”計算的回采工作面需風(fēng)量為3.6 m3/s。因此回采工作面需風(fēng)量取最大值為4.5 m3/s。備用工作面取回采工作面需風(fēng)量的一半，為2.25 m3/s。根據(jù)確定的生產(chǎn)能力，高峰礦105號礦體開采的生產(chǎn)規(guī)模為1000 t/d，正常生產(chǎn)時期同時出礦采場數(shù)為7個，備用2個，則回采工作面需風(fēng)量小計為36.5 m3/s。

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

(2) 掘進工作面需風(fēng)量。按“排塵風(fēng)量”確定掘進工作面的需風(fēng)量，正常生產(chǎn)時掘進工作面的斷面面積為10.52~15.22 m2，平均斷面為11.40 m2，設(shè)計的“排塵風(fēng)量”應(yīng)為2.5~3.5 m3/s，取3.0 m3/s；按“排塵風(fēng)速”計算掘進工作面的需風(fēng)量為2.9 m3/s。因此掘進工作面需風(fēng)量取3.0 m3/s。根據(jù)105號礦體開采的生產(chǎn)規(guī)模，正常生產(chǎn)時期需安排7個掘進工作面同時工作，則掘進工作面需風(fēng)量為21 m3/s。

(3) 中段運礦卡車尾氣稀釋需風(fēng)量。目前礦山井下中段運輸全部采用地下運礦卡車運輸，計算兩個中段同時生產(chǎn)需安排4輛地下運礦卡車同時工作，需風(fēng)量為27.6 m3/s。

(4) 各類輔助硐室及裝卸礦點需風(fēng)量計算結(jié)果為14.5 m3/s。

(5) 排熱降溫需風(fēng)量按照相關(guān)計算為10.7 m3/s。

礦井總風(fēng)量由回采工作面需風(fēng)量、掘進工作面需風(fēng)量、各類輔助硐室及裝卸礦點需風(fēng)量、中段運礦卡車尾氣稀釋需風(fēng)量以及排熱降溫需風(fēng)量組成。另考慮內(nèi)、外部漏風(fēng)系數(shù)1.10，由此計算的礦井總風(fēng)量為133.5 m3/s。

通過采用Ventism三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)進行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算，主要通風(fēng)井巷參數(shù)見表1。通過對?200 m中段和?250 m中段同時生產(chǎn)時期以及?350 m中段和?400 m中段同時生產(chǎn)時期的通風(fēng)阻力計算。?350 m中段和?400 m中段計算結(jié)果見表2。

表2 深部中段生產(chǎn)時主要井巷通風(fēng)阻力

采用三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果為，深部?350 m中段、?400 m中段同時生產(chǎn)時，黃瓜洞回風(fēng)斜井通風(fēng)風(fēng)量為133.5 m3/s，通風(fēng)阻力為3639.90 Pa。

2 通風(fēng)設(shè)備選型與配置

對進回風(fēng)線路復(fù)雜的深部開采條件，采用兩級機站的通風(fēng)方式：地表通風(fēng)機站位于標(biāo)高727 m的“黃瓜洞”斜井口，井下通風(fēng)機站位于?60 m 中段。各回風(fēng)井所需風(fēng)量和通風(fēng)阻力參數(shù)見表3。

2.1 黃瓜洞斜井井口風(fēng)機選型

風(fēng)機的計算風(fēng)量：按通風(fēng)裝置的漏風(fēng)系數(shù)1.15,風(fēng)機的計算風(fēng)量為153.53 m3/s；

風(fēng)機的計算風(fēng)壓：由于風(fēng)機安裝位置海拔標(biāo)高727 m左右，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下風(fēng)機的風(fēng)壓為3098 Pa；

風(fēng)機工作網(wǎng)絡(luò)的計算風(fēng)阻：R=0.1437。

通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性曲線方程：=0.14372。

表3 風(fēng)機安裝參數(shù)

風(fēng)機選型：選用ANN-2500/1250B型動葉可調(diào)軸流風(fēng)機，配套電機功率為900 kW，供電電壓為10 kV。

2.2 井下?60 m中段風(fēng)機選型

風(fēng)機的計算風(fēng)量：按通風(fēng)裝置的漏風(fēng)系數(shù)1.15，風(fēng)機的計算風(fēng)量為153.53 m3/s。

風(fēng)機工作網(wǎng)絡(luò)的計算風(fēng)阻：R=0.062。

通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性曲線方程：=0.0622。

風(fēng)機選型：選用FBCDZ-10-№28/2×250礦用對旋軸流式通風(fēng)機，變頻驅(qū)動，風(fēng)機配套電機功率為2×250 kW，供電電壓為380 V。

2.3 風(fēng)機反風(fēng)

為安全應(yīng)急救援需要，風(fēng)機反風(fēng)工作的方式為電機反轉(zhuǎn)反風(fēng)。

3 結(jié) 論

通過采用礦井通風(fēng)的三維仿真通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)軟件，解算105礦體現(xiàn)有條件下和深部開采復(fù)雜環(huán)境的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)量，優(yōu)化通風(fēng)整體方案和系統(tǒng)配置，選擇多級機站通風(fēng)方式，解決了深井高溫和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜條件下的通風(fēng)難題。通風(fēng)系統(tǒng)改造后，通風(fēng)運轉(zhuǎn)正常，大大改善了深部通風(fēng)狀況，為礦山安全生產(chǎn)提供了技術(shù)條件，取得了良好的安全環(huán)保效果和經(jīng)濟效益。

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(2018?08?26)

黃應(yīng)盟(1963—)，男，廣西北流人，博士，高級工程師,第六屆中國有色金屬學(xué)會采礦學(xué)術(shù)委員會委員，主要從事礦山技術(shù)與經(jīng)營管理工作。