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        自然風(fēng)壓影響下的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與實(shí)踐

        2020-07-13 08:44:22猛,彭斌,魏
        湖南有色金屬 2020年3期
        關(guān)鍵詞:作業(yè)面系統(tǒng)優(yōu)化風(fēng)壓

        李 猛,彭 斌,魏 巍

        (1.湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院,湖南長(zhǎng)沙 410014;2.非煤礦山通風(fēng)防塵湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410014)

        礦山在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中有著非常重要的作用。礦業(yè)的快速發(fā)展也導(dǎo)致了礦山存在諸多問題,特別是在井下通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是井下的生命線,它為井下提供新鮮空氣,將作業(yè)面的有毒有害氣體和粉塵等排出地表,為井下工人提供良好的工作環(huán)境,確保他們的人身安全[1]。因此,礦山通風(fēng)系統(tǒng)存在系統(tǒng)性問題時(shí),應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造[2]。本文以湖南某高山礦為實(shí)例,通過(guò)詳細(xì)調(diào)查、測(cè)定、分析,找出存在的突出問題及原因,對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)合理有效優(yōu)化,改善通風(fēng)系統(tǒng)。

        1 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)基本情況

        礦山為高山型礦山,采用平硐+盲斜井的開拓方式。該礦通風(fēng)系統(tǒng)采用對(duì)角式通風(fēng)方式,即礦脈東南翼進(jìn)風(fēng),西北翼回風(fēng)?,F(xiàn)有11中段至19中段共9個(gè)服務(wù)中段,主要的進(jìn)風(fēng)口為19中段平硐和16中段平硐,11中段平硐為主回風(fēng)中段,其它中段為盲中段。中段與中段之間通過(guò)盲斜井相聯(lián)通。19中段作為主運(yùn)輸巷,風(fēng)流進(jìn)入平硐后,通過(guò)盲斜井進(jìn)入17中段和18中段;16中段為輔助運(yùn)輸中段,風(fēng)流進(jìn)入中段后,也是通過(guò)各中段斜井進(jìn)入15、14、13、12中段;11中段為主回風(fēng)中段,沒有作業(yè)面,該中段安設(shè)型號(hào)為FKZ10-30 kW風(fēng)機(jī),額定風(fēng)量780~1 440 m3/min,全壓范圍為558~1 071 Pa。井下各中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)為階梯式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò),污風(fēng)最終匯集至11中段排出地表。由于礦山屬于老礦山,早年開采未采取充填的空區(qū)處理方式,導(dǎo)致井下采空區(qū)較多,部分中段利用采空區(qū)和老天井回風(fēng)。

        2 系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查分析

        現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)為對(duì)角式通風(fēng)方式,東南翼16和19中段進(jìn)風(fēng),西北翼11中段回風(fēng)。礦山已經(jīng)開采多年,由于受開采技術(shù)條件的影響,多年來(lái)各中段作業(yè)面布局不合理,形成了很多采空區(qū)。且隨著開采的推進(jìn),中段面積也擴(kuò)大,開采深度也不斷延伸。作業(yè)面也越來(lái)越分散,現(xiàn)階段作業(yè)面主要集中在15至19中段。而部分新開辟的作業(yè)面也沒有形成完善的通風(fēng)系統(tǒng),新鮮風(fēng)流難以進(jìn)入作業(yè)區(qū)域,污風(fēng)難以排出地。特別是在夏季地表與井下溫差大時(shí),進(jìn)風(fēng)口出現(xiàn)反風(fēng)問題。因此,井下通風(fēng)系統(tǒng)的諸多問題也隨之出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定調(diào)查,礦井通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定評(píng)價(jià)采用風(fēng)量合格率、風(fēng)質(zhì)合格率、有效風(fēng)量率、風(fēng)機(jī)裝置效率等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)試及評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況和測(cè)定數(shù)據(jù)可知,通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題如下所述:

        1.通風(fēng)系統(tǒng)各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果偏低,可知現(xiàn)有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)存在諸多問題,且存在諸多影響通風(fēng)的因素,如受自然風(fēng)壓影響,導(dǎo)致礦井風(fēng)流紊亂等。

        表1 某礦井通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定計(jì)算結(jié)果

        2.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得風(fēng)機(jī)回風(fēng)量為16.5 m3/s,進(jìn)風(fēng)量為7.8 m3/s,而井下設(shè)計(jì)需風(fēng)量為23.7 m3/s??芍?,現(xiàn)有風(fēng)機(jī)回風(fēng)量已經(jīng)無(wú)法滿足井下生產(chǎn)的回風(fēng)需求,且現(xiàn)有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下,有空區(qū)進(jìn)風(fēng)導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)量不足。

        3.井下空區(qū)多,通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜,新風(fēng)短路、漏風(fēng)及空區(qū)反風(fēng)比較嚴(yán)重。由于礦山開采多年,早年開采未采取充填的空區(qū)處理方式,導(dǎo)致井下采空區(qū)較多。特別是11中段至15中段之間西北翼,空區(qū)天井貫通進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷和運(yùn)輸?shù)赖?。因此,?dǎo)致平硐進(jìn)風(fēng)比風(fēng)機(jī)回風(fēng)少得多。

        4.井下通風(fēng)調(diào)控措施不完善。井下空區(qū)多,作業(yè)區(qū)域廣且作業(yè)面分散,加上作業(yè)安排不合理等因素,導(dǎo)致整個(gè)井下風(fēng)流紊亂。且調(diào)控措施的缺失及調(diào)控不到位,使得整個(gè)井下的通風(fēng)更加困難,新風(fēng)進(jìn)不去,污風(fēng)出不來(lái)。

        5.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),自然風(fēng)壓普遍存在于整個(gè)生產(chǎn)時(shí)期內(nèi)。上風(fēng)季節(jié)時(shí)期有利于通風(fēng),下風(fēng)季節(jié)時(shí)期阻礙井下通風(fēng)。特別在下風(fēng)季節(jié)時(shí)期,由于風(fēng)機(jī)功率偏小,通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜空區(qū)多,導(dǎo)致回風(fēng)量不足及空區(qū)進(jìn)風(fēng),最終由16和19中段的進(jìn)風(fēng)口反風(fēng)。

        3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化探討

        根據(jù)調(diào)查分析,該礦存在的主要問題為:(1)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜,空區(qū)多,風(fēng)流比較紊亂;(2)11中段主扇風(fēng)機(jī)與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不匹配,主要表現(xiàn)為風(fēng)機(jī)功率小,通風(fēng)能力不夠,風(fēng)量小,導(dǎo)致15中段以下分風(fēng)困難;(3)礦山屬于高山型礦山,采用平硐開拓,自然風(fēng)壓影響大,下風(fēng)季節(jié)不利于通風(fēng);(4)調(diào)控措施的不到位,導(dǎo)致整個(gè)礦井風(fēng)流雜亂無(wú)章。

        為解決礦山存在的上述通風(fēng)問題,達(dá)到井下風(fēng)量滿足生產(chǎn)需求、風(fēng)流合理分配、風(fēng)流調(diào)控到位且充分利用自然風(fēng)風(fēng)壓通風(fēng)的目的,擬從簡(jiǎn)化理順通風(fēng)網(wǎng)絡(luò),優(yōu)化通風(fēng)動(dòng)力和合理安排調(diào)控措施等幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化[3,4]。

        首先,簡(jiǎn)化理順通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是通風(fēng)優(yōu)化的重要工作。確定礦山采用什么通風(fēng)方式,進(jìn)回風(fēng)線路等[5]。如:16和19中段平硐為礦山的主要進(jìn)風(fēng)口。11中段平硐作為主要回風(fēng)平硐,負(fù)責(zé)整個(gè)礦山的回風(fēng)。19中段平硐的進(jìn)風(fēng)負(fù)責(zé)17至19中段的作業(yè)區(qū)域,16中段平硐進(jìn)風(fēng)負(fù)責(zé)12至16中段的作業(yè)區(qū)域(13、14中段作業(yè)面較少)。各中段之間采用中段斜井進(jìn)風(fēng),主運(yùn)巷為中段進(jìn)風(fēng)巷,通過(guò)西北翼的回風(fēng)天井回風(fēng)至上部中段。

        其次,由于現(xiàn)有的30 kW已經(jīng)無(wú)法滿足井下的通風(fēng)需要,需要選用大風(fēng)壓大風(fēng)量的風(fēng)機(jī)替換原有的老風(fēng)機(jī)。因自然風(fēng)壓影響大,不可避免,為有效控制和利用自然風(fēng)壓,必須選用大風(fēng)壓的風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)壓對(duì)抗,并且可以在上風(fēng)季節(jié)充分利用自然風(fēng)壓通風(fēng)[6,7]。

        最后,在簡(jiǎn)化理順通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和確定主扇風(fēng)機(jī)的情況下,合理設(shè)置安排通風(fēng)調(diào)節(jié)措施也是重要一環(huán)。其主要措施是設(shè)置風(fēng)門、風(fēng)窗和密閉等構(gòu)筑物,部分作業(yè)面應(yīng)盡量采用局扇引導(dǎo)通風(fēng)[4]。應(yīng)盡可能地封閉采空區(qū),可以預(yù)留部分天井作為通風(fēng)井,這是簡(jiǎn)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的重要措施。尤其在14至19中段西北翼作業(yè)面較多,設(shè)置調(diào)節(jié)措施必不可少。

        除上述措施外,良好的通風(fēng)管理工作是確保通風(fēng)系統(tǒng)有效的重要組成部分[8]。

        4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐

        4.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化措施

        根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的整體思路,基于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力和通風(fēng)調(diào)控措施等幾個(gè)方面,并以安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)可行為原則,對(duì)井下實(shí)際存在的問題提出具體的優(yōu)化措施,構(gòu)建一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定、便于調(diào)控的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。具體優(yōu)化措施如下:

        1.確定礦山采用對(duì)角式通風(fēng)方式,將16和19中段平硐為礦山的主要進(jìn)風(fēng)口。11中段平硐作為主要回風(fēng)平硐,負(fù)責(zé)整個(gè)礦山的回風(fēng)。所有中段采用單一進(jìn)回風(fēng)線路,中段與中段之間的斜井作為中段進(jìn)風(fēng)線路,新鮮風(fēng)由南往北流動(dòng),清洗作業(yè)面后,由中段北部的風(fēng)井排至上中段的回風(fēng)道,最后由11中段回風(fēng)道排出地表。將原16至15中段、15至14中段、14至13中段的中段回風(fēng)井進(jìn)行擴(kuò)刷,擴(kuò)刷面積為6 m2。而原13中段和12中段北部的兩個(gè)相貫通的采空區(qū)周圍采取密閉隔離措施,預(yù)留原有的天井作為回風(fēng)井,主要負(fù)責(zé)下部的中段回風(fēng),減少掘進(jìn)工程量。19、18、17和16中段之間掘進(jìn)面積為8 m2的專用回風(fēng)井,主要為將來(lái)往深部延伸時(shí)通風(fēng)排塵做準(zhǔn)備。

        2.基于上述已經(jīng)確定的通風(fēng)線路,需對(duì)整個(gè)通風(fēng)線路上相貫通的廢石巷道、未處理的采空區(qū)及廢棄天井溜礦井等進(jìn)行密閉隔離處理。將16至13中段的進(jìn)風(fēng)線路上的162、602、388、401等采空區(qū)的穿脈進(jìn)行密閉處理,將19至16中段的回風(fēng)線路上的410、608等采空區(qū)進(jìn)行密閉處理。除此之外,風(fēng)門和調(diào)節(jié)風(fēng)窗的設(shè)置也相當(dāng)重要?,F(xiàn)階段主要開采中段在16至13中段之間的采場(chǎng),下部中段以開拓為主。因此,應(yīng)在17、18和19中段的回風(fēng)處設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗,控制回風(fēng)量,以便更多的新鮮風(fēng)進(jìn)入上部中段的作業(yè)區(qū),對(duì)于不需要新風(fēng)的區(qū)域及不利用通風(fēng)但需行人過(guò)車的地方,可設(shè)置風(fēng)門進(jìn)行控制。

        3.經(jīng)過(guò)計(jì)算分析,井下設(shè)計(jì)需風(fēng)量為23.7 m3/s,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得風(fēng)機(jī)回風(fēng)量為16.5 m3/s,進(jìn)風(fēng)量為7.8 m3/s,現(xiàn)有的30 kW已經(jīng)無(wú)法滿足井下的生產(chǎn)通風(fēng)需要。結(jié)合考慮自然風(fēng)壓的影響,選用對(duì)旋軸流型風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)型號(hào)為DK40-No15,風(fēng)量范圍為18.2~43.6 m3/s,全壓范圍382~1 690 Pa,電機(jī)功率37×2 kW。下風(fēng)季節(jié)時(shí)期,自然風(fēng)壓阻礙通風(fēng),對(duì)旋風(fēng)機(jī)兩臺(tái)電機(jī)全部開啟;上風(fēng)季節(jié)時(shí)期,自然風(fēng)壓有助于通風(fēng),可以只開啟一臺(tái)電機(jī),達(dá)到有效利用自然風(fēng)壓節(jié)省能耗的目的。

        4.制定完備的通風(fēng)管理制度,加強(qiáng)通風(fēng)日常管理。做好通風(fēng)設(shè)施的維護(hù)工作,保證風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,加強(qiáng)重點(diǎn)、困難區(qū)域的局部通風(fēng)工作。井下作業(yè)中段多,對(duì)北部主回風(fēng)道風(fēng)門和南平硐進(jìn)風(fēng)等加強(qiáng)管理。對(duì)設(shè)置的風(fēng)門和調(diào)節(jié)風(fēng)窗等加強(qiáng)調(diào)控管理。井下作業(yè)面應(yīng)按照安全規(guī)程設(shè)置局扇通風(fēng),改善作業(yè)面環(huán)境。

        通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案示意圖如圖1所示。

        4.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐

        針對(duì)該礦井下通風(fēng)系統(tǒng)提出的優(yōu)化措施進(jìn)行具體實(shí)施,為驗(yàn)證該具體優(yōu)化方案的最終通風(fēng)效果,對(duì)整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了一次通風(fēng)系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)定。在所有措施實(shí)施到位及風(fēng)機(jī)開啟后進(jìn)行測(cè)定,主要包括總進(jìn)風(fēng)量、總回風(fēng)量、風(fēng)質(zhì)風(fēng)量和有效風(fēng)量率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。具體結(jié)果見表2和表3。

        圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案示意圖

        表2 某礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化驗(yàn)證測(cè)定結(jié)果

        表3 進(jìn)、回風(fēng)指標(biāo)

        由表2和表3中測(cè)定數(shù)據(jù)可知,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,整個(gè)礦井的風(fēng)質(zhì)風(fēng)速合格率和有效風(fēng)量率明顯提高,風(fēng)機(jī)裝置效率也達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)礦井的進(jìn)風(fēng)量達(dá)到 25.2 m3/s,回風(fēng)風(fēng)量達(dá)到 26.1 m3/s,能滿足井下23.7 m3/s的生產(chǎn)通風(fēng)需求。

        5 結(jié) 論

        1.通過(guò)對(duì)某高山型金屬礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化可知,對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析,找出系統(tǒng)存在的問題和產(chǎn)生問題的原因是優(yōu)化工作的基礎(chǔ),對(duì)有效合理地優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)具有重要意義,也才能更好地指導(dǎo)礦山的安全生產(chǎn)。

        2.對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化,從通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力、風(fēng)流調(diào)控措施和現(xiàn)場(chǎng)管理制度等幾個(gè)方面去構(gòu)建一個(gè)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是切實(shí)可行的。一個(gè)有效穩(wěn)定的礦山通風(fēng)系統(tǒng),應(yīng)該在礦山不斷變化的生產(chǎn)活動(dòng)中不斷調(diào)節(jié)適應(yīng)。

        3.對(duì)于高山型礦山,隨著季節(jié)的變化,受自然風(fēng)壓的影響在通風(fēng)時(shí)是不可避免的。從簡(jiǎn)化理順通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化通風(fēng)動(dòng)力和合理安排調(diào)控措施等方面入手,可以有效控制和利用自然風(fēng)壓,避免因自然風(fēng)壓給通風(fēng)系統(tǒng)帶來(lái)的不利影響,有助于解決通風(fēng)難題。

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