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        湖南某礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

        2022-04-28 03:29:10李小安李凌凱李亞俊周水祥
        湖南有色金屬 2022年2期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)壓中段采區(qū)

        李小安,李凌凱,李亞俊,周水祥

        (1.香花嶺錫業(yè)有限責(zé)任公司,湖南 郴州 424300;2.湖南有色環(huán)保研究院有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410100)

        礦山通風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題是制約礦山安全生產(chǎn)的重要條件,良好的作業(yè)通風(fēng)條件對(duì)提高生產(chǎn)作業(yè)效率,保障作業(yè)人員身心健康均有重要意義[1,2]。

        針對(duì)湖南省內(nèi)某礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查并分析其通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題,分析影響通風(fēng)系統(tǒng)的主要因素為:(1)礦山屬于高山平硐開(kāi)拓類型,受自然風(fēng)壓影響,其645 m主平硐風(fēng)量、風(fēng)向不穩(wěn)定;(2)礦山前期民采、盜采現(xiàn)象嚴(yán)重,遺留大量窿口、空區(qū)與地表相連,風(fēng)流短路、漏風(fēng)嚴(yán)重;(3)礦山通風(fēng)構(gòu)筑物不完善,系統(tǒng)風(fēng)量難以調(diào)控[3]。研究針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中存在的問(wèn)題,提出相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案,以滿足礦山井下生產(chǎn)實(shí)際通風(fēng)需求,確保安全生產(chǎn)。

        1 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

        1.1 現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

        該礦山24線采區(qū)采用平硐+盲斜井開(kāi)拓,采區(qū)自645 m平硐往上部、下部開(kāi)采,共有750 m、715 m、680 m、645 m、615 m、580 m、540 m七個(gè)中段,中段高度35~40 m,采礦方法為留礦法,現(xiàn)主要生產(chǎn)中段為715 m和580 m中段。通風(fēng)系統(tǒng)為單翼對(duì)角式,系統(tǒng)在680 m中段回風(fēng)巷安裝有一臺(tái)型號(hào)為K40-4-NO.12的主扇風(fēng)機(jī)。

        礦區(qū)通過(guò)645平硐進(jìn)風(fēng)至5#盲斜井進(jìn)風(fēng)至各中段井各中段端部回風(fēng)通路,通過(guò)680中段回風(fēng)巷主通風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)700 m主回風(fēng)巷排至地表(西瑤民窿平硐),形成單翼對(duì)角式通風(fēng)布局。

        1.2 現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

        1.24 線采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)采用645 m主平硐進(jìn)風(fēng),由于礦山屬于平硐開(kāi)拓類型,且前期民窿開(kāi)采遺留大量空區(qū)透地表,受自然風(fēng)壓影響主平硐風(fēng)量、風(fēng)向不穩(wěn)定。

        2.通風(fēng)構(gòu)筑物不完善,存在污風(fēng)循環(huán)。如680m中段采空區(qū)與700 m水平相連通,且700 m主回風(fēng)巷地表出口堵塞,主扇開(kāi)啟后污風(fēng)循環(huán),污風(fēng)無(wú)法排至地表。

        3.礦山規(guī)劃開(kāi)采的715 m至750 m中段采場(chǎng)通風(fēng)處于現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū),不能形成有效通風(fēng),需要對(duì)該區(qū)域通風(fēng)進(jìn)行合理組織優(yōu)化。

        2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化研究

        2.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案

        根據(jù)礦山生產(chǎn)作業(yè)情況、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及與礦方溝通,礦山24線采區(qū),現(xiàn)645 m中段已經(jīng)開(kāi)采結(jié)束,現(xiàn)主要開(kāi)采中段為580 m中段,規(guī)劃開(kāi)采715 m中段。

        礦山24線采區(qū)采用單翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng),設(shè)計(jì)中24線采區(qū)以645平硐為進(jìn)風(fēng)井,東風(fēng)井(原西瑤民窿平硐)為回風(fēng)井,構(gòu)成對(duì)角單翼式通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃開(kāi)采的715 m中段采場(chǎng)通風(fēng)處于設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū),不能形成有效通風(fēng)[4,5];同時(shí),礦山屬于平硐開(kāi)拓礦山,受自然風(fēng)壓影響較大,平硐進(jìn)風(fēng)存在風(fēng)向、風(fēng)量不穩(wěn)的現(xiàn)象[6]?,F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),645 m主平硐風(fēng)流極易受氣候影響改變風(fēng)向。

        為解決上述問(wèn)題,研究擬采用645 m主平硐安裝平硐進(jìn)風(fēng)輔扇壓風(fēng)進(jìn)入礦井,解決主平硐進(jìn)風(fēng)問(wèn)題,通風(fēng)系統(tǒng)采用單翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng),同時(shí)為解決715 m中段開(kāi)采通風(fēng)問(wèn)題,研究計(jì)劃在750 m中段通853硐口斜井位置安裝輔助區(qū)域通風(fēng)輔扇風(fēng)機(jī),以解決該區(qū)域通風(fēng)問(wèn)題,具體規(guī)劃進(jìn)、回風(fēng)線路如下:

        1.24 線進(jìn)風(fēng)線路。新鮮風(fēng)流經(jīng)645 m平硐進(jìn)入,經(jīng)645 m中段石門(mén)進(jìn)風(fēng)至5#盲斜井及東翼斜井,新鮮風(fēng)從5#盲斜井及東翼斜井進(jìn)入各中段運(yùn)輸巷,經(jīng)人行天井進(jìn)入各中段作業(yè)采場(chǎng)。

        2.24 線回風(fēng)線路。東部各中段作業(yè)污風(fēng)經(jīng)端部回風(fēng)天井匯至680 m中段回風(fēng)巷主要通風(fēng)機(jī)處,經(jīng)680 m至700 m回風(fēng)天井匯至700 m回風(fēng)平巷經(jīng)地表(原西瑤民窿)平硐口將污風(fēng)排至地表。

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

        圖1 優(yōu)化方案系統(tǒng)示意圖

        2.2 通風(fēng)技術(shù)方案優(yōu)化技術(shù)措施

        1.645 m主平硐進(jìn)風(fēng)受自然風(fēng)壓影響較為明顯,為克服自然風(fēng)壓影響,保障645 m中段風(fēng)向、風(fēng)量穩(wěn)定,擬在645 m中段主平硐旁環(huán)道內(nèi)增設(shè)645主平硐輔扇風(fēng)機(jī),以克服自然風(fēng)壓影響,保障通風(fēng)系統(tǒng)主平硐進(jìn)風(fēng)量。

        2.進(jìn)風(fēng)環(huán)道645 m主平硐處,應(yīng)增設(shè)一組自動(dòng)風(fēng)門(mén),避免因增加645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)致使的風(fēng)流循環(huán)。

        3.24 線采區(qū),680 m中段26線現(xiàn)與700 m水平采空區(qū)相連通,680 m主扇開(kāi)啟后會(huì)導(dǎo)致680~700m區(qū)域污風(fēng)循環(huán),污風(fēng)無(wú)法排至地表,短期臨時(shí)措施可在680 m通5#斜井運(yùn)輸巷安裝風(fēng)門(mén),后期該區(qū)域作業(yè)結(jié)束進(jìn)行封堵或在680 m回風(fēng)巷新掘繞道避免污風(fēng)循環(huán)。

        4.700 m主回風(fēng)巷通地表硐口(原西瑤民窿)目前為封堵?tīng)顟B(tài),系統(tǒng)污風(fēng)無(wú)法排至地表,應(yīng)及時(shí)打開(kāi)該窿口。

        5.為解決715 m中段開(kāi)采通風(fēng)問(wèn)題,研究計(jì)劃在750 m中段通853硐口斜井位置安裝輔助區(qū)域通風(fēng)輔扇風(fēng)機(jī),并增設(shè)相應(yīng)通風(fēng)構(gòu)筑物。

        6.700 m主回風(fēng)巷存在空區(qū)與680 m及其它區(qū)域相互連通,應(yīng)進(jìn)行密閉。

        7.24 線采區(qū)存在大量空區(qū),致使通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難,建議將空區(qū)治理(封堵)與通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)同時(shí)進(jìn)行。

        2.3 通風(fēng)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2.3.1 進(jìn)風(fēng)通路優(yōu)化

        24線采區(qū)為解決受自然風(fēng)壓影響,645主平硐風(fēng)向、風(fēng)量不穩(wěn)定的問(wèn)題,研究在645 m中段主平硐旁環(huán)道內(nèi)增設(shè)645主平硐輔扇風(fēng)機(jī),保障主平硐進(jìn)風(fēng)至采區(qū),并現(xiàn)利用現(xiàn)有680 m主回風(fēng)巷已安裝的24線主扇(K40-4-NO.12),將作業(yè)區(qū)域污風(fēng)排至地表。根據(jù)需風(fēng)量計(jì)算645m主平硐需進(jìn)風(fēng)為27 m3/s,所選645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓應(yīng)為:需要提供的壓力+風(fēng)機(jī)裝置阻力+動(dòng)壓損失+自然風(fēng)壓,風(fēng)量不低于27 m3/s。

        按645 m主平硐風(fēng)機(jī)送風(fēng)至645 m中段5#進(jìn)風(fēng)斜井,同時(shí)克服困難時(shí)期自然風(fēng)壓,保證進(jìn)風(fēng)風(fēng)量計(jì)算該風(fēng)機(jī)所需壓力[7],根據(jù)對(duì)通風(fēng)線路的阻力計(jì)算,所需克服沿程阻力為245.24 Pa,則該645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)所需克服的阻力應(yīng)為:風(fēng)機(jī)克服通風(fēng)線路的沿程阻力+局部阻力+自然風(fēng)壓+風(fēng)機(jī)裝置阻力+動(dòng)壓損失,據(jù)此計(jì)算該風(fēng)機(jī)所需克服阻力為:

        245.24 +49.08+150+21.2=465.52(Pa)

        根據(jù)上述計(jì)算,取壓力值465.52 Pa為645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)所需克服的阻力,根據(jù)計(jì)算風(fēng)機(jī)所需壓力與風(fēng)量選擇645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)型號(hào)可與680 m主回風(fēng)巷風(fēng)機(jī)型號(hào)一致的風(fēng)機(jī)型號(hào)即K40-4-NO.12(風(fēng)機(jī)性能參數(shù):風(fēng)量14.7~32.1 m3/s,風(fēng)壓242~1 118 Pa,電機(jī)功率37 kW)。

        645 m主平硐輔扇風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)風(fēng)壓約為465 Pa,風(fēng)量約為27 m3/s,風(fēng)機(jī)安裝角度為29°,風(fēng)機(jī)效率接近90%。645 m主平硐輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖如圖2所示。

        圖2 645 m主平硐輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖

        2.3.2 715~750 m作業(yè)區(qū)域通風(fēng)優(yōu)化

        24線采區(qū)規(guī)劃開(kāi)采的715 m中段采場(chǎng)通風(fēng)處于設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū),不能形成有效通風(fēng),因此,針對(duì)規(guī)劃的24線采區(qū)的715~750 m作業(yè)區(qū)域通風(fēng)進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃,單獨(dú)考慮。根據(jù)礦山生產(chǎn)規(guī)劃,24線采區(qū)715~750 m作業(yè)區(qū)域共設(shè)置2個(gè)作業(yè)采場(chǎng),1個(gè)備采采場(chǎng),且不與24線其它區(qū)域同時(shí)作業(yè),因此,該區(qū)域作業(yè)時(shí)不需增加24線采區(qū)系統(tǒng)風(fēng)量,僅需在該區(qū)域增加輔扇,將系統(tǒng)風(fēng)流至該區(qū)域供于生產(chǎn)用風(fēng)。

        該區(qū)域通風(fēng)線路規(guī)劃利用該區(qū)域通地表853 m硐口的斜井作為回風(fēng)井,區(qū)域進(jìn)風(fēng)通過(guò)東翼斜井進(jìn)風(fēng)至作業(yè)區(qū)域,回風(fēng)利用通853 m硐口斜井與各中段聯(lián)通處匯至斜井,排至地表。

        該區(qū)域2個(gè)作業(yè)采場(chǎng),1個(gè)備采采場(chǎng),實(shí)際需風(fēng)量為7 m3/s(已乘以備用系數(shù)),同時(shí)考慮該區(qū)域回風(fēng)系統(tǒng)兼顧680 m中段溜井倒礦粉塵排塵風(fēng)量4 m3/s,因此,該區(qū)域輔扇考慮風(fēng)量為11 m3/s,風(fēng)流取自24線645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)風(fēng)流。

        根據(jù)通風(fēng)線路規(guī)劃,對(duì)通風(fēng)線路的最大阻力進(jìn)行計(jì)算,通風(fēng)沿程阻力為84.67 Pa,局部阻力按20%計(jì)算,為16.93 Pa,通風(fēng)裝置阻力150 Pa,風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓損失4.54 Pa,同時(shí)考慮自然風(fēng)壓影響較大,考慮自然風(fēng)壓103.83 Pa,則最大通風(fēng)阻力為359.97 Pa。

        該區(qū)域線路最大通風(fēng)阻力為359.97 Pa,風(fēng)量為11 m3/s,選擇輔扇風(fēng)機(jī)為K40-4-NO.9(風(fēng)機(jī)性能參數(shù):風(fēng)量6.2~13.5 m3/s,風(fēng)壓136~629 Pa),風(fēng)機(jī)安裝時(shí),風(fēng)機(jī)安裝角度選擇29°,風(fēng)機(jī)風(fēng)量為11.5 m3/s,風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為405 Pa,風(fēng)機(jī)效率約為90%,24線采區(qū)715~750 m作業(yè)區(qū)域輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖如圖3所示。

        圖3 24線采區(qū)715~750 m作業(yè)區(qū)域輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖

        3 結(jié) 語(yǔ)

        對(duì)礦山24線采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)存在的主平硐受自然風(fēng)壓影響導(dǎo)致的風(fēng)量、風(fēng)向不穩(wěn)定,通風(fēng)構(gòu)筑物不完善,存在污風(fēng)循環(huán)及部分作業(yè)區(qū)域處于原現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū),無(wú)法形成有效通風(fēng)等問(wèn)題,有針對(duì)性地對(duì)該礦山的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究,并制定出相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化策略,在原通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加主平硐進(jìn)風(fēng)輔扇及通風(fēng)盲區(qū)輔扇,并規(guī)劃其回風(fēng)線路,該技術(shù)方案在不改變?cè)L(fēng)系統(tǒng)的前提下,充分利用了現(xiàn)礦山井下原有通路,符合礦山實(shí)際生產(chǎn)通風(fēng)需求,在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和安全上均具有良好的可行性。

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