吳文博 劉 洋 任高峰 韓亞民 李吉民

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430074;2.湖北碳排放權(quán)交易中心,湖北 武漢 430070;3.武鋼資源集團(tuán)程潮礦業(yè)有限公司,湖北 鄂州 436051)

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是描述通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流分岔、匯合線路的一種結(jié)構(gòu)形式,隨著井下采掘工作面的接替,開采深度的增加,通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)也在不斷發(fā)生變化。礦山深部開采過程中,往往會因為實際生產(chǎn)方案與已有通風(fēng)設(shè)計不符而形成一些不合理的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致礦井通風(fēng)系統(tǒng)紊亂,通風(fēng)效果變差[1-4]。

由于地?zé)崽荻鹊挠绊?巖石的溫度會隨著埋深增加而上升,不同區(qū)域的地?zé)崽荻瓤赡芟嗖钶^大,地殼的近似平均地?zé)崽荻仁敲壳?5 ℃,導(dǎo)致深井開采通常會面臨高地溫引發(fā)的熱害問題,由于我國對于深井開采的定義是開采深度超過800 m 的礦山,因此對于礦山開采深度小于800 m 時所面臨的熱害問題少有研究[5-7]。事實上由于礦井生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜,井下熱害問題凸顯的區(qū)域并不總是最深的中段,井下熱害問題的成因也呈現(xiàn)多元化。

自1953年Scott 和Hinsley 首次使用計算機(jī)解決通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)問題以來,通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、分析及繪圖軟件得到了深入研究和開發(fā)[8]。國內(nèi)外學(xué)者利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件已開展過許多研究。楊鐵江等[9]利用Ventsim 建立了礦井反風(fēng)模型,解算了采取反風(fēng)措施后礦井風(fēng)量分配及火災(zāi)煙氣CO 分布,優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)反風(fēng)能力;李孜軍等[10]在Ventsim 通風(fēng)模型中選取有代表性的分支,運用單因素分析法研究礦井風(fēng)阻變化對風(fēng)機(jī)工況以及通風(fēng)穩(wěn)定性的影響;辛嵩等[11]基于Ventsim 構(gòu)建山東鄆城煤礦礦井單翼通風(fēng)系統(tǒng)模型,分析單翼通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題,并對其通風(fēng)阻力進(jìn)行優(yōu)化處理;袁明昌等[12]則是結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)解算礦井需風(fēng)量,分析通風(fēng)效果后再對Ventsim 模型進(jìn)行風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)、風(fēng)阻調(diào)節(jié)等優(yōu)化方案。

關(guān)于Ventsim 的研究主要集中在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建、風(fēng)機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)、通風(fēng)阻力系數(shù)優(yōu)化等方面,研究者均建立了不同規(guī)模的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型并加以分析,但普遍缺乏對于所建通風(fēng)三維模型是否可靠的驗證,同時也少見應(yīng)用Ventsim 開展熱模擬研究工作。事實上,由于礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的變動和復(fù)雜性,依據(jù)設(shè)計資料所構(gòu)建的模型往往與實際生產(chǎn)情況并不貼合,從而使得解算結(jié)果與實際不符,得到的優(yōu)化方案也無法起到預(yù)期效果。另外,程潮鐵礦井下-570 m 中段所面臨的熱害問題的主要成因及治理方式也亟待深入探究。

1 工程背景

程潮鐵礦采用對角式通風(fēng)系統(tǒng),進(jìn)風(fēng)井有4條,分別為新副井、措施井、東主井和西風(fēng)井,現(xiàn)由于東主井垮塌,計劃將東主井封閉?；仫L(fēng)井有2條,分別為西區(qū)回風(fēng)井和新回風(fēng)井,西區(qū)回風(fēng)井主扇工作風(fēng)量為150 m3/s,新回風(fēng)井主扇工作風(fēng)量為370 m3/s ,通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量為520 m3/s。

通風(fēng)系統(tǒng)新鮮風(fēng)流由新副井、措施井、西風(fēng)井和東主井進(jìn)入-430 m 中段,然后經(jīng)采區(qū)進(jìn)風(fēng)天井到各分段下盤沿脈巷,污風(fēng)由采區(qū)出風(fēng)天井分別上行進(jìn)入-447 m 中段的新回風(fēng)井排出地表?，F(xiàn)階段采礦作業(yè)點主要集中在-480 m 中段與-500 m 中段,-570 m中段尚處于開拓掘進(jìn)階段。地表各風(fēng)井、地下-500 m 標(biāo)高以上中段總體情況如圖1所示。

圖1 程潮鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)立體圖Fig.1 Stereoscopic view of ventilation system of Chengchao Iron Mine

2 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)特點

為了更合理地建立符合程潮工程實際的三維通風(fēng)模型,結(jié)合程潮鐵礦的開采現(xiàn)狀總結(jié)了以下特點:

(1)目前開采中段集中在-480 m 中段,-430 m以上的中段基本不再有生產(chǎn)活動,其主要通風(fēng)設(shè)施及進(jìn)風(fēng)馬頭門均已封閉,對現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)基本無影響。

(2)由于-480 m 中段為正在開采的采場,而采場施工與運輸工作對風(fēng)流擾動作用明顯,極大影響了測試精度,測定過程中取消了對該生產(chǎn)中段的測定,同時針對-430 m 中段和-500 m 中段開展詳細(xì)測定,并繪制-430 m 中段、-500 m 中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查圖。

2.2 礦井通風(fēng)與熱害調(diào)查

基于上述特點,對通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的調(diào)查,繪制了相關(guān)中段圖紙資料,全面掌握了各重要中段通風(fēng)設(shè)施布置情況、主要漏風(fēng)地點及作業(yè)點的風(fēng)速、過風(fēng)斷面面積、風(fēng)壓等[13]。同時開展井下各中段的熱害情況調(diào)查,測定了各中段的氣流及巷道壁面溫度,對熱害凸顯區(qū)的高功率設(shè)備信息進(jìn)行了統(tǒng)計,在后面第5 節(jié)中將結(jié)合通風(fēng)優(yōu)化措施進(jìn)行分析,本次使用的測量儀器及相關(guān)參數(shù)如表1所示,現(xiàn)場測試照片如圖2所示。

圖2 實地測量圖片F(xiàn)ig.2 Field survey

表1 測試儀器參數(shù)Table 1 Parameters of test instruments

利用調(diào)查所獲得的資料,基于Ventsim 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件建立動態(tài)三維模型并驗證模型的可靠性,為通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案制定提供依據(jù)[14]。

本次測定共布置60個測點,測定在礦山正常生產(chǎn)的條件下進(jìn)行,測點布置在井巷主要通風(fēng)路線及風(fēng)量變化位置處?，F(xiàn)場調(diào)查與測定結(jié)果表明,通風(fēng)系統(tǒng)存在以下幾個方面的問題:

(1)-430 m 中段東區(qū)7 號穿脈與東6 號穿脈之間的風(fēng)流處于停滯狀態(tài),此處風(fēng)流干擾嚴(yán)重。-430 m中段2#電梯井進(jìn)風(fēng)量過大,現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)達(dá)到50 m3/s,造成了大量的風(fēng)量浪費;-430 m 中段風(fēng)量充足,但與-500 m 中段直接相連的通風(fēng)井卻不多,新鮮風(fēng)流需要克服更大的通風(fēng)阻力才能向深部采場輸送。

(2)-570 m 中段所產(chǎn)生的污風(fēng)由-500 m 中段與-570 m 中段相連的通風(fēng)井中的風(fēng)機(jī)吹至-500 m 中段,然而-500 m 中段的通風(fēng)效果不理想,因此污風(fēng)無法及時排出,導(dǎo)致對該生產(chǎn)中段的風(fēng)流造成了較大范圍的污染。

(3)通風(fēng)構(gòu)筑物不完善,對于停止生產(chǎn)的采區(qū)、穿脈封堵措施不到位,造成漏風(fēng)。風(fēng)井維護(hù)情況不好,井口雜物堆積,改變了局部通風(fēng)阻力系數(shù),影響風(fēng)流分配。

(4)風(fēng)流短路現(xiàn)象較為明顯,一方面是由于回風(fēng)井與部分進(jìn)風(fēng)井的距離較短,新鮮風(fēng)流無法形成風(fēng)流的長距離輸送;另一方面仍然是由于生產(chǎn)原因所導(dǎo)致的通風(fēng)阻力不合理,造成整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果不理想。

3 Ventsim 三維通風(fēng)模型構(gòu)建

程潮鐵礦三維通風(fēng)模型的構(gòu)建過程:首先按傳統(tǒng)方式導(dǎo)入設(shè)計CAD 圖紙建立初步模型;然后根據(jù)實地調(diào)查所測定的相關(guān)巷道環(huán)境信息對模型巷道信息進(jìn)行補充修正,對比-430 m、-500 m 中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖修正模型通風(fēng)阻力設(shè)施參數(shù);最后將模擬結(jié)果與實地測定風(fēng)量數(shù)據(jù)對比,如誤差在允許范圍內(nèi),則證明模型是貼合工程實際的。具體構(gòu)建步驟如下:

(1)將程潮鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)的CAD 圖繪制為單線圖,將通風(fēng)單線網(wǎng)絡(luò)圖導(dǎo)入Ventsim 中,構(gòu)建好基于Ventsim 的程潮鐵礦三維通風(fēng)模型。

(2)根據(jù)風(fēng)機(jī)實際布設(shè)情況設(shè)置進(jìn)回風(fēng)井與風(fēng)機(jī)工作參數(shù),將在前期調(diào)查中采集的通風(fēng)阻力系數(shù)、支護(hù)形式、通風(fēng)構(gòu)筑物、斷面形狀、斷面面積、進(jìn)風(fēng)口大氣壓力、溫度、濕度等信息賦值在模型中,建立并修正模型、解算通風(fēng)系統(tǒng)。

(3)將所建模型中-430 m、-500 m 中段的風(fēng)流流向解算結(jié)果與礦山實地風(fēng)向情況進(jìn)行對比,結(jié)果表明實地測定情況與模擬風(fēng)向均完全一致,對比情況如圖3所示。

圖3 -430 m、-500 m 中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)Fig.3 Ventilation network diagram of -430 m,-500 m level

模型風(fēng)流流向與實際情況一致,進(jìn)一步選取主要生產(chǎn)節(jié)點的風(fēng)量實測數(shù)據(jù)和模擬解算數(shù)據(jù)作比較,若選取點的實測數(shù)據(jù)與模型中解算的風(fēng)量數(shù)值基本一致,則所建Ventsim 模型符合礦山實際情況。具體過程如下:

程潮鐵礦生產(chǎn)過程中,風(fēng)流從直通地表的各進(jìn)風(fēng)井進(jìn)入到各中段,再經(jīng)各中段間的盲通風(fēng)井進(jìn)入到各階段中,完成生產(chǎn)中段中的污風(fēng)洗刷工作后經(jīng)由回風(fēng)井流出。驗證節(jié)點設(shè)置在主要進(jìn)風(fēng)井與各中段連接的馬頭門處、各中段運輸大巷和各階段間相連的通風(fēng)井中[15]。

將每一驗證節(jié)點的實測數(shù)據(jù)與Ventsim 模型中該點的模擬計算值列至表2、表3、表4,同時測定風(fēng)量與模擬結(jié)果對比如圖4所示。

圖4 測定風(fēng)量與模擬值對比Fig.4 Comparison between measured air volume and simulation results

表2 -430 m 中段對比Table 2 Comparison of -430 m level

表3 -500 m 中段對比Table 3 Comparison of -500 m level

表4 -570 m 中段對比Table 4 Comparison of -570 m level

對上述對比結(jié)果進(jìn)行分析,新副井馬頭門處風(fēng)流偏差值較大,主要原因是礦山在-360 m中段新副井馬頭門處布設(shè)了彈性風(fēng)門,而Ventsim 中無法對這種風(fēng)門進(jìn)行模擬,選擇的是密閉風(fēng)門,由此導(dǎo)致數(shù)值差異。在其余中段選取的驗證節(jié)點上,Ventsim 通風(fēng)模型的理論解算值與實際測量值結(jié)果相差較小,風(fēng)向均完全一致,經(jīng)測算,所選取的全部13個節(jié)點理論計算值與實際測量值的風(fēng)量平均差值為4.33 m3/s ,風(fēng)速平均差值為0.36 m3/s。模擬結(jié)果在測量誤差以及通風(fēng)阻力系數(shù)誤差允許范圍內(nèi),因此構(gòu)建的模型具備準(zhǔn)確性。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案應(yīng)當(dāng)從技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮。對Ventsim 模型采取的主要參數(shù)調(diào)整方案為增阻、減阻調(diào)節(jié),不涉及加大巷道斷面尺寸和修改支護(hù)條件,以求盡可能在現(xiàn)有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)環(huán)境的基礎(chǔ)上提出成本低、操作易的優(yōu)化措施[16]。

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)問題分析

(1)-430 m 中段東區(qū)。-430 m 中段的總進(jìn)風(fēng)量大,進(jìn)風(fēng)源較多,東區(qū)主要來源于西風(fēng)井、措施井、新副井、東主井、東風(fēng)井。在3#電梯井處,自西風(fēng)井分來的風(fēng)流與自東風(fēng)井而來的風(fēng)流交匯并達(dá)到兩向風(fēng)流風(fēng)壓近乎平衡的狀態(tài),此處Ventsim 模型中解算風(fēng)量為0.21 m3/s ,實測風(fēng)量近似為0 m3/s。

(2)-430 m 中段東、西區(qū)之間。2#電梯井口(-430 m 中段至-500 m 中段電梯井,此井同時連接-447 m 中段的新回風(fēng)井)處的實測進(jìn)風(fēng)量達(dá)到50 m3/s ,模型解算風(fēng)量為48.2 m3/s。此處風(fēng)流來源于西風(fēng)井、措施井以及新副井的進(jìn)風(fēng),而模型在-500 m 中段該處電梯井井口的模擬情況同樣是電梯井進(jìn)風(fēng),解算進(jìn)風(fēng)量為6.3 m3/s ,這表明來自-430 m、-500 m 中段的大量新鮮風(fēng)流并沒有洗刷巷道或工作面就通過2#電梯井直接回至-447 m 中段的新回風(fēng)井,造成了大量風(fēng)流浪費。

(3)-500 m 中段。礦山工作人員在-500 m 中段措施井處安置了密閉風(fēng)門,在斜坡道和回風(fēng)井之間基本處無風(fēng)狀態(tài)。7 號穿脈中有一通往-570 m 中段的風(fēng)井,來自-570 m 中段的回風(fēng)井的污風(fēng)通過風(fēng)井中風(fēng)機(jī)上行,對-500 m 中段的風(fēng)流造成了一定污染。

4.2 優(yōu)化方案模擬分析

(1)-430m 中段優(yōu)化。-430 m 中段東區(qū)開采已經(jīng)結(jié)束,對新鮮風(fēng)流的需求不大,應(yīng)當(dāng)將新鮮風(fēng)流引入與-500 m 中段相連的風(fēng)井。但東區(qū)的5 號、6 號、7 號穿脈中與-360 m 中段相連的通風(fēng)井卻并未封堵,這造成了部分風(fēng)流的浪費。6 號穿脈中與-360 m中段相連的通風(fēng)井封堵前后效果對比見圖5,-430 m中段東區(qū)5 號、6 號、7 號穿脈中與-360 m 中段相連的通風(fēng)井封堵前后效果對比如表5。優(yōu)化后流向-500 m 中段的新鮮風(fēng)流增加15.3 m3/s ,-430 m 中段的東區(qū)主巷通風(fēng)效果也有所改善。

表5 -430 m 中段優(yōu)化前后風(fēng)量解算對比Table 5 Comparison of air volume calculation before and after -430 m level optimization

圖5 -430 m 中段優(yōu)化前后效果對比Fig.5 Comparison of effects before and after optimization at -430 m level

(2)-447 m 中段優(yōu)化。在2#電梯井-447 m 中段與新回風(fēng)井相連處加裝風(fēng)門,目的是使新鮮風(fēng)流在進(jìn)入新回風(fēng)井前洗刷更多的巷道。2#電梯井在-447 m 中段與新回風(fēng)井相連處加裝風(fēng)門前后效果對比如圖6所示。可以看到,加裝風(fēng)門后,2#電梯井的進(jìn)風(fēng)量從48.2 m3/s 減少至12.5 m3/s。

圖6 2#電梯井安裝風(fēng)門前后效果對比Fig.6 Effect comparison before and after installing damper in 2# elevator shaft

(3)-500 m 中段優(yōu)化。-500 m 水平在措施井處安置了密閉風(fēng)門,此處風(fēng)門的作用不甚明確,開啟-500 m 中段措施井處風(fēng)門后,模型解算匯入-500 m運輸中段的新鮮風(fēng)流量達(dá)21.2 m3/s。通風(fēng)效果不好也與各中段風(fēng)井未發(fā)揮實際作用有關(guān),礦山管理人員應(yīng)當(dāng)對風(fēng)井進(jìn)行定期檢查、清理工作,減小通風(fēng)阻力利于新鮮風(fēng)流匯入。

5 熱害成因分析及熱模擬

5.1 井下熱害調(diào)查

井下熱量的來源分為自然熱源和機(jī)械熱源兩種,自然熱源指隨埋深的增加由地溫梯度差所引起的地?zé)?導(dǎo)致巖體向巷道內(nèi)氣體環(huán)境散熱;機(jī)械熱源則指井下各型設(shè)備運行時的散熱[17]。為了清楚判斷程潮鐵礦井下-570 m 中段熱害現(xiàn)象凸顯的成因,對井口至井底不同埋深中段的平均氣流溫度、平均壁面溫度、峰值氣流溫度以及峰值壁面溫度開展了詳細(xì)調(diào)查,具體結(jié)果見圖7所示。

圖7 井下各中段溫度數(shù)據(jù)Fig.7 Temperature data of various levels underground

調(diào)查過程中,各中段均具備以下特點,在通風(fēng)效果較好的中段,即使埋深已經(jīng)較深,巷道氣流溫度與壁面溫度也均未達(dá)到引發(fā)熱害的程度,以井下-675 m 中段破碎硐室為例,顎式破碎機(jī)未工作時,-675 m中段氣流溫度處于21～23 ℃,同測點的壁面溫度則比氣流溫度高1～3 ℃,且距進(jìn)風(fēng)路更近地點的氣流與巷道壁面間溫度差值更大。

調(diào)查結(jié)果表明,井下大部分地點的壁面溫度高于氣流溫度,差值范圍為0～3 ℃。-675 m、-780 m 中段的環(huán)境溫度在22～25 ℃之間,高于地面與低埋深中段的環(huán)境溫度,說明自然熱源對井下氣體溫度的影響是隨著深度的增加而逐步增大,但由于井下這兩中段通風(fēng)狀況良好以及開采深度不夠,導(dǎo)致自然熱源并未成為現(xiàn)階段井下熱害的主要成因。井下現(xiàn)階段熱害集中在-570 m 中段,其氣流溫度、壁面溫度均為最高,主要成因是該中段大型柴油鏟運機(jī)設(shè)備使用以及通風(fēng)效果不佳,造成累積升溫效應(yīng)。

5.2 熱模擬

-570 m 中段正處于開拓階段,該中段尚未與主進(jìn)風(fēng)井貫通導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)量不足,且運行有大型設(shè)備柴油鏟運機(jī),目前是井下體感溫濕度最高的中段,接近工作地點處局部氣溫可達(dá)30.6 ℃,超出了《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》中所規(guī)定的連續(xù)作業(yè)場所濕球溫度27 ℃閾值,影響了工作人員的工作效率和身心健康。

為進(jìn)一步探究井下柴油機(jī)設(shè)備使用對巷道內(nèi)熱流分布的影響,基于Ventsim 熱模擬平臺開展井下-570 m 中段運輸主巷柴油機(jī)設(shè)備運行對巷道環(huán)境影響的模擬。同時,對比通風(fēng)優(yōu)化方案前后的熱模擬結(jié)果,探究通風(fēng)效果的改善對井下熱環(huán)境的影響。

-570 m 主巷運輸采用XD950 型號的井下裝載機(jī),具體工作參數(shù)見表6。

表6 XD950 井下裝載機(jī)工作參數(shù)Table 6 Working parameters of XD950 downhole loader

(1)通風(fēng)優(yōu)化前。實地調(diào)查中,-570 m 中段運輸巷平均斷面面積為20.34 m2,目前安排了2 臺井下裝載機(jī)進(jìn)行鏟裝工作,因此熱源設(shè)定為2 臺柴油機(jī),熱源屬性為點熱源,柴油機(jī)工作效率取35%,平均使用率取50%,工作路面為運輸平巷,勢能轉(zhuǎn)換率取0%。將這些參數(shù)輸入Ventsim 熱模擬計算器中,得到柴油熱源的估計顯熱為148.7 kW、潛熱82.7 kW。將計算參數(shù)賦值給-570 m 中段運輸平巷,將運輸平巷圍巖參數(shù)設(shè)定為輝長巖,系統(tǒng)自動賦予輝長巖的導(dǎo)熱參數(shù),巷道進(jìn)路初始?xì)饬鳁l件設(shè)定為濕球溫度20.0 ℃,干球溫度30.0 ℃,氣體濕度36.1%,風(fēng)流速度1.3 m/s。條件設(shè)置完成后,運行熱模擬,計算完成后顯示運輸巷道熱參數(shù),計算結(jié)果見表7。

表7 -570 m 中段運輸巷道熱模擬結(jié)果Table 7 Thermal simulation results of -570 m level transport roadway

從模擬結(jié)果可以看出,井下柴油機(jī)運輸設(shè)備的工作對巷道的整體溫度有提升效果,以運輸巷柴油鏟運機(jī)為核心,臨近巷道(運輸巷進(jìn)風(fēng)路)的風(fēng)流濕球溫度提升了7.1 ℃,運輸巷本身的風(fēng)流溫度相較初始?xì)饬鳒囟忍岣吡?0.2 ℃,模擬結(jié)果與實際調(diào)查結(jié)果較好貼合。說明柴油鏟運機(jī)在工作的過程中,不僅對巷道本身與巷道下風(fēng)方向的氣流造成了升溫影響,也同時對附近整體的巷道進(jìn)行了升溫。

(2)通風(fēng)優(yōu)化后。在Ventsim 平臺中完成通風(fēng)優(yōu)化措施后,-570 m 運輸巷的風(fēng)流速度從1.1 m/s 增至2.1 m/s,保持其他參數(shù)不變并進(jìn)行熱模擬,前后模擬對比結(jié)果如圖8所示。

圖8 通風(fēng)優(yōu)化前后熱模擬對比Fig.8 Comparison of thermal simulation before and after ventilation optimization

優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)后-570 m 中段濕球溫度均降低至《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》要求閾值以下,各處模擬地點平均降溫3.4 ℃,滿足礦山生產(chǎn)需求。

綜合模擬分析與前文調(diào)查結(jié)果,可以表明,在地?zé)崽荻日５牡赜?金屬礦床埋深達(dá)到700 m時,井下開采所面臨的熱害問題仍然主要取決于大型設(shè)備的運轉(zhuǎn)和通風(fēng)情況的好壞,由地溫梯度所導(dǎo)致逐漸升高的巖壁溫度并非是井下開采過程中熱害問題的主要成因。因此,對于國內(nèi)目前大部分地下礦山的開采而言,熱害的主要治理方案應(yīng)集中在改善礦區(qū)通風(fēng)和減少大型柴油機(jī)械設(shè)備的使用上,使用高功率設(shè)備作業(yè)時輔以相應(yīng)的冷卻措施也較為合理。

6 結(jié) 論

(1)針對程潮鐵礦目前的通風(fēng)系統(tǒng)開展了詳細(xì)調(diào)查,建立了貼合工程實際的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型,對模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了流向、風(fēng)量2個參數(shù)的對比校驗,在充分驗證模型可靠性的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)其通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題并提出了優(yōu)化方案。

(2)將-430 m 中段東區(qū)5 號、6 號、7 號穿脈中與-360m 中段相連的通風(fēng)井封堵,以減小通往-360 m中段的回風(fēng)風(fēng)量,從而使通往-500 m 中段的4 306、4 307 風(fēng)井中的風(fēng)量增加,模擬結(jié)果表明-500 m 中段進(jìn)風(fēng)量可增加15.3 m3/s。

(3)在-447 m 中段2#電梯井與新回風(fēng)井相連處加裝風(fēng)門,使得原本通過電梯井流向-447 m 中段新回風(fēng)井的新鮮風(fēng)流從48.2 m3/s 減少至12.5 m3/s。打開-500 m 中段措施井馬頭門處安裝的風(fēng)門,對比未開風(fēng)門時新鮮風(fēng)流量增加21.2 m3/s。

(4)對井下各中段進(jìn)行了氣流與巷道壁面溫度調(diào)查,得出-570 m 中段熱害主要成因為大型柴油鏟運機(jī)設(shè)備使用以及通風(fēng)效果不佳。開展了-570 m 中段運輸主巷柴油機(jī)設(shè)備運行對巷道環(huán)境影響的熱模擬研究,進(jìn)行了通風(fēng)優(yōu)化前后的熱模擬對比,結(jié)果表明風(fēng)速自1.1 m/s 增至2.1 m/s 后各處模擬地點平均降溫3.4 ℃,證明了通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化對程潮鐵礦-570 m 中段熱害的治理效果,同時為國內(nèi)大部分地下開采礦山的井下熱害治理工作提供一定參考。