大紅山鐵礦400萬t/a二期通風(fēng)系統(tǒng)合理供風(fēng)量研究

高 偉

(玉溪大紅山礦業(yè)有限公司, 云南 玉溪市 653405)

0 引 言

對(duì)一個(gè)具體的工作面來說，供風(fēng)量過多或者過少都是不合理的。最合理的狀態(tài)就是供風(fēng)量與需風(fēng)量基本相符，適當(dāng)留有一定備用系數(shù)。同樣，對(duì)于整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)來說，最合理的狀況是礦井供風(fēng)量與全部工作面總需風(fēng)量基本相等，并使大部份工作面的供風(fēng)量與需風(fēng)量基本相符。即從各個(gè)微觀工作面，以至到整個(gè)宏觀通風(fēng)系統(tǒng)，做到風(fēng)量供需平衡。然而，將質(zhì)量和數(shù)量符合要求的新風(fēng)供入井下并按需分配給每一個(gè)工作面，是一項(xiàng)艱難的系統(tǒng)工程，必須投入相當(dāng)?shù)呢?cái)力、物力和人力：(1) 必須投資開鑿與風(fēng)量大小相適宜的通風(fēng)井巷；(2) 必須購(gòu)置與風(fēng)量大小及礦井風(fēng)阻匹配的通風(fēng)設(shè)備； (3) 必須消耗與風(fēng)量三次方成正比的電能； (4) 必須投入與風(fēng)量大小相配的管理工作。

通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)耗功率與風(fēng)量、巷道斷面面積、斷面周長(zhǎng)、長(zhǎng)度存在如下關(guān)系：

(1)

式中：N—功率，kW；

α—摩擦阻力系數(shù)，N.s2/m4；

Q—風(fēng)量，m3/s；

P—周長(zhǎng)，m；

L—巷道長(zhǎng)度，m；

S—面積，m2。

礦井的供風(fēng)量是以建設(shè)投資、運(yùn)行費(fèi)用及有效管理為代價(jià)換取的，故設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算合理的供風(fēng)量是解決礦山安全生產(chǎn)與投資和運(yùn)行費(fèi)矛盾的重要環(huán)節(jié)。

1 一期工程通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

1.1 各項(xiàng)通風(fēng)指標(biāo)分析

400萬t/a一期通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)測(cè)進(jìn)風(fēng)量為529.34 m3/s；回風(fēng)量為566.71 m3/s；風(fēng)量供需比大于1.4；年產(chǎn)萬噸耗風(fēng)量1.416 m3/s/萬t/a，現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)效果未達(dá)到預(yù)定的效果。

1.2 影響因素分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析，導(dǎo)致通風(fēng)效果沒有達(dá)到預(yù)期的原因如下：

(1) 2006年400萬t/a工程投產(chǎn)后即展開擴(kuò)產(chǎn)工程，必然要占用部分400萬t/a一期通風(fēng)系統(tǒng)資源；

(2) 大紅山鐵礦井下大量采用無軌設(shè)備運(yùn)輸?shù)V渣，隨著擴(kuò)產(chǎn)工程的展開，柴油設(shè)備增加，而運(yùn)渣車輛全部從斜坡道運(yùn)行，導(dǎo)致斜坡道中新鮮風(fēng)流被污染，風(fēng)溫較高，溫度長(zhǎng)時(shí)間在30℃以上，風(fēng)流進(jìn)入工作面后導(dǎo)致工作面通風(fēng)效果差；

(3) 大紅山鐵礦屬高地?zé)岬V床，據(jù)地勘報(bào)告鉆孔測(cè)溫資料反映，深部鐵礦地溫在45℃以上，新掘進(jìn)的巷道釋放大量熱量使工作面溫度升高；

(4) 由于大紅山地區(qū)夏秋季節(jié)地面溫度在30℃以上，最高達(dá)到43℃，經(jīng)巷道吸熱后到達(dá)工作面的風(fēng)流溫度也在28℃以上；

(5) 一期溜破系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量不足，破碎硐室(110 m2)、兩個(gè)卸載站(42 m2)和采1號(hào)膠帶(26 m2)總斷面為178 m2，回風(fēng)量只有56 m3/s，不能滿足卸載、破碎、膠帶運(yùn)輸?shù)呐艍m風(fēng)量。

2 二期工程通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)量研究

二期工程通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)量計(jì)算吸取一期工程的經(jīng)驗(yàn)，在二期設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮各項(xiàng)影響因素計(jì)算合適的供風(fēng)量。按照0.25 m/s的排塵風(fēng)速計(jì)算破碎系統(tǒng)的需風(fēng)量(見表1)；同時(shí)，考慮新斜坡道回風(fēng)量，以將斜坡道中的汽車尾氣直接排入回風(fēng)井，不讓其進(jìn)入工作面污染采區(qū)，斜坡道斷面18.3 m2，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)至少產(chǎn)生4 m/s的風(fēng)速才能排走斜坡道中尾氣而不會(huì)讓模糊視線，即新斜坡道中的回風(fēng)量為73.2 m3/s。

2.1 按照柴油設(shè)備作業(yè)臺(tái)數(shù)計(jì)算礦井供風(fēng)量

2.1.1 采區(qū)需風(fēng)量

通過現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，對(duì)井下運(yùn)行的各無軌柴油設(shè)備進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)設(shè)備型號(hào)和每臺(tái)柴油設(shè)備的時(shí)間利用系數(shù)，參考《金屬礦井通風(fēng)防塵設(shè)計(jì)參考資料》和《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，每臺(tái)柴油設(shè)備的供風(fēng)量選取4.08 m3/kW·min[1,3]，確定各無軌柴油設(shè)備的單臺(tái)需風(fēng)量見表2所示。

表1 無柴油設(shè)備區(qū)域按排塵風(fēng)速計(jì)算總需風(fēng)量

經(jīng)過井下現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域統(tǒng)計(jì)，按照無軌柴油設(shè)備同時(shí)運(yùn)行數(shù)量和運(yùn)行區(qū)域，計(jì)算采區(qū)需風(fēng)量見表3所示。

表2 礦井柴油設(shè)備需風(fēng)量計(jì)算

2.1.2 供風(fēng)系數(shù)

大紅山鐵礦屬于高地?zé)岬V床，在選取供風(fēng)系數(shù)時(shí)考慮到通風(fēng)降溫的作用，取地?zé)峤禍叵禂?shù)1.15，以緩解井下高溫?zé)岘h(huán)境；二期工程采礦方法是無底柱分段崩落法，與地表露天坑和其它采區(qū)之間存在較多漏風(fēng)點(diǎn)，考慮礦井漏風(fēng)系數(shù)1.15；井下幾個(gè)采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)相互連接并考慮到殘礦回收等因素，計(jì)算供風(fēng)量時(shí)考慮分風(fēng)不均衡及備用系數(shù)1.15。

綜上所述，大紅山鐵礦二期通風(fēng)系統(tǒng)的供風(fēng)系數(shù)為：

1.15×1.15×1.15=1.52。

2.1.3 礦井總供風(fēng)量

礦井總風(fēng)量為各采掘工作面、硐室與其他需風(fēng)量及礦井漏風(fēng)量之總和。

礦井總供風(fēng)量=(柴油設(shè)備區(qū)域總需風(fēng)量+無柴油設(shè)備區(qū)域總需風(fēng)量)×供風(fēng)系數(shù)+斜坡道中直接回入回風(fēng)井的風(fēng)量=(403.6+82)×1.52+73.2=811.31 m3/s。

2.2 按照井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算礦井供風(fēng)量

根據(jù)大紅山鐵礦勞動(dòng)定額，井下同時(shí)工作的最多人數(shù)為700人，參考《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》，每人每分鐘供風(fēng)量不小于4 m3，計(jì)算取4.5 m3/min.人[3]。

按照井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算大紅山鐵礦二期通風(fēng)系統(tǒng)礦井總需風(fēng)量為：

Q=700×4.5/60=52.5 m3/s

根據(jù)井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算礦井總需風(fēng)量52.5 m3/s，供風(fēng)系數(shù)和斜坡道需風(fēng)量按2.1節(jié)計(jì)算結(jié)果，分別取1.52和73.2 m3/s，則按照井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算礦井需風(fēng)量為：

Q=52.5×1.52+73.2 =153.0 m3/s

分別按照柴油設(shè)備作業(yè)臺(tái)數(shù)和井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算礦井需風(fēng)量為811.31 m3/s 和153.0 m3/s，按照兩者計(jì)算結(jié)果取大者，研究確定大紅山鐵礦二期工程通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量為811.31 m3/s。

3 結(jié) 論

計(jì)算確定大紅山二期過程通風(fēng)系統(tǒng)總供風(fēng)量811.31 m3/s,400萬t/a二期工程產(chǎn)量按520萬t/a建設(shè)，萬噸耗風(fēng)量為1.56 m3/s/萬t/a(大型礦山年產(chǎn)萬噸耗風(fēng)量在0.75～1.5)，因大紅山鐵礦礦區(qū)氣溫、地溫及生產(chǎn)工藝等特殊因素，故供風(fēng)量應(yīng)比一般礦山大。以總供風(fēng)量811.31 m3/s進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)選型，才能滿足二期工程安全生產(chǎn)的要求。

表3 有柴油設(shè)備區(qū)域計(jì)算總需風(fēng)量

參考文獻(xiàn)：

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