侯垣麒 魯智勇 吳冷峻
(1.蕪湖和成礦業(yè)發(fā)展有限公司;2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室;4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)
通過礦井通風系統(tǒng)可將新鮮風流送入井下、稀釋與排出有毒有害氣體,達到改善井下工作環(huán)境的目的[1-2]。安徽龍?zhí)裂罔F礦采用副井進風、措施井回風的單翼對角通風方式,由于回風機站設置不合理、通風構(gòu)筑物缺失等因素,導致井下風流紊亂、總風量不足,通風系統(tǒng)無法滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 16423—2006)要求[3]。本研究針對該礦井下通風系統(tǒng)存在的問題,對通風優(yōu)化方案進行設計和優(yōu)選。
龍?zhí)裂罔F位于長江西岸,與蕪湖市隔江相望,相距約10 km。礦山采用地下開采方式以及豎井開拓方式,共設計有主井、副井、南北兩翼回風井、措施井5條豎井(表1)。全礦設有-120,-180,-240,-320,-400,-480 m 6個中段水平,其中-120 m為回風中段水平,采礦方法包括上向分層膠結(jié)充填采礦法、中深孔鑿巖分段出礦嗣后充填采礦法和淺孔房柱嗣后充填采礦法。東埂礦區(qū)和金龍礦區(qū)-180 m 中段以上采用上向分層充填法;金龍礦區(qū)傾角小于30°且厚度小于8 m的礦體采用房柱嗣后充填法;其余采用分段空場嗣后充填法,其中水平厚度小于15 m的礦體工作面沿礦體走向布置,厚度大于15 m的礦體工作面垂直礦體走向布置。礦山現(xiàn)階段采用單翼對角通風方式,新鮮風流由副井進入井下,清洗工作面后,污風由措施井排出地表,回風機站設置于-240 m水平。
表1 各井筒主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)該礦生產(chǎn)計劃,北翼回風井尚未與-240 m北回風巷貫通,且南翼回風井暫不施工,因此目前該礦缺少專用回風井?,F(xiàn)階段礦山新鮮風流由副井-240 m 水平進入,清洗工作面后的污風匯集到-240 m 回風機站,由措施井聯(lián)巷進入措施井。其中一部分污風經(jīng)措施井排出地表,另一部分污風由措施井返回至-280,-320 m水平。該部分污風經(jīng)過采場回風天井或副井重新進入-240 m水平,形成污風循環(huán)風路。該礦在-240 m措施井石門安裝了1臺K45-4-№15風機(200 kW),葉片安裝角度為40°,運行頻率為25 Hz。
通過對該礦通風系統(tǒng)進行檢測,發(fā)現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)存在的問題有:①礦井總風量不足,經(jīng)檢測該礦實際總風量為10.78 m3/s,無法滿足井下生產(chǎn)作業(yè)實際需風量要求;②污風循環(huán),由于-320 m水平措施井石門缺少通風構(gòu)筑物或調(diào)節(jié)輔扇,導致通過-240 m 回風機站的風量有一部分未排出地表而進入-320 m水平,造成污風循環(huán);③采區(qū)缺少進、回風工程,-280 m作業(yè)水平由于缺乏進、回風通路,僅能用風筒從地表引入新鮮風流供給作業(yè)面,-260 m 水平北部作業(yè)區(qū)缺少新鮮風源,整個水平作業(yè)環(huán)境極差。由于上述問題的存在,導致該礦井下通風效果較差,不符合《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 16423—2006)要求[3]。
在計算礦井總風量時,一般按照排塵風速計算各工作面風量總和,再乘以風量備用系數(shù)來確定礦井總需風量[4-5]。本研究礦井需風量計算結(jié)果見表2。
表2 礦井需風量計算結(jié)果
經(jīng)表2計算,礦山總需風量為42.72 m3/s,考慮到漏風以及后期生產(chǎn)變動等因素,實際礦井總風量需乘以風量備用系數(shù)1.2,則該礦的總需風量為51.26 m3/s。
本研究在設計通風系統(tǒng)優(yōu)化方案時,仍保持-240 m 水平回風機站位置不變,著重解決系統(tǒng)總風量不足與-320 m水平風流反向、污風循環(huán)的問題。結(jié)合礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀與下一步規(guī)劃,設計出如表3所示的3種通風優(yōu)化方案。
分析表3可知:雖然方案Ⅲ有助于解決-320 m水平風流反向問題且所需費用較低,但風門存在會影響-320 m水平運輸,故舍棄。考慮到礦山現(xiàn)有的輔扇風機型號為K45-6-№14,可用于方案Ⅰ中,從而可以節(jié)省風機購買費用;在風機安裝時,內(nèi)襯降噪材料,可解決噪音問題。因此,本研究最終選定方案Ⅰ對龍?zhí)裂罔F礦井下通風系統(tǒng)進行優(yōu)化,該方案中的風機性能參數(shù)見表4。
表3 通風優(yōu)化方案特點
表4 K45-6-№14風機性能參數(shù)
在設計K45-6-№14輔扇風機葉片安裝角時,本研究提出了3種方案,各方案風機葉片安裝角分別為40 °、35 °、30 °。使用3DMine軟件繪制了龍?zhí)裂罔F礦通風系統(tǒng)圖,并利用Ventsim三維通風動態(tài)仿真模擬系統(tǒng)對通風系統(tǒng)進行了模擬解算,以選擇最優(yōu)通風方案[6-10]。各方案的通風網(wǎng)絡解算結(jié)果見表5。
表5 各方案通風網(wǎng)絡解算結(jié)果
由表5可知:3種方案總風量都可以滿足礦山生產(chǎn)需風量要求(51.26 m3/s),為減少后期風機葉片角度調(diào)整工作,最終選擇K45-6-№14輔扇風機葉片安裝角為40°,即方案1。方案1對應的機站風機運行狀況見表6。
分析表6可知:優(yōu)化后的系統(tǒng)總風量為70.25 m3/s,其中主井進風量為36.50 m3/s,副井進風量為53.75 m3/s,總風量可滿足要求。在方案實施過程中,可對風機進行變頻控制,降低運行頻率,在確??傦L量滿足要求的前提下盡可能降低能耗。
表6 機站風機運行狀況
針對龍?zhí)裂罔F礦通風系統(tǒng)存在的問題,結(jié)合礦山實際情況,計算了龍?zhí)裂罔F礦所需風量,設計出在-320 m水平增加無風墻輔扇的通風系統(tǒng)優(yōu)化方案,并完善了-240 m水平通風構(gòu)筑物,經(jīng)三維通風軟件模擬解算,確定了最優(yōu)風機葉片安裝角為40°。優(yōu)化后礦井通風效果明顯改善,系統(tǒng)總風量可由10.78 m3/s提高至70.25 m3/s,可有效解決該礦井下通風系統(tǒng)總風量不足以及風流反向的問題。
參 考 文 獻
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