分区联合通风方案在深部矿山开采中的应用

0引言

矿井通风系统是井下安全生产的重要保障，是确保井下作业人员生命安全、促进企业高效生产的先决条件［1-3］。随着矿井向深部开采，许多矿山企业原有的通风系统已经不能满足安全生产要求［4-5］。
    湖南黄金洞矿业有限责任公司位于湖南省平江县黄金洞乡境内，是集采、选为一体的大型矿山企业，主要产品为金精矿［6］。公司所属金塘矿段已有较长的开采历史，之前一直利用主、副斜井及与地表相通的采空区高差形成的自然通风系统服务于井下生产，随着矿井向深部延展，自然通风系统已经越来越不能满足安全生产对通风的需求。本研究在剖析原有通风系统问题的前提下，提出了适用于本矿井的分区联合通风系统改造方案，并在生产实践中取得了良好的效果。
1矿山原通风系统和存在的问题
    黄金洞金矿金塘矿段自投入生产以来，一直未建立完整的机械通风系统，仅利用原有的主斜井、盲副斜井及与地表贯通的采空区形成的受气候条件影响大的自然通风系统，工作面通风则采用局扇将风送入工作面。经测定，总进风量为15m3/s，该风量已远不能满足生产需求，近来，井下已多处出现通风不良现象。同时，自然通风系统不能控制系统内稳定的风流流向，随气候变化，还出现风流反向现象，原有通风系统已不能适应矿山安全生产要求。
    原通风系统存在的主要问题有:
    (1)简易的自然通风系统通风风量少，且不稳定，随天气变化而变化，当春夏或秋冬地面温度和井下温度基本一致时，井下自然通风的风量将很少，远不能满足通风降尘和排炮烟的要求。
    (2)自然通风随天气变化，其风压大小、风流方向也随之发生变化，导致风流、风量难以控制。
    (3)采场大都采用局扇通风，污风有时又回到进风道，在自然风压作用下风流无序流动，常形成循环风流，污风乱串，致使风质差，无法形成有组织的进回风系统。
2通风系统改造
2．1通风系统改造方案
    根据矿井通风改造遵循的原则并结合矿山实际，提出并实施了新的通风系统改造方案。
    (1)该矿井当前的自然通风方式不能满足安全生产对通风要求，必须采用机械通风，为了便于管理，减少入风井漏风，宜采用抽出式通风系统。
    (2)充分利用3条矿脉已形成的井巷工程布置和通风井巷工程，同时为确保主要运输巷道不受污染，采用分区联合通风方案，即3号脉为一个通风分区(1号通风分区)，1号脉为一个通风分区(2号通风分区)，301号脉为一个通风分区(3号通风分区)，3号脉的东部和301号脉的西部共用通往地表的回风系统，3号脉的西部和1号脉共用通往地表的回风系统，3号脉和301号脉共用进风系统。采用分区联合通风系统具有风路短、阻力小、网络简单、风流易于控制等优点。
    (3)在保证完成采掘计划的前提下，尽可能缩短生产战线，生产中段集中在2～3个中段进行作业，以利于矿井安全生产、通风管理和风量的合理调配。
    (4)在充分利用原有井巷的基础上，中段通风网路在严格遵守采矿顺序基础上确定为上行阶梯式通风网路，当采用多中段作业不能形成上行阶梯通风网路时，可结合矿山生产实际采用上下行间隔式通风网路。
    (5)为了搞好通风安全技术管理，必须建立通风安全管理机构，配备必要的仪器设备、通风安全管理人员。

(6)根据本矿的具体情况，为了应急处理意外安全事故，需要配备矿井安全救护器材，完善事故应急救援预案和相关设施。
    分区联合通风方案示意图如图1所示，新鲜风从斜井或者盲斜井进入各中段，流经采场后形成污风，污风汇聚到回风井，最后利用风机抽出回风井中的污风，将其排到地表外。

2．2通风参数计算
    (1)总风量。矿段所需风量采用分项计算得出，总风量计算公式为:

 

式中，Qt为矿井总风量，m3/s;QS为采场所需风量，m3/s;QC为备用采场所需风量，m3/s;Qd为掘进工作面所需风量，m3/s;Qr为各类硐室所需风量，m3/s;k为矿井风量备用系数，取k=1．25，考虑漏风系数取1．25。3个通风分区的总有效风量和总风量见表1。

    (2)通风阻力。风流流经的线路为:入风口———斜井或通风平巷———中段石门———脉外通风运输大巷———穿脉———顺路天井———采场工作面———回风天井———回风穿脉———中段回风道———通风天井———地表。通风阻力计算中其摩擦阻力按下式计算:

式中，hf为井巷摩擦阻力，Pa;α为井巷摩擦阻力系数，N·s2/m4;L为井巷长度，m;P为井巷周边长度，m;S为井巷断面积，m2;Q为井巷中流过的风量，m3/s。
    总局部阻力和正面阻力按摩擦阻力的20%进行计算。计算得出通风容易时期和困难时期3个通风分区的通风阻力如表2所示。

    (3)自然风压。因容易时期自然风压不可忽略，故须计算困难时期和容易时期的自然风压，因H＞100m，按等温过程计算:

 
 

式中，K为校正系数，K=（1+Z）/10000;P0为当地井口大气压力，Pa，取750mmHg柱;T1，T2为进风井、排风井空气柱平均绝对温度，K;Z为井的深度，m。
    在通风容易时期，1号脉井深344m，3号脉1号斜井以西部分井深394m，3号脉1号斜井以东部分井深400m，301号脉井深440m;在通风困难时期，1号脉井深404m，3号脉1号斜井以西部分井深514m，3号脉1号斜井以东部分井深520m，301号脉井深520m。通风容易和困难时期的自然风压计算结果如表3所示。

2．3主扇风机选择
    (1)风机风量的计算公式为:

式中，Q为风机风量m3/s；Q为矿井所需风量m3/s；k为通风装置的风量备用和漏风系数，取k=1．1。
    (2)主扇风机全压的计算公式为:

 
 

式中，hf为扇风机全压，Pa;ht为矿井总阻力，Pa;Hn为与扇风机作用相反的自然风压，Pa;hr为扇风机装置阻力之和，取hr=150Pa;hv为风流到大气出口的动压损失(作用很小可忽略)，Pa。
    由于3个通风分区的困难时期的风量较大，风机选择时均以通风困难时期阻力计算结果为依据，3个通风分区在容易时期和困难时期的风机风量和风机全压见表4。

    (3)主扇风机确定。根据3个通风分区主扇风机计算的风量和风压，3个分区的风量虽然不同，但通风阻力基本相同，为便于管理和风机工况一致，避免风机相互干扰，取3个分区的风机型号一致，为DK45－6－No16型矿用节能通风机，转速为980r/min。
3通风系统改造后的应用效果
    本次通风系统改造采用高效节能轴流风机，有效提高了矿井风量和控制风流方向，彻底消除了自然通风带来的风流控制困难、风量小、有害气体排出缓慢的问题，能适应矿井不同生产时期的需要。通风系统改造后井下各工作面空气中CO、CO2有毒有害气体浓度为国家标准规定限制以下，消除井下生产的安全隐患。粉尘浓度达到标准限制以下的合格率超过80%，降低矿工职业病发病率，保障矿工的生命和身体健康，提高作业效率，具有较好的社会效益和间接的经济效益。
4结论
    针对金塘矿段原有矿井通风网络和生产状况，对其进行通风系统改造。为了充分利用已经形成的井巷工程和通风井巷工程，确定采用分区联合通风方案，各分区的风机均为DK45－6－No16型轴流风机。通风系统改造完成后，通风量能满足排尘和排炮烟的要求，矿井通风质量得到改善，通风系统能适应矿井不同时期通风安全的需要。该方案有效减少新掘专用通风工程，取得了良好的经济效益，同时，也为类似矿井的通风系统改造提供新的思路。
参考文献:
［1］詹俊，刘祖文，朱易春，等．某金属矿矿井通风系统测定与评价［J］．有色金属(矿山部分)，2015(01):74-76，94．
［2］罗俊杰，周建庭．锡矿山南矿矿井通风特点及面临的问题与对策［J］．采矿技术，2008，8(01):81-83．
［3］吴嗣兴，吴炜，焦锋．矿山通风系统改造的探讨［J］．山东工业技术，2015(11):81，149．
［4］康宝伟，王贻明，吴爱祥，等．某矿深部开拓复杂通风系统优化［J］．矿业研究与开发，2013，33(01):80-83．
［5］安文杰，贠建林．龙首矿主扇通风方式的选择［J］．采矿技术，2012，12(01):30-31，56．
［6］冯壹，刘方求，郑剑洪．难采厚大破碎矿体采矿方法试验研究［J］．采矿技术，2011，11(06):9-10，29．

文章作者：冯 壹，肖旭峰，陈 伟；湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南 岳阳市 410400；  
文章来源：《采矿技术》：2016,16（3）；
版权所有：

Single hook electric Cable Hoist , monorails, single speed Electric Hoist or electric single speed hoist crane,

and used for the industrial remote control which are under 6 connection

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