不完全多級機站通風系統(tǒng)的應用

趙小稚，王劼

(山東理工大學，山東淄博 255049)

不完全多級機站通風系統(tǒng)的應用

趙小稚，王劼

(山東理工大學，山東淄博 255049)

運用系統(tǒng)思想和方法，在深入分析多級機站通風系統(tǒng)的特點及其生產(chǎn)實踐的基礎上，為解決多礦體開采通風問題提出了“不完全多級機站礦井通風系統(tǒng)”的概念，在某黃金礦山實際應用的情況表明，各項通風質(zhì)量指標及效益指標有了全面的改善和大幅度的提升，風量合格率增幅達58.1%，有效風量率為原來的6倍，通風成本降低了42%。對不完全多級機站通風系統(tǒng)所做的理論探討說明，這種通風系統(tǒng)對多個規(guī)模較小礦體，埋藏不深，形態(tài)不規(guī)則，且分散分布的礦床具有很好的適應性。

不完全多級機站;通風系統(tǒng);無風墻風機;礦用節(jié)能風機;分區(qū)通風

1 引言

20世紀80年代初，我國冶金礦山在總結(jié)本國通風技術的基礎上，借鑒瑞典基魯納(Kiruna)鐵礦的經(jīng)驗，提出了多級機站通風的方法［1］。多級機站通風系統(tǒng)具有通風阻力分布均勻，分區(qū)通風可調(diào)性好，功耗少節(jié)能顯著的優(yōu)點，是一種先進的通風方法。另一方面，我國風機行業(yè)研制的K系列礦用節(jié)能通風機為多級機站通風系統(tǒng)推廣應用做出了很大貢獻。K系列風機采用新型高效機翼型扭曲葉片，安裝角度可調(diào)，敷設穩(wěn)流環(huán)裝置使氣動性能曲線無駝峰，底座上可配帶軸向移動的車輪。因此，具有高效低噪、高效區(qū)寬、性能穩(wěn)定、結(jié)構簡單、安裝容易、使用方便等優(yōu)點，同時具有顯著的節(jié)能效果。經(jīng)過十多年的努力，目前多級機站通風技術已日趨成熟，已在冶金、有色金屬、黃金等礦山系統(tǒng)得到應用。特別是近幾年發(fā)展更快，一些大型的新建礦山和擴建礦山，如北銘河、梅山、樺樹溝、程潮、弓長嶺等礦幾乎全采用了此通風方式［2］，取得了明顯的通風效果和顯著的經(jīng)濟效益。

一個完整的多級機站通風系統(tǒng)由4級機站組成［3］:

Ⅰ級機站:為壓入式機站，機站設置于系統(tǒng)的進風段，新鮮風流經(jīng)它引導進入井下。

Ⅱ級機站:起通風壓力接力和井下作業(yè)區(qū)引風的作用，是保證作業(yè)區(qū)供風的主要風機，即其直接作用對象是井下采礦作業(yè)區(qū)。

Ⅲ級機站:為抽出式風機，在采區(qū)的回風部分，直接將采區(qū)的污濁空氣排出。

Ⅳ級機站:是通風系統(tǒng)的總回風機站，其作用是防止自然風流的干擾，防止風流在回風系統(tǒng)中無序流動。它將各采區(qū)排出的污風排至地表。

除此之外，在風阻比較大的區(qū)段，可增加部分附加機站。

2 問題的提出

對于多個規(guī)模比較小，埋藏不深，形態(tài)不規(guī)則的，且分散分布的礦體而構成的開采井田，如何建立其礦井通風系統(tǒng)，歷來是礦井通風工程中不易解決的問題。多級機站礦井通風系統(tǒng)的靈活應用為解決這一問題提供了很好的途徑。

系統(tǒng)具有層次性，層次的多少與系統(tǒng)規(guī)模大小、系統(tǒng)復雜程度等相聯(lián)系，層次過多則每個層次作用幅度太小會使系統(tǒng)的有效度降低，層次過少則每個層次作用幅度太大而使系統(tǒng)的可靠度降低，基本原則是能使系統(tǒng)有效高效運行的層次應該是最少的［4］。對于多級機站礦井通風系統(tǒng)，機站的級數(shù)可以是4級、3級和2級，應在滿足通風及風量調(diào)節(jié)的前提下盡量減少，這樣可以減化系統(tǒng)的管理工作，提高系統(tǒng)的運行效率。因此，相對于一個完整的多級機站通風系統(tǒng)，我們把2級和3級機站系統(tǒng)統(tǒng)稱為“不完全多級機站礦井通風系統(tǒng)”;根據(jù)實際通風條件，各級機站還可以有不同的組合，如2級機站，可以采用壓抽混合的機站設置，也可以是兩級機站串聯(lián)抽出式工作等。

根據(jù)實際應用，不完全多級機站礦井通風系統(tǒng)能夠較好地適應礦區(qū)多個規(guī)模較小礦體且地質(zhì)條件復雜的開采特點。

3 應用實例

由于多礦體的分散性及礦體形態(tài)的復雜性，蠶莊金礦上莊礦區(qū)投產(chǎn)后的10余年中實際上未能建立起有效的通風系統(tǒng)。礦井部分區(qū)段以機械通風為主，而有些區(qū)段要依靠自然通風，通風系統(tǒng)紊亂，有效風量率低，能耗浪費嚴重，主要通風井巷通風阻力過大，井下通風條件差，通風系統(tǒng)管理難度大，嚴重影響了企業(yè)的安全生產(chǎn)和正常發(fā)展。因此該礦與有關單位合作研究，于近年對礦井通風系統(tǒng)進行了改進和優(yōu)化。

如果采用4級機站通風系統(tǒng)，則單級機站的控制距離就會很小，機站比風壓相應很低，致使機站風機在低風阻狀態(tài)下工作，造成通風機運轉(zhuǎn)效率低下，同時也增加了通風工程的投資。根據(jù)單級機站合理的控制范圍，以及節(jié)省投資、便于管理的原則，上莊礦區(qū)采用了2級機站系統(tǒng)，即“不完全多級機站通風系統(tǒng)”?？紤]到礦井回風系統(tǒng)易于維護的實際情況，不完全多級機站通風系統(tǒng)的具體方案是:設置Ⅲ級和Ⅳ級機站，Ⅲ級機站使用6臺K40－6－NO8 (2.2kW)通風機，作抽出式工作，抽出作業(yè)區(qū)的污濁空氣，同時將新鮮空氣引入各采場;Ⅳ級機站采用1臺K40－6－NO13(30kW)通風機作抽出式工作，將Ⅲ級機站各風機抽出的污風再抽排至地表;Ⅲ級機站為無風墻風機機站。通風系統(tǒng)參看圖1。

圖1 蠶莊金礦上莊礦區(qū)不完全多級機站通風系統(tǒng)圖

4 應用效果分析

這種不完全多級機站通風系統(tǒng)不僅減少了機站級數(shù)和風機臺數(shù)，簡化了管理工作，而且使各機站能在經(jīng)濟合理范圍內(nèi)工作，降低整個通風系統(tǒng)的能耗，提高了風機運轉(zhuǎn)效率，在建立和完善礦井通風系統(tǒng)方面，對其它多礦體開采的礦山也有一定的借鑒作用。

4.1 機站風壓的合理性

在機站內(nèi)，風機的型號和機站的配置形式?jīng)Q定了機站的風量和風壓。有專家提出用機站比風壓來描述機站風壓的合理性［3］。所謂機站比風壓是指機站的全壓與機站風量的比值，單位為Pa·s/m3。對于K系列節(jié)能風機，當風機轉(zhuǎn)速依次為1450、980、750r/min時，機站比風壓的合理取值范圍依次為20～40、10～20、6～12 Pa·s/m3，如此才能使風機的工況點落在高效區(qū)域。另外，K系列風機有3種轉(zhuǎn)速，即A轉(zhuǎn)速為1450r/min，B轉(zhuǎn)速為980r/min，C轉(zhuǎn)速為750r/min。上莊礦區(qū)改進后的通風系統(tǒng)選用B轉(zhuǎn)速的K系列風機，這是因為A轉(zhuǎn)速的風機轉(zhuǎn)速高、風壓大，對于低阻力礦井通風系統(tǒng)來說，單級機站控制的范圍過大，況且A轉(zhuǎn)速風機噪聲也大;C轉(zhuǎn)速風機風量較小，選出的風機尺寸偏大，會造成設備投資浪費。例如，經(jīng)計算，上莊礦區(qū)通風系統(tǒng)中Ⅲ級機站比風壓為16.02 Pa·s/m3，而Ⅳ級機站比風壓略為偏大。因此，機站風壓總體上看是基本合理的。

4.2 機站內(nèi)風機數(shù)量的合理性

機站內(nèi)風機數(shù)量主要是針對Ⅲ級機站而言的。首先，由于上莊礦區(qū)為多礦體分散分布的地質(zhì)條件，這種條件必然會影響礦山生產(chǎn)的均衡性。Ⅲ級機站配置6臺K40－6－NO8風機，即機站內(nèi)采用多臺風機并聯(lián)的配置形式，其主要考慮是當產(chǎn)量發(fā)生變化時，可以通過調(diào)整風機的臺數(shù)來實現(xiàn)風量的控制;其次，在風量一定的條件下，如果機站要求的風壓較低，則應選擇多臺較小規(guī)格的風機并聯(lián)。正是基于這種考慮，Ⅲ級機站配置6臺K40－6－NO8(2.2kW)風機并聯(lián)，在使用上有比較強的靈活性，同時也節(jié)省了投資;再次，根據(jù)礦山開拓開采巷道的實際情況，機站內(nèi)風機數(shù)量的配備充分利用了現(xiàn)有巷道作為通風通道，以適應開拓開采的需要。總之，不完全多級機站通風系統(tǒng)具有很強的適應性，完全符合蠶莊金礦上莊礦區(qū)地質(zhì)及開拓開采的實際情況。

4.3 機站級數(shù)的合理性

確定機站級數(shù)時應在滿足通風及風量調(diào)節(jié)的前提下盡量減少，這樣既可以節(jié)省大量的通風工程費用，又可以大大簡化通風系統(tǒng)的管理工作，對于通風阻力不是很大的礦井更應如此。顯然，蠶莊金礦上莊礦區(qū)采用不完全多級機站通風系統(tǒng)是符合實際，而且是合理的。

4.4 無風墻輔助風機的合理性

無風墻輔助風機是根據(jù)有效風壓原理，借助通風機出風口所造成的動壓進行通風，無需在通風機入風口與出風口之間設置隔斷風流的風墻［5］。無風墻輔助風機除使用和移動十分方便，增加采區(qū)風量，抵制自然風流干擾之外，由于沒有風墻的阻擋，還能有效地防止當采場進行爆破作業(yè)時產(chǎn)生的爆破沖擊波對機站的破壞，而有風墻機站極易被采場爆破的空氣沖擊波所破壞。

4.5 系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性

雖然礦山在正常生產(chǎn)時，需風點在相當時間內(nèi)是相對穩(wěn)定的，但礦山生產(chǎn)也客觀上存在不均衡性，如年底、月底停產(chǎn)檢修時全礦只需很少的風量。另外，白班生產(chǎn)是滿負荷，夜班作業(yè)地點可能會少一些;對此，單一主扇通風系統(tǒng)是沒有太好的調(diào)節(jié)辦法的，完全多級機站系統(tǒng)由于Ⅰ、Ⅳ級機站均為主力通風機，其系統(tǒng)可調(diào)節(jié)方面顯然不如不完全多級機站系統(tǒng)更為方便靈活。

4.6 減少漏風的分析

這種完全抽出式的不完全多級機站通風系統(tǒng)具有多級機站系統(tǒng)能使通風壓力梯度相對均勻化，做到外部漏風點保持零壓，內(nèi)部漏風點風壓相等，最大限度地克服系統(tǒng)漏風的共性，同時還因為系統(tǒng)沒有設置安裝有壓入式主力通風機的Ⅰ級機站而使漏風更為減少。壓入式主通風機控制漏風的風門安設在進風段，風量集中，壓力梯度大，漏風難以避免，還會給井下運輸、行人造成不便。

4.7 節(jié)能分析

不完全多級機站系統(tǒng)除具有一般多級機站通風系統(tǒng)通過多級、多站、多臺風機的一定配置，采用均壓通風、減阻調(diào)節(jié)，使用低壓大流量節(jié)能風機使整個網(wǎng)路功耗降低的優(yōu)點之外［6］，還因為系統(tǒng)機站級數(shù)少而使系統(tǒng)節(jié)能效果更為顯著。

4.8 應用效果

按照《冶金礦山礦井通風系統(tǒng)鑒定指標》的方法，經(jīng)實際測算礦井通風系統(tǒng)改進與優(yōu)化前后的各項鑒定指標，并進行比較。各項鑒定指標的計算結(jié)果列于表1中。

從表1中可知，改進和優(yōu)化以后的通風系統(tǒng)，各項通風質(zhì)量指標及效益指標有了全面的改善和大幅度的提升。通風系統(tǒng)的改進和優(yōu)化使風量合格率增幅58.1%，有效風量率為原來的6倍，節(jié)電率達45%，通風成本降低42%，綜合指標增加了42.5個百分點。實踐證明其運行安全可靠、經(jīng)濟合理，滿足了安全、生產(chǎn)的需要。

表1 礦井通風系統(tǒng)改進與優(yōu)化前后鑒定指標比較表

5 結(jié)語

(1)對于金礦多礦脈開采通風，合理地進行層次的劃分，使同一層次的通風需求基本相同，然后根據(jù)風流流動規(guī)律靈活安排多級機站級數(shù)及各機站風機數(shù)量和機型，機站主要布置在通風系統(tǒng)的回風段及礦塊進風道，從而形成不完全多級機站通風系統(tǒng)。

(2)不完全多級機站通風系統(tǒng)在蠶莊金礦得到成功應用，結(jié)果表明該礦通風系統(tǒng)的各項效率指標都有明顯提高，新的通風方法既具有科學合理性，同時也便于管理，簡單易行，靈活實用。

(3)不完全多級機站通風系統(tǒng)不僅符合蠶莊金礦上莊礦區(qū)地質(zhì)及開拓開采的實際，而且對同類礦山建立或改進通風系統(tǒng)提供了有益的借鑒。

［1］董振民.論多級機站通風技術的若干問題［J］.礦業(yè)快報，2001(12):1－4.

［2］董振民.多級機站通風與節(jié)能［J］.山東煤炭科技，1994(3): 18－21.

［3］楊娟.礦井通風系統(tǒng)多級機站的合理配置［J］.工業(yè)安全與防塵，1999(3):18－21.

［4］董春雨，姜璐.層次性:系統(tǒng)思想與方法的精髓［J］.系統(tǒng)辯證學學報，2001，9(1):1－4.

［5］王英敏.礦井通風與防塵［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1993.

［6］陳宜華，唐勝衛(wèi).冶金礦山礦井多級機站通風技術節(jié)能分析［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010(10): 100－105.

Application of the Incomplete Multi－stage Fan Stations Ventilation System

ZHAO Xiao－zhi，WANG Jie
(Shandong University of Technology，Zibo，Shandong 255049，China)

On the base of the study of the characteristics and production practice of the Multistage Fan Station Ventilating System by the use of systematic thought and approach，the concept of the Incomplete Multistage Fan Station Mine－ventilation System is put forward to resolve the ventilation problem in multiple ore body exploitation.In the practical application at a gold mine，the ventilation quality and efficiency indicator all highly improved that the air quantity acceptability increased by 58.1%，the effective air quantity rate was 6 times as much as before and the ventilation cost was reduced by 42%.The theoretical study on the Incomplete Multistage Fan Station Ventilating System shows that the ventilating system could be well adapted to the mines which have multiple small－scale ore bodies，shallow buried，irregular formed and scattered ore bodies.

incomplete multi－stage fan stations;ventilation system;fan with no brattice;mine energy－saving fan;separate ventilation

TD72

:B

:1009－3842(2012)04－0025－04

2012－06－13

趙小稚(1954－)，男，湖北孝感人，教授，從事采礦工程專業(yè)的教學與科研工作。E－mail:zlszb168@sina.com