利用自然風(fēng)壓解決冬季井筒結(jié)冰問(wèn)題

王清來(lái)，楊成林

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 333002）

利用自然風(fēng)壓解決冬季井筒結(jié)冰問(wèn)題

王清來(lái)，楊成林

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 333002）

我國(guó)南方部分緯度比較高的礦山冬季井筒季節(jié)性結(jié)冰是礦山的一個(gè)難題。以某礦山為例，在充分研究礦山實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，通過(guò)局部改造通風(fēng)系統(tǒng)，利用自然風(fēng)壓使井筒在冬季少量回風(fēng)，從而達(dá)到了井筒冬季不結(jié)冰的目的。并采用Ventsim軟件進(jìn)行計(jì)算模擬，取得了良好的效果。

季節(jié)性結(jié)冰；井筒防凍；自然風(fēng)壓；通風(fēng)模擬

0 引 言

我國(guó)南方部分緯度比較高的礦山，在冬季存在季節(jié)性井筒結(jié)冰現(xiàn)象，可能會(huì)產(chǎn)生冰柱墜落、防墜器失效、鋼絲繩強(qiáng)度降低等危害，嚴(yán)重威脅著礦山的安全生產(chǎn)。而目前常用的井筒防凍技術(shù)主要有空氣加熱器預(yù)熱與空氣地溫預(yù)熱等空氣預(yù)熱方法［1］?？諝饧訜崞黝A(yù)熱方法需設(shè)置空氣加熱裝置與采取井口封閉等措施，能耗大，操作復(fù)雜［2］。而空氣地溫預(yù)熱方法則需要礦山有用于空氣加熱的巷道，并設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)系統(tǒng)［3－5］。本文以某礦山為例，通過(guò)局部改造其通風(fēng)系統(tǒng)，利用自然風(fēng)壓將井下少量熱空氣送至井口，從而解決該礦山冬季井筒結(jié)冰的問(wèn)題。

1 礦山概況

某銅礦山坐落在長(zhǎng)江下游以北地區(qū)，生產(chǎn)規(guī)模為30萬(wàn)t/a，礦體走向長(zhǎng)度約2.3km，－365m標(biāo)高以上采用主副罐籠豎井開(kāi)拓，主副井分散布置在礦體中部，兩個(gè)井筒的平面距離約為700m，礦體兩端分別布置了北、東回風(fēng)井。目前的生產(chǎn)中段主要為－245，－285，－325m 三個(gè)中段，－185m與－365m中段也有少量采掘工作。各井筒的地面標(biāo)高分別為副井＋49.5m、主井＋106.6m、北回風(fēng)井＋35.2m、東回風(fēng)井＋39.6m。采礦方法為上向水平分層充填法。

由于深部開(kāi)拓，礦山正在將主井延伸至－485 m中段，并改造主井為混合井，兼顧副井的功能。該工程即將竣工。

目前，礦山采用兩翼對(duì)角抽出式通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由中間主井與副井進(jìn)入，經(jīng)各中段運(yùn)輸巷道進(jìn)入采掘工作面，洗涮工作面后的污風(fēng)經(jīng)采場(chǎng)充填井、人行天井回到上中段回風(fēng)巷道，再由兩翼北、東回風(fēng)井集中排出地表。在北、東回風(fēng)井－185m中段各設(shè)置了一臺(tái)55kW K45－6－15風(fēng)機(jī)。由于主、副井均為主要進(jìn)風(fēng)井，如果不采取相應(yīng)措施，冬季冷風(fēng)將導(dǎo)致這兩個(gè)井筒大約有1個(gè)月時(shí)間的結(jié)冰。目前的解決方案為在副井石門均設(shè)置風(fēng)門，冬季結(jié)冰的時(shí)候關(guān)閉風(fēng)門，風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，使主井回風(fēng)，副井基本不進(jìn)風(fēng)，不回風(fēng)。礦山通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 礦山通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀示意

2 自然風(fēng)壓與系統(tǒng)改造

目前解決冬季井筒結(jié)冰的辦法使得主井回風(fēng)，人員活動(dòng)在回風(fēng)段，存在安全隱患，并且風(fēng)機(jī)反風(fēng)風(fēng)量較小，不能完全滿足礦山安全生產(chǎn)的需要。因此，礦山計(jì)劃在主井改造成混合井后，尋找一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、效果良好的方法來(lái)解決冬季井筒結(jié)冰問(wèn)題。在副井提升功能已由混合井承擔(dān)的條件下，礦山只需保證混合井冬季不結(jié)冰便可。因此，對(duì)原通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了局部改造，利用原副井作為壓入式專用進(jìn)風(fēng)井，北、東風(fēng)井仍然為回風(fēng)井，使混合井處在零壓區(qū)。新通風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 新通風(fēng)系統(tǒng)示意

由于混合井井口標(biāo)高比北、東兩回風(fēng)井高，根據(jù)自然風(fēng)壓基本原理，夏季混合井內(nèi)平均氣溫比其它井筒低，混合井將少量進(jìn)風(fēng)，反之，冬季混合井平均氣溫比其它井筒高，混合井將少量回風(fēng)，從而使混合井冬季不結(jié)冰。

3 系統(tǒng)模擬

根據(jù)礦山通風(fēng)設(shè)計(jì)，礦井總風(fēng)量為70m3/s?？紤]機(jī)站漏風(fēng)與阻力后，風(fēng)機(jī)設(shè)置如表1所示，其中3號(hào)風(fēng)機(jī)可用已有風(fēng)機(jī)。運(yùn)用專業(yè)礦井通風(fēng)軟件Ventsim對(duì)新通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬。Ventsim軟件可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)解算，并通過(guò)考慮地溫、大氣溫度、空氣壓縮等熱交換因素準(zhǔn)確計(jì)算礦井的自然風(fēng)壓。礦山主要通風(fēng)井巷規(guī)格見(jiàn)表2，地溫參數(shù)見(jiàn)表3。

表1 風(fēng)機(jī)設(shè)置

表2 主要通風(fēng)井巷規(guī)格

表3 地溫參數(shù)

對(duì)冬季氣溫為0℃時(shí)、夏季最高溫月平均氣溫為37℃時(shí)兩個(gè)時(shí)期的通風(fēng)狀態(tài)分別進(jìn)行模擬。主要通風(fēng)井筒風(fēng)流方向與風(fēng)量分別如表4、表5所示。

表4 冬季主要通風(fēng)井筒風(fēng)流方向與風(fēng)量

表5 夏季主要通風(fēng)井筒風(fēng)流方向與風(fēng)量

從表4、表5看出，在自然風(fēng)壓的作用下，混合井在夏季微量進(jìn)風(fēng)，在冬季則可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定少量回風(fēng)。并且為了加強(qiáng)風(fēng)向風(fēng)量的可調(diào)控性，可以將1號(hào)與3號(hào)風(fēng)機(jī)選擇為調(diào)頻風(fēng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)1號(hào)與3號(hào)風(fēng)機(jī)來(lái)控制主井的進(jìn)風(fēng)與回風(fēng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改造礦山通風(fēng)系統(tǒng)，利用自然風(fēng)壓使井筒在冬季少量回風(fēng)，達(dá)到了井筒冬季不結(jié)冰的目的。在我國(guó)南方部分緯度較高，存在冬季井筒季節(jié)性結(jié)冰的礦山，盡可能利用礦山條件，改變通風(fēng)系統(tǒng)，使井筒冬季少量回風(fēng)，從而解決井筒冬季結(jié)冰問(wèn)題，是一種理想的方法。應(yīng)盡可能避免采用空氣加熱器預(yù)熱空氣等能耗高、操作復(fù)雜的方法。

［1］ 于潤(rùn)滄.采礦工程師手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［2］ 郭 林，陳照業(yè).副井井口冬季空氣加熱方案［J］.煤礦安全，2007（2）：15－17.

［3］ 米繼武.東坪金礦利用地溫預(yù)熱解決豎井防凍的實(shí)踐［J］.南方金屬，2004（6）：39－40.

［4］ 崔士成，安玉坤，賈洪杰，等.金廠溝梁金礦冬季防凍通風(fēng)系統(tǒng)的研究［J］.工業(yè)安全與防塵，2000（10）：19－22.

［5］ 金廣家.淺談礦井井筒防凍設(shè)計(jì)［J］.煤礦現(xiàn)代化，2011（2）：69－70.

2012－09－22）