采空區(qū)在通風(fēng)節(jié)能中的運用

李印洪，鄧沙寧，周英烈

（湖南有色冶金勞動保護(hù)研究院，湖南長沙 410014）

采空區(qū)在通風(fēng)節(jié)能中的運用

李印洪，鄧沙寧，周英烈

（湖南有色冶金勞動保護(hù)研究院，湖南長沙 410014）

礦山進(jìn)入深部開采后，其通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)端風(fēng)速高、阻力大，通常的做法是另掘通風(fēng)井，降低風(fēng)速，減少阻力，節(jié)能降耗，這樣做投資大且時間長、見效慢，影響礦山正常生產(chǎn)。文章提出利用礦山上部采空區(qū)有效增加排風(fēng)端通風(fēng)斷面，投入少見效快，并通過工程實例予以說明。

采空區(qū)；風(fēng)速；通風(fēng)能耗

礦業(yè)是人類從事生產(chǎn)勞動古老的領(lǐng)域之一。礦業(yè)的發(fā)展與擴大礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，對人類社會文明的發(fā)展與進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的、無可替代的促進(jìn)作用。礦產(chǎn)資源作為國民經(jīng)濟重要支柱之一，對人類的各種活動具有很大的影響，礦產(chǎn)生產(chǎn)的穩(wěn)定供應(yīng)和安全問題對實現(xiàn)我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。通風(fēng)系統(tǒng)作為礦山生產(chǎn)的“八大”系統(tǒng)之一，通過不斷地向作業(yè)地點供給足夠的新鮮空氣，稀釋和排除各種有毒、有害氣體、放射性和爆炸性氣體以及粉塵，調(diào)節(jié)氣候條件，確保作業(yè)地點良好的空氣質(zhì)量，形成一個安全、舒適的工作環(huán)境，保證礦山作業(yè)人員的安全和健康，提高勞動生產(chǎn)率，是安全生產(chǎn)重要的組成部分。通風(fēng)系統(tǒng)從設(shè)計到施工均要求十分嚴(yán)格，其能源消耗在礦山生產(chǎn)中也占相當(dāng)大的比重。據(jù)江西礦山調(diào)查，通風(fēng)費用約占采礦成本8%～10%，通風(fēng)耗電量約占井下用電的30%，在通風(fēng)成本中電耗是主要因素。因此，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能設(shè)計是目前我國礦山通風(fēng)技術(shù)重點發(fā)展方向。

1 礦山通風(fēng)主要節(jié)能技術(shù)

近幾年來，礦井通風(fēng)節(jié)能降耗方面的主要技術(shù)經(jīng)驗有：（1）分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，多井口入風(fēng)與多井口排風(fēng)的多路通風(fēng)系統(tǒng)逐漸增多；（2）多級機站通風(fēng)系統(tǒng)；（3）K系列節(jié)能扇風(fēng)機在金屬礦山及其它非煤礦山迅速推廣應(yīng)用；（4）充分運用均衡風(fēng)壓的原理減少漏風(fēng)，提高有效風(fēng)量率；（5）優(yōu)化井巷斷面、采用流線型通風(fēng)結(jié)構(gòu)筑物，降低井巷通風(fēng)阻力；（6）優(yōu)化風(fēng)量調(diào)節(jié)方法，推行降阻調(diào)節(jié)與輔扇調(diào)節(jié)方法。

2 礦山空區(qū)的組成及其通風(fēng)節(jié)能原理

2.1 礦山空區(qū)的組成

礦山空區(qū)是中段采礦生產(chǎn)活動完畢后所遺留區(qū)域的總稱。一般由開拓巷道、頂?shù)装濉㈤g柱、部分未破壞的采準(zhǔn)巷道（如通風(fēng)、人行井）、礦石開采完畢后遺留空區(qū)組成。其中運輸井巷及通風(fēng)井巷服務(wù)于整個礦山生產(chǎn)時期，所以各礦山企業(yè)都能較好地進(jìn)行維護(hù)，保持暢通。而其它的礦房采空區(qū)，則進(jìn)行砌墻封閉或嗣后廢石充填處理，空區(qū)采準(zhǔn)（通風(fēng)、人行井）等則未能得到維護(hù)，一般會有不同程度的損壞。

2.2 礦山空區(qū)通風(fēng)節(jié)能原理

為直觀起見，將礦山通風(fēng)系統(tǒng)能耗分為3大部分：進(jìn)風(fēng)端能耗（進(jìn)風(fēng)口至最上一個生產(chǎn)中段）、排風(fēng)端能耗（最上一個生產(chǎn)中段至排風(fēng)口）、用風(fēng)端能耗（兩者之間）。以下通過幾個礦山的實地調(diào)查來確定這3個部分的能耗在通風(fēng)系統(tǒng)中所占的比重，這些礦山的通風(fēng)系統(tǒng)能耗調(diào)查見表1。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)能耗調(diào)查表

由表1可以看出，各礦山通風(fēng)系統(tǒng)能耗主要集中于排風(fēng)端，未進(jìn)行分區(qū)通風(fēng)的礦山這種趨勢越明顯，其原因分析如下：（1）我國各礦山普遍采用豎井等提升井兼做入風(fēng)井，斷面大，風(fēng)速低，阻力小，故而進(jìn)風(fēng)端能耗占比較低；（2）用風(fēng)端由于風(fēng)流分散，風(fēng)速低，阻力小，能耗占比也不高；（3）排風(fēng)端風(fēng)量集中，風(fēng)速高，阻力大，能耗占比高。大部分礦山在建成投產(chǎn)后，為追求經(jīng)濟效益，紛紛進(jìn)行擴產(chǎn)提能，在擴產(chǎn)提能的同時，通風(fēng)系統(tǒng)卻未及時進(jìn)行相應(yīng)的改造，更是加重了回風(fēng)端能耗在通風(fēng)系統(tǒng)能耗中的比例。

由礦井通風(fēng)節(jié)能降耗方面的主要技術(shù)經(jīng)驗可知，在同等通風(fēng)設(shè)備的前提下，增大通風(fēng)斷面，降低風(fēng)速，從而減小風(fēng)阻，降低能耗，是礦井通風(fēng)節(jié)能降耗最直接的途徑。這可以從通風(fēng)能耗計算公式推理得出：

Ρ＝HQ／102

式中：Ρ為通風(fēng)能耗／kW；H為風(fēng)阻／mmH2O。H＝RQ2，R＝αpl／s3，（R為摩擦風(fēng)阻／kg·s2·m－8；α為摩擦阻力系數(shù)／kg·s2·m－4；p為巷道周長／m，l為通風(fēng)井巷長度／m；s為巷道斷面積／m2）；Q為風(fēng)量／m3·s－1，Q＝sv（v為風(fēng)速／m·s－1）。

將公式H＝RQ2、R＝αpl／s3、Q＝sv代人公式Ρ＝HQ／102，即可得出用風(fēng)速v計算能耗的公式為：

Ρ＝αplv3／102

在這個公式中，l為通風(fēng)井巷長度（變動較小），p為通風(fēng)井巷周長，α為與井巷本身性質(zhì)相關(guān)的參數(shù)，在不對（或無法對）通風(fēng)系統(tǒng)井巷進(jìn)行改造的情況下，故影響通風(fēng)能耗P的主要因素為風(fēng)速v，風(fēng)速降低為原風(fēng)速的1／2，則通風(fēng)能耗降低為原來的1／8，節(jié)能效果巨大。這也是分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的主要原理。

已完成采礦作業(yè)的中段，其空區(qū)存在數(shù)額較多的采場通道、采空區(qū)通道，這些通道與礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)均存在聯(lián)系，在進(jìn)行一系列的疏通及密閉工程后，這些通道有部分可以作為礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)污風(fēng)排出的分支，有效利用，從而迅速降低通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)端風(fēng)速，極大地節(jié)約通風(fēng)系統(tǒng)能耗。

3 工程實例

中國有色集團撫順紅透山礦業(yè)有限公司紅透山銅礦井下開采了50多年，目前已開拓到－887 m中段，開采深度達(dá)1 300多m，是我國有色金屬開采最深的礦山，并且同時作業(yè)中段達(dá)到8個，需同時供風(fēng)的作業(yè)點高達(dá)70多個（其中礦房40多個）。紅透山礦的通風(fēng)線路長阻力高、作業(yè)點多、需風(fēng)量大，隨著深部礦體向東部側(cè)伏和細(xì)脈礦床的開采，其通風(fēng)區(qū)域越來越廣，井下通風(fēng)困難。原來其風(fēng)機主扇安裝情況：地表兩臺主扇（西部70B2－21－350kW，東部70B2－24－370kW），井下兩臺（西部DK45－6NO19－264kW，東部DK40－6NO19－220kW）。風(fēng)量為西部42 m3／s，東部58 m3／s。根據(jù)該礦山深部礦體向東側(cè)伏的實際情況，采取如下幾條措施提高井下風(fēng)量：

1.將東部井下主扇移至－467中段，主扇更換成DK45－6NO20－500kW。

2.在礦體東端施工一條通風(fēng)專用天井，該天井從－467中段一直延伸至深部中段，斷面3 m×3 m，同時原有西部通風(fēng)系統(tǒng)保留使用，大幅度降低－467～深部通風(fēng)阻力，增加作業(yè)面風(fēng)量。

3.－467中段建隔離墻，防止－467中段污風(fēng)進(jìn)入下部作業(yè)中段。同時打開－467中段、－407中段、－347中段回風(fēng)天井與－467中段平巷的風(fēng)墻，使部分風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，由采空區(qū)回部分風(fēng)流至地表。

4.－467中段以上各中段石門處建風(fēng)門。

其優(yōu)化前后風(fēng)路對照示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 優(yōu)化前通風(fēng)線路示意圖

圖2 優(yōu)化后通風(fēng)線路示意圖

優(yōu)化后的效果明顯，西部通風(fēng)主扇風(fēng)量上升至54.21 m3／s（功率264 kW），東部通風(fēng)主扇風(fēng)量上升至78.65 m3／s（功率500 kW）。整個系統(tǒng)風(fēng)量增加32.86 m3／s，而風(fēng)機功率反而節(jié)約440 kW。

4 結(jié) 語

隨著礦山開采年限的增加，自然風(fēng)壓增大，漏風(fēng)點多，漏風(fēng)量大，且多數(shù)礦山產(chǎn)量提升幅度大，其井下通風(fēng)越發(fā)困難，原來的通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足安全生產(chǎn)需要。通過通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，利用上部開采空區(qū)作為回風(fēng)通道，降低排風(fēng)端風(fēng)速，大幅降低通風(fēng)能耗，對于保障安全生產(chǎn)，提高礦山企業(yè)經(jīng)濟效益，節(jié)能減排，是一條十分方便有效的途徑。

［1］ 《采礦手冊》編輯委員會.采礦手冊（第六卷）［M］.北京：冶金出版社出版，1988.65－120.

［2］ 王海寧，王花平，謝金亮.金屬礦山通風(fēng)節(jié)能技術(shù)的研究［J］.礦業(yè)快報，2006，16（12）：24－26.

［3］ 王英敏.金屬礦山通風(fēng)節(jié)能途徑與效益［J］.黃金，1989，10（8）：20－26.

［4］ 關(guān)瑞岐，王遠(yuǎn)廣.礦山通風(fēng)節(jié)能降耗的幾個途徑［J］.煤炭技術(shù)，2004，23（5）：18－20.

The App lication of Ventilation and Energy Saving in M ined－out Area

LIYin-hong，DENG Sha-ning，ZHOU Ying-lie
（Hunan Labor Protection Institute of NonferrousMetals，Changsha 410014，China）

After themines reaching deep mining，its ventilation system’exhaust end will have high wind speed and resistance.Digging another ventilation shaft to reduce wind speed is a typically practice，for the purpose of reducing the resistance，saving energy and reducing consumption.While large investment，long time，effective slow，affecting the normal production ofmine will along with thisway.This paper raises a way that effectively increases the exhaust end’s ventilation section by using the upsidemined－out area.Engineering examples are used to explain its characteristics of imputing less effective fast.

mined－out area；wind speed；the consumption of ventilation

TD721

：A

：1003－5540（2014）01－0003－02

2013－09－29

李印洪（1975－），男，工程師，主要從事礦山開采設(shè)計、通風(fēng)防塵工作。