龍山金銻礦通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)化

何 偉

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實驗室；3.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)

龍山金銻礦通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)化

何 偉1，2，3

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實驗室；3.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)

結(jié)合龍山金銻礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，分析了該礦目前通風(fēng)系統(tǒng)存在問題。根據(jù)其多條礦脈賦存情況，將通風(fēng)系統(tǒng)劃分為主通風(fēng)分區(qū)、北部通風(fēng)分區(qū)和西部通風(fēng)分區(qū)。在分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對壓入式和抽出式2種通風(fēng)形式下的通風(fēng)工程量、風(fēng)量利用率、管理投資等方面進(jìn)行了對比分析，最終確定采用分區(qū)抽出式通風(fēng)系統(tǒng)方案。

分區(qū)通風(fēng) 壓入式 抽出式

湖南省龍山金銻礦始采于清末，至今已有100多a的開采歷史。經(jīng)多期改擴(kuò)建工程后，單個礦塊生產(chǎn)能力可超過1 000 t/月，礦山設(shè)計出礦能力為18萬t/a，實際出礦能力為24萬t/a。礦山1#、2#礦脈及其下盤的4#礦脈已探采到430 m中段，為礦山的主要采礦礦脈。6#、7#、8#、11#、12#等礦脈開拓、探采到790 m中段。礦井原為留礦法開采，因礦巖不穩(wěn)固，采下的礦石積存在采場中無法放出，現(xiàn)改用上向分層干式充填法，采用電耙出礦和輔助充填。從中段脈外運(yùn)輸大巷每隔50 m施工一條穿脈，不開采之前見礦即停，做采礦準(zhǔn)備時才施工沿脈，與前后穿脈對穿后擴(kuò)刷和砌混凝土拱，施工下盤中央充填井(距礦體3 m以上)，通上中段后即可開始采礦。采礦回收率93%、貧化率15%、采掘比95 m/kt。

1 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)及運(yùn)行情況

2007年礦山建立了機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，只服務(wù)1#、2#及其下盤的4#礦脈630 m中段以下，其他礦體沒有任何通風(fēng)工程。由于在630 m中段以上各平硐之間的高差和井內(nèi)外的溫差，在上、下平硐及其井內(nèi)斜井、上山、空區(qū)之間構(gòu)成了良好的自然通風(fēng)回路。1#、2#及其下盤的4#礦脈進(jìn)入630 m中段以下采掘作業(yè)后，原良好的自然通風(fēng)條件不復(fù)存在。 礦井通風(fēng)系統(tǒng)為兩翼對角抽出式，中央以副井和1#主井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)中段車場流向各作業(yè)點(diǎn)，清洗作業(yè)面后，經(jīng)采場充填井和中段溜井流向上中段平巷，最后集中到東、西兩翼回風(fēng)井，在630 m中段東、西兩翼主力風(fēng)機(jī)作用下上排至930 m中段，再經(jīng)平窿或空區(qū)排出地表。

630 m中段風(fēng)機(jī)開機(jī)后，下部區(qū)域新鮮風(fēng)流從副井(主、副井470 m中段聯(lián)絡(luò)道貫通后主井也進(jìn)風(fēng))進(jìn)入，流向下部各中段(590,550,510,470 m)，通過采場天井、中段空溜井流向上中段后集中到東西兩翼回風(fēng)井，在630 m中段風(fēng)機(jī)作用下排向670 m 中段。西風(fēng)井的污風(fēng)全部從670 m中段溢出，東風(fēng)井的污風(fēng)絕大部分從670 m中段溢出，少量污風(fēng)繼續(xù)上行，一部分通過上部自然風(fēng)流的作用擴(kuò)散到窿外，一部分回流至下部區(qū)域，其比例大小受礦井自然風(fēng)流的影響，冬、夏時出地表比例最大，春夏、秋冬交替之時最小，有時完全不出地表。此時，下部上排的污風(fēng)在670～470 m中段循環(huán)流動。

2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

(1)對機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)認(rèn)識不夠。井下 630 m 中段以上為平窿開拓，自然通風(fēng)條件好，礦山在近百年開采過程中，盡管上世紀(jì)90年代在790 m中段建立了機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，因其作用不大而廢棄。630 m 中段以下為盲斜井開拓，不具備自然通風(fēng)條件，必須采用機(jī)械通風(fēng)。2007年在630 m中段建立起下部區(qū)域的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，因?qū)I(yè)管理水平有限，考慮通風(fēng)問題不夠周全，造成一些長距離、邊遠(yuǎn)迎頭施工困難，達(dá)不到通風(fēng)需求。

(2)通風(fēng)系統(tǒng)無人監(jiān)管，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間不合理[1]。礦區(qū)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)完全處于無人監(jiān)管狀態(tài)，整個系統(tǒng)沒有一個通風(fēng)構(gòu)造物，風(fēng)流并沒有按設(shè)計路線流動，風(fēng)井所有格篩上都有垮落物或雜物，上部風(fēng)井被安裝斗口用于儲存充填廢石，風(fēng)井790 m以上沒有與地表貫通，上行的污風(fēng)在自然通風(fēng)不暢的情況下污染上部區(qū)域。630 m中段以下生產(chǎn)為三班運(yùn)轉(zhuǎn)，主扇僅開一班，630 m中段2臺風(fēng)機(jī)雖規(guī)定每天10：30后開機(jī)，實際上開機(jī)與否無人過問，以至風(fēng)機(jī)硐室中風(fēng)門損壞、垮塌無人報告。

(3)風(fēng)井規(guī)格小、局部風(fēng)阻大。從礦山資料來看，礦體已下延到了-100 m水平，從地表到下部垂直高差約1 200 m，考慮平巷增加的風(fēng)井長度，預(yù)計風(fēng)井全長為1 200～1 400 m，現(xiàn)風(fēng)井?dāng)嗝鏋?.8 m2,太小達(dá)不到系統(tǒng)通風(fēng)要求；上、下兩段風(fēng)井貫通后，其連接處沒按要求做成流線型，產(chǎn)生渦流，增大了局部風(fēng)阻。

(4)潛在地?zé)嵛：ΑＴ摰V270 m以下為深井開采，經(jīng)測定，470 m中段(東、西兩端)空氣溫度為25 ℃，按正常地?zé)嵩鰷芈? ℃/100 m，預(yù)計270 m中段將達(dá)31 ℃，現(xiàn)副井已下掘到310 m水平，地溫問題已凸顯。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)礦山基本條件、礦體賦存情況，制定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造設(shè)計方案：方案一為分區(qū)抽出式通風(fēng)，方案二為分區(qū)壓入式通風(fēng)。

3.1 分區(qū)抽出式通風(fēng)

3.1.1 分區(qū)設(shè)立和風(fēng)量分配

根據(jù)各礦體賦存情況，通風(fēng)分區(qū)劃分如下：①主通風(fēng)分區(qū)(一通風(fēng)分區(qū))，為1#、2#礦脈及其下盤的4#礦脈，采取兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，分區(qū)設(shè)計風(fēng)量37 m3/s，東、西兩風(fēng)井各承擔(dān)50%的排風(fēng)量；②西部通風(fēng)分區(qū)(二通風(fēng)分區(qū))，為5#、18#、17#、23#、6#、7#礦脈，采取中央抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，分區(qū)風(fēng)量30 m3/s；③北部通風(fēng)分區(qū)(三通風(fēng)分區(qū))，為20#、10#、11#、12#、8#礦脈，采取單翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，分區(qū)風(fēng)量為25 m3/s，其中8#礦脈風(fēng)量為15 m3/s。

以上各通風(fēng)分區(qū)風(fēng)量是根據(jù)本分區(qū)服務(wù)礦體的儲量比分配的。

3.1.2 主通風(fēng)分區(qū)(一通風(fēng)分區(qū))

該分區(qū)為礦山生產(chǎn)、作業(yè)重心，區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)雛形已初步形成，本方案要求對原有工程全部利用，對工程不到位或不當(dāng)?shù)膶嵤└脑?。分區(qū)風(fēng)井?dāng)嗝鏋?.8 m2，計算風(fēng)井經(jīng)濟(jì)斷面為4 m2，為考慮系統(tǒng)增容余量，設(shè)計風(fēng)井?dāng)嗝鏋?.5 m2。

經(jīng)計算，主通風(fēng)分區(qū)困難時期通風(fēng)阻力見表1?，F(xiàn)安裝的2臺K40-6-№15風(fēng)機(jī)，電機(jī)37 kW，能滿足270 m中段以上的通風(fēng)要求。

表1 主通風(fēng)分區(qū)困難時期通風(fēng)阻力計算

區(qū)域的新鮮風(fēng)源：630 m中段以上以平硐群和空區(qū)進(jìn)風(fēng)，630 m以下副井和1#主井進(jìn)風(fēng)，本通風(fēng)分區(qū)同時還為其他兩通風(fēng)分區(qū)提供新鮮風(fēng)源。工程預(yù)計：510～790 m風(fēng)井?dāng)U刷580 m，790 m以上風(fēng)井上掘200 m，510～310 m風(fēng)井下延400 m，風(fēng)井?dāng)嗝鏋?.5 m2。

3.1.3 西部通風(fēng)分區(qū)(二通風(fēng)分區(qū))

貫通790 m中段18#礦脈的沿脈與6#礦脈沿脈，待630 m探礦坑道到位后施工630～790 m、790～900 m 地井，構(gòu)成630～900 m中段的通風(fēng)回路，當(dāng)本通風(fēng)分區(qū)探礦情況明了，選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)(6#礦脈的下盤823～825線)設(shè)計施工630～900 m中段通風(fēng)井，風(fēng)機(jī)(K45-4-№13，90 kW)先期安裝在790 m中段，后期安裝在630 m中段。待630～470 m、470～270 m(6#、7#、18#、17#、23#各1條)地井到位后將風(fēng)井下延到310 m中段。

區(qū)域新鮮風(fēng)源：630 m以上(含630 m)以630,790 m主穿脈，禮坪工區(qū)的平硐和5#礦脈730 m平窿進(jìn)風(fēng)，630 m以下以470,270 m主穿脈、5#礦脈和本區(qū)域的630～470 m ,470～270 m地井進(jìn)風(fēng)。

通風(fēng)工程預(yù)計：900～630 m為280 m，630～310 m 為320 m，風(fēng)井?dāng)嗝鏋?.5 m2。

3.1.4 北部通風(fēng)分區(qū)(三通風(fēng)分區(qū))

待630 m主穿脈施工到位后，從630 m上掘地井，分別通8#礦脈790 m中段和11#礦脈的830 m平窿，構(gòu)成630～830 m中段通風(fēng)回路。在8#礦脈北翼施工790～630 m風(fēng)井、11#礦脈北翼施工830～630 m 風(fēng)井，當(dāng)8#礦脈與10#、11#、12#礦脈地井(630～470 m ,470～270 m)下掘后，風(fēng)井隨之而下延。

風(fēng)機(jī)(K45-4-№12，75 kW)先期安裝在830 m平窿，后期將風(fēng)機(jī)下移至630 m，有2個方案：一是在630 m的8#、11#礦脈風(fēng)井各安裝1臺風(fēng)機(jī)向上排風(fēng)；二是在630 m施工8#、11#礦脈專用回風(fēng)道600 m，將830 m風(fēng)機(jī)下移630 m中段。

區(qū)域新鮮風(fēng)源：630 m以上(含630 m)以630,790 m主穿脈，禮坪工區(qū)的平硐及10#、11#、12#礦體830 m以上平窿(970,1 030 m)進(jìn)風(fēng)，630 m以下以470,270 m的主穿脈、20#礦脈和本區(qū)域的630～470 m ,470～270 m地井進(jìn)風(fēng)。

通風(fēng)工程預(yù)計：8#礦脈790～310 m風(fēng)井共計480 m，10#、11#、12#礦脈830～310 m風(fēng)井共計520 m，斷面均為4 m2。

3.1.5 工程量及投資估算

預(yù)計工程量為2 320 m，擴(kuò)刷580 m，安裝風(fēng)機(jī)2臺。估算投資：溜井單價為1 773元/m，擴(kuò)刷1 000元/m， K45-4-№13(90 kW)風(fēng)機(jī)25萬元/臺，K45-4-№12(75 kW)風(fēng)機(jī)20萬元/臺，安裝風(fēng)機(jī) 5萬元/臺，合計價為534.336萬元(其中主通風(fēng)分區(qū)為178.564萬元)。

3.2 分區(qū)壓入式通風(fēng)

通風(fēng)分區(qū)劃分方式與第一方案相同。

3.2.1 主通風(fēng)分區(qū)(一通風(fēng)分區(qū))

主通風(fēng)分區(qū)通風(fēng)方式與第一方案相同，北部、西部分區(qū)采用壓入式通風(fēng)。為保證井下進(jìn)風(fēng)量，在主通風(fēng)分區(qū)副井旁設(shè)計施工一條專用進(jìn)風(fēng)井(可兼作為人行、管道井)。

3.2.2 西部通風(fēng)分區(qū)(二通風(fēng)分區(qū))

在630 m以上，待630 m探礦坑道到位后，施工630～790 m,790～900 m地井，構(gòu)成630～900 m中段通風(fēng)回路，風(fēng)機(jī)安裝在630 m通往23#、17#、18#的主穿脈旁；470 m以上，待探礦坑道到位后施工470～630 m地井，構(gòu)成該中段通風(fēng)回路，風(fēng)機(jī)下移至470 m通往23#、17#、18#的主穿脈旁；270 m以上，待270 m探礦坑道到位后施工270～470 m地井，構(gòu)成該中段通風(fēng)回路，風(fēng)機(jī)下移至270 m通往23#、17#、18#的主穿脈旁。

區(qū)域新鮮風(fēng)源：主通風(fēng)分區(qū)和5#礦脈區(qū)域進(jìn)風(fēng)，風(fēng)流通過各礦體地井進(jìn)風(fēng)，污風(fēng)沿空區(qū)上行至900 m中段，出風(fēng)為禮坪工區(qū)的平硐。本分區(qū)通風(fēng)工程預(yù)計：風(fēng)機(jī)硐室90 m，安裝K45-4-№13風(fēng)機(jī)1臺。

3.2.3 北部通風(fēng)分區(qū)(三通風(fēng)分區(qū))

630 m以上，待630 m探礦坑道到位后施工630～790 m ,790～830 m地井，構(gòu)成630～830 m中段的通風(fēng)回路，風(fēng)機(jī)安裝在630 m通往8#、10#、11#、12#的主穿脈旁；470 m以上，待470 m探礦坑道到位后施工470～630 m地井，構(gòu)成該中段通風(fēng)回路，風(fēng)機(jī)下移至在470 m通往8#、10#、11#、12#的主穿脈旁；270 m以上，待270 m探礦坑道到位后施工270～470 m地井，構(gòu)成該中段通風(fēng)回路，風(fēng)機(jī)下移至270 m中段通往8#、10#、11#、12#的主穿脈旁。

區(qū)域新鮮風(fēng)源：主通風(fēng)分區(qū)和20#礦脈區(qū)域，風(fēng)流通過各礦體地井進(jìn)風(fēng)，污風(fēng)沿空區(qū)上行至830 m平窿出地表。本區(qū)通風(fēng)工程預(yù)計：風(fēng)機(jī)硐室90 m，安裝K45-4-№12風(fēng)機(jī)1臺。

預(yù)計工程量：進(jìn)尺1 500 m，擴(kuò)刷580 m，鉆孔300 m，新購風(fēng)機(jī)2臺，安裝6臺次。

投資估算：地井單價2 000元/m，平巷833元/m，K45-4-№13(90 kW)風(fēng)機(jī)25萬元/臺，K45-4-№12(75 kW)風(fēng)機(jī)20萬元/臺，安裝風(fēng)機(jī)5萬元/臺次，合計472.588萬元。

3.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案確定

方案一工程量大，管理簡單，風(fēng)量利用率高，通風(fēng)效果好；方案二工程量小，但系統(tǒng)運(yùn)行后風(fēng)流管理復(fù)雜，通風(fēng)效果差，且各自礦體開拓、提升地井均作為本礦體的出風(fēng)井。綜合比較后，采用方案一作為該礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。改造后的主通風(fēng)分區(qū)系統(tǒng)見圖1。

4 結(jié) 語

(1)根據(jù)龍山金銻礦井下通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，從通風(fēng)系統(tǒng)管理、風(fēng)機(jī)運(yùn)行制度、風(fēng)井規(guī)格以及地?zé)峤嵌?，分析了目前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題。結(jié)合該礦多條礦脈賦存情況，將通風(fēng)系統(tǒng)劃分為主通風(fēng)分區(qū)、北部通風(fēng)分區(qū)和西部通風(fēng)分區(qū)3個通風(fēng)區(qū)域。

(2)根據(jù)通風(fēng)分區(qū)風(fēng)機(jī)布置形式，對壓入式和抽出式兩種不同通風(fēng)形式下的通風(fēng)工程量、風(fēng)量利用率、管理投資等方面進(jìn)行了對比分析，最終選擇分區(qū)抽出式通風(fēng)系統(tǒng)方案，通風(fēng)效率高，能耗低，取得了預(yù)期的效果。

[1] 王孝東，胡乃聯(lián)，戴曉江，等.復(fù)雜多采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)改造方案研究[J].金屬礦山，2012(10)：120-126.

[2] 袁梅芳，袁永忠，劉偉強(qiáng)，等.峪耳崖金礦冬季豎井防凍通風(fēng)系統(tǒng)的研究[J].金屬礦山，2012(11)：129-131.

圖1 主通風(fēng)分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)示意

2015-05-10)

何 偉(1983—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號。