下向進(jìn)路分層無分段充填開采通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)

樊海艷 張陽陽

(1. 棗莊科技職業(yè)學(xué)院電氣工程系，山東 滕州277500;2. 招金礦業(yè)股份有限公司蠶莊金礦，山東 招遠(yuǎn)265400)

金屬礦地下開采的采礦方法多種多樣，但因金屬礦體賦存產(chǎn)狀復(fù)雜，以及礦巖堅(jiān)硬，機(jī)械化程度低等限制條件，使得金屬礦采礦過程中的通風(fēng)技術(shù)還有很大的改進(jìn)空間［1-2］。

某金礦的礦體自身破碎，自然塌落現(xiàn)象嚴(yán)重。礦體圍巖為泥質(zhì)粉砂巖以及絹英巖化花崗巖，礦體上下盤圍巖極其破碎，下盤圍巖穩(wěn)固性較差。?、裉?hào)礦體11 中段W10 ～W12 勘探線之間的1111#采場(chǎng)為研究對(duì)象，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用下向進(jìn)路分層無分段充填開采時(shí)存在通風(fēng)效率低、回采進(jìn)路內(nèi)風(fēng)流質(zhì)量差等通風(fēng)問題。

1 巷道開拓系統(tǒng)

下向分層無分段充填采礦法屬于安全可靠且能夠降低貧化、損失的采礦方法，在某金礦所試驗(yàn)中段，進(jìn)路沿礦體走向布置，由中間向兩翼前進(jìn)式自上而下分層回采，每分層回采結(jié)束充填時(shí)預(yù)留充填回風(fēng)井［3］。采場(chǎng)巷道系統(tǒng)如圖1 所示。

2 通風(fēng)存在的問題

該礦區(qū)東部采用主井作為進(jìn)風(fēng)井，原東風(fēng)井進(jìn)行恢復(fù)作為回風(fēng)井，這樣?xùn)|部形成主井進(jìn)風(fēng)，東風(fēng)井回風(fēng)的側(cè)翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。礦塊內(nèi)部采用下向進(jìn)路分層無分段巷道充填采礦法，采礦工作面為進(jìn)路式回采，獨(dú)頭巷道掘進(jìn)。

在實(shí)際采礦過程中，通風(fēng)一直是下向分層無分段充填采礦法難以解決的問題［4］，原有通風(fēng)方式也與獨(dú)頭巷道通風(fēng)類似，由于取消分段巷道與分段聯(lián)絡(luò)道，故將局部通風(fēng)機(jī)安裝在上部沿脈回風(fēng)巷與充填回風(fēng)井交接處，采用局部通風(fēng)機(jī)抽出式通風(fēng)。原有通風(fēng)方法存在的主要問題是:

圖1 采場(chǎng)巷道布置Fig.1 Layout of stope roadway

(1)新風(fēng)進(jìn)入開采進(jìn)路后會(huì)經(jīng)過充填回風(fēng)井，絕大部分新鮮風(fēng)未到達(dá)進(jìn)路工作面之前就被充填回風(fēng)井抽走，整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)效率低。

(2)部分進(jìn)入回采進(jìn)路工作面沖刷后的乏風(fēng)在進(jìn)路中折回與新風(fēng)混雜，風(fēng)流質(zhì)量差，工人作業(yè)環(huán)境差，增加生產(chǎn)成本。

(3)進(jìn)路工作面新鮮風(fēng)大量流失，進(jìn)路通風(fēng)效率低，通風(fēng)成本變高，影響進(jìn)路工作面的正常開采施工。

3 通風(fēng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

3.1 進(jìn)路式回采輔助通風(fēng)裝置

本研究所設(shè)計(jì)輔助通風(fēng)裝置主要針對(duì)進(jìn)路沿礦體走向布置的下向進(jìn)路分層無分段充填采礦法，主要由可懸掛于上覆充填體下的充填—回風(fēng)井封堵板、懸固錨桿、可伸縮剛性風(fēng)筒構(gòu)成。

如圖2 所示。封堵板中間開口，可將可伸縮性剛性風(fēng)筒的尾部套進(jìn)封堵板中間圓口，用螺絲擰緊，封堵板由懸固錨桿固定于上覆充填體下將充填—回風(fēng)井下部井口封堵。可伸縮的剛性風(fēng)筒可隨回采進(jìn)路的推進(jìn)，由懸掛錨桿懸掛于上覆充填體下，風(fēng)筒末端設(shè)計(jì)扇形進(jìn)風(fēng)口，如圖3 所示。

3.2 進(jìn)路式回采輔助通風(fēng)裝置作用機(jī)理

圖2 回采進(jìn)路輔助通風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of auxiliary ventilation device in mining drift

圖3 圓環(huán)骨架式可伸縮性剛性風(fēng)筒結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of expansible rigid fan tube of circular framework

該輔助通風(fēng)裝置作用機(jī)理為在充填—回風(fēng)井實(shí)現(xiàn)回風(fēng)井功能時(shí)，一方面封堵板與剛性風(fēng)筒結(jié)合由懸掛錨桿固定于上覆充填體下，防止回采進(jìn)路內(nèi)新風(fēng)經(jīng)過充填—回風(fēng)井下口時(shí)被大量吸走，可保證回采進(jìn)路內(nèi)有足夠的新鮮風(fēng)。另一方面，可伸縮的剛性風(fēng)筒隨進(jìn)路推進(jìn)逐步伸長(zhǎng)，可將沖刷工作面的乏風(fēng)及時(shí)地抽入風(fēng)筒內(nèi)，再經(jīng)充填—回風(fēng)井進(jìn)入上部沿脈回風(fēng)巷。極大地提高回采時(shí)的通風(fēng)效率［5］。

在該回采進(jìn)路回采完畢充填—回風(fēng)井實(shí)現(xiàn)充填進(jìn)料功能時(shí)，將封堵板和風(fēng)筒拆下即可。該裝置可安裝拆卸簡(jiǎn)易，操作方便。

如圖4 和圖5 所示。以圖中A1、A2(分別代表改進(jìn)前、后)風(fēng)流路線為例，對(duì)比使用輔助通風(fēng)裝置前后的回采進(jìn)路內(nèi)的通風(fēng)效果。

圖4 A1、A2 風(fēng)流路線對(duì)比圖Fig.4 Comparison of airflow route A1，A2

圖5 下向進(jìn)路分層無分段充填采礦法通風(fēng)模擬Fig.5 Ventilation simulation of slicing and backfill mining without sublevel in downward drift

A1所示為原有下向進(jìn)路分層無分段充填采礦法，進(jìn)路回采過程中，向左至第1 個(gè)充填—回風(fēng)井，向右至第2 個(gè)充填—回風(fēng)井之前，新風(fēng)自沿脈運(yùn)輸巷經(jīng)穿脈進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)入行人通風(fēng)天井后的風(fēng)流路線。

左側(cè)通風(fēng)效果:回采迎頭面未超過第1 個(gè)充填—回風(fēng)井，新風(fēng)沖刷回采進(jìn)路迎頭面后直接進(jìn)入行人通風(fēng)天井，通風(fēng)效果良好。

右側(cè)通風(fēng)效果:回采迎頭面超過第1 個(gè)充填—回風(fēng)井，未到達(dá)第2 個(gè)充填回風(fēng)井之前，新風(fēng)進(jìn)入回采進(jìn)路后，經(jīng)過第1 個(gè)充填回風(fēng)井時(shí)，大量新風(fēng)未到達(dá)回采進(jìn)路迎頭面就被第1 個(gè)充填—回風(fēng)井吸走，造成新風(fēng)大量流失。

A2所示在右側(cè)第1 個(gè)充填回風(fēng)井下部進(jìn)風(fēng)口處安裝輔助通風(fēng)裝置，懸固封堵板，進(jìn)路內(nèi)隨迎頭推進(jìn)懸掛可伸縮剛性風(fēng)筒之后，新風(fēng)進(jìn)入行人通風(fēng)天井之后的風(fēng)流路線。

左側(cè)通風(fēng)效果:與A1相同。

右側(cè)通風(fēng)效果:新風(fēng)進(jìn)入回采進(jìn)路后，因輔助通風(fēng)裝置封堵板將充填回風(fēng)井下口封堵，新風(fēng)不會(huì)直接被充填回風(fēng)井吸走，沖刷回采進(jìn)路迎頭面后，被吸入風(fēng)筒經(jīng)第1 個(gè)充填回風(fēng)井內(nèi)的局部通風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入上部沿脈回風(fēng)巷。

在下向進(jìn)路分層無分段充填采礦法進(jìn)路［6］回采推進(jìn)過程中，當(dāng)回采進(jìn)路迎頭面超過第1 個(gè)充填回風(fēng)井，則把風(fēng)筒從封堵板上拆下，封堵板繼續(xù)懸固在上覆充填體下，防止新風(fēng)流經(jīng)充填—回風(fēng)井下口時(shí)被吸走，并在第2 個(gè)充填回風(fēng)井下口安裝封堵板和風(fēng)筒繼續(xù)輔助通風(fēng)。

3.3 采用輔助通風(fēng)裝置后的通風(fēng)效果

在該金礦1111#采場(chǎng)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，改造前進(jìn)路回采工作風(fēng)速為v=0.17 m/s，回采進(jìn)路斷面為6.5 m2。進(jìn)路回采主要工序有鉆眼、裝藥、除塵和出礦等。對(duì)其中耗風(fēng)量最大的除塵工序所需通風(fēng)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)記錄，改造前、后除塵工序通風(fēng)效果對(duì)比分析見表1。

表1 除塵工序通風(fēng)效果對(duì)比Table 1 Comparison of ventilation effect of different dedusting procedure

通風(fēng)系統(tǒng)改造后，每個(gè)作業(yè)循環(huán)除塵時(shí)間縮短了0.9 h，相對(duì)增加了出礦時(shí)間，并節(jié)約新鮮風(fēng)3 299.4 m3。

4 結(jié) 語

通過在某金礦Ⅰ號(hào)礦體11 中段W10 ～W12 勘探線之間1111#采場(chǎng)的試驗(yàn)研究，證明該輔助通風(fēng)裝置效果良好，應(yīng)用后極大地提高了下向進(jìn)路分層無分段充填開采通風(fēng)系統(tǒng)的效果。同等負(fù)壓下，增大了回采進(jìn)路內(nèi)的新鮮風(fēng)量，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了采場(chǎng)工作效率。并且該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，使用靈活，成本低，在每分層回采結(jié)束后，可拆下循環(huán)使用，在下向進(jìn)路充填采礦法中具有很好的推廣應(yīng)用前景。

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