石湖金礦中深部通風系統(tǒng)改造方案

劉東銳　劉偉強　李印洪　姚銀佩　王　志

(湖南有色冶金勞動保護研究院)

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石湖金礦中深部通風系統(tǒng)改造方案

劉東銳劉偉強李印洪姚銀佩王志

(湖南有色冶金勞動保護研究院)

詳細分析了石湖金礦101采區(qū)通風系統(tǒng)現(xiàn)狀、礦區(qū)通風系統(tǒng)存在的問題及制約礦山通風能力的因素，提出了符合礦山實際的中深部通風系統(tǒng)的改造方案，從技術、經濟角度對該方案的可行性及有效性進行了對比分析，最終優(yōu)選出符合采區(qū)實際的中深部通風系統(tǒng)改造方案，即兩翼進風多井回風通風方案，供類似礦山通風系統(tǒng)優(yōu)化改造參考。

通風系統(tǒng)改造兩翼進風多井回風式通風方案優(yōu)選

礦井通風系統(tǒng)作為井下八大主要系統(tǒng)之一，是向井下作業(yè)地點供給新鮮空氣、排出污濁空氣的通風網路、通風動力和通風控制設施的總稱。礦井通風系統(tǒng)與井下各作業(yè)地點緊密相聯(lián)，對全礦井的通風安全狀況具有全局性影響[1-2]。石湖金礦一期工程于1991年開始建設，1993年建成投產，二期工程于1995年實施，開采中段為400～180m中段。2013年進行101采區(qū)180～-70m中段第三期工程建設，規(guī)模擴建至15萬t/a的采、選生產能力。目前，井下已開拓至130m中段，2#豎井已下掘至-70m中段。由于礦體逐漸向南側伏，井下開采重點逐漸往3#線以南傾斜，北風井通風效果及作用不明顯。2012年進行39#線2#豎井施工，通風系統(tǒng)由初期的兩翼對角式通風系統(tǒng)演變?yōu)閮梢磉M風中央回風通風系統(tǒng)，井下現(xiàn)已進入中深部開采，由于進、回風線路長、通風阻力大、通風構筑物缺少及損壞、風路短路嚴重及中段采場通風網路不完善等問題，導致井下需風量嚴重不足，污風串聯(lián)難以排出地表，致使井下安全生產留下了較大的安全隱患，因此，需對該礦101采區(qū)的通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

1　礦區(qū)通風現(xiàn)狀

101采區(qū)井下一期工程于1993年建成投產，設計開采規(guī)模為150t/d(5萬t/a)，開采中段為600～400m中段，通風系統(tǒng)采用兩翼對角井下抽出式通風系統(tǒng)，北風井負擔3#線以北礦體開采，主扇安裝于井下600m中段，主扇型號K40-6No15，功率37kW；南風井(現(xiàn)中央回風井)負擔3#線以南礦體開采，主扇型號K40-6No15，功率37kW。中段通風網路采用階梯式通風網路，即上中段作為下中段開采的回風。101采取二期工程北風井主扇由600m中段下移至400m中段，南風井主扇在400m中段安裝一臺主扇(型號K40-6No15，功率37kW)，與600m中段主扇形成串聯(lián)，同時，南風井兼作安全通道，在風井內架設了行人梯子平臺。2011年進行了39#線2#豎井施工，通風系統(tǒng)演變?yōu)閮梢磉M風中央回風通風系統(tǒng)，即3#～5#線1#豎井、39#線2#豎井進風，15#～17#線中央回風井回風。2013年礦山已開始180～-70m中段第三期工程建設，目前井下已開拓至130m中段，39#線2#豎井以下掘至-70m中段，通風系統(tǒng)仍采用兩翼進風中央回風通風系統(tǒng)。

2　通風系統(tǒng)存在的問題

目前101采區(qū)礦井機械通風系統(tǒng)的3臺主扇因通風系統(tǒng)布局不合理、通風阻力大、局部正面通風阻力過大等因素，主扇運行效果不理想，導致主扇多年來長期處于停止運轉狀態(tài)，完全靠自然通風解決井下作業(yè)中段通風問題，造成井下需風量嚴重不足。井下260，220m中段7.5kW風機的排污風未進入系統(tǒng)回風巷道，全部在300，260，220m中段近距離區(qū)域循環(huán)，嚴重影響了作業(yè)人員的身心健康，不符合國家安全生產要求。經測定，101采區(qū)地表進風量僅為13.32m3/s，根據目前產量15萬t/a的需風量計算，101采區(qū)井下開采需風量在45m3/s以上，現(xiàn)通風系統(tǒng)能力無法滿足井下開采通風需求。同時，600，560，260，220，180m中段、2#豎井石門及2#豎井地表均檢測出CO等有毒氣體，2#豎井618m平硐測得最大CO含量為600×10-6，對618m平硐作業(yè)人員已構成了安全威脅。目前，礦區(qū)各中段風量分配不合理，中段、采場通風網路不完善，污風串聯(lián)嚴重。15#～17#線中央回風井各中段回風巷道缺少通風構筑物，2#線北風井各中段回風巷道通風構筑物損害嚴重，導致風路短路嚴重，風量無法按需分配，且中央回風井行人梯子平臺未撤除，導致回風斷面小、阻力大。該礦山缺少礦井通風技術專職人員，導致井下通風現(xiàn)場管理不到位，通風系統(tǒng)構筑物損壞極為嚴重，回風巷道堵塞嚴重，無法得到及時處理，無法實現(xiàn)隨著井下生產的變化及時調節(jié)通風網路及主扇運轉工況，主扇無法有效正常運轉。綜上所述，101采區(qū)現(xiàn)有的礦井通風系統(tǒng)能力無法滿足井下開采通風需求。

3　改造方案設計

3.1改造方案設計原則

101采區(qū)中深部通風系統(tǒng)改造設計原則為[3-5]：①滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》相關要求；②應與礦山生產規(guī)劃高速發(fā)展的客觀要求相適應，在確保安全生產的前提下，力求經濟合理；③根據礦井開拓方式、采礦方法、礦床賦存狀況、礦體產狀形態(tài)、礦區(qū)地形地貌、礦區(qū)實際情況以及礦井生產能力、開采強度等客觀要求，綜合考慮；④盡可能根據礦區(qū)氣候條件的變化，使自然風壓有益于通風系統(tǒng)，避免自然風壓對通風系統(tǒng)造成不利影響；⑤盡可能對礦區(qū)實際情況進行徹底調查，利用現(xiàn)有的工程實現(xiàn)通風系統(tǒng)的改造及提升。

3.2改造方案3.2.1方案一(兩翼進風多井回風通風方案)

(1)進風路線。新鮮風流由地表從1#、2#豎井進入井下，經各中段石門分風，經中段運輸平巷、穿脈平巷到達作業(yè)面，其中1#豎井新鮮風流進入130～600m各中段，后進入采場工作面；2#豎井新鮮風流通過石門進入480，180，130m中段，進入各工作區(qū)域。

(2)回風路線。石湖金礦101采區(qū)生產能力將擴至15萬t/a，中央風井無法滿足井下回風需求，故將北風井與中央風井共同擔負回風任務。350m中段以下各中段污風由天井匯至350m中段后，分流成2部分污風向地表排出。其中，15#線以北巷道作為專用回風巷道，將部分污風匯至北風井，排出地表；剩余部分由南風井(中央風井)回風至地表。

(3)主扇位置。主扇選用DK40-6No18的2×90kW風機，安裝于300m中段(圖1)。

圖1　兩翼進風多井回風通風方案

3.2.2方案二(兩翼進風中央回風通風方案)

(1)進風路線。新鮮風流由地表從1#、2#豎井進入井下，經各中段石門分風，經中段運輸平巷、穿脈平巷到達作業(yè)面，其中1#豎井新鮮風流進入130～600m各中段，后進入采場工作面；2#豎井新鮮風流通過石門進入480，180，130m中段，進入各工作區(qū)域。

(2)回風路線。石湖金礦101采區(qū)的生產能力將擴至15萬t/a，中央風井無法滿足回風需求，故掘進一條天井擔負回風任務，由350m中段至地表，為降低通風阻力，斷面為尺寸設定為3m×2m。

(3)主扇位置。主扇選用DK40-6No18的2×90kW風機，安裝于300m中段(圖2)。

圖2　兩翼進風中央回風通風方案

3.2.3方案優(yōu)選

通風阻力計算，可知方案一的摩擦阻力為1 207.17Pa，局部阻力為241.43Pa，總阻力為1 448.60Pa；方案二的摩擦阻力為1 319.89Pa，局部阻力為263.98Pa，總阻力為1 783.86Pa，可見方案二阻力大于方案一。方案二需對中央風井斷面進行擴大，存在施工難度大、費用高，安全性差等缺點；方案一僅需施工一條專用通風天井，大部分均利用原有工程，具有施工難度低、施工費用少、安全性高等優(yōu)點。方案一、方案二的裝機容量均為247kW，運行費用基本一致。經綜合對比分析可知，方案一具有投入少、工程周期短、安全系數(shù)高、經濟性高等優(yōu)點，故本研究選擇方案一(兩翼進風多井回風通風方案)作為石湖金礦101采區(qū)中深部通風系統(tǒng)改造方案。

4　結　語

以石湖金礦101采區(qū)為例，在分析該采區(qū)通風系統(tǒng)存在問題的基礎上，設計了2套通風系統(tǒng)改造方案，經過詳細的技術經濟對比分析，最終確定了該采區(qū)的通風系統(tǒng)改造方案為兩翼進風多井回風通風方案，對于類似礦山通風系統(tǒng)優(yōu)化改造有一定的借鑒價值。

[1]王英敏.礦井通風與安全[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.

[2]吳超.礦井通風與空氣調節(jié)[M].長沙：中南大學出版社，2008.

[3]彭斌.大型復雜礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].南昌：江西理工大學，2014.

[4]彭家蘭.金屬礦山通風系統(tǒng)優(yōu)化與管理[D].南昌：江西理工大學，2014.

[5]吳國珉.典型有色金屬礦山礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化與防塵技術研究[D].長沙：中南大學，2008.

2016-06-12)

劉東銳(1987—)，男，工程師，碩士，410014 湖南省長沙市雨花區(qū)香樟路601號。