某鐵礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計

吳 霞，蘇世標(biāo)，王 爍，李小亮

(廣東省職業(yè)病防治院職業(yè)衛(wèi)生評價所， 廣東 廣州 510300)

某鐵礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計

吳 霞，蘇世標(biāo)，王 爍，李小亮

(廣東省職業(yè)病防治院職業(yè)衛(wèi)生評價所， 廣東 廣州 510300)

針對某鐵礦的開拓系統(tǒng)和礦體的開采技術(shù)技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計采用抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，并安裝2臺主扇，形成兩翼對角式通風(fēng)。通過對該通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)量計算、通風(fēng)阻力計算以及自然風(fēng)壓計算，最終確定了合理的風(fēng)機(jī)選型。

通風(fēng)系統(tǒng)；風(fēng)量計算；通風(fēng)阻力；自然風(fēng)壓

0 引 言

某鐵礦現(xiàn)分為中、西兩個礦段，鐵礦石地質(zhì)儲量4.34億t，礦體傾向北西，傾角一般為40°，陡者為50°～70°。礦體厚度沿走向和傾向變化較大，中礦段平均厚度為21.76 m，西礦段平均厚度為50.04 m。屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19.4℃～21.5℃。該鐵礦區(qū)100年一遇洪水位154.5 m。風(fēng)向受季風(fēng)影響，隨季節(jié)轉(zhuǎn)換，10月至次年4月受北方冷空氣影響，以西北風(fēng)、北風(fēng)為主，5月至9月以南風(fēng)為主。

該礦區(qū)磁鐵礦主礦體自下而上劃分為石英型磁鐵礦、透閃石型磁鐵礦、透輝石型磁鐵礦及石榴型磁鐵礦。各自然類型礦石絕大多數(shù)為原生礦石，僅TFe30%以下石榴石型磁鐵礦為混合礦石。該鐵礦鉬礦體劃分為輝綠巖類輝鉬礦礦石、矽卡巖輝鉬礦礦石、石英砂泥巖輝鉬礦礦石。該礦區(qū)礦石平均地質(zhì)品位39.16%，硬度f為10～20，易磨易選，有害元素Zn、S含量甚微。伴生鐵鉬礦和共生輝鉬礦，鐵鉬礦主要賦存于71～83勘探線間的+350 m標(biāo)高以上，中礦段平均地質(zhì)品位0.096%，是鐵礦綜合開采利用的主要資源。

1 通風(fēng)系統(tǒng)的擬定

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是以向井下各個工作面供給新鮮空氣，排出污濁的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動力以及通風(fēng)控制設(shè)施等構(gòu)成的工程體系。對于+420～+300 m之間的礦體開采，采用主平硐—盲斜井開拓方案，考慮到礦山水文地質(zhì)條件及減少坑內(nèi)運(yùn)輸，斜井井位布置在85線附近。采用淺孔留礦法為主，局部采用房柱法，電耙出礦。根據(jù)該鐵礦的實(shí)際情況采用統(tǒng)一通風(fēng)更為合理，而且效率更高[1-4]。針對礦體走向不長，礦量分布集中以及地質(zhì)地形等各種具體情況，采用抽出式通風(fēng)，并在標(biāo)高+617 m和+574 m安裝2臺主扇，形成抽出式兩翼對角式通風(fēng)[5]，全礦通風(fēng)簡圖見圖1。

圖1 全礦通風(fēng)簡圖

2 風(fēng)量計算

礦井風(fēng)量計算首先按一般礦井排塵、排煙的要求，初步計算出各類需風(fēng)點(diǎn)和礦井的需風(fēng)量，然后按特殊礦井的風(fēng)量要求和萬噸需風(fēng)量的指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)量核算，最后確定礦井總風(fēng)量。

2.1 礦井總需風(fēng)量計算

(1) 85～82勘探線之間采用淺孔留礦法開采，共有6個礦塊，按排塵風(fēng)速0.15 m/s計算[5]，采掘工作面通風(fēng)斷面為26.4 m2，則每個工作面排塵風(fēng)量：q=26.4×0.15=3.96 m3/s，取4 m3/s，6個礦塊共需24 m3/s。

(2) 82～78勘探線之間采用分段連續(xù)礦房法開采，兩個礦塊工作，一個礦塊備用，每個礦塊按2臺鏟運(yùn)機(jī)在巷道工作，巷道平均斷面為10.8 m2，按排塵風(fēng)速0.4 m/s計算，每個礦塊需排風(fēng)量為：q=10.8×0.40×2=8.64 m3/s，約9 m3/s，2個共需風(fēng)量為18 m3/s，備用礦塊需風(fēng)量為4 m3/s。

(3) 主井卷揚(yáng)機(jī)硐室面積630 m2，按排塵風(fēng)速0.0075 m/s計算，需風(fēng)量：q=0.0075×630=4.725 m3/s，取5 m3/s。副井卷楊機(jī)硐室面積250 m2，需風(fēng)量：q=0.0075×250=1.8 m3/s，取2 m3/s。

(4) 水泵房需風(fēng)量：q=2 m3/s。

(5) 采準(zhǔn)掘進(jìn)隊5個，每個隊取3 m3/s，得3×5=15 m3/s。

由上面綜合可得礦井總需風(fēng)量為：Q=70 m3/s。

2.2 總風(fēng)量核算

按60萬t/a采礦規(guī)模計算總風(fēng)量，因礦坑、硐室及井巷系統(tǒng)相對簡單，礦體走向較小，單產(chǎn)萬噸耗風(fēng)量應(yīng)相應(yīng)較小，參照國內(nèi)外耗風(fēng)量為1.14 m3/s，則該礦78線以東風(fēng)量為：q=60×1.14=69.6 m3/s。由于該礦井漏風(fēng)較難控制，取漏風(fēng)系數(shù)k=1.48，因此，Q=1.48×69.60=103 m3/s。

綜上所述，得出該礦總需風(fēng)量為103 m3/s。

3 通風(fēng)阻力計算

礦井通風(fēng)總阻力主要包括摩擦阻力和局部阻力兩部分，摩擦阻力計算公式為：

hf=αPLQ2/S3

式中：α——摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；

L——巷道長度， m；

P——巷道周長， m；

S——巷道斷面積，m2；

Q——風(fēng)量， m3/s。

局部阻力為：

hε=0.2hf

總阻力為：

ht=1.2hf。

礦井通風(fēng)阻力與通風(fēng)井巷的斷面尺寸，支護(hù)形式，摩擦阻力系數(shù)及通過井巷的風(fēng)量有關(guān)。擬定的通風(fēng)單線見圖2和圖3，相對應(yīng)的礦井通風(fēng)阻力計算結(jié)果見表1。

表1 通風(fēng)網(wǎng)路總風(fēng)阻 /Pa

圖2 容易時期的通風(fēng)單線

圖3 困難時期的通風(fēng)單線

4 自然風(fēng)壓計算

對于本次所采用的抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，夏天自然風(fēng)壓呈阻力狀態(tài)，冬天為動力，根據(jù)通風(fēng)網(wǎng)路最大阻力計算原則，困難時期與容易時期都取其自然風(fēng)壓為阻力進(jìn)行計算。

4.1 通風(fēng)困難時自然風(fēng)壓

通風(fēng)困難時期的井口大氣壓力為：

Hn難=0.0341KPZ(1/T1-1/T2)

式中：T1——入風(fēng)井平均溫度，T1=301.80 K；

T2——回風(fēng)井平均溫度，T2=290.15 K；

K——修正系數(shù)，K=1.03；

P——井口氣壓，Pa；

Z——由井口至井底最大深度。

根據(jù)上述公式可計算得出，通風(fēng)困難時期，+574 m西回風(fēng)井口大氣壓力為-124.5 Pa，+617 m回風(fēng)斜井口大氣壓力為-149.1 Pa。

4.2 通風(fēng)容易時期自然風(fēng)壓

通風(fēng)容易時期的井口大氣壓力為：

Hn易=0.0341KPZ(1/T3-1/T4)

式中：T3——入風(fēng)井平均溫度，T3=283.25 K；

T4——排風(fēng)井平均溫度，T4=284.90 K；

其它符號意義同前。

計算得出，通風(fēng)容易時期，+574 m西回風(fēng)井口大氣壓力為26.1 Pa，+617 m斜井回風(fēng)井口大氣壓力為31.3 Pa。

5 風(fēng)機(jī)選型

主扇型號是根據(jù)主扇風(fēng)量、主扇風(fēng)壓及主扇工作網(wǎng)路計算風(fēng)阻特性來確定。主扇風(fēng)量Qf=ρQ[6]，其中ρ為扇風(fēng)機(jī)裝置的風(fēng)量備用系數(shù)，一般取1.1。計算得出，主扇風(fēng)量為56.65 m3/s。

主扇風(fēng)壓Hf=H+Hn+hr+hv[7]，式中，H為礦井總阻力，分別以容易和困難兩個時期的阻力值代入，Pa；Hn為與扇風(fēng)機(jī)通風(fēng)方向相反的自然風(fēng)壓，Pa；hr為扇風(fēng)機(jī)裝置阻力，包括風(fēng)機(jī)風(fēng)硐、擴(kuò)扇器和消音器的阻力之和，hr=175 Pa；hv為出口動壓損失，hv=15 Pa。主扇風(fēng)阻R=Hf/Qf2。由此計算得出主扇的風(fēng)壓和風(fēng)阻(見表2)。并根據(jù)表2的計算結(jié)果選擇風(fēng)機(jī)類型，風(fēng)機(jī)選型見表3。

表2 風(fēng)壓和風(fēng)阻

表3 風(fēng)機(jī)選型

6 結(jié) 論

本設(shè)計選用抽出式兩翼對角式通風(fēng)，需風(fēng)量為103 m3/s。選擇在標(biāo)高+617 m和+574 m安裝2臺主扇，標(biāo)高+617 m選用k45-4-No15型號主扇風(fēng)機(jī)，標(biāo)高+574 m選用K40-6-No19型號主扇風(fēng)機(jī)。實(shí)踐證明該設(shè)計滿足該礦的生產(chǎn)需求。

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[2]黎 強(qiáng),藍(lán)祀強(qiáng).大龍山鎢礦木梓園礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].采礦技術(shù),2016,16(01):25-26.

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[4]周志楊,王海寧,苑 棟,等.礦井通風(fēng)動力系統(tǒng)的共性問題分析與優(yōu)化實(shí)踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(06):13-17.

[5]張富民.采礦設(shè)計手冊礦床開采卷(下)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.

[6]中國勞動保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會,工業(yè)防塵專業(yè)委員會.工業(yè)防塵手冊[M].北京:勞動人事出版社,1989:566-1328.

[7]吳 超.礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)[M].長沙：中南大學(xué)出版社.2008,208-209.

[8]金屬礦井通風(fēng)防塵設(shè)計參考資料編寫組.金屬礦井通風(fēng)防塵設(shè)計參考資料[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1982.(收稿日期：2016-10-31)

吳 霞(1985-)，女，江西贛州人，碩士研究生，主要從事通風(fēng)除塵方向研究，Email：21040122@qq.com。