解決下向分層回采進(jìn)路通風(fēng)問(wèn)題可行性分析

馬元磊，呂海政

（萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司，山東萊蕪 271100）

經(jīng)驗(yàn)交流

解決下向分層回采進(jìn)路通風(fēng)問(wèn)題可行性分析

馬元磊，呂海政

（萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司，山東萊蕪 271100）

下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法進(jìn)路回采過(guò)程中的通風(fēng)采用傳統(tǒng)的局扇風(fēng)筒來(lái)加強(qiáng)通風(fēng)，該通風(fēng)方式存在諸多的缺陷。通過(guò)分析下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法在進(jìn)路回采過(guò)程中出現(xiàn)的通風(fēng)問(wèn)題以及目前局扇風(fēng)筒通風(fēng)方式的缺陷，提出了鋪設(shè)鐵皮回風(fēng)管道形成通風(fēng)回路的方案建議，并對(duì)其技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行探討分析。

下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法；回采進(jìn)路；回風(fēng)管道；鐵皮管道；局部通風(fēng)

萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司下屬的馬莊鐵礦、業(yè)莊鐵礦、谷家臺(tái)鐵礦目前采用的采礦方法為機(jī)械化盤(pán)區(qū)下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法。該采礦方法是以膠結(jié)充填體作為人工假頂，在人工假頂?shù)谋Ｗo(hù)下進(jìn)路掘進(jìn)式采礦，自上而下分層回采并逐條進(jìn)路充填?；夭沙龅V作業(yè)采用BM281鑿巖臺(tái)車(chē)、HT82鑿巖臺(tái)車(chē)、錨桿臺(tái)車(chē)、噴漿臺(tái)車(chē)、大斗容鏟運(yùn)機(jī)、裝藥服務(wù)車(chē)、運(yùn)藥車(chē)等一系列大型設(shè)備，形成1條完整的機(jī)械化生產(chǎn)線(xiàn)。該采礦方法具有礦石貧化損失小、生產(chǎn)效率高、采礦作業(yè)安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，但是隨著該采礦方法的不斷推廣應(yīng)用，進(jìn)路回采過(guò)程中的通風(fēng)問(wèn)題逐步凸顯，成為下向采礦過(guò)程中的一大難題。傳統(tǒng)的局扇風(fēng)筒通風(fēng)方式不能夠再滿(mǎn)足目前生產(chǎn)通風(fēng)模式，需進(jìn)一步升級(jí)改進(jìn)。

1 現(xiàn)階段進(jìn)路采礦存在的通風(fēng)問(wèn)題

機(jī)械化盤(pán)區(qū)下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法在進(jìn)路回采過(guò)程中，隨著采礦工作自上而下的開(kāi)展，上水平采準(zhǔn)工程和進(jìn)路礦房全部充填，造成通風(fēng)回路的堵塞，進(jìn)路回采過(guò)程中全部為獨(dú)頭工作面掘進(jìn)，目前采用傳統(tǒng)的局扇風(fēng)筒來(lái)加強(qiáng)通風(fēng)。

局扇通風(fēng)存在以下弊端：1）局扇通風(fēng)成本較高。1臺(tái)5.5 kW局扇工作1 a所消耗的電費(fèi)為3萬(wàn)元左右。并且風(fēng)筒消耗量也較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，局扇通風(fēng)噸礦成本約為0.61元。2）局扇通風(fēng)實(shí)際上已經(jīng)失去排除爆破炮煙的作用，局扇主要起到施工過(guò)程中降溫、改善工作環(huán)境等作用。3）污風(fēng)與新鮮風(fēng)相互混合，需風(fēng)地點(diǎn)受到污風(fēng)污染。4）操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度加大。爆破之前必須回撤風(fēng)筒，施工之前必須接風(fēng)筒到工作地點(diǎn)，循環(huán)反復(fù)增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。5）風(fēng)筒易受到爆破飛石擊砸，受損后局扇通風(fēng)起不到應(yīng)有的效果。風(fēng)筒損壞頻繁得不到及時(shí)更換，漏風(fēng)嚴(yán)重，通風(fēng)效果不理想。6）由于局扇通風(fēng)效果較差，導(dǎo)致部分工作面溫度達(dá)到30℃，炮煙久聚不散，柴油設(shè)備尾氣彌漫，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣。

局扇風(fēng)筒通風(fēng)方案的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用相對(duì)成熟，機(jī)動(dòng)靈活。缺點(diǎn)：1）局扇通風(fēng)相當(dāng)于把污風(fēng)進(jìn)行擴(kuò)散稀釋?zhuān)壮霈F(xiàn)污風(fēng)串風(fēng)對(duì)相鄰地點(diǎn)造成污染；2）通風(fēng)效率低，風(fēng)筒易破損，漏風(fēng)不可避免；3）每條進(jìn)路需要安設(shè)風(fēng)機(jī)，一個(gè)盤(pán)區(qū)需安設(shè)多個(gè)局扇進(jìn)行通風(fēng)，局扇使用量大。

2 鋪設(shè)回風(fēng)管道的通風(fēng)方案

鑒于傳統(tǒng)的局扇風(fēng)筒通風(fēng)方式不能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，建議利用管道鋪設(shè)回風(fēng)通道形成盤(pán)區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，解決進(jìn)路礦房通風(fēng)問(wèn)題。以進(jìn)路穿沿脈交錯(cuò)布置的鋪管方式對(duì)方案進(jìn)行介紹。

2.1 第1分層管道布置

第1分層各條穿脈進(jìn)路充填之前預(yù)鋪設(shè)回風(fēng)管道（直徑Φ50 cm），回風(fēng)管道需要延伸到封堵墻外側(cè)，鋪設(shè)高度距底板1.5 m，每間隔10 m安裝1條長(zhǎng)度為1.5 m的豎管，豎管底部堵塞并與底板接觸，相鄰進(jìn)路豎管需交錯(cuò)布置。第1分層全部采礦完畢之后，把第1分層預(yù)埋的全部回風(fēng)管道用直徑80～100 cm的主管道進(jìn)行連接，并在中間位置安設(shè)風(fēng)機(jī)對(duì)下一水平進(jìn)行抽出式通風(fēng)，直接把污風(fēng)排放到回風(fēng)井［1-2］。鋪設(shè)形式如圖1所示。

2.2 第2分層通風(fēng)方式及管道布置

第2分層沿脈進(jìn)路采礦過(guò)程中每掘進(jìn)10 m即可掘進(jìn)到短管位置，去掉管塞即形成通風(fēng)回路。要求進(jìn)路施工到下一條短管位置后，及時(shí)用管塞把前一條回風(fēng)短管堵塞，已保證作業(yè)迎頭風(fēng)量充足。

第2分層各條沿脈進(jìn)路充填之前，依次下向延伸豎管（直徑Φ50 cm），即在第1層預(yù)埋的豎管各安設(shè)1條豎向通風(fēng)管道，服務(wù)于第3層采礦回風(fēng)。以此循環(huán)，形成整個(gè)盤(pán)區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)。整個(gè)盤(pán)區(qū)形成的通風(fēng)管道鋪設(shè)形式如圖2所示。

圖1 第1層管道鋪設(shè)

圖2 盤(pán)區(qū)通風(fēng)管道

2.3 管道通風(fēng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1）管道通風(fēng)能夠?qū)崿F(xiàn)礦房污風(fēng)的匯集并集中排放到回風(fēng)井，不會(huì)出現(xiàn)污風(fēng)串風(fēng)現(xiàn)象，有效地避免了污風(fēng)污染新鮮風(fēng)流問(wèn)題；2）管道通風(fēng)能夠提高通風(fēng)效率，減少漏風(fēng)；3）1個(gè)風(fēng)機(jī)解決整個(gè)盤(pán)區(qū)通風(fēng)問(wèn)題，風(fēng)路調(diào)整只需要堵塞管道口即可實(shí)現(xiàn)，操作方便，節(jié)省了局扇的使用；4）爆破后炮煙立即自動(dòng)排放，有利于提高勞動(dòng)效率；5）減少風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道的施工，減少了通風(fēng)相關(guān)的工程量。缺點(diǎn)：管道通風(fēng)易堵塞，管道堵塞之后影響范圍較大。

2.4 管道通風(fēng)方案經(jīng)濟(jì)性比較

經(jīng)過(guò)多方考察和對(duì)比，因鐵皮通風(fēng)管道的價(jià)格比較低廉，選擇鐵皮厚度為0.8 mm的螺旋風(fēng)管作為通風(fēng)管道［3］。管道通風(fēng)方案與局扇風(fēng)筒通風(fēng)方案的經(jīng)濟(jì)性比較以鐵皮管道市場(chǎng)實(shí)時(shí)價(jià)格為依據(jù)，以規(guī)格50 m×50 m×25 m（5層進(jìn)路礦房）的采礦盤(pán)區(qū)為基礎(chǔ)進(jìn)行了計(jì)算比較，該盤(pán)區(qū)礦石量23.4萬(wàn)t。

1）管道通風(fēng)方案成本計(jì)算。材料費(fèi)：豎管道（Φ 50 cm）1 375 m×36元/m=4.95萬(wàn)元；預(yù)先安設(shè)的第一層管道（Φ50 cm）435 m×36元/m=1.71萬(wàn)元，主管道（Φ80 cm）50 m×56元/m=0.28萬(wàn)元，三通55個(gè)× 50元/個(gè)=0.25萬(wàn)元。人工費(fèi)：按照平均每條進(jìn)路鋪設(shè)管道消耗3個(gè)工時(shí)估算，鋪設(shè)管道消耗工時(shí)150個(gè)工時(shí)（每個(gè)工時(shí)100元），工值1.5萬(wàn)元。電費(fèi)：采礦時(shí)間按照估算10個(gè)月（每月回采5條進(jìn)路），電費(fèi)為7.16萬(wàn)元。共合計(jì)15.85萬(wàn)元。噸礦通風(fēng)成本為0.68元/t。

2）局扇風(fēng)筒通風(fēng)方案成本計(jì)算。材料費(fèi)：據(jù)2010—2014年風(fēng)筒消耗量統(tǒng)計(jì)推算（采礦617萬(wàn)t，風(fēng)筒消耗額14.4萬(wàn)元），采礦23.4萬(wàn)t消耗風(fēng)筒費(fèi)用為0.55萬(wàn)元。人工費(fèi)：包括維修人員安設(shè)局扇消耗工時(shí)和反復(fù)回撤風(fēng)筒消耗工時(shí)，按照每條進(jìn)路消耗2個(gè)工時(shí)估算，估算消耗工時(shí)100個(gè)（每個(gè)工時(shí)100元），工值1萬(wàn)元。電費(fèi)：采礦時(shí)間按照估算10個(gè)月（每月采5條進(jìn)路），電費(fèi)10.13萬(wàn)元。合計(jì)11.68萬(wàn)元。噸礦通風(fēng)成本為0.50元。

經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果。管道通風(fēng)與局扇風(fēng)筒通風(fēng)相比較，管道通風(fēng)方案的噸礦通風(fēng)成本增加0.18元，但是管道通風(fēng)可以減少通風(fēng)井和聯(lián)絡(luò)巷道的施工，減少局扇的消耗，加算此兩項(xiàng)之后，預(yù)計(jì)管道通風(fēng)方案與局扇風(fēng)筒通風(fēng)相比，通風(fēng)成本相差不大［4］。

3 鐵皮管道通風(fēng)方案的技術(shù)可行性分析

3.1 鐵皮通風(fēng)管道阻力計(jì)算

目前公司采用局扇的供風(fēng)量為2.86 m3/s（風(fēng)筒直徑45 cm，出口風(fēng)速18 m/s左右），鐵皮通風(fēng)管道阻力計(jì)算以該供風(fēng)量作為單個(gè)作業(yè)迎頭的基礎(chǔ)風(fēng)量，采礦盤(pán)區(qū)規(guī)格50 m×50 m×25 m，同時(shí)布置3個(gè)迎頭作業(yè)，總回風(fēng)量為8.58 m3/s。

鋪設(shè)的鐵皮回風(fēng)管道回風(fēng)狀態(tài)分為兩種簡(jiǎn)化情況：1）主管道回風(fēng)狀態(tài)。該狀態(tài)的風(fēng)量為3個(gè)作業(yè)迎頭的風(fēng)量之和，風(fēng)量為8.58 m3/s；由圖1和圖2可知，主管道最大回風(fēng)長(zhǎng)度為50 m左右。2）分支管道回風(fēng)狀態(tài)。該狀態(tài)的風(fēng)量為單個(gè)作業(yè)迎頭的風(fēng)量，風(fēng)量為2.86 m3/s；由圖1和圖2可知，分支管道最大回風(fēng)長(zhǎng)度為75 m左右。

主管道風(fēng)量為8.58 m3/s不同管道直徑對(duì)應(yīng)的阻力數(shù)據(jù)，分支管道風(fēng)量2.86 m3/s不同管道直徑對(duì)應(yīng)的阻力均可查閱《鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，阻力數(shù)據(jù)如表1、表2所示［5］。

表1 主管道不同管道直徑對(duì)應(yīng)的阻力

表2 分支管道不同管道直徑對(duì)應(yīng)的阻力

3.2 主管道不同管道類(lèi)型對(duì)應(yīng)的出口動(dòng)壓損失

主管道風(fēng)量8.58 m3/s時(shí)，不同管道直徑對(duì)應(yīng)的出口動(dòng)壓損失計(jì)算見(jiàn)表3。

主管道通風(fēng)阻力計(jì)算：風(fēng)量為8.58 m3/s，摩擦阻力計(jì)算長(zhǎng)度為25 m，局部通風(fēng)阻力按1個(gè)拐點(diǎn)，動(dòng)壓損失按主管道出口動(dòng)壓損失進(jìn)行計(jì)算。

分支管道通風(fēng)阻力計(jì)算：風(fēng)量為2.86 m3/s，摩擦阻力計(jì)算長(zhǎng)度為75 m，局部通風(fēng)阻力按兩個(gè)拐點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。兩者之和即為總通風(fēng)阻力。不同型號(hào)的管道搭配，通風(fēng)總阻力計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表3 不同管道直徑對(duì)應(yīng)的出口動(dòng)壓損失

表4 不同型號(hào)管道搭配對(duì)應(yīng)的總阻力

3.3 管道及風(fēng)機(jī)型號(hào)的選擇

通過(guò)通風(fēng)阻力的比較，兼顧鐵皮管道對(duì)充填體頂板的穩(wěn)固性影響以及其安裝難度大小，建議選擇主管道直徑為80 cm，分支管道直徑為50 cm，此時(shí)通風(fēng)阻力為931 Pa。

該風(fēng)量和風(fēng)阻要求，可以選擇JK40-1NO7風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)全盤(pán)區(qū)通風(fēng)，該風(fēng)機(jī)風(fēng)量8.8～10.5 m3/s，全壓769～1 025 Pa，電機(jī)功率15 kW。

3.4 可行性研究結(jié)果

鐵皮管道通風(fēng)方案從技術(shù)上是可行的，技術(shù)能夠通過(guò)鐵皮管道加風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)盤(pán)區(qū)的通風(fēng)。

4 鐵皮管道通風(fēng)運(yùn)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)

緩傾斜薄礦體如何鋪設(shè)通風(fēng)管道問(wèn)題。傾斜薄礦體進(jìn)路布置方式一般采用沿脈布置，而不是穿沿脈交錯(cuò)布置。緩傾斜礦體通風(fēng)管道的布置只需沿著礦體傾向斜向布管即可形成通風(fēng)管道鋪設(shè)。

1）鋪設(shè)鐵皮管道對(duì)頂板穩(wěn)固性的影響。進(jìn)路采礦過(guò)程中，每間隔10 m裸露Φ50 cm的通風(fēng)管道，裸露面積0.196 m2，對(duì)頂板的穩(wěn)固性應(yīng)該不會(huì)造成很大的影響。

2）采礦過(guò)程中準(zhǔn)確找到回風(fēng)點(diǎn)。下一水平采礦過(guò)程中能否準(zhǔn)確揭露并找到回風(fēng)點(diǎn)至關(guān)重要，建議預(yù)設(shè)回風(fēng)管道過(guò)程中，豎向短管與底板必須接觸。

3）膠結(jié)充填過(guò)程中防止通風(fēng)管道被充填體灌滿(mǎn)。鋪設(shè)通風(fēng)管道之后，充填過(guò)程中，回風(fēng)管道允許漏水進(jìn)入管道，但不允許漏漿進(jìn)入管道。一旦漏漿至灌滿(mǎn)通風(fēng)管道后，會(huì)造成通風(fēng)管道的堵塞失效。建議管道搭接接頭位置用麻袋片包扎以防止充填泥漿漏入管道。

5 結(jié)論和建議

5.1 鐵皮管道通風(fēng)方案技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，該通風(fēng)方案能夠解決機(jī)械化盤(pán)區(qū)下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法的通風(fēng)問(wèn)題。

5.2 鐵皮管道通風(fēng)方案能夠減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，徹底改變目前傳統(tǒng)的局部通風(fēng)不佳的情況，并且能夠?qū)崿F(xiàn)爆破之后立即通風(fēng)，從而提高了工作效率。

5.3 隨著礦山機(jī)械化水平的不斷提高，井下柴汽油設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用，造成井下空氣質(zhì)量極差，工作環(huán)境比較惡劣。鐵皮管道通風(fēng)方案能夠有效地避免污風(fēng)串風(fēng)現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)污風(fēng)匯集之后集中排放，對(duì)改善井下工作環(huán)境和保障操作人員的健康十分有利。

［1］樊海艷.下向進(jìn)路分層無(wú)分段充填開(kāi)采通風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)［J］.金屬礦山，2015，44（7）：143-146.

［2］肖玉武.下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法回采進(jìn)路通風(fēng)問(wèn)題探索［J］.新疆有色金屬，2014（4）：14-15.

［3］耿愛(ài)平，趙明祥.下向進(jìn)路式充填采礦法順路通風(fēng)理論及技術(shù)［C］//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì).第十屆全國(guó)采礦學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.北京，2015：199-204.

［4］袁哲.下向分層回采中形成通風(fēng)道的新方法［J］.世界采礦快報(bào)，1990（32）：19-20.

［5］冶金工業(yè)部建設(shè)協(xié)調(diào)司，中國(guó)冶金建設(shè)協(xié)會(huì).鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

［6］王懷勇，于潤(rùn)滄，束國(guó)才.機(jī)械化進(jìn)路式下向充填采礦法的應(yīng)用與發(fā)展［J］.中國(guó)礦山工程，2013（1）：4-6.

TD72

B

1004-4620（2017）02-0072-03

2016-08-18

馬元磊，男，1987年生，2010年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司工程師，從事采礦技術(shù)工作。