深井開采通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案研究

石乃敏，黃世頂

(1.廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 河池 547000； 2.廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司， 廣西 南丹 547205)

深井開采通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案研究

石乃敏1，黃世頂2

(1.廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 河池 547000； 2.廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司， 廣西 南丹 547205)

某金屬礦山開采深度近1 000m，由于通風(fēng)工程未能及時進(jìn)行優(yōu)化改造，在開采深礦體時，出現(xiàn)深部風(fēng)量小、能耗高、氣溫高等通風(fēng)問題，嚴(yán)重影響深部資源開發(fā)和安全生產(chǎn)。通過對通風(fēng)系統(tǒng)實際測量和數(shù)據(jù)分析，提出了4個通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終確定方案二為最優(yōu)通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。

深井開采； 通風(fēng)系統(tǒng)； 優(yōu)化改造

1 礦山概況

某礦為地下開采的金屬礦山，為錫石～硫化物多金屬礦床，礦體埋藏深度800～1 200m，屬于深井開采。礦山采用機(jī)械化上向水平分層充填法采礦，生產(chǎn)能力30萬t/a，采用豎井、斜井聯(lián)合開拓。礦山從1990年開始主要開采-79m標(biāo)高以上的100號礦體，已基本采完，僅剩下零星部分礦體。目前，礦山轉(zhuǎn)入深部105號礦體的開采，井下有回采工作面9個、備采工作面3個、掘進(jìn)工作面14個，回采主要集中在-151、-200m中段，正在進(jìn)行-250m中段開拓。按各生產(chǎn)中段需風(fēng)量要求進(jìn)行計算，-60m以上中段總需風(fēng)量為44.8m3/s，-60m以下中段總需風(fēng)量為139.51m3/s，總需風(fēng)量為184.31m3/s，風(fēng)流需求量大，且主要用風(fēng)點集中在-60m以下中段。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)及現(xiàn)狀

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)采用“兩進(jìn)三回”的中央進(jìn)風(fēng)兩翼回風(fēng)的對角式通風(fēng)系統(tǒng)，“兩進(jìn)”即將田角鋅窿與下拉甲窿作為深部主要進(jìn)風(fēng)井，同時利用豎井、探采斜井作為輔助進(jìn)風(fēng)井，“三回”即將恒源隆、華星窿、龍山窿作為回風(fēng)井。采用多風(fēng)機(jī)多級機(jī)站抽壓結(jié)合的通風(fēng)方式。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)由100號礦體通風(fēng)系統(tǒng)和105號礦體通風(fēng)系統(tǒng)兩個相對獨立的系統(tǒng)組成，其中100號礦體通風(fēng)系統(tǒng)主要為-70m標(biāo)高以上原100號礦體開采服務(wù)，105號礦體通風(fēng)系統(tǒng)主要為-70m標(biāo)高以下105號礦體開采服務(wù)，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)(100號+105號)是進(jìn)行105號礦體詳查施工時建設(shè)的通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

礦山經(jīng)過20多年的開采，開采深度不斷增加，通風(fēng)系統(tǒng)變得復(fù)雜，漏風(fēng)嚴(yán)重，風(fēng)流絮亂。通過對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行實際測量及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出深部105號礦體的進(jìn)風(fēng)量僅為71.58m3/s，到達(dá)深部風(fēng)量小，導(dǎo)致井下部分區(qū)域氣溫偏高，空氣悶熱，采場溫度高達(dá)32℃以上，不能滿足井下生產(chǎn)通風(fēng)要求。因此，必須對現(xiàn)有礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，對礦井進(jìn)風(fēng)線路進(jìn)行改造。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化原則

(1)根據(jù)礦山具體條件，結(jié)合礦井開拓方式、采礦方法、礦井生產(chǎn)能力和礦區(qū)地形地貌等因素，確定合理的通風(fēng)系統(tǒng)。

(2)減少礦井內(nèi)部漏風(fēng)，提高有效風(fēng)量率，形成完整的中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和采場通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是建立一個完善的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要措施。

(3)在保證正常、良好通風(fēng)效果的前提下，盡量降低通風(fēng)費用。通風(fēng)系統(tǒng)以不開拓通達(dá)地表的新進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井為宜，盡量利用現(xiàn)有的通風(fēng)井巷，以減少專用通風(fēng)井巷的工程量和工程費。

3.2 不可選方案

(1)方案一：田角鋅窿改造。田角鋅窿巷道長度達(dá)3 539m，斷面僅3.5m2，偏??；如果將其改造為進(jìn)風(fēng)井，不僅工程量大、費用高、工期長，較難盡快為礦井深部服務(wù)，而且改造后管理難度大，通風(fēng)耗能大。因此，不再對田角鋅窿進(jìn)行改造和使用，排除此方案。

(2)方案二：延伸豎井改造。如果將豎井按原中心坐標(biāo)進(jìn)行延伸至-200m以下，則-200、-151、-103、-60m各中段6#馬頭門距延伸豎井水平距離最短為846.9m，最長為936.6m，與200m水平豎井馬頭門至4#盲斜井口的運輸平巷距離544m相比要長很多。這種改造無論對運輸還是行人都是費時費力。因此，不將豎井按原井筒中心坐標(biāo)延伸，排除此方案。

3.3 可選方案

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀、存在問題及今后生產(chǎn)對通風(fēng)的需求，在反復(fù)深入現(xiàn)場調(diào)查研究、收集相關(guān)圖紙和資料、了解礦井生產(chǎn)和通風(fēng)系統(tǒng)詳細(xì)情況的基礎(chǔ)上，提出以下4個通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案。

(1)方案一：進(jìn)風(fēng)井為豎井+探井+下拉甲窿，回風(fēng)井為黃瓜洞回風(fēng)斜井。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)見圖2。

圖2 方案一通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)流程圖

從圖2可以看出，下拉甲窿是深部礦體新鮮風(fēng)流的主要來源，進(jìn)風(fēng)量需達(dá)到100m3/s，目前所測得的下拉甲窿口進(jìn)風(fēng)量僅有41.245m3/s，需要對下拉甲窿巷道進(jìn)行刷幫至10m2。

在進(jìn)風(fēng)井風(fēng)量達(dá)到要求之后，為了確保新鮮風(fēng)流能夠沿人員提升井流動，將-22～-166m斜井改為進(jìn)風(fēng)斜井，并在斜井井身-83m標(biāo)高處堵截，使下拉甲窿的新鮮風(fēng)流進(jìn)入-83m分層，然后新鮮風(fēng)流再經(jīng)過一段-83m分層聯(lián)絡(luò)巷道進(jìn)入6#盲斜井，最終將風(fēng)流按需送入各中段和分層。

在-60m中段6#盲斜井口加設(shè)風(fēng)門，以將4#盲斜井下來的熱風(fēng)和下拉甲窿新鮮風(fēng)流隔開；將4#盲斜井下至-60m中段的熱風(fēng)通過新掘聯(lián)絡(luò)巷道導(dǎo)入-60～-151m回風(fēng)井，匯入回風(fēng)風(fēng)流排出地表。在下拉甲窿-21m中段需安裝一臺DK45- 6- NO20/2×250風(fēng)機(jī)，此風(fēng)機(jī)不需要新購置，將-60m田角鋅窿口的此型號風(fēng)機(jī)移到此處即可。

(2)方案二：進(jìn)風(fēng)井為豎井+探井，回風(fēng)井為黃瓜洞回風(fēng)斜井。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)見圖3。

圖3 方案二通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)流程圖

從圖3可以看出，地表新鮮風(fēng)流進(jìn)入探井后，大部分風(fēng)流要求通過1#盲斜井到達(dá)200m中段，因此應(yīng)將1#盲斜井改造成專用進(jìn)風(fēng)斜井，并保證井身壁面光滑，減少沿程風(fēng)阻。新鮮風(fēng)流從200m中段分兩路下至-60m中段，一股風(fēng)流按原線路，即經(jīng)過4#盲斜井至-60m中段；另一股風(fēng)流選為從距豎井馬頭門較近的11#A盲斜井至10m中段，再通過7E#盲斜井至-60m中段。同時密閉這兩個斜井的所有漏風(fēng)點，保證新鮮風(fēng)流全部到達(dá)-60m中段。

另外，不再將11A#盲斜井和7E#盲斜井作為提礦(廢)井，而是作為專用進(jìn)風(fēng)斜井。根據(jù)風(fēng)量及風(fēng)速要求，將斷面面積刷大至13m2；采取措施阻止11A#盲斜井井口不能使鏟車聯(lián)道污風(fēng)風(fēng)流混入。

(3)方案三：進(jìn)風(fēng)井為豎井+探井+新打豎井，回風(fēng)井為黃瓜洞回風(fēng)斜井。在8#盲斜井井口附近選擇確定適宜的新豎井中心坐標(biāo)位置，新豎井從地表直通至深部，與105號礦體每個中段相聯(lián)通，并隨礦體開采進(jìn)度而延深。新打豎井既承擔(dān)105號礦體人員、材料和礦石的提升，還作為105號礦體的進(jìn)風(fēng)井。在105號礦體每個中段南端和北端與回風(fēng)天井相聯(lián)處裝設(shè)可調(diào)節(jié)輔扇，以便于按中段風(fēng)量所需進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(4)方案四：進(jìn)風(fēng)井為豎井+探井+盲豎井(從200m水平至深部)，回風(fēng)井為黃瓜洞回風(fēng)斜井。在8#盲斜井井口附近選擇確定適宜的新盲豎井中心坐標(biāo)位置，然后在200m中段從距離較近位置掘平巷至選定坐標(biāo)位置，并按選定坐標(biāo)位置打新盲豎井，垂直貫通至深部，與105號礦體每個中段相聯(lián)通，并隨礦體開采進(jìn)度不斷向下延深。新打盲豎井主要承擔(dān)人員、材料和廢石的提升，同時作為深部進(jìn)風(fēng)井。在105號礦體每個中段南端和北端與回風(fēng)天井相聯(lián)處裝設(shè)可調(diào)節(jié)輔扇，以便于按中段風(fēng)量所需進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.4 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

對礦井通風(fēng)系統(tǒng)4種方案進(jìn)行技術(shù)比較，見表1。對礦井通風(fēng)系統(tǒng)4種方案的井巷工程、設(shè)備投資估算進(jìn)行比較，見表2。

表1 礦井通風(fēng)方案技術(shù)比較

3.5 方案確定

通過對4種方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，方案一和方案二井巷工程和設(shè)備投資費用相差不多，而且能夠盡快投入礦井生產(chǎn)服務(wù)；方案三和方案四投資額度大，無法較快地投入礦井生產(chǎn)服務(wù)，但建成后礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡單、高效、節(jié)能、可靠，比方案一和方案二可減少電耗約400kW，年節(jié)約電費約280萬元，而且對礦山開拓、采礦、運輸?shù)刃б娑加泻艽筇岣?，礦石單位成本將會有較大幅度下降。鑒于該礦山通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合礦山現(xiàn)狀和未來發(fā)展需要，經(jīng)綜合分析、對比論證，最后確定采用方案二進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造。

4 結(jié)語

(1)新鮮風(fēng)流在進(jìn)入100號礦體通風(fēng)系統(tǒng)后，運行線路較長且復(fù)雜，漏風(fēng)嚴(yán)重。實測深部進(jìn)風(fēng)民窿斜井井口進(jìn)風(fēng)量為57.412m3/s，到達(dá)井下的有效風(fēng)量為 29.415m3/s，占井口進(jìn)風(fēng)量的51.23%。深部風(fēng)量小是造成深部通風(fēng)困難、高溫的主要原因。

(2)根據(jù)該礦井實際情況，從風(fēng)量、風(fēng)阻、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮，對提出的4個改造方案進(jìn)行對比分析，確定方案二優(yōu)于其他方案，也優(yōu)于原通風(fēng)系統(tǒng)，建議采用方案二對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

(3)在采取方案二進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造同時需對主要進(jìn)風(fēng)路線、 回風(fēng)路線上的所有漏風(fēng)點，以及已結(jié)束作業(yè)的廢棄井巷、空區(qū)采取密閉措施。減少漏風(fēng)，提高礦井有效風(fēng)量率，使井下各作業(yè)地點及各中段按需分風(fēng)，使風(fēng)流按生產(chǎn)需要和已設(shè)計的通風(fēng)線路流動。

表2 井巷工程和設(shè)備投資估算比較

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Study on optimization and transformation of ventilation system in deep mining

The mining depth of a metal mine is nearly 1 000m. Due to the ventilation project can not be carried out in time, there were ventilation problems in the mining of deep ore bodies, such as insufficient air volume supplied, high energy consumption and high temperature, which seriously affected the development of deep resources and safe production. Through the actual measurement and data analysis of ventilation system, four optimization schemes of ventilation system were put forward. By technical and economic comparison, it was concluded that the second scheme was the optimum reconstruction scheme.

deep mining; ventilation system; optimization and reconstruction

TD724

A

2016-12-16

2017-01-18

石乃敏(1965-)，男，廣西河池人，副教授，主要從事礦業(yè)工程方面的教學(xué)與科研工作。

1672-609X(2017)03-0010-05