山東三山島金礦西山礦區(qū)南翼通風系統(tǒng)回風機站優(yōu)化

王明斌 黃 維 趙洪凱 周 偉

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

三山島金礦西山礦區(qū)采用兩翼對角式通風方式，即主混合井、主斜坡道、進風井、輔助斜坡道進風，南、北兩翼回風井回風。隨著作業(yè)中段逐步下移，未來南翼作業(yè)區(qū)域主要集中于-780～-1 140 m中段，西山礦區(qū)仍將承擔約3 000 t/d的生產(chǎn)任務，南風井將承擔西山礦區(qū)南、北兩翼回風功能，1420#線南風井承擔西山礦區(qū)-825 m以下南翼回風功能，1960#線北風井承擔西山礦區(qū)北翼回風功能。西山礦區(qū)原南翼回風機站布設(shè)于在-150 m水平，運行1臺DK52-8-№27對旋風機，回風量42.8～157.8 m3/s，全壓為1 331～3 178 Pa，額定功率為2×280 kW，南風井回風機站總風量約150 m3/s。設(shè)備自2010年5月投入使用，目前已經(jīng)進入大修期，需更換主扇輪轂、葉片、節(jié)電器及高低壓供電系統(tǒng)。電機需要保養(yǎng)維修，按照相關(guān)規(guī)定須對南翼主扇進行雙回路供電，增設(shè)主扇接地系統(tǒng)。為進一步提高西山礦區(qū)南翼礦井通風系統(tǒng)的通風效果，本研究通過對優(yōu)化方案進行設(shè)計，并進行計算機通風網(wǎng)絡解算。

1 新南翼回風機站優(yōu)化方案

為提高西山礦區(qū)深部負壓，增加深部有效回風量，考慮到-150 m水平回風機站設(shè)備現(xiàn)狀，擬新建主扇機站，將機站設(shè)置水平下移至-330 m水平，并拆除原-150 m水平回風機站。新建回風機站工程主要包括主扇硐室、配電硐室及安裝工程。新主扇機站采用雙回路供電模式，以提高配電系統(tǒng)安全性，確保通風系統(tǒng)穩(wěn)定運行。增大主扇硐室高度，硐室頂端安裝吊裝鋼梁，2#電機吊裝時無需再次拆除1#電機外殼，便于主扇吊裝檢修。新主扇機站建設(shè)過程中通過封閉相關(guān)聯(lián)絡巷，仍可保證新南風井正常運行，降低改造工程對生產(chǎn)的影響。

1.1 深部總風量核算

結(jié)合三山島金礦深部開拓工程部署，生產(chǎn)任務為3 000 t/d，按4個中(分)段同時作業(yè)核算，通風最困難時期為-1 050～-1 140 m中段生產(chǎn)作業(yè)時期，含-1 110 ，1 125 m 2個分段，共4個中(分)段，每個中(分)段設(shè)置4個作業(yè)面，共16個作業(yè)面。本研究分別從作業(yè)場所降溫以及采場排塵風速2個方面對礦井需風量進行計算。

1.1.1 按作業(yè)場所降溫計算需風量

本研究按深部作業(yè)點工作溫度27 ℃核算降溫需風量。西山礦區(qū)斜坡道-600 m中段進風風溫超過28 ℃(實測值為28.8 ℃)時，對深部通風降溫作用較小[1]。在計算降溫總風量時，進風溫度按通往地表的入風井的進風溫度進行核算，其-600 m聯(lián)巷進風平均溫度取值為21 ℃(參照新立礦區(qū)副井-600 m聯(lián)巷實測進風溫度(20～22 ℃)取值)，根據(jù)入風井各中(分)段進風量、風溫以及風流熱交換初步計算，在此基礎(chǔ)上確定各中(分)段需風量[2-3]。經(jīng)統(tǒng)計，按西山礦區(qū)入風井進風溫度21 ℃計算，若將深部同時作業(yè)的4個中(分)段大巷溫度降至27 ℃，則礦井需風量為74.04 m3/s。

通過綜合分析表1、圖1可知：三山島金礦-600 m 水平以上圍巖散熱約占礦山所有散熱源的36%，隨著開采深度不斷延深，圍巖散熱占礦山所有散熱源的比例會越來越大，原西德部分礦山開采深度約900 m，其圍巖散熱約占礦山所有散熱源的46%；日本豐羽鉛鋅礦由于受熱水影響，在深度500 m 處氣溫高達80 ℃，其圍巖散熱約占礦山所有散熱源的89.8%。根據(jù)礦山相關(guān)資料分析可知：三山島金礦開采深度在-600 m水平以下，其圍巖散熱約占礦山所有散熱源的比例應大于36%，本研究優(yōu)化方案設(shè)計中該比例值設(shè)計為50%[4-5]。綜上分析，按深部作業(yè)場所通風降溫計算需風量時，經(jīng)類比計算的礦井需風量約為205.67 m3/s。

表1 部分國內(nèi)外礦井各種熱源占總熱源熱量的比例 %

圖2 三山島金礦-600 m水平各種熱源占總熱源熱量的比例

1.1.2 按采場排塵風速計算需風量

礦山所需的總風量為各工作面需風量和需要獨立通風硐室的需風量之和[6]?？紤]井下作業(yè)面以及硐室的工作性質(zhì)、通風排塵所需風速以及風量漏風系數(shù)等，本研究計算的礦井需風量為151.26 m3/s。

1.1.3 深部總風量確定

本研究取按作業(yè)場所降溫計算的需風量和按采場排塵風速計算的需風量的較大值作為礦井需風量，即礦井需風量Q需為205.76 m3/s?？紤]到在生產(chǎn)變動時期因通風系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及時帶來的風量不均衡因素的影響，按井下同時工作的最多人數(shù)或各工作面柴油設(shè)備運行數(shù)量計算需風量時，礦井總風量應在計算的需風量的基礎(chǔ)上，再乘以系統(tǒng)風量備用系數(shù)；按作業(yè)場所降溫量計算需風量時，該風量主要用于將井下作業(yè)中段生產(chǎn)作業(yè)溫度降低至28 ℃以下，故無需考慮風量備用系數(shù)[7-8]。因此，西山礦區(qū)礦井總風量為205.76 m3/s。

1.2 礦井困難時期通風路線及風量

困難通風路線為入風井→-600 m進風井石門巷→1860#線進風井→-1 140 m水平→1960#線-825～-1 140 m北風井→-825 m中段→-825～-780 m回風井→-780 m回風水平→南風井→地表。困難時期入風井進風量為205.76 m3/s，1860#線進風井分配風量為60 m3/s，-1 140 m分配風量為54 m3/s，-114～-825 m水平1960#線北風井回風量為100 m3/s。

1.3 主要通風機選型

在考慮自然風壓的基礎(chǔ)上，結(jié)合計算的礦井困難時期的通風系統(tǒng)阻力以及按通風降溫計算的礦井總風量，通過計算機通風網(wǎng)絡模擬解算后，本研究確定的主要通風機為1臺DK46(CII)-8-№28風機，備用1臺同型號風機電機及1套風機葉輪[9]。該型風機的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 風機技術(shù)參數(shù)

DK46(CII)-8-№28型軸流風機具有運轉(zhuǎn)效率高、噪聲低、性能范圍大、節(jié)電效果顯著等特點，可方便實現(xiàn)反轉(zhuǎn)反風功能(風機控制柜具有正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)功能按鈕)，反風率大于60%，無需修筑反風道。西山礦區(qū)南風井-330 m水平回風機站選用1臺DK46(CII)-8-№28風機，經(jīng)Ventsim三維通風動態(tài)仿真模擬軟件解算，回風機站風量為210.10 m3/s，通風阻力為3 144 Pa，實耗功率為702.67 kW。

1.4 主要工程技術(shù)參數(shù)及工程造價

在-330 m中段施工主扇硐室、配電硐室及新南風并聯(lián)風聯(lián)，施工范圍為1220#～1300#線。本研究方案中參照了西山礦區(qū)北翼通風系統(tǒng)-150 m主扇硐室、配電硐室，充分利用了現(xiàn)有的井巷工程，方案實施過程中盡可能不影響現(xiàn)有南翼通風系統(tǒng)正常運行，巷道采用錨桿支護工藝。經(jīng)科學估算，三山島金礦西山礦區(qū)南翼通風系統(tǒng)回風機站改造工程造價約52.285萬元。主要工程設(shè)計參數(shù)、相關(guān)工程量及工程造價見表3。

2 系統(tǒng)運行效果

表3 主要工程量及工程造價

三山島金礦原西山礦區(qū)南翼通風系統(tǒng)風機總功率為895 kW(包括-150 m南風井主扇2×280 kW，-537 m南風井輔扇55 kW，-600 m空壓機硐室輔扇30 kW以及-780 m南風井二級主扇機站250 kW)，通風單耗為4.18元/m3/s。通風系統(tǒng)優(yōu)化后，西山礦區(qū)南翼通風系統(tǒng)風機總功率為800 kW，通風單耗為2.04元/(m3/s)。相對而言，通風單耗降低了2.14元/(m3/s)，每年可節(jié)約電費約39.10萬元。

-330 m南風井主扇及配電硐室改造完畢后，主扇運行狀態(tài)良好，可滿足主扇運行工況與不同通風時期通風網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的管網(wǎng)阻力優(yōu)化匹配要求，可達到提升主扇運行工況與通風阻力匹配的動態(tài)適應能力的目標；主扇機站采用雙回路供電方式有效提高了風機配電系統(tǒng)的安全性，同時優(yōu)化了通風網(wǎng)絡輔扇配置，提高了通風系統(tǒng)風機運行的節(jié)能效果[10-11]。西山礦區(qū)南翼通風系統(tǒng)得到了極大改善，主斜坡道及深部作業(yè)環(huán)境得到了明顯改善，井下生產(chǎn)作業(yè)效率提高了5%，每年可增加利潤約600萬元。

3 結(jié) 語

對三山島金礦西山礦區(qū)南翼通風系統(tǒng)進行了優(yōu)化，使得優(yōu)化后的南翼回風系統(tǒng)的回風量達到217.68 m3/s，較原來的120 m3/s提高了97.68 m3/s，-780 m水平以下深部作業(yè)區(qū)域高溫高濕問題得到了極大緩解，粉塵濃度得到了有效控制，職業(yè)病發(fā)病率明顯降低，井下作業(yè)效率得到了明顯提升。此外，該系統(tǒng)優(yōu)化后，使得南翼回風系統(tǒng)風機總功率得到大大降低，電能消耗也得到了大幅縮減，大大減少了常規(guī)工段日常巡檢工作量，降低了南翼通風系統(tǒng)運行成本，對于三山島金礦新立礦區(qū)東、西兩翼回風系統(tǒng)優(yōu)化改造具有良好的借鑒意義。

參 考 文 獻

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