眼前山鐵礦露天轉井下通風系統(tǒng)設計研究

姜 鵬 陳曉云

(1.中冶北方(大連)工程技術有限公司，遼寧 大連 116600；2.鞍鋼集團礦業(yè)公司，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

眼前山鐵礦是鞍山鋼鐵(集團)公司重要的生產(chǎn)礦山。礦山采用露天方式開采，1960年開始建設，2012年露天開采結束。目前礦山正在進行過渡期掛幫礦體開采，即將結束。

礦區(qū)地處千山風景區(qū)東北5 km，西距鞍山市中心22 km。北鄰砬子山鐵礦，西鄰關寶山鐵礦，東鄰谷首峪村，南鄰洪臺溝村，行政隸屬鞍山市千山區(qū)管轄。礦山保有資源/儲量礦石量35 428.88 萬t，資源豐富，儲量巨大，鞍鋼將其規(guī)劃為年產(chǎn)礦石800 萬t/a的特大型地下礦山。

眼前山鐵礦總體走向東西，礦體東西長，南北較寬，傾角陡。如果不采取行之有效的通風措施，井下作業(yè)條件將非常惡劣。因此，設計中應充分考慮礦山開采技術條件，合理布置通風系統(tǒng)，滿足礦山安全生產(chǎn)的要求。

1 礦床賦存條件

眼前山鐵礦礦區(qū)內(nèi)出露地層有鞍山群、遼河群和第四系地層，以鞍山群變質巖為主。礦體走向東西，由三個礦體組成(Fe1、Fe2、Fe3)，其中Fe1是主礦體，礦體東西長1 600 m，南北向寬55～194 m，在Fm-1斷裂以西的礦體傾向NE，傾角70°～85°；在Fm-1斷裂以東礦體傾向SW，傾角74°～86°，局部礦體直立。

礦區(qū)礦石主要為磁鐵礦，其次有少量赤鐵礦，假象赤鐵礦、碳酸鐵和硅酸鐵。

礦床工程地質條件、礦床水文地質條件均屬中等類型。

2 采礦工程設計方案

2.1 開采方式及建設規(guī)模

根據(jù)礦體賦存情況，設計采用地下開采。建設規(guī)模為800 萬t/a。

2.2 開拓系統(tǒng)

本次設計為深部礦體開采，開采范圍為：西端幫-123～-501 m標高之間，東端幫-141～-501 m標高之間，南、北幫-141～-501 m標高之間和露天底-183～-501 m之間的礦體。設計確定最低開拓標高為-501 m，采用階段高度為180 m。主要開拓運輸水平為-321、-501 m階段運輸水平。首采階段為-123～-321 m階段。設-123 m回風水平、-213 m輔助水平、-303 m專用進風水平及-567 m破碎水平、-633 m皮帶水平、-695 m粉礦清理水平。

采用豎井、主斜坡道聯(lián)合開拓方式。布置兩條主井、一條副井、三條進風井和三條回風井、一條主斜坡道。

主井為箕斗井，井筒凈直徑Φ6.5 m，井口標高121 m，井底標高-693 m。

副井為罐籠井，承擔任務有人員、部分材料、新水平準備廢石、粉礦提升、排水、進風，通風量為190 m3/s。井筒由117 m至-730.8 m，井筒凈直徑為6.5 m。選用雙層雙車單罐籠配平衡錘提升系統(tǒng)；井口設預熱設施；設梯子間，兼做安全出口。

1號主進風井承擔任務有井下大件設備提升、進風，通風量為200 m3/s。井筒由105 m至-321 m，井筒凈直徑為4.5 m。2號主進風井內(nèi)設置罐籠，承擔任務有少量人員、材料運輸、檢修、排水、進風，通風量為120 m3/s。井筒由135 m至-321 m，井筒凈直徑5.5 m。提升系統(tǒng)采用雙層單車單罐籠配平衡錘提升系統(tǒng)；井口設預熱設施；設梯子間，兼做安全出口。3號主進風承擔任務進風，通風量350 m3/s。井筒由124 m至-303 m，井筒凈直徑6.0 m。

西主回風井承擔任務回風，通風量為200 m3/s。井筒由92 m至-321 m，井筒凈直徑4.5 m。設梯子間，兼做安全出口。東主回風井承擔任務回風，通風量為350 m3/s。井筒由138 m至-321 m，井筒凈直徑6.0 m。中央主回風井承擔任務回風，通風量為350 m3/s。井筒由112 m至-321 m，井筒凈直徑6.0 m。

主斜坡道作為大型無軌設備通道，并可作為人員、材料、設備等輔助運輸通道。硐口標高119 m，基建期最低開拓標高為-141 m，與東、西采區(qū)斜坡道相接，利用采區(qū)斜坡道與各分層相連。主斜坡道長2 605.6 m，坡度為15°，每間隔300 m設坡度不大于3°的緩坡段，并在緩坡段處設錯車道。主斜坡道進風量為40 m3/s。開拓系統(tǒng)詳見圖1。

2.3 采礦方法

根據(jù)眼前山鐵礦礦體賦存條件，采用垂直礦體走向布置采礦進路的無底柱分段崩落采礦法[1]。采用分段高度18 m、進路間距20 m的結構參數(shù)，在厚大的礦體中間增設聯(lián)絡道，聯(lián)絡道間距為60～70 m，每六條進路布置一條溜井。

3 通風系統(tǒng)

3.1 通風方式

眼前山鐵礦采用多級機站通風方式。井下通風系統(tǒng)可分為四個部分：采場通風、運輸水平通風、主斜坡道通風、溜破系統(tǒng)通風。其中以采場需風量最大、最復雜。

主要進風構筑物為副井、1號主進風井、2號主進風井、3號主進風井和主斜坡道，主要回風構筑物為西主回風井、中央主回風井和東主回風井。井下新鮮風流從進風口進入，經(jīng)工作面的污風由回風口排出地表，詳見圖1。

圖1 開拓系統(tǒng)及通風系統(tǒng)示意圖

3.2 井下總需風量

井下總需風量是工作面的需風量、獨立通風硐室的需風量與其他需風量以及井下的漏風量累加的總和[2]。眼前山鐵礦工作面的需風量、獨立通風硐室的需風量和其他需風量分別為470.8、100、30 m3/s；眼前山鐵礦內(nèi)部漏風系數(shù)為1.15，外部漏風系數(shù)為1.3，井下漏風量為299.2 m3/s；井下總需風量為900 m3/s。礦山規(guī)模為800 萬t/a，礦山萬噸風量比為1.125，詳見表1。

表1 按照排塵風速風量計算井下總需風量表

3.3 分區(qū)通風

下通風系統(tǒng)可分為四個部分：采場通風、運輸水平通風、主斜坡道通風、破碎系統(tǒng)通風。其中以采場需風量最大，通風系統(tǒng)最為復雜。

1)采場通風系統(tǒng)

采場采用分區(qū)通風系統(tǒng)，井下新風分別通過1、2、3號主進風井和副井進入-303 m進風水平。新風進入-303 m進風水平后，經(jīng)進風聯(lián)絡巷至各采區(qū)進風天井。再由采區(qū)進風天井至各開采分層，新風經(jīng)鏟運機聯(lián)絡巷利用局扇送至工作面。沖刷工作面后的污風再經(jīng)鏟運機聯(lián)絡巷至回風聯(lián)絡巷、采區(qū)回風天井。由采區(qū)回風天井排至-123 m回風水平，最后分別經(jīng)東、西、中央主回風井排至地表。

根據(jù)礦山布置通風井筒位置，為保證把新風均勻的送到采場工作面。設計沿礦體走向劃為5個通風區(qū)，每個通風區(qū)走向長度 270～400 m；對于礦體厚大的通風區(qū)段，垂直礦體走向每間隔70 m布置一條脈外運輸巷道，并增設一條采區(qū)進風天井加強采場通風效果，詳見圖2。

圖2 采場通風分區(qū)示意圖

表2 采區(qū)進、回風天井通風區(qū)段劃分及參數(shù)表

續(xù)表

2)運輸水平通風系統(tǒng)

-321 m運輸水平新風主要通過2號主進風井和副井進入，經(jīng)裝、卸礦硐室、爆破器材分庫、運輸巷道后，由西、中央、東主回風井排至地表。另外為改善上盤運輸巷道及穿脈巷道的通風效果，設計在礦體上盤中部，增加一條運輸水平進風井(-303～-321 m)。該部分風流通過-303 m進風水平進入運輸水平進風井，通過運輸水平進風井至-321 m水平上盤運輸巷道，經(jīng)上盤巷道、穿脈巷道至下盤運輸巷道，由東、西主回風井排至地表。

-501 m運輸水平新風主要通過副井進入，經(jīng)由溜破系統(tǒng)回風井至-321 m水平，再通過通風聯(lián)絡巷排至中央主回風井。

3)主斜坡道通風系統(tǒng)

主斜坡道因采場內(nèi)負壓進風，不設置通風機站。新風主要通過主斜坡道硐口進入，經(jīng)主、采區(qū)斜坡道至采場，由采區(qū)回風天井、主回風井排至地表。

4)破碎系統(tǒng)通風

破碎系統(tǒng)新風主要通過副井進入，經(jīng)破碎系統(tǒng)三水平(破碎、皮帶和粉礦清理水平)，沖刷工作面后的污風由破碎系統(tǒng)回風井至-321m運輸水平中央主回風井聯(lián)絡巷內(nèi)，由中央主回風井排至地表。

3.4 機站設置

眼前山鐵礦礦井通風采用多級機站通風方式。Ⅰ級機站-主進風井聯(lián)絡巷、Ⅱ級機站-采區(qū)進風天井聯(lián)絡巷、Ⅲ級機站-采區(qū)回風天井聯(lián)絡巷、Ⅳ級機站-主回風井聯(lián)絡巷，各井筒的聯(lián)絡巷分別設置風機機站。

4 通風系統(tǒng)計算結果

設計建立了礦井通風系統(tǒng)計算模型，進行計算機解算。眼前山鐵礦通風系統(tǒng)分為四級機站，其中一級機站12個、二級機站31個、三級機站13個、四級機站13個。計算結果如下：

1)通風系統(tǒng)總風量897.02 m3/s，滿足核算礦井總風量的要求。

2)通風系統(tǒng)裝機容量4 924 kW，開機容量4 665 kW，實耗功率3 942 kW，機站風機平均效率84.5%。

3)副井、1號主進風井、2號主進風井、3號主進風井、主斜坡道進風量分別為189.2 m3/s、199.65 m3/s、117.92 m3/s、349.26 m3/s、40.99 m3/s。

4)西主回風井、中央主回風井、東主回風井回風量分別為198.94 m3/s、348.93 m3/s、349.15 m3/s。

5)噸礦通風耗電3.94 kWh(按8 000 h/a計算)。

主要通風計算參數(shù)見表3。

表3 主要通風計算參數(shù)

5 結語

特大型的地下開采礦山的通風系統(tǒng)設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，技術難度大。眼前山鐵礦設計的通風系統(tǒng)滿足安全生產(chǎn)要求，為礦山生產(chǎn)提供可靠的技術保障。在礦山實際生產(chǎn)過程中，應建立通風系統(tǒng)遠程集中控制系統(tǒng)，完善通風系統(tǒng)，為井下生產(chǎn)創(chuàng)造良好的作業(yè)條件。