九仗溝通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造及方案分析*

劉曉,于曙華,劉邵華,鄧振偉,梁鑫

(嵩縣山金礦業(yè)有限公司,河南 嵩縣 471400)

0 引言

嵩縣山金礦業(yè)有限公司九仗溝金礦開采礦種為金礦,采礦許可證核定生產(chǎn)規(guī)模為14.85萬t/a,礦區(qū)面積為0.3557 km2,開采標(biāo)高為+580～-20 m。礦山采用單翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng),主豎井進風(fēng),+465 m 回風(fēng)平硐回風(fēng)。隨著開采的進行,通風(fēng)系統(tǒng)暴露出諸多問題,如:礦井總風(fēng)量不足;主扇通風(fēng)能力不足;二級盲豎井回風(fēng),違反規(guī)范要求;盲中段進風(fēng)困難;中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不完善,污風(fēng)串聯(lián)嚴(yán)重等。因此,需要對九仗溝金礦通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化,完善礦山機械通風(fēng)系統(tǒng),改善井下作業(yè)環(huán)境。

為使擬定的通風(fēng)系統(tǒng)改造及優(yōu)化方案安全可靠、經(jīng)濟合理,首先對礦山進行實地考查,對原始條件進行細(xì)致分析[1]。然后從礦山的現(xiàn)狀出發(fā),充分考慮礦床的自然條件、開拓、開采等特點,通過調(diào)查研究和綜合分析,提出若干個可行的方案,最后從安全可靠、技術(shù)可行和經(jīng)濟合理等方面考慮,進行綜合比較,最終優(yōu)選出合理的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案[2]。

1 設(shè)計依據(jù)

在通風(fēng)系統(tǒng)改造及優(yōu)化設(shè)計方案構(gòu)建時,應(yīng)嚴(yán)格遵循技術(shù)效果良好、運行安全可靠、基建費用和經(jīng)營費用低、便于管理等原則,滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范》等法律法規(guī)對通風(fēng)系統(tǒng)的要求,能夠解決礦山通風(fēng)系統(tǒng)目前存在的突出問題[3]。

從現(xiàn)場調(diào)查和測定結(jié)果可知,嵩縣山金礦業(yè)有限公司九仗溝金礦井下通風(fēng)系統(tǒng)主要存在以下5方面的問題。

(1) 礦井總進風(fēng)量不足。九仗溝金礦目前產(chǎn)量達到30萬t/a,其中采場采礦量為25萬t/a,掘進副產(chǎn)礦量為5萬t/a,通過測定現(xiàn)有井下通風(fēng)系統(tǒng),所需進風(fēng)量為66.74 m3/s,而現(xiàn)在的實際總進風(fēng)量為48.91 m3/s,目前的井下通風(fēng)系統(tǒng)礦井總進風(fēng)量不足,不能滿足安全生產(chǎn)通風(fēng)的需要。

(2) 通風(fēng)系統(tǒng)進風(fēng)段阻力大。井下通風(fēng)線路復(fù)雜,嚴(yán)重影響通風(fēng)效率,新鮮空氣進入采掘作業(yè)面比較困難。

(3) 盲中段多進回風(fēng)困難。礦山存在多個盲中段,均未與主豎井連通,造成盲中段空氣幾乎不流動,通風(fēng)較為困難。

(4) 階段通風(fēng)網(wǎng)路不完善?；仫L(fēng)風(fēng)路不暢通,井下各中段之間沒有形成完善的階段通風(fēng)網(wǎng)路,南北兩端沒有掘進專用回風(fēng)天井,同時也沒有形成階梯式通風(fēng)網(wǎng)路,致使中段通風(fēng)網(wǎng)路不暢通,污風(fēng)排出困難。

(5) 上下中段工作面污風(fēng)串聯(lián)嚴(yán)重。由于沒有掘進端部脈外專用回風(fēng)井,又沒有專用的回風(fēng)道,下部中段采場污風(fēng)通過充填回風(fēng)井進入上部中段運輸巷,然后再進入上部采場重復(fù)使用,形成污風(fēng)串聯(lián),致使上下中段之間污風(fēng)串聯(lián)現(xiàn)象較為普遍。

2 優(yōu)化方案

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的特點和網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果,確定改造方案主要有以下4種:

(1) 不改變礦井現(xiàn)行的通風(fēng)方式,更換主要扇風(fēng)機,選擇與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)匹配的扇風(fēng)機,適用于主要扇風(fēng)機效率低,而擔(dān)負(fù)區(qū)域用風(fēng)較小的礦井[4];

(2) 改變礦井現(xiàn)行的通風(fēng)方式,取消風(fēng)量利用率低的主要扇風(fēng)機,適用于風(fēng)量匹配失調(diào)、某一主要扇風(fēng)機效率低的礦井;

(3) 主要扇風(fēng)機和現(xiàn)行通風(fēng)方式不變,只對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)整,適用于局部通風(fēng)系統(tǒng)阻力大、與主要通風(fēng)機的能力不相適應(yīng)的礦井[5-8];

(4) 改變礦井現(xiàn)行通風(fēng)方式,更換功率大的通風(fēng)機,適用于原有扇風(fēng)機效率低、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不合理的礦井。

根據(jù)九仗溝金礦開拓系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀,優(yōu)化設(shè)計的總體思路為:+300 m、+260 m 和+220 m中段已基本回采結(jié)束,隨著通風(fēng)優(yōu)化方案的實施,+180 m 中段也將回采結(jié)束,設(shè)計利用+180 m 中段作為回風(fēng)中段,下部生產(chǎn)中段污風(fēng)匯集至+180 m中段,再由+180 m 以上回風(fēng)井巷排出地表;各生產(chǎn)中段(+140 m、+100 m、+60 m、+20 m、-20 m和-60 m 中段)南北翼端部均增設(shè)專用回風(fēng)天井,中段采掘作業(yè)面污風(fēng)由上部中段平巷排至端部回風(fēng)天井,端部回風(fēng)天井污風(fēng)排至+180 m 中段,不再利用二級盲豎作為回風(fēng)井。根據(jù)以上設(shè)計思路,提出兩個通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案。

2.1 方案一

(1) 進風(fēng)路線

①主豎井→+100 m 和-20 m 中段主豎井石門→+100 m 和-20 m 中段平巷→斜坡道→分段平巷→分段穿脈→采場。

②主豎井→+220 m、+100 m 和-20 m 中段主豎井石門→+220 m、+100 m 和-20 m 中段平巷→+220 m、+100 m 和-20 m 中段盲豎井和盲斜井石門→二級盲豎井和+20～-60 m 盲斜井→+140 m、+60 m、+20 m 和-60 m 中段→中段平巷→斜坡道→分段平巷→分段穿脈→采場。

(2) 回風(fēng)路線

①北翼回風(fēng)路線:各中段北翼端部回風(fēng)天井→+180 m 中段平巷→+180～+220 m 斜坡道→+220 m 中段平巷(→+220～+300 m 盲斜井→+300 m 中段平巷→)→一級盲豎井→+465 m 回風(fēng)平硐→地表;

②南翼回風(fēng)路線:各中段南翼端部回風(fēng)天井→+180 m 中段平巷→+180～+220 m 回風(fēng)天井→+220 m 中段平巷(→+220～+300 m 盲斜井→+300 m 中段平巷→)→一級盲豎井→+465 m 回風(fēng)平硐→地表。

2.2 方案二

(1) 進風(fēng)路線

①主豎井→+100 m 和-20 m 中段主豎井石門→+100 m 和-20 m 中段平巷→斜坡道→分段平巷→分段穿脈→采場;

②+465 m 平硐→一級盲豎井→二級盲豎井→各生產(chǎn)中段盲豎井石門→+各生產(chǎn)中段平巷→斜坡道→分段平巷→分段穿脈→采場。

(2) 回風(fēng)路線

①各中段北翼端部回風(fēng)天井→+180 m 中段平巷→+180～+220 m 斜坡道→+220 m 中段平巷→+220～+300 m 盲斜井→+300 m 中段平巷→中央回風(fēng)井→地表;

②各中段南翼端部回風(fēng)天井→+180 m 中段平巷→+180～+220 m 回風(fēng)天井→+220 m 中段平巷→+220～+300 m 盲斜井→+300 m 中段平巷→中央回風(fēng)井→地表。

2.3 方案優(yōu)選

兩種方案的通風(fēng)系統(tǒng)立體示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 方案一通風(fēng)系統(tǒng)立體示意

圖2 方案二通風(fēng)系統(tǒng)立體示意

為了優(yōu)選通風(fēng)改造方案,首先對比方案一和方案二的優(yōu)缺點。

方案一:由盲豎井改造為進風(fēng)井,解決了盲中段的人員提升問題,使得提升廢石、材料等符合安全技術(shù)要求,不需要新掘回風(fēng)總井,投資少、見效快,既利用了現(xiàn)有主扇,又能解決現(xiàn)有主扇風(fēng)量不足的問題。但由于隔斷了二級盲豎井和一級盲豎井之間風(fēng)流,風(fēng)門維護工作量較大,且與方案二相比多了一級輔扇送風(fēng)。

方案二:兩個井口進風(fēng),進風(fēng)段通風(fēng)阻力小,解決了現(xiàn)在二級盲豎井回風(fēng)不符合安全技術(shù)要求的問題,同時設(shè)置輔扇,有利于生產(chǎn)區(qū)域污風(fēng)快速進入回風(fēng)巷,利于北翼探礦掘進;需要新掘進專用回風(fēng)天井,工程量大,投入高、工期長,且還需投入資金改造過渡時期通風(fēng)系統(tǒng)。

其次,比較方案一和方案二的投資費用、工程量、裝機容量,見表1。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案比選

通過兩個通風(fēng)優(yōu)化改造方案在安全、技術(shù)、經(jīng)濟、工期方面的綜合比較可知,方案一在安全上可靠,技術(shù)上可行,投資少、施工工期短,所以選擇方案一作為嵩縣山金礦有限公司九仗溝金礦井下通風(fēng)系統(tǒng)改造及優(yōu)化方案。

3 通風(fēng)設(shè)備選型

根據(jù)九仗溝金礦井下礦井總需風(fēng)量和通風(fēng)阻力選擇合適通風(fēng)設(shè)備。經(jīng)計算所得,礦井總需風(fēng)量為66.74 m3/s。礦井通風(fēng)容易時期最長主要風(fēng)流路線為3362 m,總通風(fēng)阻力為2004.69 Pa;通風(fēng)困難時期最長主要風(fēng)流路線為4705 m,總通風(fēng)阻力為2157.05 Pa。各部分通風(fēng)阻力結(jié)果見表2。

表2 通風(fēng)阻力計算結(jié)果

3.1 主扇選型

九仗溝金礦在+465 m 回風(fēng)平硐已安裝了主扇型號為DK40-6-No.17的軸流式風(fēng)機,額定風(fēng)量為26.5～63.5 m3/s,靜壓為491～2171 Pa,葉片安裝角35°/30°,轉(zhuǎn)速980 r/min,電機功率為2×75 k W,電機型號Y315S-6。由于DK40-6-No.17型主扇能提供的風(fēng)量不足,本次設(shè)計在+465m 平硐增設(shè)一臺輔扇與主扇并聯(lián)作業(yè),增大全礦風(fēng)量。

+465 m 主扇計算工況點為:Qf=58.74 m3/s,Hf=1252.81 Pa,通過計算工況點可得出風(fēng)阻R,在H～Q特性曲線上畫出工作風(fēng)阻R曲線,對+465 m 主扇進行校核,如圖3所示。由圖3可知+465 m 主扇工況點M為:Qf=59.4 m3/s,Hf=1295 Pa,葉片安裝角為35°/30°,風(fēng)機效率為70%,主扇能滿足生產(chǎn)要求。

圖3 +465m 主扇校核

3.2 輔扇選型

本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計在+180 m 中段南北兩翼各安裝一臺輔扇,分別用于克服南北兩翼用風(fēng)段的通風(fēng)阻力,在+200 m 中 段、+100 m 中段和-20 m 中段分別安裝輔扇,用于克服進風(fēng)段通風(fēng)阻力和全礦自然風(fēng)壓。各用風(fēng)段輔扇風(fēng)機工況點及參數(shù)結(jié)果見表3。

表3 輔扇的工況點及參數(shù)

3.3 風(fēng)機集中控制

九仗溝金礦通風(fēng)系統(tǒng)建成后設(shè)置1臺主扇,多臺輔扇,風(fēng)機分散,管理難度較大。

為使通風(fēng)系統(tǒng)更具靈活性和穩(wěn)定性,應(yīng)用計算機遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)對通風(fēng)系統(tǒng)主要通風(fēng)機進行實時監(jiān)控,按生產(chǎn)需要調(diào)整風(fēng)機運行狀態(tài)。實時進行風(fēng)機管理,檢測井下巷道風(fēng)量、風(fēng)速,掌握各工作面需風(fēng)點的通風(fēng)狀況,對整個通風(fēng)網(wǎng)路進行動態(tài)管理。

4 結(jié)論

經(jīng)過通風(fēng)系統(tǒng)改造優(yōu)化,提高了礦井總風(fēng)量和風(fēng)機通風(fēng)能力,解決了盲中段通風(fēng)難的問題,優(yōu)化了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò),降低了通風(fēng)能耗,保障了礦山安全生產(chǎn)。為了更好地提升井下通風(fēng)效率,需要進一步調(diào)整如下內(nèi)容。

(1) 九仗溝金礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計采用單翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng),在回風(fēng)段、用風(fēng)段和進風(fēng)段分別設(shè)置了主扇或輔扇,應(yīng)建立通風(fēng)系統(tǒng)計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以對通風(fēng)系統(tǒng)主要通風(fēng)機進行實時監(jiān)控,實現(xiàn)按生產(chǎn)需要調(diào)整風(fēng)機運行狀態(tài)。

(2) 礦山生產(chǎn)期間,應(yīng)加強井下局部通風(fēng)的管理,并及時根據(jù)生產(chǎn)變化調(diào)整各通風(fēng)構(gòu)筑物的設(shè)置。

(3) 盡快完成九仗溝金礦+260 m 中段、+220 m 中段和+180 m 中段的開采,避免過多中段同時開采。