九仗溝通風系統優化改造及方案分析*

劉曉,于曙華,劉邵華,鄧振偉,梁鑫

(嵩縣山金礦業有限公司,河南 嵩縣 471400)

0 引言

嵩縣山金礦業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規模為14.85萬t/a,礦區面積為0.3557 km2,開采標高為+580～-20 m。礦山采用單翼對角抽出式通風系統,主豎井進風,+465 m 回風平硐回風。隨著開采的進行,通風系統暴露出諸多問題,如:礦井總風量不足;主扇通風能力不足;二級盲豎井回風,違反規范要求;盲中段進風困難;中段通風網絡不完善,污風串聯嚴重等。因此,需要對九仗溝金礦通風系統進行優化,完善礦山機械通風系統,改善井下作業環境。

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

1 設計依據

在通風系統改造及優化設計方案構建時,應嚴格遵循技術效果良好、運行安全可靠、基建費用和經營費用低、便于管理等原則,滿足《金屬非金屬礦山安全規程》《金屬非金屬地下礦山通風技術規范》等法律法規對通風系統的要求,能夠解決礦山通風系統目前存在的突出問題[3]。

從現場調查和測定結果可知,嵩縣山金礦業有限公司九仗溝金礦井下通風系統主要存在以下5方面的問題。

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

(2) 通風系統進風段阻力大。井下通風線路復雜,嚴重影響通風效率,新鮮空氣進入采掘作業面比較困難。

(3) 盲中段多進回風困難。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,通風較為困難。

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

(5) 上下中段工作面污風串聯嚴重。由于沒有掘進端部脈外專用回風井,又沒有專用的回風道,下部中段采場污風通過充填回風井進入上部中段運輸巷,然后再進入上部采場重復使用,形成污風串聯,致使上下中段之間污風串聯現象較為普遍。

2 優化方案

根據礦井通風系統的特點和網絡分析的結果,確定改造方案主要有以下4種:

(1) 不改變礦井現行的通風方式,更換主要扇風機,選擇與通風網絡匹配的扇風機,適用于主要扇風機效率低,而擔負區域用風較小的礦井[4];

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

(3) 主要扇風機和現行通風方式不變,只對通風網絡進行調整,適用于局部通風系統阻力大、與主要通風機的能力不相適應的礦井[5-8];

(4) 改變礦井現行通風方式,更換功率大的通風機,適用于原有扇風機效率低、通風網絡不合理的礦井。

根據九仗溝金礦開拓系統、通風系統現狀,優化設計的總體思路為:+300 m、+260 m 和+220 m中段已基本回采結束,隨著通風優化方案的實施,+180 m 中段也將回采結束,設計利用+180 m 中段作為回風中段,下部生產中段污風匯集至+180 m中段,再由+180 m 以上回風井巷排出地表;各生產中段(+140 m、+100 m、+60 m、+20 m、-20 m和-60 m 中段)南北翼端部均增設專用回風天井,中段采掘作業面污風由上部中段平巷排至端部回風天井,端部回風天井污風排至+180 m 中段,不再利用二級盲豎作為回風井。根據以上設計思路,提出兩個通風系統優化設計方案。

2.1 方案一

(1) 進風路線

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) 回風路線

①北翼回風路線:各中段北翼端部回風天井→+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 回風平硐→地表;

②南翼回風路線:各中段南翼端部回風天井→+180 m 中段平巷→+180～+220 m 回風天井→+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 回風平硐→地表。

2.2 方案二

(1) 進風路線

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→各生產中段盲豎井石門→+各生產中段平巷→斜坡道→分段平巷→分段穿脈→采場。

(2) 回風路線

①各中段北翼端部回風天井→+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→中央回風井→地表;

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

2.3 方案優選

兩種方案的通風系統立體示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 方案一通風系統立體示意

圖2 方案二通風系統立體示意

為了優選通風改造方案,首先對比方案一和方案二的優缺點。

方案一:由盲豎井改造為進風井,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要求,不需要新掘回風總井,投資少、見效快,既利用了現有主扇,又能解決現有主扇風量不足的問題。但由于隔斷了二級盲豎井和一級盲豎井之間風流,風門維護工作量較大,且與方案二相比多了一級輔扇送風。

方案二:兩個井口進風,進風段通風阻力小,解決了現在二級盲豎井回風不符合安全技術要求的問題,同時設置輔扇,有利于生產區域污風快速進入回風巷,利于北翼探礦掘進;需要新掘進專用回風天井,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系統。

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 通風系統優化改造方案比選

通過兩個通風優化改造方案在安全、技術、經濟、工期方面的綜合比較可知,方案一在安全上可靠,技術上可行,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系統改造及優化方案。

3 通風設備選型

根據九仗溝金礦井下礦井總需風量和通風阻力選擇合適通風設備。經計算所得,礦井總需風量為66.74 m3/s。礦井通風容易時期最長主要風流路線為3362 m,總通風阻力為2004.69 Pa;通風困難時期最長主要風流路線為4705 m,總通風阻力為2157.05 Pa。各部分通風阻力結果見表2。

表2 通風阻力計算結果

3.1 主扇選型

九仗溝金礦在+465 m 回風平硐已安裝了主扇型號為DK40-6-No.17的軸流式風機,額定風量為26.5～63.5 m3/s,靜壓為491～2171 Pa,葉片安裝角35°/30°,轉速980 r/min,電機功率為2×75 k W,電機型號Y315S-6。由于DK40-6-No.17型主扇能提供的風量不足,本次設計在+465m 平硐增設一臺輔扇與主扇并聯作業,增大全礦風量。

+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阻R,在H～Q特性曲線上畫出工作風阻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°,風機效率為70%,主扇能滿足生產要求。

圖3 +465m 主扇校核

3.2 輔扇選型

本次通風系統優化設計在+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段的通風阻力,在+200 m 中 段、+100 m 中段和-20 m 中段分別安裝輔扇,用于克服進風段通風阻力和全礦自然風壓。各用風段輔扇風機工況點及參數結果見表3。

表3 輔扇的工況點及參數

3.3 風機集中控制

九仗溝金礦通風系統建成后設置1臺主扇,多臺輔扇,風機分散,管理難度較大。

為使通風系統更具靈活性和穩定性,應用計算機遠程集中監控系統對通風系統主要通風機進行實時監控,按生產需要調整風機運行狀態。實時進行風機管理,檢測井下巷道風量、風速,掌握各工作面需風點的通風狀況,對整個通風網路進行動態管理。

4 結論

經過通風系統改造優化,提高了礦井總風量和風機通風能力,解決了盲中段通風難的問題,優化了通風網絡,降低了通風能耗,保障了礦山安全生產。為了更好地提升井下通風效率,需要進一步調整如下內容。

(1) 九仗溝金礦通風系統優化設計采用單翼對角抽出式通風系統,在回風段、用風段和進風段分別設置了主扇或輔扇,應建立通風系統計算機遠程監控系統以對通風系統主要通風機進行實時監控,實現按生產需要調整風機運行狀態。

(2) 礦山生產期間,應加強井下局部通風的管理,并及時根據生產變化調整各通風構筑物的設置。

(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。