螢石礦通風系統(tǒng)優(yōu)化研究與實踐
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摘要:湖南某螢石礦已生產多年，其井下通風系統(tǒng)存在機站多、中段開口多、網路復雜、通風阻力大、作業(yè)面風量不足等問題。在充分利用現有井巷工程和設施的情況下，提出了采用中央并列式單一主通風機抽出式通風方案，對調查和測定時發(fā)現的問題進行了優(yōu)化改造并對主風機重新進行了選型計算。優(yōu)化改造完成后，對通風系統(tǒng)進行實踐運轉和測定分析，結果表明：礦山采用單一主通風機通風可實現反風，井下風量、風速可滿足作業(yè)面要求，而且減少了礦山通風運營管理成本和運營費用。研究成果可為存在類似通風問題的礦山通風系統(tǒng)的優(yōu)化研究提供參考。
關鍵詞:礦山;通風系統(tǒng);多級機站;反風
礦井通風系統(tǒng)是礦山生產的重要組成部分，主要任務是通過不斷向井下各作業(yè)點供給足夠的新鮮空氣，稀釋和排除各種有毒有害氣體、粉塵等危害因素，調節(jié)作業(yè)環(huán)境條件，保障礦山作業(yè)人員的安全和健康，提高勞動生產效率[1]。但礦山生產是一個動態(tài)過程，隨著礦山作業(yè)向深部延伸，礦井中段越來越多[2]、通風網絡越來越復雜、井巷阻力越來越大，作業(yè)面風速風量不足，僅靠增加風機無法從根本上解決問題。本文以湖南某螢石礦為例，為改善井下作業(yè)環(huán)境，對通風系統(tǒng)進行了優(yōu)化與實踐[3]。
1礦山通風系統(tǒng)現狀及問題
1.1礦山概況
湖南某螢石礦生產規(guī)模為6萬t/a，采用地下開采，開采深度為+200～−300m標高，開采礦種為螢石礦，采礦方法為淺孔留礦法。礦井采用豎井+斜井開拓，豎井（井口標高+151m）位于礦體下盤中央部位，井筒凈直徑為4.5m，采用澆筑砼支護，為罐籠井，擔負礦井礦石、廢石、材料和進風、排水、行人、管道敷設等功能。風井為801斜井（井口標高+171m），位于豎井西部，布置在礦體下盤，斜井傾角為28°，落底標高為+20m，井筒斷面為三心拱，斷面面積為3.6m2，擔負礦井回風任務，并作為礦井的應急安全出口。礦井已開采多年，共劃分為8個中段，均布置有脈外運輸平巷。目前−175m及以上中段的礦體已開采結束，主要生產中段為為−215m中段、−255m中段、−295m中段。根據礦山規(guī)劃，擴界手續(xù)完成后將新建−335m中段、−375m中段。
1.2礦山通風系統(tǒng)現狀
礦山現采用中央并列式多級機站抽出式通風。目前礦井作業(yè)面主要集中在−215m中段（六中段）、−255m中段（七中段）、−295m中段（八中段）。一級站在−215m中段（六中段）東西兩翼各安裝有1臺功率為11kW主要通風機。二級站在−175m中段（五中段）東西兩翼各安裝有1臺功率為30kW的主要通風機。三級站在−175～−100m盲斜井上部車場內安裝有1臺功率為30kW的主要通風機。四級站在801斜井井口安裝有1臺功率為55kW的主要通風機。前述主要通風機共計6臺，裝機功率共計167kW。通過現場實測，豎井總進風量為23.89m3/s：其中礦井八中段進風量為11.04m3/s，七中段進風量為10.21m3/s，六中段進風量為2.64m3/s。801斜井總回風量為25.36m3/s。
1.3礦山通風系統(tǒng)存在的問題
礦山通風系統(tǒng)已經過多次改造，但是仍然存在很多問題。（1）礦井采用多級機站抽出式通風，運轉管理非常復雜，局部阻力大，穩(wěn)定性差，導致一些巷道內無風或為循環(huán)風。因小型礦山技術能力有限，多級機站通風無法實現微機集中控制，無法實現同DOI:10.13828/j.cnki.ckjs.2022.03.008多級機站通風無法實現微機集中控制，無法實現同反風，不利于礦井發(fā)生災害時的反風。（2）井下風量不足。根據采場、掘進、硐室需風量計算，需風量為38.50m3/s，而礦井現在的總進風量為23.89m3/s，不能滿足安全生產的要求。（3）801斜井底部+20m標高回風巷垮塌，−20～+20m盲斜井下部回風口被風機堵住，增大了通風阻力；801斜井地面安全出口設置不嚴密，漏風嚴重，導致地面主通風機抽風效果差。（4）−60m中段至−20m中段東翼通風天井風流反向，形成循環(huán)風。（5）生產作業(yè)中段有效風量低，循環(huán)風量大。如礦井西翼3個中段總入風只有10m3/s，有效進風不到50%。（6）隨著礦山實施下一步規(guī)劃，礦井水平延深，通風線路進一步加長，引起通風阻力加大；同時隨開采深度加大，井下溫度升高，為降低作業(yè)地點溫度，同樣需提供更大的風量。
2.1通風系統(tǒng)優(yōu)化方案
根據通風系統(tǒng)存在的問題，在充分利用現有井巷工程和設施情況下，決定繼續(xù)采用中央并列機械抽出式通風方式。優(yōu)化后的礦井通風系統(tǒng)見圖1。本次通風系統(tǒng)優(yōu)化方案的主要內容如下。（1）采用在地面建立單一主通風機通風系統(tǒng)，在801斜井井口安裝1臺主通風機?？蓪崿F主扇集中控制，運轉管理簡單[4]，穩(wěn)定可靠，有效避免多級機站通風導致的巷道循環(huán)風，在礦井發(fā)生災害時可有效控制礦井實現反風。（2）維修完善風井側的安全出口。在801斜井地面安全出口處增加一道風門，在風門四周安裝密封膠皮。（3）對801斜井井底垮塌的廢石進行清理，擴大過風斷面。（4）拆除原有井下回風巷道中的主要通風機，減少礦井阻力。（5）恢復−215m中段至−175m中段東翼通風天井。（6）對井下采空區(qū)進行封閉，對原有的密閉墻進行砂漿抹面，防止漏風。
2.2通風風量及阻力計算
根據最大下井人數需風量、爆破后排除炮煙風量、排塵風速風量分別計算需風量再取大值。礦井風量分配及礦井漏風計算見表1。礦井阻力計算時，通風困難時期按生產中段延伸至−375m標高計算，再將自然風壓、局部阻力計入后，可知通風容易時期阻力為973.74Pa；通風困難時期阻力為1320.08Pa。
2.3主通風機選型
主通風機漏風系數取1.2，通風機所需全壓按前述阻力再計入設備阻力、設備出口動壓[5]。根據計算，所需通風機的風量為46.2m3/s，通風容易時期的通風阻力為1230.70Pa；通風困難時期的通風阻力為1577.24Pa。根據上述計算出的風量和阻力，選擇對旋軸流通風機1臺及1臺電動機，另配1臺電動機作備用。主風機的特性曲線見圖2，其運行工況見表2。
3通風系統(tǒng)優(yōu)化效果
該礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造完工后，對優(yōu)化后的效果進行了測定分析。
3.1主要通風機運行情況
在測定期間，801斜井的主要通風機運行正常，性能穩(wěn)定，可根據井下實際需風量進行調頻運行。主要通風機實際運行參數見表3。3.2礦井通風系統(tǒng)運行情況在礦井主要通風機運行期間，礦井通風系統(tǒng)風流穩(wěn)定，控風設施運行基本可靠，井下供風風量分布情況見表4。通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后，豎井總進風量提高了73.5%；六中段進風量提高了284%；七中段進風量提高了39.6%；八中段進風量提高了23.4%；801斜井總回風量提高了70.9%。前述測定結果表明，該螢石礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后其主要通風機運行參數、井下主要生產巷道及中段的風量均達到了預計優(yōu)化效果。
4結論
（1）該螢石礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后，其風量、風速等可以滿足礦井通風要求，有效控制了礦井漏風和循環(huán)風。（2）該螢石礦通過優(yōu)化改造，主風機的裝機功率由167kW減少至150kW，而且可采用變頻調節(jié)，當前實際運行功率僅118.5kW，大大減少了運營管理成本和運營費用。（3）通過本次優(yōu)化改造，將原多級機站抽出式通風系統(tǒng)改為地面單一通風機的通風系統(tǒng)，并可以實現礦井反風，礦井發(fā)生火災時能得到有效控制，保證了人員生命安全。
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作者:周水祥 單位:湖南有色冶金勞動保護研究院有限責任公司 非煤礦山通風防塵湖南省重點實驗室
