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某大型深井矿山多分区采矿过渡期通风系统优化
2019-02-21
以某大型深井矿山多级机站通风系统为工程背景,开展了多采区接替分区采矿、集中 进回风的通风系统优化技术研究。根据南北采区之间产能的不断调整,确定了采区、分阶段通风方 案,提出了分区进风、集中回风的阶段通风方案,有效解决了南北采区污风串联和深部采区无新风 供给问题;建立通风系统网络模型,采用网络数值模拟计算技术,分析得出了南北采区回风风机运 行工况与采区风量分配的匹配关系,保证了集中回风段风机运行安全,实现了两采区不同生产阶段 风量按需供应,现场实测数据表明,北采区深部各水平回风量明显增加,通风效果显著改善。
总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 某大型深井矿山多分区采矿过渡期通风系统优化 1 1 1 2 蔡兆辉 ꢀ 康德朋 ꢀ 马ꢀ 龙 ꢀ 居伟伟 ( 1. 山东黄金归来庄矿业有限公司;2. 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 以某大型深井矿山多级机站通风系统为工程背景,开展了多采区接替分区采矿、集中 进回风的通风系统优化技术研究。 根据南北采区之间产能的不断调整,确定了采区、分阶段通风方 案,提出了分区进风、集中回风的阶段通风方案,有效解决了南北采区污风串联和深部采区无新风 供给问题;建立通风系统网络模型,采用网络数值模拟计算技术,分析得出了南北采区回风风机运 行工况与采区风量分配的匹配关系,保证了集中回风段风机运行安全,实现了两采区不同生产阶段 风量按需供应,现场实测数据表明,北采区深部各水平回风量明显增加,通风效果显著改善。 关键词ꢀ 多级机站通风ꢀ 机站并联ꢀ 分区通风ꢀ 网络优化 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 056 ꢀ ꢀ 背景矿山为特大型地下深井开采矿山,矿山经 1. 3. 1ꢀ 通风网络 矿井通风系统采用对角式多级机站通风系统, 过 10 余年的开采,南部资源已不能维持矿山正常生 产的产量要求,产能将在近年逐步向北转移。 北采 区生产进风依靠南采区进风系统,南北采区风量分 配与调节控制问题急需解决。 同时,需要解决南北 采区系统回风机站并联运行时风机的工况匹配问 # # 由专用进风井承担主要进风量,1 副井和 2 副井辅 助进风,专用回风井回风。 南采区新风由进风井进入各回采中段,经下盘 沿脉 巷 道、 穿 脉 巷 道、 采 场 联 巷 进 入 采 场; ꢁ 670 ~ ꢁ790 m 中段清洗工作面后的污风经过上盘回风 斜井汇入ꢁ790 m 总回风巷,由ꢁ790 m 回风机站排 入回风井; ꢁ 850 m 水平污风经过上盘回风巷汇 入ꢁ850 m 回风机站,ꢁ870 m 及下部溜破系统污风 经过倒段回风井上排至ꢁ850 m 回风机站,进入回风 井排出地表。 [ 1-5] 题 。 1 1 ꢀ 矿山生产概况 . 1ꢀ 开拓系统介绍 # 矿区主要以 60 勘探线为界,分为南采区和北 采区。 矿井采用竖井开拓,中段之间上下有辅助斜 # # 坡道连接。 1 副井、主井、2 副井和进风井位于矿体 南端下盘。 回风井位于矿体上盘,沿脉偏北端部。 各井筒主要参数见表 1。 北采区新风沿用南采区进风工程,新风通过竖 井石门、沿脉巷道、穿脉巷道和采场联巷进入采场, 清 洗 工 作 面 后 的 污 风 经 过 端 部 倒 段 回 风 井 排 入ꢁ850 m 回风机站,排入回风井。 表 1ꢀ 开拓系统主要井筒参数 序号 井巷名称 主井 井筒直径/ m 长度 / m 备注 1 2 3 4 5 5. 6 6. 7 6. 7 6. 9 7. 4 1 120 1 023 862 箕斗井 罐笼井 罐笼井 1. 3. 2ꢀ 风机设置 # 1 副井 ( 1)Ⅰ级进风机站设置。 ①ꢁ670 m 进风井石 # 2 副井 门设置进风机站,并联安装 2 台 K40-6-№17 风机, 功率为 75 kW;②ꢁ730 m 进风井石门设置进风机 站,并联安装 2 台 K40-6-№16 风机,功率为 55 kW; ③ꢁ790 m 进风井石门设置进风机站,并联安装 2 台 K40-6-№17 风机,功率为 75 kW;④ꢁ850 m 进风井 石门设置进风机站,并联安装 2 台 K40-6-№17 风 机,功率为 75 kW;⑤ꢁ875 m 进风井石门设置进风 机 站, 并 联 安 装 2 台 K40-6-№17 风 机, 功 率 为 75 kW。 进风井 回风井 972 950 1 . 2ꢀ 采矿方法 矿体开采采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采 矿法和扇形中深孔阶段空场嗣后充填采矿法开采。 南采区采矿主要集中在ꢁ800 m 41 线和 42 线, ꢁ 850 m 54 线和 58 线,掘进主要集中在ꢁ790 m 54 线 附 近 隔 离 矿 柱 内。 北 采 区 采 矿 主 要 集 中 在ꢁ868 m、ꢁ 930 m 和 ꢁ 960 m 62 线 附 近; ꢁ 790 ~ ꢁ960 m 中段均有掘进作业点分布。 . 3ꢀ 通风系统现状 28 (2)风机站设置。 ꢁ825 ~ ꢁ1 000 m 通风井联巷 设置进风机站,安装了 1 台 K40-6-№16 风机,功率 1 2 ꢀ ꢀ 蔡兆辉ꢀ 康德朋等:某大型深井矿山多分区采矿过渡期通风系统优化ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 3 为 55 kW。 个凿岩采场需风量 10 m / s, 每个充填采场需风 3 3 ( 3)回风机站设置。 ①ꢁ790 m 回风井南回风 量 5 m / s,每个掘进工作面需风量 12 m / s,需风量 巷道设置回风机站,串、并联施工安装 4 台 K45-6- 计算表见表 2。 № 19 风机,功率为 200 kW;②ꢁ790 m 回风井北回风 3. 2ꢀ 通风方式 巷道设置回风机站( 北采区新增机站),安装 1 台 DK62-8-№22 风机,功率为 2×160 kW;③ꢁ850 m 回 风井右回风巷道设置回风机站,串、并联施工安装 4 台 K45-6-№19 风机,功率为 200 kW;④ꢁ850 m 回风 井左回风巷道设置回风机站,串、并联施工安装 4 台 在综合评定南、北采区进回风能力基础上,选择 ꢁ730 ~ ꢁ1 065 m 盲竖井、ꢁ825 ~ ꢁ1 000 m 进风天 井和新增ꢁ875 ~ ꢁ980 m 进风天井作为北采区深部 进风井,利用ꢁ850 m 探矿巷及ꢁ825 m 沿脉作为进 风巷道,将进风井的新鲜风流送入北采区深部。 南 采区和北采区上部采区仍采用原通风风路。 通风系 统风路示意见图 1。 K45-6-№19 风机,功率为 200 kW;⑤ꢁ850 m 回风井 # 2 回风巷道设置回风机站(北采区新增机站),并联 安装 2 台 DK62-8-№26 风机,功率为 2×355 kW;⑥ꢁ # 50 m 回风井 3 回风巷道设置回风机站(北采区新 8 增机站),并联安装 2 台 DK62-8-№26 风机,功率为 2 ×355 kW。 2 ꢀ 通风系统问题分析 ( 1)新旧回风机站并联,机站内耗大。 南采区 通风系统在ꢁ790 和ꢁ850 m 设置的回风机站可以满 3 足通风系统 600 m / s 的通风量需求,考虑到北采区 采深加大,通风线路加长,在原有回风机站基础上, 新增了ꢁ790 和ꢁ850 m 3 个机站 5 台对旋风机。 新 老机站风机并联运行,风机型号不匹配,同时受回风 断面限制,造成机站内耗大,新机站风机不能充分发 挥作用。 ( 2)北采区深部缺少进风工程和通风动力。 南 图 1ꢀ 通风系统风路(单位:m) 采区原有进风井和副井仅通至ꢁ875 m 水平,北采区 ꢁ ꢁ 930 ~ ꢁ1 000 m 水平没有进风井;回风水平设置于 790 和ꢁ850 m 水平,进回风系统直接在ꢁ875 m 上 ꢀ ꢀ 通风系统技改方案在保留进风井 5 个Ⅰ级进风 机站的情况下增加 3 个采区Ⅱ级进风机站,在充分 利用现有的通风设备及井巷工程的基础上,综合考 虑采区采掘工作面布置,风量合理分配(风量计算 见表 2 所示) 的条件下,通过对Ⅳ级回风机站的合 理配置及变频节能控制技术研究确定以下 3 种通风 部短路,新风难以下至北采区深部。 3)采区污风串联。 随着产能逐步向北转移, ( 其需风量将进一步增加,目前北采区新风全部通过 南采区沿脉巷道供给,新风风质差,且有部分污风串 联。 [ 3-5] 技改方案 。 3 ꢀ 通风系统优化技术研究 方案一:保留ꢁ790 m 南回风机站运行 4 台 K45- -№19、北回风机站运行 1 台 DK62-8-№22 风机,运 矿山现阶段生产处于采区转移阶段,南采区产 6 量逐步向北转移,通风系统也处于较大的动态变化 阶段。 选择以北采区占 80% 产能,南采区 20% 产能 阶段为目标开展研究。 行频 率 均 为 45 Hz。 ꢁ 850 m 水 平 南 采 区 2 条 回 风巷道8台K45-6-№19风机( 功率200kW) 正常 表 2ꢀ 深部矿段需风量计算 3 . 1ꢀ 需风量计算 北采区 根据矿山生产计划表,现场统计采矿工区出矿、 3 3 地点/ m 作业类型 数量/ 个 需风量/ (m / s) 总需风量/ (m / s) 掘进和凿岩作业面数量及分布。 矿山采矿方法属于 2 巷道型采场,平均通风断面 18. 50 m ,考虑到采矿 作 业 点 地 温 相 对 较 高, 采 场 排 尘 风 速 选 [ 1-2] 3 ,每个出矿采场需风量 12 m / s,每 取 0. 65 m/ s 2 29 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 ꢁ ꢁ 790 825 掘进 掘进 2 2 1 2 1 4 1 3 1 1 2 2 1 1 4 12 12 12 12 12 12 12 12 12 6 24 24 12 24 12 48 12 36 12 6 休息硐室 修车库 爆破器材库 出矿 1 1 1 1 3 1 2 1 1 2 1 7 1 3 3 5 6 5 ꢁ730 6 出矿 6 6 ꢁ ꢁ 850 875 掘进 12 12 5 12 36 5 出矿 ꢁ790 ꢁ800 掘进 掘进 爆破器材库 出矿 出矿 12 12 12 12 10 6 24 12 12 24 10 42 5 ꢁ ꢁ 930 960 掘进 掘进 出矿 ꢁ825 ꢁ850 出矿 备采 出矿 凿岩 10 10 5 20 20 5 卸载站 运输穿脉 水泵房 备采 卸载站 水泵房 维修硐室 运输穿脉 溜破系统 ꢁ875 5 ꢁ 1 000 10 6 10 24 20 6 18 30 20 凿岩 10 溜破系统 # 运行,运行频率均为 40 Hz。 闭。 增加ꢁ850 m 水平 3 回风巷道与总回风巷道联 通工程。 ꢁ790 m 回风巷道 4 台 K45-6-№19 和 1 台 DK62-8-№22 风机,运行频率均为 45 Hz。 ꢁ850 m 方案二:在方案一的基础上,将ꢁ850 m 水平右 回风巷回风机站 4 台风机关闭,右回风机站巷道封 # # # 闭。 增加ꢁ850 m 水平 2 回风巷道与总回风巷道联 水平 2 和 3 回风机站 4 台 DK62-8-№28 风机,运行 通工程。 频率提升至 45 Hz。 方案三:在方案二的基础上,将ꢁ850 m 水平左 回风巷回风机站 4 台风机关闭,左回风机站巷道封 通风系统各方案风路布置见图 2 所示。 图 2ꢀ 通风系统方案 # # 3 . 3ꢀ 各方案解算及比较 右回风机站与 2 、3 回风机站并联设置,风机克服阻 根据深部矿段通风系统各技改方案内容,收集 力较大,右回风机站风机 40 Hz 频率运行,风量为 3 相关图纸和资料、现场实测通风参数,了解矿井生产 和通风基本情况的基础上,由拟定的通风技改方案、 绘制各方案通风网络图,编制巷道风阻、网孔、风机 30. 6 m / s,风机运行不正常,且右总回风巷道风速 为 17. 4 m/ s,不符合安全规程要求。 方案二中ꢁ850 m 水平左回风机站 4 台 200 kW [ 6-8] 3 # # 及机站网络数据库 ,对各技改方案进行通风网络 风机运行风量为 101. 2 m / s,左回风机站 2 、3 回风 机站影响,4 台风机未在风机正常工况下运行。 右 解算和优缺点比较分析,最终获得可靠的通风系统 3 优化方案。 各方案对比结果见表 3。 回风机站封闭后,南采区总回风量为 250. 2 m / s,北 3 表 3ꢀ 各技改方案优缺点对比 采区总回风量为 364. 3 m / s。 南北采区风量分配不 3 合理,根据通风系统风量估算,2018 年北采区总需 方案 总风量 / (m / s) 装机容量/ kW 实耗功率/ kW 3 一 二 三 612. 6 614. 5 609. 9 5 560 4 760 3 960 2 232. 9 2 299. 3 2 370. 3 风量达到 460. 8 m / s,方案二风量分配不能够满足 北采区需风量要求。 3 方案三南采区总回风量为 151. 9 m / s,北采区 3 ꢀ ꢀ 对比方案一、方案二和方案三,总风量均能满足 总回风量为 460. 4 m / s,基本能够满足深部矿段南 3 计算 总 风 量 要 求 ( 设 计 风 量 576 m / s)。 方 案 北采区总风量要求。 # 一ꢁ850 m 水平 3 回风巷道与左回风巷道未联通, 综上所述,深部矿段南采区资源逐渐减少,北采 2 30 Serial No. 597 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 总第 597期 January. 2019 MODERN MINING 2019 年 1 月第 1 期 区产量任务重。 北采区需风量和通风动力都需要提 机,避免在机站之间和机站内部产生过大内耗。 (2)通风风路形成有两个关键因素:一是有风 流通过的通道;二是有克服风路上阻力的动力。 # 高,同时随采矿中段的下移,通过对ꢁ850 m 水平 2 、 # 3 回风机站风机的变频控制,满足北采区 460. 8 m / 3 s 风量要求。 结合对采区通风的调节,选用方案三。 ( 3)通风系统是一个动态变化的系统,通风方 4 ꢀ 实施效果 根据通风系统网路解算结果,结合现场检测数 案是针对某一节点时刻的具体方案,在进行通风系 统调整时,需根据后续采矿发展变化的趋势,留有一 定的调节余量。 据可知,矿山按照优化方案现场实施后,通风系统总 3 3 # 进风量 609. 9 m / s,其中进风井进风 427. 9 m / s,1 3 # 3 副井进风 92. 7 m / s,2 副井进风 39. 0 m / s,主井进 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 3 3 风 50. 3 m / s;系统总回风量 609. 9 m / s,能够满足 [ [ 1]ꢀ 金属矿井通风防尘设计参考资料编写组. 金属矿井通风防尘 设计参考资料[M]. 北京:冶金工业出版社,1982. 2]ꢀ 王运敏. 现代采矿手册( 中册) [ M]. 北京:冶金工业出版社, 2012. 3 计算的矿井总风量 576 m / s 要求,南北采区分风合 理,各用风点均能够满足需风量要求;通风系统风机 平均效率达到 81. 7% 。 方案实施后,对现场通风系统进行了详细检测, [3]ꢀ 李ꢀ 刚,吴ꢀ 超. 抱伦金矿通风系统优化研究[J]. 黄金科学技 术,2016(1):92-95. 3 检测数 据 表 明 通, 通 风 系 统 总 回 风 606. 86 m / 3 [ 4]ꢀ 李益青. 和睦山铁矿通风系统优化技术研究[ J]. 现代矿业, 2017(12):188-190. s,ꢁ850 m 回风机站回风 444. 77 m / s,其中ꢁ850 m 3 水平以下总回风 345. 95 m / s;ꢁ790 m 回风机站回 3 [5]ꢀ 居伟伟,贾敏涛,唐胜卫,等. 鑫汇金矿通风系统合理优化技术 改造[J]. 金属矿山,2012(1):147-150. 风 212. 77 m / s,深部各用风水平风量明显增加,通 风效果明显改善,具体风量分配见表 4 所示。 表 4ꢀ 北采区深部各中段回风量 [ [ [ 6]ꢀ 汪林红,王中利,李瑞昆,等. 阜山金矿井下 61#矿脉通风系统 优化设计[J]. 现代矿业,2015(11):192-195. 水平/ m ꢁ875 ꢁ960 ꢁ1 000 91. 72 7]ꢀ 周ꢀ 伟,扈守全,汪林红,等. 阜山金矿抽出式通风系统采空区 漏风控制技术研究[J]. 金属矿山,2016(9):174-178. 8]ꢀ 贾敏涛,吴冷峻,张ꢀ 辉,等. 罗河铁矿通风系统优化与调控技 术[J]. 现代矿业,2016(6):134-136. 3 风量/ (m / s) 167. 49 86. 74 5 ꢀ 结ꢀ 语 ( 1)通风系统主进回风机站采用并联设置或机 站内部风机采用并联设置时,应尽量采用同型号风 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ( 收稿日期 2018-09-02ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) ■ ( 上接第 202 页) 效率 N95),Honeywell SE-173A 型 (2)为保障工人身体健康,提高职业病的防治 水平,公司应督促破碎工工作时正确佩戴防噪声耳 塞,并加强对员工的培训和教育,使职工充分地了解 防护用品的使用目的和意义,并学会正确使用佩戴 及维护保养。 防护面屏等防护用品,但现场调查发现,部分破碎工 上岗时未佩戴防噪声耳塞。 由于项目破碎工接触噪 声 40 h 等效声级超过现行职业卫生标准限值,若不 [ 4] 。 重视职业病个体防护,存在发生噪声聋的风险 6 ꢀ 结ꢀ 论 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 ( 1)塑胶公司 PPR 管材、管件生产项目总体及 [ [ 1]ꢀ 中华人民共和国主席令第 60 号. 中华人民共和国职业病防治 法[S]. 北京:人民卫生出版社,2016. 设备布局、职业病防护用品、职业卫生管理措施及落 实情况等基本符合国家现行职业卫生要求。 该项目 存在的职业病危害因素有噪声、粉尘、高温、丁酮、异 丙醇等,项目职工接触粉尘、丁酮、异丙醇、氯化氢等 时间加权平均浓度均低于检出限,未超过国家规定 的接触限值,符合国家现行职业卫生标准要求,破碎 工接触噪声 40 h 等效声级超过现行职业卫生标准; 其他工种接触噪声 40 h 等效声级均符合国家现行 职业卫生标准。 2]ꢀ 中华人民共和国卫生部. 国卫疾控发[2015]92 号职业病危害 因素分类目录[S]. 北京:人民卫生出版社,2016. [3]ꢀ 中华人民共和国卫生部. GBZ 159—2004ꢀ 工作场所空气中有 害物质监测的采样规范[S]. 北京:中国标准出版社,2005. [ 4]ꢀ 朱江丽,谢ꢀ 非,万立力,等. 某技改扩建项目职业病危害控制 效果评价[J]. 现代矿业,2017(4):201-203. ( 收稿日期 2018-12-02ꢀ 责任编辑ꢀ 袁风香) ꢀ ꢀ 王萌萌(1988—),男,工程师, 272000 山东省济宁市。 2 31
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