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鸡冠嘴金矿复杂通风系统优化改造
2019-05-17
鸡冠嘴金矿已逐步进入深部开采阶段,随着矿山深部中段逐步投入生产,井巷关系更 加复杂,通风线路长、通风阻力大等问题凸显。为解决由此带来的井下生产中段风量不足、风流反 向及漏风等问题,对矿山通风系统进行优化改造。通过对 4种方案进行技术经济比较,最终选定前 期井下集中 +后期多级机站接力方案,前期在井下采用主扇集中通风,满足前期通风要求,前期工 程及风机设备投资省,无需征地,方便通风管理,后期继续利用前期主扇作为Ⅱ级机站接力。同时 对改造方案进行了三维通风解算,有效风量率可达 73.66%,风速合格率大于 75%,高于合格标准。 通风系统经改造实践后,达到了预期的效果,满足矿山安全生产作业环境的需...
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 · 安全·职业健康· 鸡冠嘴金矿复杂通风系统优化改造 院ꢀ 雷ꢀ 李ꢀ 娜 湖北三鑫金铜股份有限公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 鸡冠嘴金矿已逐步进入深部开采阶段,随着矿山深部中段逐步投入生产,井巷关系更 加复杂,通风线路长、通风阻力大等问题凸显。 为解决由此带来的井下生产中段风量不足、风流反 向及漏风等问题,对矿山通风系统进行优化改造。 通过对 4 种方案进行技术经济比较,最终选定前 期井下集中+后期多级机站接力方案,前期在井下采用主扇集中通风,满足前期通风要求,前期工 程及风机设备投资省,无需征地,方便通风管理,后期继续利用前期主扇作为Ⅱ级机站接力。 同时 对改造方案进行了三维通风解算,有效风量率可达 73. 66% ,风速合格率大于 75% ,高于合格标准。 通风系统经改造实践后,达到了预期的效果,满足矿山安全生产作业环境的需要。 关键词ꢀ 深部开采ꢀ 通风系统ꢀ 主扇ꢀ 多级机站 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 050 Optimization and Design of the Complicated Ventilation System of Jiguanzui Gold Mine Yuan Leiꢀ Li Na ( Hubei Sanxing Gold and Copper Co. ,Ltd. ) Abstractꢀ The mining activity of Jiguanzui Gold Mine is entered into deep mining stage,with the gradual introduction of production of the deep sections of the mine,the roadway relationships is more com- plicated,the problems such as long ventilation line and large ventilation resistance are becoming more and more serious. In order to solve the problems such as air volume insufficient,reverse airflow and air leakage in the middle production section,the ventilation system of the mine is optimized. Though the comparative analysis of four ventilation schemes,the one based on early underground concentration and late multi-stage machine relay is selected as the optimal scheme. In early stage,the main fan is used for centralized venti- lation to meet the requirements of early stage ventilation,the investment of early stage engineering and fan equipment is reduced,there is no need to expropriate land,it facilitates ventilation management,in the late stage,the main fan in the early stage can be used as II level machine station relay. Besides that, three-dimensional ventilation calculation of the improvement scheme is done,the effective wind rate can reach 73. 66% ,and the wind speed qualification rate is greater than 75% ,which is higher than the stand- ard value. After the optimization of the ventilation system,the intended effects are obtained,the needs of safe production and operation environment in mines is met. Keywordsꢀ Deep mining,Ventilation system,Main fan,Multistage fan ꢀ ꢀ 随着矿产资源的不断开发,我国有三分之一的 部资源已经处于开采后期,深部中段逐步进行开拓 和投入生产,井巷关系变得更加错综复杂,现场矿井 通风管理困难,采场通风条件变差。 如何改善通风 效果,降低通风成本,安全与成本协调并进,对于矿 山可持续发展具有重要意义。 矿山已进入或即将进入深部开采,矿井通风问题是 [ 1-3] 。 鸡冠嘴金矿浅 深部矿床开采的技术难点之一 ꢀ ꢀ 院ꢀ 雷(1982—),男,工程师,435100 湖北省黄石市大冶市。 1 68 ꢀ ꢀ 院ꢀ 雷ꢀ 李ꢀ 娜:鸡冠嘴金矿复杂通风系统优化改造ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 1 ꢀ 矿山概况 鸡冠嘴金矿包括鸡冠嘴和桃花嘴两大矿区,采 (2)现系统机站风机装机数量多,功率大,且根 据风机运行工况检测结果,机站风机运行效率低,能 耗高。 用主、 副 竖 井 开 拓。 ꢁ 470 m 中 段 以 上 为 上 采 区,ꢁ520 m 中段以下为下采区,其中ꢁ570 m 中段已 投入生产,其它中段也逐步进行开拓。 采矿方法主 要为分段空场嗣后充填法。 (3)部分中段副井车场风流反向,中段内污风 向副井倒灌,高低温风流在马头门处汇合,使得副井 马头门处风流雾化严重。 矿山原采用多风机多级机站抽出式通风方式, 在井下各中段回风石门处安装风机。 新鲜风流由副 井进入各中段后,经过副井车场、石门分别进入鸡冠 嘴和桃花嘴两矿区,通过下盘运输平巷,送至各回 采、掘进工作面。 污风各自汇聚到上水平中段回风 巷和回风石门,然后通过多级机站风机排至 17 线回 风井和 7 线回风井后排出地表。 原通风系统示意图 见图 1。 3ꢀ 通风系统优化 3. 1ꢀ 通风系统优化原则 (1)结合矿山实际情况,根据矿井开拓方式、采 矿方法、矿井生产能力和矿区地形地貌等因素,确定 合理的通风系统。 (2)考虑现有系统井下采掘作业面、柴油设备 分布及最大班人数,满足井下生产风量需求。 (3)在保证正常、良好通风效果的前提下,尽量 降低通风费用。 通风系统以不开拓通达地表的新进 风井和回风井为宜,尽量利用现有通风井巷,以减少 专用通风井巷的工程量和工程费用。 ( 4)减少矿井内部漏风,提高有效风量率,形成 完整的中段通风网络和采场通风网络。 3 . 2ꢀ 矿井需风量核算 根据井下采掘工作面具体分布情况,按同时回 采工作面、掘进工作面、备用工作面、同时装矿点和 其他需风点的个数,按排尘风量、排尘风速、排炮烟、 排柴油设备废气需风量予以核算,取值大者参与需 风量计算,并考虑内、外部漏风等因素来核算矿井正 [ 4-5] 图 1ꢀ 原通风系统示意 常需风量 。 进一步结合深部中段降温需风量,计 深部开拓工程实施后,在鸡冠嘴矿体端部新施 工一条风井,进风井和回风井的关系总体上变为中 央进风、两翼回风,总的通风方式得到了优化,但风 机仍旧采用多风机多级机站布置。 如果在深部中段 继续沿用这种风机布置方式,风机布置台数越来越 多,能耗大,风机之间相互影响更加突出。 算全矿总需风量。 经计算,核定的系统现阶段需风 3 量为 250. 08 m / s,困难时期系统需风量为 262. 58 3 m / s。 3 . 3ꢀ 通风系统优化方案 根据现有系统生产规模大、生产中段多、通风线 路复杂、风流难以控制等特点,同时考虑对鸡冠嘴和 桃花嘴矿区的通风阻力平衡,结合现阶段、困难时期 通风要求,利用三维通风软件进行模拟,共制定了 4 个通风系统优化方案,分别为井下多风机多级机站 通风方案( 方案Ⅰ)、全井下集中通风方案 ( 方案 2 ꢀ 原通风系统测定与分析 通过对各中段风量进行实测,总风量为 177. 46 3 m / s。 主要回风井井筒砌筑较完好,漏风量较小。 但系统浅部一采区及副斜井存在漏风,使得部分风 流冬季经浅部一采区井巷进入井下。 全系统有效风 量率为 72. 68% ,符合矿井通风系统的有效风量率 要求;风速合格率为 64. 81% ,总体不合格。 根据测定结果,结合现场资料计算分析,总结通 风系统存在以下问题: Ⅱ )、30 线井口+7 线井下集中通风方案(方案Ⅲ)、 前期 井 下 集 中 + 后 期 多 级 机 站 接 力 方 案 ( 方 案 [ 6-8] Ⅳ ꢀ ) 。 4 种方案技术经济比较见表 1。 ꢀ 根据表 1,经详细技术经济比较,重点考虑投 资、改造工期及通风系统调节管理,最终选定方案Ⅳ 为最佳。 方案Ⅳ总投资虽高,但前期在井下采用主 扇集中通风,满足前期通风要求,前期工程及风机设 ( 1)目前井下生产中段多,需风点多且散,多数 中段风速合格率不达标,故现有风量无法满足生产 要求。 1 69 总第 600 期 现代矿业 前期主扇作为Ⅱ级机站接力。 2019 年 4 月第 4 期 备投资省,无需征地,方便通风管理,后期继续利用 表 1ꢀ 4 种方案技术经济比较 风机数量 装机功率 可比总投资 估算工期 优点 缺点 通风方案 / 台 / kW / 万元 / 月 风机台数多,管理较复杂;装机点多, 硐室工程量大,工程及电气自动化投 资高;前后期通风系统改造工期较长; 困难时期可利旧风机少;风机投资较 高;通风调节常滞后于生产,会一定程 度降低生产效率。 前期装机功率低,平均年经营 费用相对较低;矿山已经习惯 使用该通风管理方式。 前期 13, 后期 11 前期 1 724, 后期 2 724 前期 6, 后期 9 Ⅰ 1 897. 24 风机台数少,方便通风管理且 无需征地;井巷工程量最小,工 前期装机功率高,前期效率低;年经营 期最短,工程费用及总投资最 费用最高;大功率风机安装在井下,安 低;用调节风窗及风门分风,方 装维护难。 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 4 4 2 710 1 145. 01 1 277. 9 1 568 6 9 便中段风量调节。 风机台数少,方便通风管理;总 前期装机功率高,前期效率低。 年经 投资相比较低;采用调节风窗 营费用较高;工期相对较长;需对 30 及风门进行分风,更方便各中 线井口征地;安全设施设计需重新修 段风量调节;大功率风机位于 改、审查、备案。 2 680 地表,安装维护容易。 前期装机功率最低,平均年经 后期风机台数多,管理较为复杂;后期 营费用相对最低;前期风机台 装机点多,硐室工程量大,工程及电气 数少, 管理简单; 前 期 工 程 量 自动化投资高;后期通风系统改造工 少,工期短;前期风机设备投资 期相对较长;通风调节常滞后于生产, 前期 5, 后期 12 前期 1 304, 后期 2 724 前期 5, 后期 8 最低;后期可利用前期主扇。 会一定程度降低生产效率。 ꢀ ꢀ 根据方案Ⅳ,确定采用位于矿区中部的主斜井 副井+17 线充填井进风,矿区两端的新鸡冠嘴风井 桃花嘴风井回风,形成中央进风、两翼回风的中央 + + 对角式通风系统。 现阶段可直接利用 17 线充填井 进风,困难时期则需延伸 17 线充填井至深部,以满 足桃花嘴矿区进风需求。 方案前期分别在ꢁ270 m 中段 30 线回风石门处、ꢁ370 m 中段 7 线回风石门 处向下新掘倒段风井与下部相邻中段回风石门贯 通,分别在 30 线回风井ꢁ270 ~ ꢁ370 m 井筒段、7 线 回风井ꢁ370 ~ ꢁ420 m 井筒段设盖板封闭。 在ꢁ270 m 中段 30 线回风井与倒段风井间新掘风机硐室,在 ꢁ 370 m 中段 7 线回风井与倒段风井间新掘风机硐 图 2ꢀ 优化后通风系统示意 室,安装井下主扇。 优化后通风系统示意图见图 2。 表 2ꢀ 推荐方案矿井有效风量率计算结果 3 . 4ꢀ 通风效果评价 分流 类别 井巷 名称 风量 有效风量率 / % 项目 根据推荐方案对矿井有效风量率进行计算,见 3 / (m / s) 表 2。 106. 47 鸡冠嘴矿区 采掘点 ꢀ ꢀ 由 表 2 可 知, 推 荐 方 案 有 效 风 量 率 可 达 3. 66% ,大于 60% ,且高于原测定系统有效风量率 全矿井 有效风量 各需风点 有效风量 77. 75 7 桃花嘴矿区 采掘点 为 72. 68% ,优化后有效风量率得到提升。 ꢀ 推荐方案中,除独头掘进面外,两矿区采掘作业 73. 66 164. 79 ꢀ 2×DK40-6-№21 ꢁ270 m 水平 风量 30 线回风井 主扇风机 风量 面风速均在 0. 3 ~ 1. 4 m/ s,满足生产作业及规程规 范要求。 深部中段风速在 1. 6 ~ 2. 0 m/ s,满足排热 风速要求。统计任意需风点风速合格率,均超过 85. 29 DK40-6-№21 ꢁ370 m 水平 风量 7 线风井 1 70 ꢀ ꢀ 院ꢀ 雷ꢀ 李ꢀ 娜:鸡冠嘴金矿复杂通风系统优化改造ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 7 5% ,远高于标准要求 65% ,满足风速合格率要求。 施工。 风机硐室、配电硐室按照设计进行施工,并安 装了配套设备。 拆除原有风机,重新选型、购买并安 装新风机,风机型号及参数见表 3。 同时构建了相 应的风门、风墙等构筑物,确保达到设计通风效果, 新安装的风机可实现地表远程控制,见图 3、图 4。 4 ꢀ 优化效果 鸡冠嘴金矿按照最终优化方案对现有通风系统 进行了改造。 在施工过程中由于施工倒段风井所处 岩石破碎,施工安全条件差,后改为倒段斜坡道进行 表 3ꢀ 风机型号及参数 通风机配置 功率/ kW 矿区 名称 主扇 风机安装位置 风机型号 电机型号 电压/ V 叶片角/ (°) ꢁ270 m 中段 30 线回风石门 2×DK40-6-№21 Y355M4-6 2×185×2 380 32 / 27 鸡冠嘴 桃花嘴 辅扇 主扇 ꢁ270 m 溜井回风巷 ꢁ370 m 中段 7 线回风石门 K40-6-№14 Y225M-6 30 380 380 25 DK40-6-№21 Y355M4-6 2×185 33 / 28 考虑了现阶段以及后续的通风需求,改造后现阶段 通风效果达到预期的要求,尤其是中段之间的干扰 和风流抵消问题得到彻底解决,值得类似条件矿山 企业借鉴。 但在涉及到局部通风以及下部中段逐步 生产后,通风系统仍旧需要不断进行动态优化和调 控,以确保井下作业安全,满足矿山生产需求。 图 3ꢀ 改造后-370 m 中段 7 线通风自动控制系统 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ [ [ [ [ 1]ꢀ 王ꢀ 洁,曹ꢀ 斌,周述峰. 湖北铜绿山矿井下通风系统优化 J]. 现代矿业,2018,34(3):212-214. [ 2]ꢀ 王ꢀ 宇,曹ꢀ 旭. 矿井通风系统优化设计探究[J]. 世界有色金 属,2017(23):166-168. 3]ꢀ 吴冷峻,周ꢀ 伟,鲁智勇,等. 河南省桐柏县银洞坡金矿通风系 统优化[J]. 现代矿业,2018,34(11):203-205. 图 4ꢀ 改造后-270 m 中段 30 线通风自动控制系统 通风系统进行优化改造完成后,原通风系统各 中段风机相互之间的干扰和风流抵消问题得到彻底 解决,各中段回风石门处风向、风流满足设计要求, 有效风量率明显提升;副井车场风流反向问题得到 解决,冬季副井马头门处风流雾化现象消失;根据不 同中段生产能力以及作业人员数可通过调节风窗进 行适时风量调节,逐步实现按需通风。 4]ꢀ 蔡海伦,彭立正,史俊文,等. 自然风压对会宝岭铁矿通风系统 的影响研究[J]. 煤炭技术,2018,37(11):189-191. 5]ꢀ 裴ꢀ 非. 多采区矿井通风阻力的测定及系统优化改造[J]. 煤 炭与化工,2018,41(6):123-125. [6]ꢀ 董ꢀ 娟,林吉飞,况世华,等. 中小型复杂矿体群通风系统优化 设计研究[J]. 昆明冶金高等专科学校学报,2018,34(5):19- 22. [ [ 7]ꢀ 王ꢀ 志. 多通道复杂矿山分区通风系统优化研究[J]. 采矿技 术,2018,18(5):67-69. 5 ꢀ 结ꢀ 语 本次通风系统优化改造,旨在解决矿山逐步进 8]ꢀ 冯福康. 复杂采空区条件下多井筒通风系统优化研究[J]. 采 矿技术,2018,18(5):58-62. 入深部开采后面临的通风困难问题,所采用的改造 方案与原来的通风系统相比发生了较大变化,综合 ( 收稿日期 2019-02-02ꢀ 责任编辑ꢀ 何ꢀ 伟) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ [ 2]ꢀ 王继玲. 基于故障树的掘进机截割部摆动故障分析[J]. 煤炭 ( 上接第 158 页) 与化工,2015(3):51-53. 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 3]ꢀ 刘ꢀ 强,伊同舟,唐秀山,等. 掘进机截割系统的故障树-层次分 析法诊断分析[J]. 煤炭科学技术,2017(3):123-127. [ 1]ꢀ 赵江涛. 故障树分析法在掘进机液压系统故障诊断中的应用 ( 收稿日期 2019-02-12ꢀ 责任编辑ꢀ 罗主平) [ J]. 煤炭机械,2014(2):223-225. ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ꢂ 欢ꢀ 迎ꢀ 投ꢀ 稿ꢀ ꢀ ꢀ 欢ꢀ 迎ꢀ 订ꢀ 阅 ꢂ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 1 71
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