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多中段多井并联回风在某矿山深部开采通风系统的研究与应用
2019-02-20
矿山深部开采面临岩温升高、通风线路长、网络复杂、主扇压力不足等问题,必须进行 深部通风系统改造设计。湖南某铅锌矿二期深部矿体向南侧伏,深部矿石含硫量高、放热量大,通 风线路长、阻力大,主扇能力低,新鲜风量不足,热量难以排出,严重影响矿山安全生产。为解决通 风困难问题,以现场调查和测定为基础,分析了矿山通风系统存在的关键问题,提出多中段多井并 联回风深部通风系统改造方案,利用副斜井、小竖井、回风斜井形成多井并联回风网路,利用上部开 采结束的2 个中段运输巷并联作为深部回风通道,有效降低矿井通风阻力。方案充分利用现有工 程,投资少,见效快,取得了良好工程应用效果,可为类似矿井通风系统改造借鉴。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 多中段多井并联回风在某矿山深部开采通风系统的 研究与应用 1 ,2 姚银佩 ( 1. 湖南有色冶金劳动保护研究院;2. 非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 矿山深部开采面临岩温升高、通风线路长、网络复杂、主扇压力不足等问题,必须进行 深部通风系统改造设计。 湖南某铅锌矿二期深部矿体向南侧伏,深部矿石含硫量高、放热量大,通 风线路长、阻力大,主扇能力低,新鲜风量不足,热量难以排出,严重影响矿山安全生产。 为解决通 风困难问题,以现场调查和测定为基础,分析了矿山通风系统存在的关键问题,提出多中段多井并 联回风深部通风系统改造方案,利用副斜井、小竖井、回风斜井形成多井并联回风网路,利用上部开 采结束的 2 个中段运输巷并联作为深部回风通道,有效降低矿井通风阻力。 方案充分利用现有工 程,投资少,见效快,取得了良好工程应用效果,可为类似矿井通风系统改造借鉴。 关键词ꢀ 矿井通风系统ꢀ 中段并联回风ꢀ 通风降阻ꢀ 工程应用 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 048 Research and Application of Parallel Return Air with Multi-level Drift and Multi-shaft in a Deep Mining Ventilation System 1 ,2 Yao Yinpei ( 1. Hunan Labour Protection Institute of Nonferrous Metals;2. Hunan Province Key Laboratory of Non-coal Mines Ventilation and Dust Prevention) Abstractꢀ The ventilation system in deep mining is faced with high temperature, long ventilation line, complex network and insufficient pressure of main fan, etc. Reforming design is necessary. Taking the two stage deep mining of a lead-zinc mine in Hunan as an example, the deep ore body is to the south side with high sulphur content, and releasing large heat, the ventilation has long line and large resist- ance, the main fan is low, the fresh air quantity is insufficient and the heat is difficult to expel, which seriously affects the safety production of the mine. In order to solve the difficult problem of mine ventila- tion, the key problems existing system are analyzed on the basis of field investigation and determination, and the modification scheme of parallel return air with multi-level drift and multi-shaft are put forwards in deep mining ventilation, The multi-shaft parallel return network is formed by using auxiliary inclined shaft, small shaft and return air well, and two levels transportation lanes in the end upper part are used as the return air passage of the deep mining, which can effectively reduce the ventilation resistance. The scheme makes full use of the existing projects, with less investment and quick effect, and good results in engineering application are obtained, that can be used for the similar transformation in ventilation system. Keywordsꢀ Ventilation system,Parallel return air with level drifts,Ventilation of reducing resist- ance,Engineering application ꢀ ꢀ 矿井通风系统为矿山安全生产的重要系统之 一,必须保证其良好运行。 随着浅部矿产资源的枯 竭,开采向深部延伸,深部开采面临岩温升高,通风 ꢀ ꢀ 姚银佩(1985—),男,工程师,410014 湖南长沙市雨花区香樟路 01 号。 6 1 95 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 2 3 线路变长,通风网络更复杂,主扇压力不足等难题。 为克服深部开采通风难题,有必要对原通风系统进 m 。 经分析,矿区回风风量大于 44 m / s,需要的回 2 风断面在 5 m 以上,故目前通风系统井巷规格过 [ 1-3] 行优化改造为矿山安全生产提供保障 。 小,不能满足井下生产通风需求。 湖南某铅锌矿浅部一期工程开采完毕,矿山二 期工程主要开采深部ꢁ170 m 中段以下至ꢁ330 m 中 段,ꢁ170 m 中段即将开采结束,生产能力为 10 万 t/ a。 通风系统采用中央进风地表抽出统一通风系统, 但是矿山井下经过多年的开采,井巷错综复杂,深部 矿石含硫量高,放热量大,新鲜风量不足,作业面温 度高达 35 ℃以上,井下通风情况不容乐观。 虽然矿 山已将地表回风井口 15 kW 抽出式风机改为 55 kW 风机,但矿山通风系统阻力大,污风串联严重,致使 通风效果收效甚微。 为彻底解决矿山通风难题,进 (2)矿山开采时间久,井下工程交错,空区多, 通风网络复杂。 (3) 通 风 线 路 长 阻 力 大, 其 中 进 风 线 路 长 约 2 157 m,回风线路长约 1 678 m(地表至ꢁ330 m 中段),部分通风巷道垮塌,未能及时维护,导致的 断面过小,通风阻力大,风流不畅。 (4)井下设置辅扇多,管理困难,通风系统内部 漏风和循环风比较严重。 (5)主扇容量小,风量严重不足。 原主扇功率 3 为 15 kW,风量为 9. 3 m / s,后改为 55 kW 主扇,因 [ 4] 3 行通风系统现场调查和测定 ,分析了其存在的关 键问题,提出深部开采通风系统优化改造技术方案。 矿山阻力大,风量增加不大,风量为 11. 8 m / s,不能 满足当前生产规模通风需求。 1 ꢀ 矿山通风系统关键问题分析 (6)深部矿体含硫量高,氧化放热量大,由于污 风排出慢,热量不易排出,井下作业点温度达到了 35 ℃以上,严重影响了生产安全。 1 . 1ꢀ 矿山通风系统现状 矿山采用斜井开拓,共有 3 级斜井,即主斜井、 新盲斜井和老盲斜井、三级盲斜井,与回风斜井形成 了完整的开拓系统。 (7)各中段未形成中段通风网络,上下中段作 业点易产生污风串联,影响通风效果。 2 010 年以前,矿山井下主要开采矿床北部,由 2ꢀ 矿井深部通风系统优化改造研究 2. 1ꢀ 矿井深部通风系统改造方案的决定因素 决定矿山深部通风系统方案的因素很多,主要 分析以下几个方面: 于矿体逐渐往南侧伏,目前北部矿体已基本采完,矿 井通风系统采用中央进风地表抽出统一通风系统。 井下开采转移到矿床南部,北部开采的区域在各中 段主要运输巷道进口处砌筑密闭风墙。 新鲜风流经 主斜井进风,经新老盲斜井进入阶段运输平巷,经采 场进路到达作业面,洗刷作业面后污风经过采场回 风天井到达上中段回风平巷,再汇集到主要回风巷 道,再由回风斜井的主扇抽出地表。 回风斜井地表 安装抽出式主扇风机,型号为 BKY60-NO9,井下共 安装 9 台同型号 15 kW 辅扇,风机安装总容量达到 了 150 kW。 (1) 矿 山 建 设 至 今 已 开 采 多 年, 从 地 表 到ꢁ330 m 中段,共开拓有 16 个中段,开采范围广, 井巷布置复杂。 (2)井下通风系统随着开采时间的推移,通风 系统虽然不断在调整和完善,但通风系统能力过小, 与生产系统不相匹配,不能保证当前的安全通风需 求。 部分中段无专用回风井,利用采空区及采场人 行井暂时作为回风,通风系统可靠性差。 (3)井下通风系统通风线路长,系统回风天井 断面小,导致通风系统阻力大。 二期工程开始后,随着井下生产中段的下延和 矿石含硫量增加,通风线路变长,井下温度升高,中 段通风构筑物建设及网络调节不及时,造成通风效 果不理想,严重影响了矿山安全生产。 (4)由于矿体逐渐向南侧伏,深部开采主要作 业区域是矿区 0 线以南,通风方案必须结合井下目 前现有的生产系统。 1 . 2ꢀ 矿井通风系统存在的关键问题 为了切实掌握矿山通风系统运行状态,经现场 (5)矿山当前使用的主扇风量、风压都较小,不 能满足井下生产的需求。 调查和测定,分析矿山井下通风系统存在的关键问 [ 5] 题 主要有: (6)深部开采矿体含硫量高,新开拓中段作业 面温度高,须及时通风排出热量。 ( 1)通风系统回风井断面小。 经对主回风线路 2 勘察, 回 风 斜 井 断 面 测 定 普 遍 为 4 m ( 2. 0 m 2. 2ꢀ 矿井通风系统改造方案 × 2. 0 m),特别是回风井口通地表为公路下涵洞断 结合矿山当前实际情况及未来开采规划,提出 了深部开采多中段多井并联回风的通风系统改造方 2 面仅为 1. 13 m ,各中段系统回风上山断面均小于 3 1 96 ꢀ ꢀ 姚银佩:多中段多井并联回风在某矿山深部开采通风系统的研究与应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 [ 6-7] ,如图 1 所示。 案 图 1ꢀ 多中段多井并联回风降阻通风方案(单位:m) 2 . 2. 1ꢀ 矿井通风系统进回风线路 (2)主扇容量不足,重新选择适应深部开采的 进风线路为主斜井进风,经新、老盲斜井指标各 新主扇,采取变频调速适应开采矿山深度,达到良好 [ 11-12] 。 中段石门分风,经沿脉运输巷到达作业点;污风由各 中段南端部回风天井集中,ꢁ170 m 和ꢁ130 m 中段 运输巷并联作为主回风巷使用,再通过ꢁ130 m 中段 回风井至ꢁ96 m 中段,一部分污风在地表主扇由回 风斜井排出地表,另一部分污风在经ꢁ32 m 中段主 扇由副斜井和小竖井排出地表。 的通风效果和节能的目的 (3)建立深部通风系统回风网络,深部ꢁ 170 m 中段以下,由上至下逐步将系统回风天井移到矿体 南端,并设置调节通风构筑设施。 2 2 . 3ꢀ 井下通风系统阻力计算 . 3. 1ꢀ 矿山需风量计算 根据矿井年产量 10 万 t/ a 的生产能力,万吨耗 2 . 2. 2ꢀ 方案技术措施 3 风量比取 3. 6,估算矿井总风量为 36 m / s;按矿山 随着开采深度的增加,矿体向南侧伏的实际情 3 采掘实际情况计算需风量为 33 m / s,取风量供需比 况,以及目前通风系统不能满足生产,井下生产温度 偏高的客观事实,需要建立与实际情况相适应的通 风系统,保证井下具有较好的通风效果,改造方案采 取的主要技术措施: 3 为 1. 32,矿山总供风量为 44 m / s。 则矿井设计总 3 风量为 44 m / s。 2 . 3. 2ꢀ 自然风压计算 根据矿井通风规程,井深 H>100 m 时,井筒内 ( 1)通风系统回风线路长,断面小,阻力大,必 [8-10] 。 矿山主斜井担负整个矿山的 空气状态变化属于等温过程。 自然风压计算为 须采取降阻措施 1 - 1 Hn = 0. 0341KP0 Z (T ) , 矿石运输和人员材料提升,副斜井只作为 45 m 中段 水泵房的检修工作,另有一小竖井由地表至 45 m 中 段,现已废弃。 井下水泵房安装无人值守自动运行 系统,检修期间严格禁止井下进行爆破作业。 利用 副斜井和小竖井一起与回风斜井进行并联回风,形 成多井并联回风网路;ꢁ170 m 中段开采结束后,利 用ꢁ170 m 与ꢁ130 m 中段运输巷并联作为深部回风 通道, 形 成 多 中 段 并 联 回 风 网 路; 井 下 ꢁ 330 1 T2 式中,Hn 为自然风压,Pa;K 为高度系数,无量纲,K = 1+Z / 10 000;P0 为入风井口气压,Pa;Z 为矿井的 深度,取 440 m;T1 、T2 分别为进、回风井筒平均温 度,K。 根据矿区的实际气象与井巷条件,得冬季自然 风压 Hn =420 Pa,夏季自然风压 Hn =51 Pa。 可以看 出冬季、夏季自然风压均可帮助主扇通风,但夏季自 然风压较弱,影响不明显。 所以在设备选型计算中, 可以不考虑自然风压对矿井带来的影响。 2. 3. 3ꢀ 通风最困难时期系统通风阻力计算 矿山井下通风阻力计算以最困难时期来计算。 ~ ꢁ170 m 中段南侧端部主回风井断面按 2. 2 m × 2. 4 m 规 格 施 工; 检 查、 疏 通 地 表 回 风 斜 井 至ꢁ130 m 中段回风通道,回风斜井口至地表的涵洞 风道改造为回风假巷,断面为 3 m×2 m。 1 97 总第 597 期 现代矿业 为井下施工压气。 2019 年 1 月第 1 期 ( 1)地表回风斜井线路。 矿井总体阻力应为沿 程摩擦阻力 329. 25 Pa、局部阻力 65. 85 Pa、风机装 置阻力 150 Pa、出口动压 88. 07 Pa 等阻力的和,则 矿井总通风阻力为 633. 17 Pa。 (3)井下ꢁ32 m 中段主回风巷新安装主扇工作 3 风量为 36. 60 m / s,主扇全压为 1 820 Pa,电机输入 功率为 106. 74 kW,主扇全压效率 70. 10% 。 (4)地表回风斜井主扇风机工作风量为 11. 89 ( 2)副井和小竖井回风线路。 矿井总体阻力应 3 为沿程摩擦阻力 1 117. 21 Pa、局部阻力 223. 44 Pa、 风机装置阻力 150 Pa、出口动压 25. 28 Pa 等阻力的 和,则矿井总通风阻力为 1 515. 93 Pa。 m / s,与改造比较变化不大,主要原因是通地表的开 口为一涵洞,直径仅为 1. 2 m,长度约 50 m,此段回 风线路因下穿公路不易施工未能进行断面扩大改 造,阻力较大,所以风量与改造前相比变化不大。 (5)井下各中段经分风调节可满足生产需要, 井下温湿度降低至适宜条件。 但随着生产作业的变 化,要及时有效地改变井下通风构筑设施。 2 . 4ꢀ 矿井通风系统通风设备选择 1)地表回风井 55 kW 风机验证。 矿山在回风 ( 斜井 地 表 新 安 装 1 台 主 扇, 型 号 YBCZ-4-NO12 3 55 kW),风压 700 ~ 2 300 Pa,风量 16 ~ 36. 5 m / ( s。 4ꢀ 结ꢀ 论 3 经现场测定,该主扇回风量约为 11 m / s,而地 在掌握矿山现有生产状况的基础上,得出了通 风系统存在的关键问题,为充分利用现有设备和井 巷工程,确定采用多中段多井并联回风深部通风系 统改造方案。 利用副斜井、小竖井、回风斜井形成多 井并联回风网路;利用上部开采结束的两个中段运 输巷并联作为深部回风通道,形成多中段并联回风 网路,有效降低矿井通风阻力,方案投资少、见效快, 通风系统改造完成后,供风量达到矿井通风安全的 需要,解决了井下高温问题,为类似矿井的通风系统 改造提供新的思路。 表回风斜井总阻力(最困难时期) 为 633. 17 Pa,所 3 以该风机可满足设计范围内最困难时期 11 m / s 的 回风量。 ( 2)副斜井和小竖井回风主扇风机选择。 据计 3 算,副斜井和小竖井回风线路风量 33 m / s,总阻力 1 6 815. 93 Pa,查阅风机选型表,拟选择风机为 DK40- -NO17 对旋式轴流风机,功率为 2 ×75 kW,风压 3 4 91 ~ 2 171 Pa,风量 26. 5 ~ 63. 5 m / s。 结合副斜井 和小竖井并联回风方式,根据井下井巷实际情况,主 扇安装在ꢁ32 m 中段 0 线附近。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 依据风机全压特性曲线,主扇运转工况点( 风 3 [1] ꢀ 吴ꢀ 超. 矿井通风与空气调节[ M]. 长沙:中南大学出版社, 量为 35 m / s,风压为 1 920 Pa),叶片安装角度为 2008. 3 0° / 25°,效率为 72% ,如图 2 所示。 [ [ [ [ [ [ [ [ 2]ꢀ 马萃林. 某有色金属矿山井下通风系统改造的设计[J]. 现代 矿业,2014(2):70-73. 3]ꢀ 李印洪,姚银佩,刘东锐. 采空区回风降阻通风节能技术及其 应用[J]. 现代矿业,2015(5):136-137. 4]ꢀ 詹ꢀ 俊,刘祖文,朱易春,等. 某金属矿矿井通风系统测定与评 价[J]. 有色金属:矿山部分,2015,67(1):74-76. 5]ꢀ 彭ꢀ 云,赵伏军. 矿井通风系统降阻优化及综合评价[J]. 矿业 工程研究,2014,29(3):25-29. 6]ꢀ 李文义. 矿山深部通风系统改造与冬季预热技术研究及应用 [ J]. 湖南有色金属,2018,34(1):8-11. 7]ꢀ 刘东锐,刘伟强,李印洪,等. 石湖金矿中深部通风系统改造方 案[J]. 现代矿业,2016(8):206-208. 8]ꢀ 夏ꢀ 紧. 丁九采区并联回风井降阻方案的研究与应用[J]. 煤 矿现代化,2013(2):46-48. 图 2ꢀ 主扇风机 DK40-6-No17 特性曲线及工况 3 ꢀ 通风系统实施后效果及分析 本次通风系统改造实施后,进行了现场测定,具 9]ꢀ 李和平. 西四风井区域回风降阻技术[J]. 科技信息,2012(4): 395. 体如下。 1)矿井总进风量为 44. 13 m / s,由主斜井进 [10]ꢀ 李ꢀ 刚,吴ꢀ 超. 抱伦金矿通风系统优化研究[J]. 黄金科学 技术,2016,24(1):92-96. 3 ( [ 11]ꢀ 查琼睿. 变频节能技术在冬瓜山铜矿井下通风系统的应用 J]. 现代矿业,2012(8):130-131. 入井下,经各级盲斜井分风至中段。 [ 3 ( 2)矿井总回风量为 46. 69 m / s,其中:地表回 [ 12]ꢀ 袁梅芳. LOGO 分时段变频控制井下主风机转速及输出风量 [J]. 金属矿山,2013(8):138-140. 3 3 风斜井为 11. 89 m / s,副斜井回风为 19. 80 m / s,小 3 3 竖井回风为 15. 00 m / s,总进回风相差 2. 56 m / s, (收稿日期 2018-05-17ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) 1 98
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