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二里河铅锌矿深部探矿工程局部通风设计与实践
2020-04-08
随着二里河铅锌矿深部探矿工程工作面下移,通风阻力增加,局部通风效果成为制约探 矿工程进度的瓶颈。探矿工程分为主斜井掘进和中段掘进2 个阶段,因独头掘进距离较长,两阶段均 选用了压抽混合式局部通风,选取独头距离最长、风阻最大的井巷参数进行设备选型。根据工程实践 测定,斜井掘进期间,最深处1 000 m 中段掌子面风速为0. 27 m/ s,1 050 与1 000 m 中段平行掘进期 间,1 000 m 中段最长独头巷掌子面风速为0. 31 m/ s,满足《金属非金属矿山安全规程》的相关要求, 深部探矿工程提前5 个月竣工,同时,总结了二里河铅锌矿深部局部通风系统在设计、运行等环节存 在的问题与...
Serial No. 610 February 2020 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 610期 2020 年 2 月第 2 期 二里河铅锌矿深部探矿工程局部通风设计与实践 赵林海ꢀ 张ꢀ 磊ꢀ 王ꢀ 正ꢀ 刘佳雨 ( 宝鸡西北有色七一七总队有限公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 随着二里河铅锌矿深部探矿工程工作面下移,通风阻力增加,局部通风效果成为制约探 矿工程进度的瓶颈。 探矿工程分为主斜井掘进和中段掘进 2 个阶段,因独头掘进距离较长,两阶段均 选用了压抽混合式局部通风,选取独头距离最长、风阻最大的井巷参数进行设备选型。 根据工程实践 测定,斜井掘进期间,最深处 1 000 m 中段掌子面风速为 0. 27 m/ s,1 050 与 1 000 m 中段平行掘进期 间,1 000 m 中段最长独头巷掌子面风速为 0. 31 m/ s,满足《金属非金属矿山安全规程》的相关要求, 深部探矿工程提前 5 个月竣工,同时,总结了二里河铅锌矿深部局部通风系统在设计、运行等环节存 在的问题与改进建议,对深井矿山解决局部通风问题有借鉴与参考价值。 关键词ꢀ 深部探矿ꢀ 平行掘进ꢀ 混合式通风ꢀ 风机选型ꢀ 旋涡扰动 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2020. 02. 036 Design and Practice of Local Ventilation in Deep Prospecting Engineering of Erlihe Lead-zinc Mine Zhao Linhaiꢀ Zhang Leiꢀ Wang Zhengꢀ Liu Jiayu ( 717 General Corps Co. ,Ltd. ,Baoji Northwest Nonferrous Geology and Mining Group) Abstractꢀ With the working face of deep prospecting engineering of Erlihe Lead-zinc Mine moving downward,the ventilation resistance is increased correspondingly. The local ventilation effects have become the bottleneck restricting the progress of prospecting engineering. The prospecting engineering can be divided into two stages of main inclined shaft excavation and middle section excavation. The pressure-pumping mixed local ventilation is adopted in both stages because of the long distance of single heading. According to the engineering design,the parameters of the longest single heading distance and the largest wind resistance are selected for equipment selection. According to the measurement of engineering practice,during the period of inclined shaft excavation,the wind speed on the face of the middle part of the deepest of 1 000 m middle section is 0. 27 m/ s,and during the parallel excavation of 1 050 and 1 000 m middle section,the wind speed on the face of the longest single heading roadway in the middle part of 1 000 m middle section is 0. 31 m/ s, which meets the relevant requirements of " Safety Regulations for Metal and Non-metallic Mines" ,so that the deep prospecting project can be completed five months ahead of schedule. In addition,the problems existing in the design and operation of the deep local ventilation system in Erlihe Lead-zinc Mine are summarized and some related improvement suggestions are discussed,which can be used for the reference in solving the local ventilation problems in underground mines. Keywordsꢀ Deep prospecting,Parallel tunneling,Hybrid ventilation,Fan selection,Vortex perturbation ꢀ ꢀ 为了保证生产持续稳定,现阶段大部分矿山企业 深部探矿工程进度,按照工程不同阶段的特点设计相 应局部通风方案,以有效解决矿山深部探矿工程局部 通风困难的难题。 在正常生产的同时也在开展深部及外围探矿工作。 前期建成的通风系统一般仅考虑正常生产区的需风 量,增加的探矿工程局部通风问题则成为制约工程进 度的主要因素。 本文以二里河铅锌矿为例,为了提高 1ꢀ 矿山概况 二里河铅锌矿位于陕西省宝鸡市凤县境内,是以 铅锌采选为主的中小型国有企业。 矿山于 1994 年建 成投产,为地下开采,平硐-盲斜井联合开拓,现已开 拓至 1 200 m 标高。 共设有 4 条盲斜井,二级斜井串 ꢀ ꢀ 赵林海(1988—),男,工程师,721706 陕西省宝鸡市凤县河口镇。 1 27 总第 610 期 现代矿业 2020 年 2 月第 2 期 车提升。 矿山采用中央并列抽出式通风系统,主扇安 装在地表回风井口,选用 FDCZ-6-№18A 型矿用防爆 对旋轴流通风机。 新鲜风自 1 566,1 616 m 主平硐及 风由 155 线回风井收集后经由 1 400 m 中段回风巷 到达 151 线回风井,最后由主扇排出地表。 二里河铅 [ 1] 锌矿通风系统 见图 1。 # # 47 线风井进入,经过 1 及 2 盲斜井到达 1 400 m 中 # # 1 段运输巷道,通过3 、4 盲斜井进入各作业中段,污 图 1ꢀ 二里河铅锌矿通风系统示意 2 ꢀ 深部探矿工程施工方案 矿方案。 自 1 200 m 中 段 下 盘 灰 岩 内 施 工 斜 井 至 1 000 m 标高,斜井以 50 m 段高划分为 4 个中段, 主体工程分布见图 2。 本次设计主要探矿井巷工程 2 . 1ꢀ 工程布置 根据 1 200 m 以上矿体赋存形态及深部钻探工 [2] 程控制,确定 1 200 ~ 1 000 m 采用斜井+盲中段的探 量为 917 m ,详见表 1。 图 2ꢀ 二里河铅锌矿 1 200 ~ 1 000 m 北翼垂直纵投影 表 1ꢀ 二里河铅锌矿 1 200 ~ 1 000 m 主要探矿井巷工程统计 (4)正常生产区根据矿山管理制度,每天下午统 一爆破,放炮时间需考虑与上部协同进行。 2 3 中段/ m 200 200 ~ 1 000 工程名称 车场、绞车室 斜井 长度 / m 40 断面/ m 12 工程量/ m 480 1 3 ꢀ 深部探矿工程局部通风设计 1 487 105 95 8. 58 6. 24 6. 24 6. 24 6. 24 4 178. 5 655. 2 592. 8 624. 0 561. 6 根据工程要求及特点,按 2 个阶段施工并制定相 1 1 1 1 150 100 050 000 主巷 应通 风 方 案: ①1 200 m 中 段 车 场、 绞 车 室, 主 斜 井 1 200 ~ 1 000 m 施工;②1 150,1 100 m 中段平行 施工,1 050,1 000 m 中段平行施工。 主巷 主巷 100 90 主巷 3 . 1ꢀ 第一阶段 独头掘进距离为 527 m,斜井断面为 3 m×2. 86 2 . 2ꢀ 施工要求 ( 1)探矿工程施工期间,不得影响上部正常生 m,考虑短时间内排除炮烟,选择压抽混合式局部通 产。 ( 2)1 200 m 中段车场、主斜井掘进过程中考虑 风,局部通风方案见图 3。 1 200 m 中段主要新鲜风 # # 3 通风及提升运输作业,仅可安排一个凿岩班。 待斜井 掘进到各水平中段后,可两作业面平行施工。 来自 3 、4 斜井,实测风量可达 27. 31 m / s。 除采掘 3 工作面分配 11. 9 m / s,其他风量均可用于深部探矿 ( 3)因生产衔接需要,主要探矿井巷工程需在 18 个月内完成。 28 工程局部通风。 1 ꢀ ꢀ 赵林海ꢀ 张ꢀ 磊等:二里河铅锌矿深部探矿工程局部通风设计与实践ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2020 年 2 月第 2 期 图 3ꢀ 第一阶段局部通风方案 3 . 1. 1ꢀ 风量计算 1)压入式风量按照排烟风量计算公式为 式中,k 为风量备用系数,取 1. 2;n 为工作面最多人 数,取 8。 [ 3] ( 3 Qp = 1 ALmS , 9 计算得出 Qp =0. 64 m / s。 (1) t 3 压入风量取上述三者最大值,1. 72 m / s。 3 式中,Qp 为压入式风量, m / s;t 为通风时间,取 30 min;A 为一次爆破药量,取 60. 3 kg;Lm 为抽出式吸风 口距工作面距离,取 25 m;S 为井巷断面积,取 8. 58 [3] ( 2)抽出式风量计算公式为 Qch = (1. 2 ~ 1. 25)Qp , (4) 3 式中,Qch 为抽出式风量,m / s。 2 m 。 3 3 根据最大参数计算得出,Qch =2. 15 m / s。 计算得出 Qp =1. 2 m / s。 [ 3] 3. 1. 2ꢀ 风筒的选择及风阻计算 压入式风量按排尘要求计算公式为 风筒的选择主要考虑漏风量、风阻、拆装等因素。 根据 2013 年国家安监局公布的《金属非金属矿山禁 止使用的设备及工艺目录》,井下严禁使用非阻燃风 筒。 结合井巷断面及物料运输等因素,选择 ϕ0. 4 m 阻燃风筒,压入式选用柔性正压风筒,抽出式选择带 钢圈的负压风筒。 Qp = SV , (2) 2 式中,S 为井巷断面积,取 8. 58 m ;V 为排尘风速,取 0 . 2 m/ s。 3 计算得出 Qp =1. 72 m / s。 [ 3] 压入式风量按工作面最多人数计算公式为 Qp = 4kn , (3) [ 3] 风阻计算公式为 R = Ry + Rj + Rc = 6 . 5αL + ænζ è γ 2 + ∑ζ3 γ ö + 0. 818γ , 2 2 (5) 5 4 gd d 2gS 2gS ø 2 8 式中,R 为风筒风阻,N·s / m ;Ry 为沿程风阻,N· 系数;ζ2 为风筒接头局阻系数;ζ3 为风筒转弯局阻系 2 8 2 8 2 s / m ;Rj 为局部风阻,N·s / m ;Rc 为出口风阻,N· 数;g 为重力加速度,9. 8 m/ s ;γ 为空气容重,1. 2 N/ 2 s / m ;L 为风筒长度,m;d 为风筒直径,m;n 为风筒 8 3 m 。 2 接头数,个;S 为风筒断面积,m ;α 为风筒摩擦阻力 压入式、抽出式风筒风阻计算结果见表 2。 表 2ꢀ 压入式、抽出式风筒风阻计算结果 Ry Rj Rc R 通风 方式 L d S g γ 2 3 2 2 2 2 n α ζ 2 ζ 3 / (N·s / (N·s / (N·s / (N·s 2 / m / m / m / (m/ s ) / (N/ m ) 8 8 8 8 / m ) / m ) / m ) / m ) 压入式 560 抽出式 580 0. 4 0. 4 57 59 0. 13 0. 000 48 0. 21 0. 4 / 0. 6 / 0. 6 9. 8 9. 8 1. 2 1. 2 170. 6 176. 7 5. 5 6. 2 3. 9 3. 9 180 0. 13 0. 000 48 0. 21 0. 4 / 0. 4 / 0. 6 / 0. 6 186. 8 [3] 局部通风机风量为 3 . 1. 3ꢀ 通风阻力计算 [ 3] 风筒漏风率为 Q c Qfj = 1 - η , (7) η = η L , 00 1 00 (6) 3 1 式中,Q c 为风筒末端风量,m / s,压入式时,Qc = Qp , 抽出式时,Qc =Qch 。 式中,η100 为风筒百米漏风率,根据普通接头,ϕ0. 4 m 查表得 10% ;L 为风筒长度,m。 [ 3] 风筒平均风量为 1 29 总第 610 期 现代矿业 2020 年 2 月第 2 期 FBDNo5. 6 / 2×11(S)型局扇(利用现有设备)。 3. 2ꢀ 第二阶段 安排 2 组凿岩班首先平行掘进 1 150,1 100 m 中 Qm = Qfj × Qc . (8) (9) [ 3] ꢀ ꢀ ꢀ 风筒通风阻力为 2 h = RQm. 段,再掘进 1 050,1 000 m 中段。 因深部两中段独头 距离长,通风难度更大,以 1 050,1 000 m 中段为例进 行局部通风方案设计。 ꢀ 根据式(6) ~ 式(9)可推得 2 Qc h = R L . (10) η100 - 1 1 00 ꢀ 由式(7)、式(10)代入数据,分别计算压入式、抽 中段内除车场断面为 4 m×3 m,其他主巷均为 ꢀ 2. 4 m×2. 6 m,两掌子面均采用混合式通风。 压入式 # 局扇设置 3 台,为减少斜井通风阻力,5 -Y1 设置于 出式风机参数,见表 3。 表 3ꢀ 压入式、抽出式风机参数计算结果 井口。 利用风筒将新鲜风送入 1 050 ~ 1 000 m 斜井 # # Q L Q h 段。 5 -Y2、5 -Y3 分别设置于中段车场,风筒将新鲜 通风 方式 R 2 c fj η100 8 3 3 / (N·s / m ) / (m / s) / m / (m / s) / Pa # # 风送入掘进面。 5 -C1、5 -C2 设置于 1 200 m 中段, 将污风由工作面送入南翼回风巷,通风方案见图 4。 压入式 抽出式 180 1. 72 2. 15 0. 1 0. 1 560 580 3. 91 1 210. 3 5. 12 2 055. 9 186. 8 3 . 2. 1ꢀ 风量计算 3 . 1. 4ꢀ 局扇选型 压入式风量根据式(1) ~ 式(3),代入数据取最 3 3 压入式风机需风量为 3. 91 m / s,风压为 1 210. 3 # 大值可得 1 050,1 000 m 中段 Qp =1. 25 m / s。 Pa,5 -Y1 选择 JK58-1No4. 5 型局扇。 抽出式风机需 抽出 式 风 量 根 据 式 ( 4 ), 代 入 数 据 可 得 1 3 # 3 风量为 5. 12 m / s,风压为 2 055. 9 Pa,5 -C1 选择 0 50,1 000 m 中段 Qch =1. 56 m / s。 图 4ꢀ 第二阶段局部通风方案 ꢀ ꢀ 局扇风量计算根据式(7),代入数据可得 1 050 3 置,通风阻力主要来自风筒与巷道摩擦。 选择 ϕ0. 4 m 阻燃风筒,压入式选用柔性正压风 筒,抽出式选择带钢圈的负压风筒,由式(5) 代入参 数得到风筒阻力,见表 4。 m 中段压入式风机风量 Qfj = 1. 39 m / s,抽出式风机 3 风量 Qfj = 3. 55 m / s;1 000 m 中段压入式风机风量 3 3 Qfj =1. 37 m / s,抽出式风机风量 Qfj =4. 73 m / s。 ꢀ ꢀ 根据式(10) ,代入参数得到风筒通风阻力,见 3 . 2. 2ꢀ 通风阻力 表 5。 根据 1 050,1 000 m 中段压入式风机的安装位 表 4ꢀ 风筒阻力计算结果 参数值 计算结果 位置 通风 类别 Ry Rj Rc R L d S g γ 2 3 / m ζ2 ζ3 2 2 2 2 n α / (N·s / (N·s / (N·s / (N·s 2 / m / m / m / (m/ s ) / (N/ m ) 8 8 8 8 / m ) / m ) / m ) / m ) 压入式 100 0. 4 11 0. 13 0. 000 48 0. 21 0. 18 / 0. 4 / 1. 25 9. 8 9. 8 9. 8 9. 8 1. 2 1. 2 1. 2 1. 2 170. 6 176. 7 170. 6 176. 7 5. 5 6. 2 5. 5 6. 2 3. 9 3. 9 3. 9 3. 9 37. 9 186. 1 35. 9 1 050 000 1 . 25 / 1. 25 / 0. 18 抽出式 560 0. 4 57 0. 13 0. 000 48 0. 21 压入式 90 0. 4 10 0. 13 0. 000 48 0. 21 抽出式 680 0. 4 69 0. 13 0. 000 48 0. 21 / 0. 18 / 1. 25 / 1. 25 1. 25 / 1. 25 1 1 . 25 / 1. 25 / 0. 18 220. 2 / 0. 18 / 1. 25 / 1. 25 1 30 ꢀ ꢀ 赵林海ꢀ 张ꢀ 磊等:二里河铅锌矿深部探矿工程局部通风设计与实践ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2020 年 2 月第 2 期 表 5ꢀ 风筒通风阻力计算结果 部探矿工程提前 5 个月竣工。 但该局部通风系统仍 存在一定问题,有待改进。 位置 通风 类别 R Q c L h 1 η100 2 8 3 / m / (N·s / m ) / (m / s) / m / Pa ( 1)矿山一直使用 10 m 一段的风筒,而且采用 压入式 抽出式 压入式 抽出式 37. 9 186. 1 35. 9 1. 25 1. 56 1. 25 1. 56 0. 1 0. 1 0. 1 0. 1 100 65. 8 普通插接,局部漏风严重。 建议备有 20 m 或 50 m 风 1 1 050 000 560 1 029. 3 90 61. 6 670 1 623. 9 筒定期更换,减少接头数量。 采用双反边联接,减少 [ 4] 。 接头漏风量 220. 2 ( 2)受爆破、提升运输等因素影响,风筒破损影 # ꢀ 5 -Y1 局扇将新鲜风送入 1 050 ~ 1 000 m 斜井 # # ꢀ 响通风效果。 建议对风筒漏风处及时维护,可使用废 旧风筒裁剪后对破损处黏贴、缝合。 段,并分别送入 1 050,1 000 m 中段车场 5 -Y2、5 -Y3 [ 3] 局扇处,所以需计算 65 m 斜井摩擦阻力 ,即 ( 3) 因深部工作面温度高、 空气潮湿, 待抽出 3 1 2 h2 = (a1 L1 P1 / S )Q , (11) 至 1 200 m 中段回风巷后温度降低,水气液化,风筒 内局部积水严重,影响通风效果。 建议将风筒除水纳 入日常检查与维护。 式中,h2 为进风段巷道摩擦阻力损失,Pa;a1 为摩擦 阻力系数;L1 为进风段井巷道长度,m;P1 为斜井净 2 断面周长,m;S1 为斜井断面积,m ;Q 为压入式局扇 ( 4)因局扇噪音大,附近作业人员常常关闭风 供风量(1 050,1 000 m 压入式风机需风量之和), 3 m / s。 机。 建议加强安全及职业健康教育,提高作业人员安 全意识,并严格执行管理制度,保证局扇 24 h 连续运 转。 由式(11)代入参数得到巷道摩擦阻力损失,见 表 6。 ( 5)掌子面风筒出风口与吸入口跟进不及时,超 表 6ꢀ 斜井进风段巷道阻力损失计算结果 出风筒有效射程及吸程,使有效范围以外的炮烟或粉 尘做旋涡扰动,影响通风效果。 建议在掌子面备有 3 m 短风筒,随工作面推进及时延伸,保证有效射程覆 2 3 a1 L1 / m P1 / m S1 / m Q/ (m / s) h2 / Pa 0 . 015 65 11. 72 8. 58 2. 76 0. 23 3 . 2. 3ꢀ 局扇的选型 [ 4] 盖掌子面 。 # 3 1 050 m 中段 5 -Y2 局扇需风量为 1. 39 m / s,风 5 ꢀ 结ꢀ 语 # 压为 66. 03 Pa,选择 JK58-1No3. 5 型局扇。 5 -C1 局 二里河铅锌矿深部探矿工程按照不同阶段设计 3 扇需 风 量 为 3. 55 m / s, 风 压 为 1 039. 3 Pa, 选 择 局部通风方案更有针对性,第一阶段考虑斜井作业安 全性,安排一个凿岩班,是单一工作面掘进的典型方 案;第二阶段局部通风方案实现了两中段平行掘进, 有效缩短了工期。 根据方案实践情况,提出了局部通 风系统存在的若干问题及改进建议,为类似矿山深部 斜井+盲中段探矿工程通风系统设计及施工提供了 成功范例。 # JK58-1No4. 5 型局扇。 1 000 m 中段 5 -Y3 局扇需风 3 量为 1. 37 m / s,风压为 61. 83 Pa,选择 JK58-1No3. 5 # 3 型局 扇; 5 -C2 局 扇 需 风 量 为 4. 73 m / s, 风 压 为 1 623. 9 Pa,选择 JK58-1No4. 5 型局扇。 # 3 根据式(7),计算 5 -Y1 需风量为 6. 27 m / s,风 压参照方案一压入式风机取 1 210. 3 Pa,选择 FBD- No5. 6 / 2×11(S)型局扇(利用现有设备)。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 4 ꢀ 实践效果及改进方向 根据工程实践,第一阶段井口车场及主斜井施工 [ [ [ [ 1]ꢀ 赵林海,王ꢀ 超,张ꢀ 腾,等. 基于 Ventsim 系统的二里河铅锌矿 通风系统优化实践[J]. 甘肃冶金,2019(2):1-4. 期间每天一个作业循环,平均通风时间为 30 ~ 45 min,掘进至 1 000 m 标高时独头距离最长,掌子面风 速可达 0. 27 m/ s。 第二阶段 1 050,1 000 m 中段平行 掘进期间,平均通风时间为 20 ~ 40 min,1 000 m 中段 最长独头巷掌子面风速为 0. 31 m/ s。 2 个阶段均符 合《金属非金属矿山安全规程》 的相关要求,而且深 2]ꢀ 温申文,白新营. 陕西省凤县二里河铅锌矿床 169-201 线探矿设 计书[R]. 宝鸡:西北有色二里河矿业有限公司,2011. 3]ꢀ 《 采矿手册》 编委会. 采矿手册[ M]. 北京:冶金工业出版社, 1 988. 4]ꢀ 吕思福,方万点. 长距离独巷掘进通风设计与实践[J]. 湖南有 色金属,2015(5):1-3. ( 收稿日期 2019-08-09) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ꢁ 欢ꢀ 迎ꢀ 投ꢀ 稿ꢀ ꢀ ꢀ 欢ꢀ 迎ꢀ 订ꢀ 阅 ꢁ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 1 31
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