淺談我礦豎井通風系統的優化改造

一、礦井概況

福建省潘洛鐵礦洛陽礦區南礦段開采生產系統，于1992年建成投產，生產規模為25萬噸／年，豎井開拓，主要開采4→14線問的131#、122#、23#等深部礦體。該豎井系統一期設計開采地質儲量為514萬噸，可采儲量394萬噸，開采至+1 00m中段：二期設計開采地質儲量為589.61萬噸，可采儲量442.85萬噸，開采至+40m中段。目前，一期工程的+160m、+130m中段已開采結束，+100m中段僅存局部礦塊殘采；現有的井下生產已部分接替到二期工程+70m、+40m中段。

一、通風系統改造的原因

福建省潘洛鐵礦洛陽礦區南礦段豎井生產系統，采用單翼對角抽出式通風方式。回風井布置在13勘探線的礦體下盤圍巖中，井口座標：X=2793461，Y=39559234，Z=278.5m，井簡直徑φ3m，井底標高+130m，井深149m；設計開采范圍為8—14線，以開采131#、122#、23#號礦體為主，礦山年產原礦20萬噸。經計算，坑內所需風量42m³/s，坑內前期負壓637Pa，后期負壓755Pa。漏風系數取1.15，則所需風機風量為48m³/s；取風機裝置阻力之和196 Pa，則所需風機風壓為833Pa(前期)和951 Pa(后期)；根據繪制的坑內通風網絡特性曲線，在地表總回風機站安裝有1臺62A14—11N24型風機，其速轉為600r／min，葉片安裝角25°，電機功率1 15KW，額定電壓220／380V，額定電流400／231A。經過10多年的生產實踐，證實原通風系統滿足了礦井安全生產的需要。

1、礦井生產規模擴大 礦井一期開采工程揭露顯示，洛陽礦區南礦段井下實際的涌水量比水文地質資料提供的涌水量小，為充分利用有限的不可再生的礦產資源，我礦在聯合馬鞍山礦山研究院開展“井下開采綜合攻關研究”后，把洛陽南礦區4—8線的2#號礦體并入了礦井二期開采范圍，礦井生產規模由原來的年產原礦20萬噸提高到28萬噸。

2、西回風井、總回風機站受采動影響

礦井在2000年前后相繼對回風井周圍淺表的78#、84#、74#小礦體進行了開采。由于礦體近地表氧化程度高，并且部分礦體頂板為風化的覆蓋巖層，開采后形成的采空區塌陷引起了西回風井筒及總回風機站的破壞。根據對現場監視的情況表明：西回風井、總回風機站地面塌陷尚未穩定，受旱季、雨季更替影響還會加劇變動，機站破壞程度有進一步惡化導致停機的可能。

回風井、地表總回風機站是坑采通風系統的重要設施，一旦破壞將引起坑采的停產：另外，礦井生產規模的提高，增加了礦井的總需風量。因此，必須對原礦井通風系統進行改造，以滿足礦井安全生產的需要。

三、通風系統改造優化方案

通過對洛陽礦區南礦段豎井原通風系統及現有礦井實際開采情況進行分析、研究，以滿足今后礦井安全生產需要為原則，提出方案如下：

1、總回風機站設在井下+130m中段總回風巷中

原通風系統的地表總回風機站受周圍淺部礦體開采影響，已無法正常運行，礦井通風系統改造首先考慮的是總回風機站遷移。本著改造要遵循安全可靠、技術可行、經濟合理的原則，在綜合分析洛陽礦區南礦段開采現狀、地形地質及礦區工業場地布局，礦井通風系統的總回風機站設置在+130m總回風巷內。

2、合理進行系統通風網絡改造

通風系統參數改變后，在確保設計的風量滿足礦井開采要求同時，應對通風網絡進行改造，根據各中段或各坑道具體作用，及時增設通風構筑物使井下供風更趨合理。

3、礦井總風量計算

正確計算礦井總風量是選擇主要通風設備和布置通風工程的一個重要內容，礦井總風量供給不足，會使井下勞動條件惡化，達不到安全通風要求；盲目加大礦井總風量，不一定就能夠達到預期的通風效果，而且會造成通風能耗浪費。

(1)按井下同時作業總人數估算風量

我礦豎井系統生產人員共450人，采用三班倒作業，工人出勤率按93％計，則井下同時作業人數為140人。根據規程井下每人每分鐘供給風量不得少于4 m³，則要滿足井下工人用風安全豎井生產系統風量不得少于560m³／分鐘，折合9.33 m³/s。

(2)按礦井生產規模估算風量在估算風量時，可根據礦井或坑口的生產規模，按下式計算：

Q=A·Y.m³／s

式中，A一礦井或坑口的年采掘總量，萬噸／年：

Y-萬噸風量比，m³/s·萬噸，參照表1選取。

萬噸風量比受礦井采掘設備、礦井機械化程度、回采強度、礦體形態、礦井漏風情況等多種因素影響，因此在選取時應當綜合考慮各種因素的影響。

根據潘洛鐵礦洛陽礦區南礦段礦井通風系統網絡結構特點，考慮礦井的漏風、生產不均衡的適應性以及井下深部作業中段通風降溫的要求，取萬噸風量比為2.0，按照近幾年潘洛鐵礦洛陽礦區南礦段最大采掘總量29萬噸／年估算，該通風系統礦井總風量為58m³／s。

根據以上風量計算比較，礦井總風量取值為58m³／s。

4、風機型號選擇

選擇風機型號時，應根據礦井生產所需的通風系統風量、風壓，機站設置條件及風機性能綜合考慮。

a)系統通風阻力計算

通風摩擦阻力計算公式：H=(9.8a PL／S³)·(Q²)，Pa式中，H一通風摩擦阻力，Pa；

a—摩阻系數，Ku；

P—井巷周長，m；

L—井巷長度，m；

S—井巷斷面，m²；

Q—風量，m³/s。

潘洛鐵礦洛陽礦區南礦段礦井通風摩擦阻力計算結果見表2。

根據表2通風摩擦阻力計算結果，考慮通風局部阻力系數30％，及總回風機站局部阻力系數33％，則礦井總風量為58m³／s時的通風系統阻力為1037Pa。

(2)風機型號選用

地表總回風機站原有的62A1 4—11 N24型風機安裝運行近20年，其性能已無法保證，該型號風機屬淘汰型產品。通風系統改造方案選用K系列礦用節能通風機。

根據以上礦井通風系統總風量和系統通風阻力計算結果，總回風機站風機型號設計選用1臺K40-6-N019風機，裝機功率1 10KW，配置電機型號Y315LI—6，風量范圍Q=40m³／s--86 m³／s，全壓范圍H=277 Pa—1280Pa，設計安裝葉片角度29°。

四、通風系統改造后效果測定

井下新建抽風機站運行一周后進行通風效果測定，具體數據如下表：

測定數據顯示：豎井總進風量59.07m³／s(不包括+130m上部采空區漏風量：1.95m³/s)，其中東區進風量21.30m³／s，中西區進風量37.77m³／s；而目前主要作業中段進風量為：+100m豎井石門進風量23.86m³/s，其中東區進風量6.84m³／s，中西區進風量17.02m³／s；+70m豎井石門進風量24.61m³／s，其中東區進風量10.72m³／s，中西區進風量13.89m³／s。

目前礦井開采正由一期工程的+100m中段向二期工程的+70mm中段過渡，以上兩中段的年產量約各占豎井開采系統生產總量的50％；而改造后通風系統的風量分配符合了這一現狀，井下通風效果良好。