錫礦山南礦淺部通風系統優化方案的研究

劉黔峰，彭 雄

（錫礦山閃星銻業有限公司， 湖南 冷水江市 417502）

錫礦山南礦淺部通風系統優化方案的研究

劉黔峰，彭 雄

（錫礦山閃星銻業有限公司， 湖南 冷水江市 417502）

針對錫礦山南礦淺部采空區多、通風線路紊亂的現狀，對現有通風系統風量、風壓、風阻及網絡結構的合理性進行了分析，對通風系統進行全面評價，提出了優化方案，確定了改造措施，從而達到改善井下作業環境，提高殘礦回收率的目的。

通風系統；風量；風壓；風阻；網絡結構；優化方案

南礦是錫礦山閃星銻業有限責任公司的一個主要采選生產單位，現有員工1400人，年采掘總量30萬t，其中淺部殘礦回收占1/3，采、掘、出作業地點30個。由于周圍采空區密布，殘礦開采通風條件復雜，通風線路紊亂，因此必須對通風系統進行優化，以最大限度地改善殘礦回收的通風條件。

1 南礦淺部通風系統現狀

錫礦山南礦淺部老窿多，距地表近，進風口多，主要進風通道有一直井、一窿口、二窿口和342充填道。中段之間有盲斜井貫穿，利用采準過程中的橫風巷、一些老巷道、310充填道和上部中段平巷作為回風巷道。回風分為兩部分，有主扇2臺，一臺安裝在101平巷，型號為FSB－160－60軸流式風機，功率75kW，風量45m3/s，有效風量率66%，負責南煉廠保安礦柱區域生產的通風，污風由1號風井排出地表；另一臺安裝在360平巷，型號為KG40－12軸流式風機，功率37kW，風量30m3/s，有效風量率58%，負責西部殘采區域的通風，污風從2號風井抽出地表（見圖1）。南礦淺部現有兩臺主扇裝置的性能見表1。

圖1 南礦淺部通風系統布置示意

表1 南礦淺部兩臺主扇裝置性能測定

掘進工作面采用局部通風，型號為GKJ56－Z型節能軸流通風機，有2kW、5.5kW、11kW 等5種類型。作業面采用抽壓混合式通風，采用Φ300的柔性風筒。

2 現有通風系統能力校核

2.1 淺部風量校核

礦井總風量為各采掘工作面、需獨立通風硐室所需風量與其他需風量以及礦井漏風量之和：

式中：Q——礦井總風量，m3/s；

qh——回采工作面所需風量，m3/s，取4m3/s；

qj——掘進工作面所需風量，m3/s，取1m3/s；

qd——獨立通風的硐室所需風量，m3/s，取10 m3/s；

qt——其他工作面所需風量，m3/s，取5m3/s；

k1——外部漏風系數，取1.1；

k2——內部漏風系數，取1.2。

1號主扇負責21個作業地點的通風，經計算需風量Q1＝71.28m3/s；2號主扇負責10個作業面的通風，經計算需風量Q2＝33m3/s。

比照表1可看出，現有兩臺主扇均不能滿足淺部殘采的通風需要。

2.2 風壓校核

主扇風壓一般通過通風系統總阻力和自然風壓來校核，經計算得出：1號風井通風阻力為Hf1＝766.07Pa，2號風井通風阻力為 Hf2＝142.3Pa；1號風井在通風容易和通風困難兩個時期的自然風壓hn易＝99.11Pa，hn難＝111.75Pa，2號風井hn易＝62.86Pa，hn難＝89.22Pa。

主扇靜風壓按如下公式計算：

式中：Hfr，min——主扇通風容易時的靜風壓，Pa；

Hfr，max——主扇通風困難時的靜風壓，Pa；

hn——礦井自然風壓，Pa；

Hf——礦井通風阻力，Pa。

故1號風機通風容易和通風困難時期的靜風壓分別為 Hfr，min＝666.96Pa，Hfr，max＝877.82Pa；2號風機靜風壓為Hfr，min＝79.44Pa，Hfr，max＝231.52Pa。

現有1號主扇全壓為568Pa，靜風壓不能克服通風阻力；現有2號主扇全壓為488Pa，能夠克服該線路通風阻力，可以滿足該區域通風需求。

2.3 風速校核

風速按下式進行驗算：

式中：V——工作面風速，m/s；

S——運輸巷道斷面積，m2；

V允——巷道允許通過最大風速，m/s。

通過實地檢測，1、2號風井各系統巷道均滿足風速要求。

2.4 通風網絡結構合理性分析

網絡結構合理性系數是由自然分風的壓力與按需分風的壓力比值確定，即：

式中：K——網絡結構合理性系數；

HN——自然分風時系統的壓力；

H—按需分風時系統的壓力。

單一風機工作的通風系統K值應在1以下，一般要求K＞0.85，但也不能過小；若K＜0.6，則在采掘布局上要加以注意和改進；對于多風井系統，由于受相鄰系統影響，可能比值大于1，此時應進行調整。

根據通風系統模擬數據得出：1號風井K＝0.76，系統較合理；2號風井K＝0.31，系統不合理。

3 礦山當前通風系統評價

（1）現有通風系統難以維持生產，隨著淺部殘采力度不斷增大，風量不能滿足生產的需求，同時由于通風網絡復雜，開采不斷延伸，西部和中部線路加長，現有風機難以克服不斷增大的通風阻力，因此通風系統須進行必要的改造。

（2）從技術指標分析，主扇使用年限太久，導致主扇設備老化，無配件更換，效率偏低。

（3）棋盤式通風網路管理困難，一些風門時常打開，容易造成污風外泄，新風短路，形成污風串聯，污風循環。

（4）由于礦山多中段同時作業，各中段沒有獨立的回風平巷，受生產條件的影響，上下中段在作業地點的分布上有時無法避開，造成下部中段污風影響上部中段空氣質量，對作業人員的人身健康造成一定損害。

（5）隨著淺部殘采力度的增大并向邊部延伸，主扇遷入井下后，上部的殘采與深部回采之間的矛盾較嚴重。同時淺部漏風嚴重，通風效率較低。

4 通風系統優化方案

（1）將1、2窿口342充填道和1直井作為進風井，1號風井、2號風井和3號風井作為主要回風井（見圖1）。

（2）在3號風井底部安裝1臺主扇（可以用西部主扇代替），以解決南礦東部殘采和探礦時的通風問題，并且與東部13中段主扇形成接力，以解決該主扇風壓不足的問題。在5中段東部安裝風門以協調淺部和深部開采在不同時期的通風需求。

（3）中部殘采通過淺部1號風井回風，并在適當位置安裝風門達到合理分配風量的目的，協調東、中、西部殘采在不同時期的通風需求。

（4）西部殘采通過淺部2號風井回風。

（5）由于錫礦山同時開采的中段多，各中段沒有專門的回風巷道，污風通過回風天井直接進入上中段運輸巷道，造成空氣質量下降。建議各中段采場采用階梯式布置，隨深度的增加，采場布置依次靠近主回風井。

（6）由于空區分布復雜，漏風嚴重，殘采工作需按采場集中布置的原則制定采掘計劃，同時開采中段不宜大于2個。及時對空區進行超前探測，并進行充填和封堵，以減小淺部殘采漏風，保證殘采工作的安全進行。

5 風機選型

通風系統方案優化結果表明，需對南礦淺部通風系統進行改造，選擇新的主扇。

（1）風量計算：

式中：Qj——風機計算風量，m3/s；

K——通風裝置漏風系數，取1.1；

Q——礦井所需風量，m3/s。

（2）風壓計算：

式中：Hj——風機的計算負壓，Pa；

Hf——礦井通風阻力，Pa；

△h——通風裝置阻力，取150Pa；

hc——消聲裝置阻力，取50Pa。

（3）風機選型。淺部1號風機通風系統主扇應滿足風量Qj＝78.4m3/s，通風容易和困難時期的風壓分別為Hj易＝866.96Pa和Hj難＝1077.82Pa，故選用K40－8－No24風機；淺部2號風機通風系統主扇應滿足風量Qj＝36.3m3/s，通風容易和困難時期的風壓分別為Hj易＝279.44Pa和Hj難＝431.52Pa，可選用主扇型號為K40－8－No18。

6 結束語

根據以上優化方案，對南礦淺部通風系統進行了調整改造，更換了2臺主扇。通過近半年的監測數據來看：風機運行效果良好，井下各作業地點的風量、風速及粉塵濃度等指標均達到標準要求，作業環境得到了明顯改善，完全能滿足正常生產的需要，井下通風更加經濟合理。

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2012－09－07）

劉黔峰（1970－），男，湖南隆回縣人，采礦工程師，主要從事礦山通風防塵與安全管理工作，Email：lqf0310＠163.com。