銅坑礦壓風自救系統設計

盧海川

(廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦， 廣西 河池市 547000)

0 引 言

銅坑錫礦是全國有名的大型地下錫礦床，開采歷史悠久，開采深度大，巷道四通八達，井下作業人員多。銅坑錫礦細脈帶礦體含硫高，二氧化硫等有毒氣體逸出量大，威脅井下作業人員的安全[1]。

壓風自救系統是礦山六大系統的重要組成部分[2￣3]。壓風自救系統利用礦井的壓風風源，在礦井發生災變情況時，利用風壓自救裝備及時向災區提供新鮮空氣，使受災害威脅的人員達到安全自救的目的。壓風自救系統主要由空氣壓縮機、井下壓風管路、壓風自救裝置等組成。一般要在地面建立壓風機房。設計建立壓風自救系統對保障井下作業人員的安全具有重要意義[4￣7]。

1 銅坑礦供風系統現狀

1.1 壓風機站及主要機械設備

銅坑礦供風系統由地面壓風機站和井下空壓機組成。總供風能力為649.5 m3/min。銅坑礦壓風機站布置在距2#豎井東側約50 m的工業廣場內，通風良好,周圍無廢石場、煙囪、礦山出風井，便于供水供電，站房內空壓機單排布置，與墻壁距離2 m以上，設備之間通道凈距2 m以上。壓風機站內安裝有5臺往復活塞式空壓機和一臺螺桿式空壓機，總供風能力為585.5 m3/min。

5臺往復活塞式空壓機型號為2D12-100/8，由兩級缸體組成，公稱容積流量為100 m3/min，額定排氣壓力為0.8 MPa。另一臺螺桿式空壓機為美國壽力公司的TS32S-600H，該空壓機由兩級缸體組成，公稱容積流量為85.5 m3/min，額定排氣壓力為0.8 MPa。

每臺空壓機都配有進氣過濾器(濾風器)、冷卻裝置、各種監測調節儀表和一個儲氣罐，儲氣罐內裝有油水分離器。空氣進入空壓機前先經濾風器過濾雜質，經空壓機一級壓縮后進行水冷卻，再經二級壓縮和后冷卻后進入儲氣罐，在儲氣罐內油水分離器過濾油水雜質后經主供風管網送往井下。

在305、355中段各安裝有2臺瑞典阿特拉斯.柯普柯公司生產的GA90PA-7.5螺桿式空壓機，該空壓機公稱容積流量為16 m3/min，電機額定功率為90 kW。其管路在東副井井筒側通過DN100閘閥與主供氣站往東副井井筒的Φ125 mm管路相連接。當風壓不夠時，4臺空壓機自動壓風補充供風。

1.2 供風管路

供風管路主要有兩個分支，分別為2#豎井供風系統和東副井供風系統。2#豎井供風系統供風區域為355 m以上中段(含355 m中段)。地面壓風機房壓風后通過Φ373 mm管路沿2#豎井井筒向下供風，在505,455,430,405,392 m和355 m等中段2#豎井碼頭門處接風支管沿平巷供各中段用風，風量大小由控制閘閥(控制閥的位置)進行調節。其中505 m供風支管經平巷沿斜坡道往上向570，584，598，613 m和625 m等區域供風。

東副井供風系統供風區域為305 m中段和255 m中段。地面壓風機房壓風后通過Φ150 mm管路沿東副井井筒向下供風，在305 m和255 m中段碼頭門處接Φ125 mm支管沿平巷向各中段供風，風量大小由控制閘閥(控制閥的位置)進行調節。銅坑礦供風系統主管路如圖1所示。

圖1 供風系統主管路示意

2 壓風自救系統方案

銅坑礦擁有較為完善的供氣系統，空壓機站風源質量良好，每個儲氣罐內均安裝了油水分離器，能在10 min內啟動，井下供氣管道鋪設到主要硐室和各采掘作業點，可滿足壓風自救系統要求。在現有供風系統的基礎上進行方案設計，使其具有壓風自救功能。

2.1 供風能力核算

當井下發生井下災害等特殊情況時，井下風動設備無法立刻停止運行，對壓風機站同時供應生產和壓風自救的供風能力進行核算。銅坑礦生產用氣量一般為180 m3/min。同時使用壓風系統的最大人數為750人。根據國家供風自救系統建設規范要求，供風量每人不低于Pi=0.3 m3/min。

Qmax*=1.05×Kg×Kl×N×Pi+Qmax

=1.05×1.13×1.20×750×0.3+180

=500.4m3/min

式中：Kg—高原修正系數,1.13；

Kl—管網漏氣系數,1.20；

N—井下同時作業最多人數,750人。

地面壓風機站總供風能力為585.5 m3/min，完全能滿足生產和壓風自救的需要。井下發生災變需要使用壓風自救系統時，只需要將所有空壓機開啟就可以滿足需求。

2.2 供風壓力核算

根據國家供風自救系統建設規范要求，用風點出口風壓應為0.1～0.3 MPa，壓力大于0.3 MPa時，壓風自救裝置可將壓力減為0.1～0.3 MPa。只需核算用風點最小出口風壓，選取最遠的壓風管路進行供氣壓力核算。根據作業點分布和井下供風管路鋪設情況，確定到255 m中段為供風最遠一路管道：壓風機站→東副井→305水平→2#盲斜井→255水平→距2#盲斜井口最遠作業點。該管道中各管段的壓力損失由下式計算：

式中:di—該管段標準管徑，m；

li—考慮局部損失在內的該管段折算長度，折算系數取1.151 m/m；

Qi—通過管段的空氣流量(自由狀態)，m3/min。

設管徑為150 mm的管段為A段，125 mm的為B段。經計算，經過各管段的參數如表1所示。

表1 各管段壓力參數

總壓力損失ΔP為各管段壓力損失之和，此最遠一路管道有n段管道組成，即：

則ΔP=0.03091 MPa

則供風最遠用氣點壓力為：

P=PH-ΔP=0.76909 MPa

式中：PH為空壓機額定排氣壓力，MPa。

從計算結果可知，最遠點用氣壓力為0.77 MPa，(局部區域因管徑小于125 mm，但從銅坑實際使用情況調查，井下用氣壓力一般在0.3～0.7 MPa之間)，用氣點出風壓力大于規范要求的最小壓力0.1 MPa，無需安裝增壓設備，只需采用壓風自救裝置自行減壓即可。

2.3 壓風管網鋪設

銅坑礦現有壓風管道大部分采用有縫鋼管，少部分采用PE塑料管，與供水管道并行敷設于井巷同側，且牢固平直。供風管道已鋪設至各中段、分段采掘作業場所和各主要硐室。對部分老化失修或管材不符合要求的管道進行更換，對部分風管被拆除的區域增設管路，即可滿足壓風自救系統要求。各中段整改或增設的管路長度見表2。

根據建設要求，井下供風管道上需安裝三通及閥門。三通及閥門的安設原則為：各主要生產中段和分段進風巷道的壓風管道上每隔300 m應安設一組三通及閥門；獨頭掘進巷道距掘進工作面80 m處的壓風管道上應安設一組三通及閥門，向外每隔300 m應安設一組三通及閥門；爆破時撤離人員集中地點的壓風管道上應安設一組三通及閥門。銅坑礦在255中段設置緊急避險硐室，布置在214-1#～216#線之間。安裝建設要求，將直徑為100 mm的風管接入避險硐室，并安裝三通及閘閥，在避險硐室安裝足夠避險人員使用的壓風自救裝置，壓風自救裝置具有減壓功能，避險人員可直接使用壓風自救裝置進行自救。

表2 供風管路整改長度統計表 m

2.4 壓風自救裝置的選擇與安裝

壓縮空氣自救裝置是一種固定在生產場所附近的固定自救裝置，它的氣源來自于生產動力系統——壓縮空氣管路系統。由于管路內的壓縮空氣具有較高的壓力和流量，不能直接用于呼吸，必須經過減壓、節流使其達到適宜人體呼吸的壓力和流量值，并要同時解決消聲(由于減壓引起)和空氣凈化問題。通過可調式氣流閥調節節流面積，以適應不同供風壓力下的流量要求，供風量每人不低于0.3m3/min。

比較ZY-J型、ZYJ(A)型和ZY—M型三種自救裝置，ZY-J型簡單方便，價格低廉，ZYJ(A)型是在ZY-J型上改進的，舒適度與實用性更強，并且設計樣式與ZY—M型相似。所以在不考慮成本因素的情況下，優選ZYJ(A)型壓風自救裝置，每組自救裝置可供6人使用。該裝置外表面光滑、無毛刺，表面鍍層均勻、牢固，避災人員在使用時，無刺痛和壓迫感。ZYJ(A)型壓風自救裝置的相關技術參數見表3。本裝置一箱六組，能同時提供6人使用。采用輕型呼吸面罩直接帶在嘴上進行呼吸，還具有穩定調節壓力、手動流量調節、三級消音、過濾、排水、防塵等6種功能。通過該裝置輸送新鮮空氣，使避災人員能長時間呼吸輕松，達到安全避災，穩定工作情緒的目的，并且方便工人了解周圍情況的變化，有利于安全避災。

壓風自救系統及裝置要安裝在地點寬敞、支護良好的人行道側。在井下要有明顯的標志，個體自救設施色彩要明亮，便于遇險礦工在緊急情況下尋找。包括壓風管路、硐室風門應為白色或黃色或黏貼熒光帶，并設置指示牌。指示牌標明自救設施的位置、數量，便于避難人員做出決定。壓風自救裝置下面要便于人員站立、停靠，不得有水溝無蓋板或蓋板不齊全的現象。接入避難硐室的裝置，要考慮座椅及停靠地點的高度及位置，安裝壓風自救系統裝置。壓風自救裝置閥門扳手要同一方向且平行于巷道，裝置零部件的連接應牢固、可靠，自救裝置上的礦塵要及時清理，裝置下面或管路上不得堆放雜物。

在人員疏散集中地、避險設施等主要地點應安設壓風自救裝置，有毒有害氣體涌出的獨頭掘進巷道距掘進工作面不大于100 m處的壓風管道上應安設壓風自救裝置。所以選擇避難硐室、各中段馬頭門和有毒有害氣體涌出的獨頭掘進巷道作為壓風自救裝置的安裝點。根據礦山安全規定，井下安裝的壓風自救裝置的個數不得少于井下人員的三分之一。據銅坑礦歷年統計，同時下井人數最多在750人左右，則壓風自救裝置不能少于42組(一組6套)。避難硐室(設計容量80人)安裝15組，各主要硐室(油庫、炸藥庫、主變電室)附近下風側各安置3組，計15組，獨頭掘進巷道(455 m28-2、190#脈、長峰大巷、255和305東端獨頭面)各安裝3組，計15組，合計45組。

3 結 論

在滿足國家強制性要求的前提下，結合銅坑礦實際，盡可能利用現有的供風系統，快速有效地完成了井下供風自救系統的建設。

(1) 系統建設效果好、投資少、便于施工和維護。

(2) 供風能力校核時，充分考慮了井下發生災變時生產用風無法立即停止的情況，供風能力仍然達到要求。

(3) 壓風自救系統保障了井下作業人員的安全，特別是細脈帶礦體二氧化硫逸出中段的作業人員安全。

表3 ZYJ(A)型壓風自救裝置技術參數

參考文獻：

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