礦井單風(fēng)機高壓引射通風(fēng)技術(shù)研究

肖高立

（香花嶺錫業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 424300）

礦井單風(fēng)機高壓引射通風(fēng)技術(shù)研究

肖高立

（香花嶺錫業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 424300）

為解決某礦井巷道用途通風(fēng)的現(xiàn)實問題，通過對單風(fēng)機引射通風(fēng)技術(shù)進行深入分析、研究，并結(jié)合礦山實際對引射風(fēng)機各技術(shù)參數(shù)進行設(shè)計，成功應(yīng)用于某礦山井巷通風(fēng)，有效地解決了該礦井井巷多用途通風(fēng)技術(shù)難題，該技術(shù)可進一步推廣應(yīng)用到礦井通風(fēng)中。

礦井；引射；通風(fēng)

隨著近年我國采礦工業(yè)的迅速發(fā)展，許多礦山地下開采條件越來越復(fù)雜，其礦井通風(fēng)系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，而與之對應(yīng)的礦井通風(fēng)技術(shù)也在不斷發(fā)展，其中彭云對主要角聯(lián)分支的通風(fēng)總阻力進行分析研究指出角聯(lián)分支可有效降低礦井總通風(fēng)阻力［1］；李博通過MVSS網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)分析軟件對某礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行仿真分析，并通過仿真結(jié)果對通風(fēng)改造方案提出了可靠建議［2］；司俊鴻對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)流參數(shù)動態(tài)監(jiān)測與風(fēng)量調(diào)節(jié)優(yōu)化理論技術(shù)進行系統(tǒng)研究，為礦井自動化及安全高效開采提供了理論基礎(chǔ)［3］；范京道構(gòu)建了風(fēng)量波動與漂移溯源分析的數(shù)學(xué)模型，有效指導(dǎo)礦井通風(fēng)的隱患辨識與風(fēng)阻數(shù)據(jù)維護［4］。本文通過對單風(fēng)機引射通風(fēng)技術(shù)進行分析、研究，并將其應(yīng)用于礦井通風(fēng)生產(chǎn)實踐中。

1 單風(fēng)機引射通風(fēng)原理

單風(fēng)機引射通風(fēng)是根據(jù)流體力學(xué)原理和射流原理，結(jié)合現(xiàn)場實際通風(fēng)條件，建立在無風(fēng)墻輔扇有效壓力理論之上，采用單高壓風(fēng)機和引射器，使得巷道斷面通風(fēng)量增加的技術(shù)。

1.1 無風(fēng)墻輔扇有效壓力理論

無風(fēng)墻輔扇在井巷中工作時，風(fēng)流運動的全能量方程式為：

式中：PA，PB為巷道入口、出口的大氣壓力／Pa；hp為由扇風(fēng)機出口到巷道全斷面的突然擴大能量損失／Pa；h為巷道摩擦阻力與局部阻力損失／Pa；hm為兩斷面間的摩擦阻力損失／Pa；Q為巷道風(fēng)量／m3·s－1；Qf為扇風(fēng)機風(fēng)量／m3·s－1；Qm為兩斷面間繞過扇風(fēng)機的風(fēng)量／m3·s－1。

上式中PA＝PB，將上式除以Q，并加以整理后可得扇風(fēng)機的有效壓力ΔH：

無風(fēng)墻輔扇的有效壓力等于扇風(fēng)機全能量中減去由扇風(fēng)機出口到巷道全斷面的突然擴大損失和繞過扇風(fēng)機風(fēng)流的能量損失后所剩余的能量。該能量用于克服巷道摩擦阻力和局部阻力，并在巷道的出口造成動壓損失。由上式變換可得如下公式：

式中：Sf為扇風(fēng)機出口斷面積／m2；vf為扇風(fēng)機出口的平均風(fēng)速／m·s－1；α為比例系數(shù)。

1.2 單風(fēng)機引射通風(fēng)技術(shù)

在無其它通風(fēng)動力情況下，無風(fēng)墻扇風(fēng)機在井巷中單獨工作時，所造成的風(fēng)量與無風(fēng)墻扇風(fēng)機的有效風(fēng)壓ΔH和井巷風(fēng)阻R有關(guān)。如已知扇風(fēng)機出口動壓Hv、出口斷面Sf、巷道斷面S及巷道風(fēng)阻R（包括巷道出風(fēng)風(fēng)阻在內(nèi)），則由阻力定律可列出下列公式：

式中，K＝1.65，ρ＝1.2 kg／m3，代入上式，可得風(fēng)量計算公式：

巷道風(fēng)量與風(fēng)阻有關(guān)，當(dāng)巷道風(fēng)阻增加到某一數(shù)值時，巷道風(fēng)量與扇風(fēng)機風(fēng)量相等，此時風(fēng)阻值為不產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)流的極限風(fēng)阻，以Rk表示，巷道實際風(fēng)阻大于Rk時，則產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)流，取Q＝Qf代入式（6）整理可得極限風(fēng)阻Rk表達式如下：

根據(jù)上述理論，設(shè)計單風(fēng)機引射通風(fēng)方案，即利用高壓風(fēng)機和引射器組合放入長度過長、阻力過大的回風(fēng)巷道中，開動風(fēng)機，利用引射器的引射能力，提高回風(fēng)巷道中的回風(fēng)量，進而提高整體的回風(fēng)效率及整個通風(fēng)系統(tǒng)的效率，降低能耗。設(shè)計方案圖如圖1所示。

圖1 單風(fēng)機引射通風(fēng)技術(shù)

具體型號及引射器的尺寸，根據(jù)巷道的尺寸和阻力確定，且根據(jù)礦區(qū)整體的通風(fēng)需求確定。一般情況下引射器出風(fēng)口面積S0為輔扇出風(fēng)口面積的0.2～0.5，長度與風(fēng)機長度相近。

2 單風(fēng)機高壓引射技術(shù)應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場應(yīng)用背景

某礦山為整合礦山，井下開采分西部及北部，西部開拓至－150 m中段標高，主要作業(yè)中段為－70 m、－110 m、－150 m三中段；北部已開采至－110 m中段，主要作業(yè)中段為－70 m、－110 m中段，北部上部－30 m、10 m、50 m標高為整合殘采分公司回采中段。該礦山北部殘采分公司50 m、10 m、－30 m作業(yè)中段風(fēng)區(qū)通風(fēng)進、回風(fēng)線路及北部－70 m、－110 m中段東沿風(fēng)區(qū)通風(fēng)進、回風(fēng)線路均涉及到193線－30 m中段回風(fēng)巷，由于－30 m中段193線的北部東沿巷道長約400 m，該巷道一方面作為北部東沿－30 m中段以下各中段礦體回采的主回風(fēng)巷道；另一方面又作為北部整合殘采分公司90 m中段設(shè)備、材料下放到－30 m中段的運輸巷道，為了解決該巷道用途的現(xiàn)實問題，將射流通風(fēng)理論引入礦井通風(fēng)中，對其進行了風(fēng)機引射技術(shù)應(yīng)用設(shè)計。

2.2 風(fēng)機及引射裝置確定

該礦北部－30 m中段以下有兩個開采用風(fēng)中段，分別為－70 m中段和－110 m中段，年生產(chǎn)能力為8萬t，即北西沿（3萬t）、北東沿（5萬t），其中－30 m中段回風(fēng)巷道的風(fēng)機擔(dān)負的是北東沿－70 m、－110 m中段開采污風(fēng)的排出。所以，－30 m中段回風(fēng)巷道的風(fēng)機所克服的井巷阻力，只需考慮－30 m中段回風(fēng)巷道入口至472 m豎井地表。根據(jù)對井下通風(fēng)分區(qū)進行網(wǎng)路解算，得出風(fēng)機功率為37 kW，風(fēng)機運轉(zhuǎn)實際參數(shù)即工況點風(fēng)量19 m3／s、風(fēng)壓540 Pa。風(fēng)機選型為：K40－6NO.15。

根據(jù)單風(fēng)機引射通風(fēng)技術(shù)，可知K40－6NO.15的外圓直徑為1 635 mm，則計算可得外圓面積約為2.1 m2，其于引射器出風(fēng)口斷面面積比為0.2～0.5，這里取0.2，計算可得引射器出風(fēng)口斷面半徑為365 mm。風(fēng)機的長度約為1.1 m，則引射器長度為1.5 m。由于井下空氣較濕潤，直接采用鐵板容易腐蝕而造成損失，采用對引射器表面進行噴漆。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)單風(fēng)機引射理論及現(xiàn)場情況，設(shè)計－30 m中段193線北東沿的單臺風(fēng)機高壓引射方案，即在－30 m中段至2 m中段的聯(lián)絡(luò)巷一側(cè)，掘進一條專用風(fēng)機引射巷道，斷面為2.4 m×2.6 m。為保證引射效果，專用巷道與聯(lián)絡(luò)巷的夾角≤8°，且在－30 m中段主回風(fēng)巷道中聯(lián)絡(luò)巷道與專用巷道之間，構(gòu)筑帶檢查門的風(fēng)墻，隔斷風(fēng)流，技術(shù)設(shè)計如圖2所示。

圖2 單風(fēng)機引射通風(fēng)技術(shù)設(shè)計示意圖

2.4 應(yīng)用效果分析

根據(jù)現(xiàn)場測定：（1）風(fēng)機安裝巷道入口巷道風(fēng)量Qf＝19.8 m3／s；（2）－30 m中段193線回風(fēng)巷道入口引射風(fēng)量約Qf＝2 m3／s。

－30 m中段193線回風(fēng)巷道入口引射風(fēng)量理論計算：

通過比較可知，提高風(fēng)量為5%。現(xiàn)場測定，巷道出口巷道風(fēng)量為21.84 m3／s。

3 結(jié) 語

通過對單風(fēng)機引射通風(fēng)技術(shù)進行分析、研究并將其應(yīng)用于礦井通風(fēng)實踐中，解決了該礦井巷道用途的現(xiàn)實問題，并提高巷道出口風(fēng)量約5%，該研究同時證明高壓引射通風(fēng)技術(shù)在礦井通風(fēng)領(lǐng)域應(yīng)具有廣闊的應(yīng)用前景，可進一步深入對該技術(shù)研究并將其應(yīng)用于改善礦井作業(yè)環(huán)境和保證作業(yè)人員的健康與安全中。

［1］ 彭云，趙伏軍.利用主要角聯(lián)分支降低通風(fēng)阻力［J］.礦業(yè)工程研究，2015，（3）：37－39.

［2］ 李博，馬云東，崔鐵軍.礦井通風(fēng)仿真及其改擴建通風(fēng)方案研究［J］.大連交通大學(xué)學(xué)報，2015，（4）：69－73.

［3］ 司俊鴻.礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流參數(shù)動態(tài)監(jiān)測及風(fēng)量調(diào)節(jié)優(yōu)化［D］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2012.

［4］ 范京道.礦井風(fēng)量波動與漂移的溯源分析研究［D］.西安：西安科技大學(xué)，2013.

［5］ 羅占夫.特長隧道射流通風(fēng)與多作業(yè)面條件下通風(fēng)技術(shù)［D］.上海：同濟大學(xué)，2007.

［6］ 李永生.射流通風(fēng)技術(shù)在圓梁山隧道施工中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2004，（3）：48－51.

［7］ 吳國珉，鮑俠杰，劉金明，等.井下無風(fēng)墻輔扇動壓通風(fēng)的分析及其應(yīng)用［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2008，（2）：63－64，85.

［8］ 吳國珉.典型有色金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與防塵技術(shù)研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2008.

The Research of Single Fan High Pressure Ejecting Ventilation in a Certain Mine

XIAO Gao-li

（Xianghualing Tin Co.，Ltd.，Chenzhou 424300，China）

In order to solve the mine multipurpose roadway ventilation technical problems，this article through the analysis and research of single fan ejecting ventilation and making the technical parameters of the design according to this mine，successfully applied the technical to solve the mine multipurpose roadway ventilation technical problems effectively finally.Also it pointed out that this technology should have broad application in the field.

mine；ejecting；ventilation

TD724＋.3

A

1003－5540（2015）05－0004－02

2015－05－26

肖高立（1965－），男，工程師，主要從事采礦技術(shù)管理工作。