礦山輔助設備選型的探討

李袓智

(云南省鶴慶錳業有限責任公司，云南 鶴慶 671500)

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礦山輔助設備選型的探討

李袓智

(云南省鶴慶錳業有限責任公司，云南 鶴慶 671500)

以某礦山的采礦設備為例，通過計算空氣壓縮設施、通風設備和排水設施的主要參數，對設備選型的考量因素進行了全方位的探討。

采礦設備；空氣壓縮；通風；排水

1 空氣壓縮設施

1.1 空壓機站設置原則

空壓機站一般宜在地面設置。應靠近負荷中心和主要用氣點，以縮短管路，減少損失，便于供電、供水、設備搬運。避免靠近散發可燃、有腐蝕性、有毒氣體以及粉塵等有害物質的場所。應選在空氣清潔、通風良好并位于上述場所主導風向的上風側；與廢石場、煙囪、礦山出風井的距離不小于150 m。空壓機站應使機器間有良好的自然通風，站房正面宜朝夏季主導風向，并宜減少西曬。空壓機站宜設計呈獨立建筑[1]。冷卻水構筑物，一般設在與其鄰近的高地上，高于站房地面15 m左右為宜。

1.2 全礦耗氣量計算

根據井下采掘工作分布和所用采礦設備的情況，采用地表集中供氣。坑內用氣設備參數見表1。

表1 坑內用氣設備參數

Q同=N×Q單×K磨×K同

式中Q同——同時工作耗氣量，m3/min；

N——工作臺數，臺。

計算出Q同分別為2.75，12.144 m3/min，合計14.894 m3/min。

Q總=Q同×KB×KG×KL×KX

式中Q總——總耗氣量，m3/min；

KB——備用系數，1.05；

KG——高原修正系數，1.34；

KL——容器排量與壓力下降系數，1.01；

KX——管網漏氣系數，1.15。

計算出Q總為24.34 m3/min。

目前礦山已在2 530 m水平坑口設置空壓機房，內設置1臺GA250-10型螺桿式空壓機配40 m3的儲氣罐對礦山進行供氣，空壓機排氣量為631 L/s，額定功率250 kW。空壓機房還設置有4臺型號4L-20/8型空壓機排氣量21.5 m3/min，作為備用空壓機。

1.3 供氣管網

礦山供風管道由壓風機房分別架設管道進入2 470 m生產中段、2 490 m生產中段、2 510 m生產中段。現有礦山供氣主管和支管分別選用φ150 mm×4.5 mm、φ114 mm×4 mm無縫鋼管。 作業面采用φ60 mm×4 mm支管。

供氣主管徑的計算：

現有供氣主管為φ150 mm×4.5 mm無縫鋼管，可滿足要求。

供氣支管徑的計算：

現有壓氣支管為φ114 mm×4 mm無縫鋼管，可滿足要求。

2 主通風設備

待2 610 m中段收尾采場開采結束后，對通風系統進行改造，仍采用抽出式機械通風方式。僅將主回風通道由2 690 m水平降為2 610 m水平，利用2 610 m水平平硐巷道作為主回風通道，把主扇安裝在2 610 m水平平硐口。通風工作制度與全礦工作制度一致，工作300 d/a，每天2班，每班8 h。

2.1 設備選擇

1) 風機風量

Qj=KQ

式中Qj——風機風量，m3/s；

Q——礦井風量，22.44 m3/s；

K——通風裝置的漏風系數，取1.1。

經計算，Qj=24.68 m3/s。

2) 風機風壓

Hj=H+△h+Hd

式中 Hj——風機的計算風壓，Pa；

H——礦井通風阻力，398.68Pa；

Δh——通風裝置阻力，取150Pa；

Hd——擴散器的動力損失，取50Pa；

經計算，Hj=598.68Pa。

3) 通風機選擇

原有K40-8-No.18主通風機風機參數為：風量范圍25～54.5m3/s；全壓范圍138～637Pa；額定功率37kW；電動機型號Y280S-8；參考重量3 905kg。

設計計算需要的風機風量24.68m3/s，風壓598.68Pa，未超過原有風機參數值，原有風機可繼續使用。

2.2 局扇選擇

礦山掘進巷道的斷面積在4～6m2之間，掘進斷面與所需風量見表2。

表2 掘進工作面所需風量

根據該礦生產規模和巷道情況，進路可增加局扇加強通風，確定選擇4臺JK58-1No.4局部扇風機，局扇風機及風筒選擇情況見表3。長距離獨頭巷道掘進應采用混合式通風并加強日常管理，局扇以及風筒根據掘進距離另行選擇[2]。選用400 mm直徑風筒，采用PVC礦用風筒(阻燃風筒)，抗壓強度5 000 Pa。

表3 局扇風機及風筒選擇情況及參數

3 坑內排水

3.1 概況

2 510 m、2 490 m中段均采用平硐開拓，所有中段涌水通過平硐水溝自流排出，平硐(平巷)設計排水坡度為3‰，水溝凈斷面0.06 m2。

對于2 490～2 470 m水平礦體底部挖潛，排水擬采用IR125-80-160A型單級吸水離心水泵排水至2 490m水平沿脈平巷水溝，自流排出地表。水泵流量148 m3/h，揚程27.5 m。

3.2 設計依據

根據2014年資源儲量核實報告等相關資料，2 490 m水平坑道旱季排水量、雨季排水量、最大排水量分別取316，1 975，3 120 m3/d。考慮到2 490～2 470 m礦體底部挖潛改造工程布置范圍明顯縮小，且仍在礦區最低侵蝕基準面標高為2 390 m以上，2 470 m水平涌水量預算總面積按2 490 m水平約50%測算。按比擬法預測2 490～2 470 m礦體底部挖潛改造時礦坑涌水量，則2 470 m中段旱季排水量、雨季排水量、最大排水量分別取176，1 102，1 740 m3/d。

根據《新編采礦設計手冊》，對于正常涌水量不大于50 m3/h，且最大涌水量不大于100 m3/h的礦井，主排水泵可以安設兩臺同類型水泵，而且其中任意1臺都能在20 h內排出礦井24 h的正常涌水量[3]。鑒于2 490～2 470 m水平礦體底部挖潛工程范圍小，位于礦區最低侵蝕基準面標高2 390 m以上，采礦時間短(正常情況下約1年)，且涌水量不大，主排水設備按兩臺相同類型水泵考慮。

對2 490～2 470 m水平礦體底部挖潛，采掘鑿巖用水、回量水忽略不計。本次設計按最大涌水量=72.5 m3/h(日涌水量1 740 m3/d)計算。

3.3 設備選擇

根據前面所述的礦山預算涌水量(72.5 m3/h)，在滿足揚程的情況下，選擇的目前國內較理想的礦山單級單吸離心水泵，型號為IR125-80-160A，其主要技術參數見表4。

表4 IR125-80-160A離心水泵主要技術性能

IR125-80-160A單級單吸離心泵2 470 m水倉共安設3臺，1臺工作，1臺備用，1臺檢修。當礦井偶爾發生最大涌水量時，兩臺水泵可以同時工作。

設計選用吸入式(普通)泵房布置。水泵采用單排布置，共3臺水泵，水泵房尺寸為長×寬×高=9.2 m×3.38 m×3.967 m。

3.4 排水管選擇

因2 490～2 470 m礦體底部挖潛采用平硐+盲斜井開拓，排水管路沿盲斜井敷設。考慮到排水管沿斜井敷設時壓力小于1 MPa，選用鑄鐵管。設計按涌水量72.5 m3/h時計算，選用兩條排水管路。

1) 按選定的水泵流量計算排水管徑

0.162 m=16.2 cm

2) 按雨季涌水量計算排水管徑

0.113 m=11.3 cm

3) 管壁厚度計算

式中 R許——許用應力，鑄鐵管取250kgf/cm2；

P壓——管道最低點壓力，為2.5kgf/cm2；

a附——腐蝕及管道制造誤差附加厚度，鑄鐵管取7～9mm；

d內——管子內徑，cm。

0.85 cm

排水管選擇內徑150 mm、壁厚9.5 mm鑄鐵管。

4 結 語

通過計算空氣壓縮設施、通風設備和排水設施的主要參數，對設備選型的考量因素進行了全方位的探討。經計算，選擇φ150 mm×4.5 mm無縫鋼管為供氣主管，φ114 mm×4 mm無縫鋼管為壓氣支管；風機風量24.68 m3/s，風壓598.68 Pa，未超過原有風機參數值；排水管選擇內徑150 mm、壁厚9.5 mm鑄鐵管。

[1] 莊問澤.礦山大型固定機械設備計算機輔助選型研究[J].甘肅科技縱橫，2013(3)：13-14.

[2] 敖里軍，任紅崗，楊清波，等.金屬礦山地下采礦設備選型層次分析綜合評價[J].有色金屬(礦山部分)，2012(5)：82-85.

[3] 王琴現，齊悅剛，孫電生.地下金屬礦山設備選型的原則和方法[J].金屬礦山，2002(5)：45-47.

An Analysis of Mine Auxiliary Equipments

LI Zuzhi

(YunnanHeqingMn-industryCo.Ltd.,Heqing,Yunnan671500,China)

This artilce, as an example of mining equipments in a mine, accounts air compression facilities, including ventilation and drainage main parameters to a full range of equipment selection factors.

Mining equipment; Air compression; Ventilation; Drainage

2016-09-12

李袓智(1964-)，男，云南鶴慶人，副董事長，副總經理，礦山機械工程師，研究方向：礦山機械設計管理，手機：13908722124，E-mail：308903088@qq.com

TD40

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10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.037