姑山礦業公司白象山鐵礦通風系統優化

李春生，程高福，顧宏濤

(馬鋼集團礦業公司 安徽馬鞍山 243000)

1 概況

姑山鐵礦礦區位于安徽省馬鞍山市當涂縣城南偏東10 km處，白象山鐵礦床與姑山礦業公司所在地直線距離2.5 km，地理座標為東經118°31′53″，北緯31°27′34″，采用豎井開拓方式，主要開拓工程有主井、副井、回風井及采區斜坡道。根據礦體賦存情況，礦山現采用上向分層進路充填采礦法與小分段空場嗣后充填采礦法。白象山鐵礦設計生產規模為200萬t/a，即6061 t/d，并留有發展到250萬t/a-300萬t/a的余地。白象山鐵礦設計采用副井進風、回風井出風的單翼對角抽出式通風方式。新鮮風流從副井進入,然后進入-470 m水平,再經穿脈、天井進入采場,沖洗采場后由天井回到-390 m中段回風巷道，然后經-390 m主回風機站風機送入回風井排出地表。主回風機站安裝一臺DK60-8-№28對旋風機，電機功率2×355 kW，風機采用變頻調速控制。經對現場52個具有代表性的點進行檢測。

1.1 系統進風

主井：49.74 m3/s；副井：148.21 m3/s。主井、副井進風量合計：197.95 m3/s。

1.2 系統回風

回風井：-390 m中段：233.14 m3/s；-470 m中段：25.37 m3/s。總回風量：218.30 m3/s。

1.3 -390 m主回風機站工況

風機型號：DK60-8-№28對旋風機，1臺；裝機功率：2×355 kW；機站風量：233.14 m3/s。

2 通風系統存在問題分析

根據生產能力，礦井設計礦井總風量241.2 m3/s。采礦方法決定了采掘與充填量相近，實際礦井總風量為218.30m3/s，考慮到風阻、風損等因素，現風量無法滿足白象山鐵礦目前采掘生產通風安全要求。

3 通風系統優化設計

3.1 通風系統方案指導思想

通過對白象山鐵礦通風系統結構、開采計劃以及現場實際情況進行分析評價，提出白象山鐵礦采用抽出式通風系統，即副井進風、地表斜坡道輔助進風，回風井回風的“兩進一回”通風格局。通風網絡局阻、機站局阻及風機網絡匹配性能調整，結合系統風量及風壓等要求，運用通風系統要求及風機優選等技術研究，優選風機，確保礦井通風系統達到安全、可靠、高效、節能的工作狀態。

3.2 礦井總風量計算

礦山所需要的總風量為各工作面所需風量與需要獨立通風的硐室所需風量之和，礦井總風量按排塵風速計算，方法如下：

Q=vS

式中Q——作業工作面所需風量；

v——作業工作面要求的排塵風速，m/s，可取v=0.15 m/s-0.5 m/s；

S——采場作業地點的過風斷面，m2。

根據白象山鐵礦年采掘生產計劃，按排塵風速計算每個工作面所需的的風量，再根據每個類型工作面的總數計算出白象山鐵礦井下生產所需的風量為237.40 m3/s，見表1。考慮采區風量調節不及時及通風網絡內部風流短路影響，取風量備用系數為k=1.2，則礦井總風量為284.88 m3/s，取值285 m3/s。

表1 白象山鐵礦礦井總需風量計算

3.3 系統風量分配

根據計算結果，白象山鐵礦礦井總風量為285 m3/s，結合當前白象山鐵礦采礦計劃與目前采區工作面分配情況，對各中段水平盤區生產所需風量進行分配，見表2、表3。

表2 各中段水平風量分配表

表3 各盤區需風量 單位：m3/s

3.4 機站設置

白象山鐵礦采用抽出式通風方式，回風機站分別設置在-270 m水平和-390 m水平。-390 m回風機站已經安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的對旋風機，-270 m回風機站風機型號將根據通風方案，通過網絡解算，對風機進行優選比較后確定。兩臺風機共同承擔各生產水平的回風任務，克服系統通風阻力，控制系統總風量。根據生產需要，在采區(盤區)進、回風井聯巷設置輔扇，對采區風量進行合理調節。在-390 m水平回風機站已安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的的對旋風機，根據各中段通風需求以及礦井總風量，-390 m水平回風機站一臺風機已經不能滿足通風要求，應在-270 m主回風巷新增一個回風機站。-270 m水平回風機站風機擬從K45-6-№20、DK45-6-№19、DK45-6-№20、DK62-8-№24、DK62-8-№25、DK62-8-№26、DK60-8-№28等風機中優選。

4 通風系統優化方案網絡解算結果

目前，白象山鐵礦-390 m水平回風機站已安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的的對旋風機，根據各中段通風需求以及礦井所需總風量，-390 m水平回風機站一臺風機已經不能滿足通風要求，需在-270 m水平新增一個回風機站。-270 m與-390 m水平回風機站分別命名為1號回風機站、2號回風機站。-270 m水平回風機站風機擬從K45-6-№20、DK45-6-№19、DK45-6-№20、DK62-8-№24、DK62-8-№25、DK62-8-№26、DK60-8-№28等風機中優選。

對于上述各型號風機，根據1、2號回風機站所選風機型號的不同以及葉片安裝角度不同，形成多種組合方案，見表4。

表4 各風機參數與所選葉片安裝角度

建立白象山鐵礦通風系統模型，將不同組合的風機分別代入帶入通風解算，得出各種風機選擇方案的解算結果，并對結果進行分析整理。

根據解算結果分析，大多數組合方案不能滿足礦井所需總風量(285m3/s)，滿足總風量要求的方案有三個，見表5。

各方案詳細網絡解算結果見表6、圖7、圖8、圖9。

表5 礦井總風量解算結果

表6 方案一網絡解算結果

表7 方案二網絡解算結果

表8 方案三網絡解算結果

表9 三種風機選擇方案網絡解算結果比較表

通過表9數據分析，三種回風機站所選擇的風機經通風解算后，系統總風量均滿足設計要求(285 m3/s)。三種方案系統裝機功率相同，都為1420 kW，方案三系統總風量最大，為292.52 m3/s，但方案三風機實耗功率超過額定功率，不利于設備正常運行，故優化方案應從方案一和方案二中選擇。

方案一系統總風量為289.05 m3/s，比方案二系統總風量(286.40 m3/s)大，但方案二實耗功率比方案一小，風機運行效率比方案一高，考慮節能以及風機安全運行等因素，優化方案選擇方案二。即：-270 m、-390 m回風機站各安裝一臺型號為DK60-8-№28的風機，葉片安裝角度43°。白象山鐵礦通風系統優化方案網絡解算結果見表10、表11。

表10 通風系統網絡解算結果

表11 通風系統風量分配

5 小結

通過白象山鐵礦通風系統的優化，選用第二種方案，后對優化后現場及風機和機站進行測量和計算，數據表明達到優化效果。此次優化降低通風成本,提升通風管理水平，有效預防和遏制生產安全事故的發生，確保職工職業健康和礦山環保要求。