硫化礦深井開采多級基站通風網絡解算與改進

黃應盟

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硫化礦深井開采多級基站通風網絡解算與改進

黃應盟

(廣西高峰礦業有限責任公司，廣西 南丹 547205)

廣西高峰礦業有限責任公司105號礦體深部超深井開采區域，由于地熱升高和硫化礦發熱等原因形成高溫，前期開采復雜的環境條件造成深部通風困難。通過對通風網絡的優化設計和系統配置改造，采用礦井三維仿真通風網絡軟件解算現有條件下深部開采復雜通風網絡風量，選擇多級機站的通風方式優化改進整體通風系統，解決了深井高溫復雜條件的通風難題，取得良好實效。

超深井；高溫硫化礦；通風網絡；多級機站；技術改造

0 概 況

目前我國有大量礦山普遍進行深井和超深井開采，其高溫環境是制約礦山通風安全的主要影響因素，由于礦井開采至深部時原有的復雜的通風網絡不能有效地解決通風和降溫的需要，必須進行通風網絡優化和系統改進。

廣西高峰礦業有限責任公司105號礦體深部開采深度超過1200 m，屬于超深井的高溫硫化礦開采，目前?151 m至?250 m中段礦體主要采用機械化上向水平分層充填采礦法，采用斜井-盲斜井聯合開拓，已形成1000 t/d的采、選生產能力；深部?350、?400中段等正在進行開拓采準，需要形成完善的通風系統。由于前期開采形成復雜的環境，受深部地熱升高和硫化礦發熱等原因影響，形成通風不良處的局部高溫。原通風系統包括?79 m標高以上原100號礦體通風系統，以及?79 m標高以下的105號礦體通風系統。原100號礦體通風系統屬于對角式通風系統，采用“多級機站”抽出式通風方式，在450 m中段、250 m中段、50 m等中段分別安裝有多臺并聯作業的風機。

深部105號礦體通風網絡由于線路長、阻力大，原設計采用中央進風兩翼回風的對角式通風系統，進風井為礦體中部的“田角鋅窿”與“下拉甲窿”；回風井為兩翼的“恒源窿”、“華星窿”、“龍山窿”，輔助進風井有4號盲斜井、6號盲斜井和豎井。由于上部中段多層前期的廢舊巷道影響，深部通風效果不理想，因此需要對?400 m標高以上通風系統進行改進。

1 深部通風系統方案改進

目前，國內外礦井通風方式主要有抽出式通風、壓入式通風及多級機站通風3種。為了給深部開采提供風量保障，根據105號礦體上部區段及深部開采區域進風與回風線路的復雜特點，采用多級基站的通風方式。

為了確定通風系統優化的改進方案，須進行深部開采需風量的計算，對可選擇的幾種通風方案進行通風網絡解算后，進行優化設計。由于通風網絡解算方法非常復雜，歷史上沿用的網絡解算方法有圖解法、物理模擬法和網絡解析法等。在105號礦體深部開采的通風網絡設計中，利用國內外最先進的三維通風仿真系統Ventism軟件，對105號礦體深部至其上部整體的通風系統進行了網絡解算。

對深部通風設計對“中央進風天井+南北兩翼回風天井方案”與“改造北進風天井+南回風天井方案”兩個方案進行比較，利用Ventism三維通風仿真系統進行通風網絡解算和方案比較。原有系統的深部通風考慮利用5#盲斜井和6#盲斜井進風，新鮮風到達?200 m中段后轉8#盲斜井及主斜坡道進入深部，利用南北兩端的回風天井回風。由于5#盲斜井、6#盲斜井斷面較小而風路較長，通風阻力大，且6#盲斜井同時擔負深部人員材料的下放，通風管理困難，因此目前方案不考慮利用5#盲斜井、6#盲斜井，深部區域利用階段豎井進風。根據礦體條件，最后確定采用“中央進風，兩翼回風”的通風方案，如圖1所示。

(1) 回采工作面需風量。按“排塵風量”確定回采工作面的需風量：機械化上向水平分層充填采礦法，采場內采用淺孔鑿巖，鏟運機出礦，排塵風量取4.0 m3/s；按“排塵風速”計算回采工作面的需風量為4.5 m3/s；按照“排除炮煙”計算回采工作面的需風量為2.9 m3/s；按“稀釋鑿巖、出礦柴油設備尾氣”計算的回采工作面需風量為3.6 m3/s。因此回采工作面需風量取最大值為4.5 m3/s。備用工作面取回采工作面需風量的一半，為2.25 m3/s。根據確定的生產能力，高峰礦105號礦體開采的生產規模為1000 t/d，正常生產時期同時出礦采場數為7個，備用2個，則回采工作面需風量小計為36.5 m3/s。

圖1 通風系統優化方案

(2) 掘進工作面需風量。按“排塵風量”確定掘進工作面的需風量，正常生產時掘進工作面的斷面面積為10.52~15.22 m2，平均斷面為11.40 m2，設計的“排塵風量”應為2.5~3.5 m3/s，取3.0 m3/s；按“排塵風速”計算掘進工作面的需風量為2.9 m3/s。因此掘進工作面需風量取3.0 m3/s。根據105號礦體開采的生產規模，正常生產時期需安排7個掘進工作面同時工作，則掘進工作面需風量為21 m3/s。

(3) 中段運礦卡車尾氣稀釋需風量。目前礦山井下中段運輸全部采用地下運礦卡車運輸，計算兩個中段同時生產需安排4輛地下運礦卡車同時工作，需風量為27.6 m3/s。

(4) 各類輔助硐室及裝卸礦點需風量計算結果為14.5 m3/s。

(5) 排熱降溫需風量按照相關計算為10.7 m3/s。

礦井總風量由回采工作面需風量、掘進工作面需風量、各類輔助硐室及裝卸礦點需風量、中段運礦卡車尾氣稀釋需風量以及排熱降溫需風量組成。另考慮內、外部漏風系數1.10，由此計算的礦井總風量為133.5 m3/s。

通過采用Ventism三維通風仿真系統進行通風網絡解算，主要通風井巷參數見表1。通過對?200 m中段和?250 m中段同時生產時期以及?350 m中段和?400 m中段同時生產時期的通風阻力計算。?350 m中段和?400 m中段計算結果見表2。

表2 深部中段生產時主要井巷通風阻力

采用三維通風仿真系統對通風網絡解算結果為，深部?350 m中段、?400 m中段同時生產時，黃瓜洞回風斜井通風風量為133.5 m3/s，通風阻力為3639.90 Pa。

2 通風設備選型與配置

對進回風線路復雜的深部開采條件，采用兩級機站的通風方式：地表通風機站位于標高727 m的“黃瓜洞”斜井口，井下通風機站位于?60 m 中段。各回風井所需風量和通風阻力參數見表3。

2.1 黃瓜洞斜井井口風機選型

風機的計算風量：按通風裝置的漏風系數1.15,風機的計算風量為153.53 m3/s；

風機的計算風壓：由于風機安裝位置海拔標高727 m左右，換算成標準狀況下風機的風壓為3098 Pa；

風機工作網絡的計算風阻：R=0.1437。

通風網絡特性曲線方程：=0.14372。

表3 風機安裝參數

風機選型：選用ANN-2500/1250B型動葉可調軸流風機，配套電機功率為900 kW，供電電壓為10 kV。

2.2 井下?60 m中段風機選型

風機的計算風量：按通風裝置的漏風系數1.15，風機的計算風量為153.53 m3/s。

風機工作網絡的計算風阻：R=0.062。

通風網絡特性曲線方程：=0.0622。

風機選型：選用FBCDZ-10-№28/2×250礦用對旋軸流式通風機，變頻驅動，風機配套電機功率為2×250 kW，供電電壓為380 V。

2.3 風機反風

為安全應急救援需要，風機反風工作的方式為電機反轉反風。

3 結 論

通過采用礦井通風的三維仿真通風網絡軟件，解算105礦體現有條件下和深部開采復雜環境的通風網絡風量，優化通風整體方案和系統配置，選擇多級機站通風方式，解決了深井高溫和通風網絡復雜條件下的通風難題。通風系統改造后，通風運轉正常，大大改善了深部通風狀況，為礦山安全生產提供了技術條件，取得了良好的安全環保效果和經濟效益。

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(2018?08?26)

黃應盟(1963—)，男，廣西北流人，博士，高級工程師,第六屆中國有色金屬學會采礦學術委員會委員，主要從事礦山技術與經營管理工作。