紅嶺鎢礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)化研究

鄧玉彬，周益龍，林永生，曹?chē)^平

（1.廣晟有色金屬股份有限公司，廣東 廣州 510610；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012；3.翁源紅嶺礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 韶關(guān) 512638；4.湖南有色金屬研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

礦井通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)建立通風(fēng)網(wǎng)路、配置通風(fēng)動(dòng)力設(shè)備和風(fēng)流調(diào)控設(shè)施實(shí)現(xiàn)井上新風(fēng)和井下污風(fēng)的交換，改善井下氣候狀況，形成良好的勞動(dòng)環(huán)境，對(duì)于勞動(dòng)人員的身心健康的保障不可或缺，同時(shí)有效促進(jìn)作業(yè)效率［1］。紅嶺鎢礦當(dāng)前礦井生產(chǎn)中，存在的通風(fēng)問(wèn)題較大，＋190 m及以下中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)尚未形成，目前專(zhuān)用回風(fēng)井（＋100 m～＋190 m）尚未貫通。由于多年擴(kuò)產(chǎn)，開(kāi)采深度和作業(yè)點(diǎn)增加，但井下通風(fēng)系統(tǒng)更新未及時(shí)跟進(jìn)，井下風(fēng)流質(zhì)量不能滿(mǎn)足安全作業(yè)要求。更關(guān)鍵的是，專(zhuān)用回風(fēng)道的缺失，導(dǎo)致新風(fēng)和污風(fēng)混合，形成污風(fēng)循環(huán)現(xiàn)象。隨著擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃的進(jìn)一步推進(jìn)，井下作業(yè)點(diǎn)逐漸形成，通風(fēng)的困難和出現(xiàn)的問(wèn)題就會(huì)更加嚴(yán)重［2］。因此，紅嶺鎢礦現(xiàn)有的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，已不能匹配當(dāng)前礦井生產(chǎn)的需要，當(dāng)然更無(wú)法適應(yīng)和滿(mǎn)足生產(chǎn)中段下降到＋100 m中段時(shí)，礦井安全回采的要求，有必要對(duì)紅嶺鎢礦進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)研究。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

紅嶺鎢礦現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)為＋324 m平硐進(jìn)風(fēng)，＋370 m中段北回風(fēng)平硐口出風(fēng)的單翼對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。

紅嶺鎢礦通風(fēng)系統(tǒng)方案是依據(jù)礦井年產(chǎn)量13萬(wàn)t、采礦作業(yè)面4個(gè)（2臺(tái)鉆／個(gè)）、備采3個(gè)、采切作業(yè)面7個(gè)、開(kāi)拓作業(yè)面3個(gè)及運(yùn)輸作業(yè)面3個(gè)，主扇設(shè)置在地表或井下、開(kāi)采范圍為＋100 m～＋242 m礦體等條件提出的。根據(jù)礦井通風(fēng)總出口位置及主扇安裝位置的不同，推薦三個(gè)整體方案。具體方案如下［3，4］：

方案一：采用單翼對(duì)角式抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。封閉＋477 m、＋416 m窿口及＋370 m南進(jìn)風(fēng)巷窿口，隔斷＋282 m南北運(yùn)輸巷，僅利用＋324 m窿口進(jìn)風(fēng)，主扇安裝在＋370 m北回風(fēng)平硐內(nèi)風(fēng)機(jī)硐室。新鮮風(fēng)流由＋324 m窿口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)1＃、2＃及3＃盲斜井到達(dá)各作業(yè)中段，污風(fēng)經(jīng)由各中段回風(fēng)巷經(jīng)由南、北兩翼倒段回風(fēng)井進(jìn)入＋282 m中段，再經(jīng)過(guò)＋282 m中段回風(fēng)巷由2?；仫L(fēng)井排入＋370 m中段總回風(fēng)巷，最后由安裝在＋370 m中段北回風(fēng)硐內(nèi)的主扇排出地表。

方案二：采用單翼對(duì)角式抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。封閉＋477 m、＋416 m窿口，隔斷＋282 m南北運(yùn)輸巷，密封＋370 m北盲豎井與＋370 m中段相通處，僅利用＋324 m窿口進(jìn)風(fēng)，主扇安裝在＋282 m中段2?；仫L(fēng)井底風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)。新鮮風(fēng)流由＋324 m窿口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)1＃、2＃及3＃盲斜井到達(dá)各作業(yè)中段，污風(fēng)經(jīng)由各中段回風(fēng)巷經(jīng)由南、北兩翼倒段回風(fēng)井進(jìn)入＋282 m中段，再經(jīng)過(guò)＋282 m中段回風(fēng)巷由安裝在＋282 m中段2＃回風(fēng)井底風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)的主扇經(jīng)由2?；仫L(fēng)井排入＋370 m中段總回風(fēng)巷，最后由＋370 m中段南、北硐口排出地表。

方案三：采用兩翼對(duì)角式抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。封閉＋477 m、＋416 m窿口及＋370 m南進(jìn)風(fēng)窿口，僅利用＋324 m窿口進(jìn)風(fēng)，主扇分別安裝在＋370 m北回風(fēng)平硐內(nèi)風(fēng)機(jī)硐室以及＋282 m中段1＃南側(cè)回風(fēng)井底風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)。新鮮風(fēng)流由＋324 m窿口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)1＃、2＃及3＃盲斜井到達(dá)各作業(yè)中段，污風(fēng)經(jīng)由各中段回風(fēng)巷經(jīng)由南、北兩翼倒段回風(fēng)井進(jìn)入＋282 m中段，南翼回風(fēng)通過(guò)安裝在＋282 m中段1?；仫L(fēng)井南側(cè)平巷風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)的主扇經(jīng)由南組巷道由南組回風(fēng)井口排出地表。北翼回風(fēng)由安裝在＋370 m北回風(fēng)平硐內(nèi)風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)的主扇經(jīng)由2＃回風(fēng)井排入＋370 m中段總回風(fēng)巷，最后由＋370 m中段北硐口排出地表。

2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)選

對(duì)上述三種通風(fēng)系統(tǒng)方案分別進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，同時(shí)對(duì)該三種方案分別進(jìn)行計(jì)算，比較礦井三種情況下的通風(fēng)系統(tǒng)方案，為選擇最佳的整體通風(fēng)系統(tǒng)方案提供理論依據(jù)。

2.1 新增施工量對(duì)比

針對(duì)該三個(gè)方案，均沒(méi)有增加過(guò)多的掘進(jìn)及施工費(fèi)用。三個(gè)方案不同的施工情況，見(jiàn)表1。由表1可知，新增施工量方面方案三相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)。

表1 不同方案的施工情況表

2.2 礦井通風(fēng)阻力對(duì)比

礦井主扇的選擇必須依據(jù)礦井通風(fēng)阻力進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，礦井通風(fēng)阻力隨開(kāi)采的面積和深度增加而增加，礦井通風(fēng)阻力又分為困難時(shí)期的通風(fēng)阻力和容易時(shí)期的通風(fēng)阻力，主扇的選型分別根據(jù)困難時(shí)期和容易時(shí)期進(jìn)行驗(yàn)算，選擇最長(zhǎng)一條通風(fēng)線(xiàn)路計(jì)算礦井通風(fēng)總阻力［4，5］。

Ventsim網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)是專(zhuān)業(yè)的通風(fēng)網(wǎng)路解算軟件，可利用該軟件進(jìn)行不同時(shí)期礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力的計(jì)算［6，7］。

Ventsim系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 Ventsim系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

由于礦山2013年已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)并安裝了FKCDZ-6NO17對(duì)旋風(fēng)機(jī)于＋370 m地表風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)，為了更好地利用現(xiàn)有的新風(fēng)機(jī)，故本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案不考慮方案二，網(wǎng)絡(luò)解算僅考慮方案一和方案三，并盡可能地利用現(xiàn)有的新風(fēng)機(jī)。

對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)方案一，全礦總回風(fēng)量Q1礦＝41.37 m3／s，通風(fēng)容易時(shí)期的總通風(fēng)阻力為1 408.4 Pa，通風(fēng)困難時(shí)期的總通風(fēng)阻力為1 850.7 Pa。

對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)方案三，＋370 m風(fēng)機(jī)：通風(fēng)容易時(shí)期，回風(fēng)量Q3礦＝23.4 m3／s，總通風(fēng)阻力為785 Pa；通風(fēng)困難時(shí)期，回風(fēng)量Q3礦＝29.1 m3／s，總通風(fēng)阻力為940.6 Pa。＋282 m風(fēng)機(jī)：通風(fēng)容易時(shí)期，回風(fēng)量Q3礦＝21.5 m3／s，總通風(fēng)阻力為625.3 Pa；通風(fēng)困難時(shí)期，回風(fēng)量Q3礦＝16.5 m3／s，總通風(fēng)阻力為864 Pa。

將上述計(jì)算所得到的礦井總風(fēng)量和通風(fēng)總阻力的數(shù)據(jù)代入礦井等積孔計(jì)算公式可得，紅嶺鎢礦通風(fēng)系統(tǒng)方案一及通風(fēng)系統(tǒng)方案三礦井通風(fēng)的等積孔分別為1.14 m2及1.63 m2。上述結(jié)果說(shuō)明，優(yōu)化設(shè)計(jì)之后最終確定的紅嶺鎢礦礦井通風(fēng)的等積孔均為中阻力礦，擺脫了通風(fēng)極為困難的大阻力礦的狀態(tài)。方案三等積孔更大，礦井通風(fēng)阻力也更小，這是由于在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，方案三采用了兩翼對(duì)角式回風(fēng)模式，有效降低了礦井的通風(fēng)阻力。

礦井自然風(fēng)壓的結(jié)果是：針對(duì)方案一，容易時(shí)期為＋72.74 Pa，困難時(shí)期為-14.70 Pa；針對(duì)方案三，容易時(shí)期為＋92.42 Pa，困難時(shí)期為-12.94 Pa。負(fù)號(hào)說(shuō)明自然風(fēng)壓的方向與礦井主扇造成的風(fēng)流方向是相反的，即紅嶺鎢礦高溫季節(jié)的礦井自然風(fēng)壓是反抗（阻礙）主扇工作的。因此克服反向的自然風(fēng)壓的作用是主扇選型時(shí)必須考慮的。上述計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，方案三在礦井自然風(fēng)壓方面是優(yōu)于方案一的。

2.3 礦井通風(fēng)成本對(duì)比

主扇選型思路如下：根據(jù)礦井通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期所計(jì)算出的兩組風(fēng)量Qf與風(fēng)壓Hf數(shù)據(jù)選出合適的風(fēng)機(jī)，然后利用全礦總風(fēng)阻R，在H～Q特性曲線(xiàn)上畫(huà)出工作風(fēng)阻R曲線(xiàn)，最后確定風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)和葉片安裝角。根據(jù)Ventsim系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算選取合適的通風(fēng)主扇型號(hào)，考慮深部開(kāi)拓的風(fēng)機(jī)富余量，容易時(shí)期選擇葉片安裝角最小的吻合曲線(xiàn)，困難時(shí)期選擇葉片安裝角位于中后部的吻合曲線(xiàn)。在進(jìn)行選擇的同時(shí)，考慮盡量使用礦山原有風(fēng)機(jī)，最終選定的扇風(fēng)機(jī)型號(hào)如下：通風(fēng)系統(tǒng)方案一選擇FKCDZ-6NO17；方案三選擇FKCDZ-6NO17（僅開(kāi)一臺(tái)）。

對(duì)于選定的通風(fēng)主扇型號(hào)，根據(jù)Ventsim系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果可知，對(duì)于通風(fēng)方案一，在容易時(shí)期風(fēng)機(jī)靜壓為1 408.4 Pa，風(fēng)量45.6 m3／s，效率為82.4%，功率為81.0 kW，電機(jī)軸功率為85.3 kW，年通風(fēng)電耗成本為54.05萬(wàn)元；在困難時(shí)期風(fēng)機(jī)全壓為1 850.7 Pa，風(fēng)量45.6 m3／s，效率為77.4%，功率為112.3 kW，電機(jī)軸功率為118.2 kW，年通風(fēng)電耗成本為74.89萬(wàn)元。

對(duì)于通風(fēng)方案三，在通風(fēng)容易時(shí)期＋370 m風(fēng)機(jī)全壓為773 Pa，風(fēng)量24.1 m3／s，效率為62.7%，功率為29.7 kW，電機(jī)軸功率為31.2 kW，年通風(fēng)電耗成本為24.71萬(wàn)元；＋282 m風(fēng)機(jī)靜壓為625.3 Pa，風(fēng)量21.5 m3／s，效率為85.3%，功率為15.8 kW，電機(jī)軸功率為16.6 kW，年通風(fēng)電耗成本為13.15萬(wàn)元；在通風(fēng)困難時(shí)期＋370 m風(fēng)機(jī)全壓為940.6 Pa，風(fēng)量29.1 m3／s，效率為60.9%，功率為45 kW，電機(jī)軸功率為47.3 kW，年通風(fēng)電耗成本為37.46萬(wàn)元；＋282 m風(fēng)機(jī)全壓為864 Pa，風(fēng)量16.5 m3／s，效率為70.5%，功率為20.2 kW，電機(jī)軸功率為21.3 kW，年通風(fēng)電耗成本為16.87萬(wàn)元。

經(jīng)過(guò)對(duì)方案一和方案三兩個(gè)方案的全面詳實(shí)計(jì)算、分析、經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最后確定采用方案三作為最終優(yōu)化實(shí)施方案。

3 結(jié) 論

1.紅嶺鎢礦多年擴(kuò)產(chǎn)導(dǎo)致井下各主要作業(yè)地點(diǎn)所需的新風(fēng)，無(wú)法滿(mǎn)足作業(yè)地點(diǎn)的通風(fēng)要求，基于當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，推薦了包括單翼對(duì)角式抽出式及兩翼對(duì)角式抽出式等三種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

2.從新增施工量、礦井通風(fēng)阻力、通風(fēng)成本等三大方面對(duì)推薦的三種方案進(jìn)行了對(duì)比，其中對(duì)方案一和方案三兩個(gè)方案的全面詳實(shí)計(jì)算、分析、經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最后確定采用方案三作為最終優(yōu)化實(shí)施方案。