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某矿山通风系统改造的设计 文 兴 1 , 2 1 . 中南大学资源与安全工程学院, 湖南 长沙 410083 ; 2. 长沙矿山研究院, 湖南 长沙410012 摘 要 从通风井的布置、 通风方式的选择、 矿井风量和风阻计算以及通风设备选型等多 个方面全面论述了某矿山通风系统的改造设计, 对类似矿山的通风系统优化、 改造或自然 通风向机械通风转型有较好的参考价值。 关键词 矿井通风; 风量计算; 设备选型; 系统优化 某矿山属于小型矿山, 在矿井浅部开采过程中, 虽然自然通风起了十分重要的作用, 但由于自然风 压是由自然大气因素作用而形成的, 其大小和方向 受地面气温的影响很大, 一年四季, 甚至昼夜之间风 压都有明显的变化。随着矿山开采中段下降, 矿山 进、 回风井之间风压降低、 风量减小, 井下出现供氧 不足、 温度高、 湿度大、 通风系统紊乱、 漏风等安全隐 患, 通风问题日益突出。 优化矿井通风系统, 实现机 械通风, 对于本矿山的安全生产和矿井的可持续发 展具有十分重要的意义。 1 通风井的布置 矿山现有 4个坑口, 深部斜井和浅部斜井为进 风井, 六庙坑口和三岔河坑口为回风井。 4个坑口 运输、 人行频繁, 浅部斜井、 三岔河坑口、 六庙坑口与 许多井巷、 采空区及地表沟通, 漏风不易阻止, 风流 难以控制, 并且许多中段巷道受地压破坏漏风严重。 经现场勘查和论证, 设计新鲜风流由深部斜井、 浅部 斜井和三岔河坑口三通风井进入矿井, 六庙坑口通 风井作回风井。新风进入各中段位置后, 往两翼分 送, 需风段风压高、 风量足、 风质好, 清洗完工作面后 由边界回风天井回到 120中段, 再汇集到六庙坑口 多级盲斜井排出。 建立矿山新的通风系统不需要增加太多通风工 程和构筑物, 只须将六庙斜井与 120中段贯通 40 m 左右, 同时对六庙工区和三岔河工区相通的坑道进 行密闭, 防止进风段和回风段之间产生风流短路或 漏风。矿山通风系统如图 1所示。 图 1 矿山通风系统示意 ISSN 1671- 2900 CN 43- 1347/TD 采矿技术 第 10卷 第 6期 M ining Technology , Vo.l 10, No . 6 2010年 11月 Nov . 2010 2 通风方式的选择 针对矿山开拓巷道的布置状况, 提出了 3种通 风方案进行分析对比, 3种通风方式的特点、 优缺点 及注意事项见表 1 。 通过表 1比较分析, 并结合矿山实际情况, 确定 采用抽出式通风方式, 即由深部斜井、 浅部斜井、 三 岔河坑口进风, 由六庙坑口回风。 表 1 3种通风方式比较 通风方案特点优缺点注意事项 方案 抽出式通风 主扇安装在六庙深 部盲斜井与北 120 中段贯通处抽出污 风; 进风段和需风段风 压呈负压状态, 回风 段的相对压力高。 进风段风速小, 对行人运输有利, 劳动条件较好; 可利用深部斜井、 浅部斜井、 三岔口生产井兼作进风, 不需 井口密闭等设施; 由于生产井兼作进风井, 不需开掘专用进风井巷; 可克服的矿井通风阻力较小; 工作面经采空区等与地面直接沟通时, 较难控制短路漏 风。 重点密闭好进风段, 防止进风段与地表或 与进风段之间产生短路漏风, 密闭工作量 大; 防止使工作面变成角联在自然风压作用 下风流反向。 方案 压入式通风 主扇安装在深部斜 井进风井压入新风; 全矿井呈正压状态, 进风段的相对压力 高。 进风段风速大, 对人行运输不利, 劳动条件较差; 利用深部斜井兼作通风, 需要井口密闭等设施; 需要开掘深部斜井专用入风风硐; 可克服的矿井通风阻力较小; 工作面经采空区等与地面直接沟通时, 较难控制短路漏 风。 重点密闭好深部斜井坑口, 防止进风风硐 与深部斜井之间产生短路漏风; 回风段与地表之间有较多的通道相通, 应 防止工作面变成角联而在自然风压作用 下风流反向, 烟尘乱窜污染新风等; 必需有灵活可靠的自动风门。 方案 混合式通风 进、 回风井都安装主 扇, 1台抽出污风, 1 台压入新风; 矿井风压在进风段 呈正压状态, 回风段 呈负压状态。 进、 回风段风速均大, 对人行运输不利, 劳动条件较差; 利用深部斜井兼作通风, 需要井口密闭等设施; 需要开掘深部斜井专用入风风硐; 可克服较大的通风阻力; 可通过调整正负压交界的零压点的位置, 控制漏风地段与 地面之间的短路漏风。 进、 回风段都必须加强密闭; 调整二台主扇风压, 使零压点处于最容易 与地表短路漏风的位置; 防止在正负压交界点的附近一带, 因机械 风压较小而使风流在自然风压下反向。 3 矿井风量、 风阻计算 根据∀金属非金属矿山安全规程规程 要求, 矿 井需风量按下列要求分别计算, 并取其中最大值。 1 按井下同时工作的最多人数计算, 每人供 给风量不得少于 4 m 3 /m in 。 2 按分项计算风量法进行计算。 3 . 1 矿井需风量的计算 1 回采工作面风量计算。按通风排尘风量、 排尘风速 峒室型采场最低风速不应小于 0 . 15 m /s , 采场和掘进巷道不应小于 0 . 25 m / s、 排除炮 烟计算, 取其最大值作为回采工作面风量, 每个回采 工作面风量为 2 . 5 m 3 / s 。 2 备用工作面风量计算。考虑矿山生产管理 的具体情况, 并结合井下采场布置, 备用工作面不设 计临时密闭措施, 故每个备用工作面风量设计取1 . 5 m 3 /s 。 3 掘进工作面风量计算。掘进工作面的分布 和数量由矿井采掘比大致确定。按现有开拓采准巷 道断面, 每个掘进工作面风量设计取 1. 5m 3 /s 。 4 硐室风量。硐室不单独占用风量, 与矿井 进风巷道串联, 对主风流无污染, 不计入全矿井 风量。 5 分项计算总风量 Q K n采q采 n备q备 n掘q掘 n硐q硐 n其他q其他 式中 K ∃∃ ∃ 矿井漏风系数, 考虑比较难以控制漏 风, 取K 1 . 2 ; n采∃∃∃ 同时工作的回采工作面数量, 取 6个; q采∃ ∃∃ 回采工作面的计算风量, m 3 /s ; n备∃∃∃ 回采工作面的备用数量, 取 2个; q备∃ ∃∃ 备用工作面的计算风量, m 3 /s ; n掘∃∃∃ 同时工作的掘进工作面数量, 取 6个; q掘∃ ∃∃ 掘进工作面的计算风量, m 3 /s ; n硐∃∃∃ 硐室的数量, 取 0个; q硐∃ ∃∃ 硐室的计算风量, m 3 / s ; n其他∃∃∃ 其他需风点的数量; q其他∃ ∃∃ 其他需风点的计算风量, m 3 /s 。 将有关数据代入上述计算式, 得矿井风量为 Q 32 . 4m 3 /s。 6 按井下同时工作最多人数 300人计算, 需 风量为 Q 20 m 3 / s 。 7 全矿井总风量取上述计算最大值, 则全矿 井风量为 Q 32 . 4 m 3 /s。 3 . 2 矿井通风阻力计算 在主扇的服务期内, 随着采掘工作面及中段接 替的变化, 通风系统的总阻力也将随之变化。为了 使主扇在整个服务期限都能满足需要, 而且有较高 53 文 兴 某矿山通风系统改造的设计 的运转效率, 按照矿井开拓布局和采掘工作面接替 安排, 对主扇服务期内不同时期的系统总阻力的变 化进行分析, 将矿井通风划分为 2个时期 通风容易 时期和困难时期。然后, 根据风量和巷道参数计算 出最大总阻力。沿着通风容易和困难时期的风流路 线, 依次计算各段摩擦阻力, 然后分别累计得出容易 和困难时期的总摩擦阻力 [ 1]。 通风容易时期的总阻力 hme 1 . 15h1 1823 Pa ; 通风困难时期的总阻力 hmd 1 . 15h2 2352 Pa。 矿井通风容易时期和困难时期的阻力 h1、 h2分 别为 1585 . 25 Pa和 2045 . 03 Pa 。 4 矿井通风设备的选型 4 . 1 主风扇的选型 [2] 1 计算风机风量 Qf Qf kQm 式中 Qf∃ ∃∃ 主要风机的工作风量, m 3 / s ; Qm∃∃∃ 矿井需风量, m 3 /s; k∃ ∃∃ 漏风损失系数, 取 k 1 . 1 。 将有关数据代入得 Qf 35 . 64 m 3 /s 。 2 计算风机风压 Htd hm hd hvdHN 容易时期 Htd hm hd- HN 困难时期 Htd hm hd HN 式中 Htd∃∃ ∃ 风机全压, Pa; HN∃∃ ∃ 矿井自然风压, Pa ; hm∃∃∃ 矿井通风系统的总阻力, Pa ; hd∃∃∃ 通风机附属装置的阻力, Pa ; hvd∃∃∃ 扩散器出口动能损失, Pa 。 对于轴流式风机, 将有关数据代入得风机的最 小、 最大风压为 Hsdm i n 1736 Pa Hsdm ax 2439 Pa 3 风机初选。根据目前矿山风机使用的情 况, 综合考虑所选风机应满足安全可靠、 技术先进、 经济技术指标良好等特点, 选取对旋式轴流风机。 根据计算的矿井通风容易时期通风机的 Qf、 Hsdm i n和 矿井通风困难时期通风机的 Qf、 Hsdmax, 在通风机特 性曲线上 见图 2, 选出满足矿井通风要求的通风 机为 DK62 No16 。 图 2 DK62- No16性能曲线 n 960 r/m in 4 通风机的实际工况点。根据 Qf、 Hsdmin和 Qf、 Hsdmax确定的工况点都不在所选择通风机的特性 曲线上。因此, 必须根据通风机的工作阻力, 确定其 实际工况点。通风机的工作风阻为 Rsdm in Hsdm in Q 2 f 1 . 36 ; Rsdmax Hsdm ax Q 2 f 1 . 92 。 在通风机特性曲线图中作通风机工作风阻曲 线, 与风压曲线的交点 M s∃ ∃∃ 风机静压效率, 取 s 0 . 75 ; 下转第 81页 54 采矿技术 2010, 10 6 料, 很大程度上加快了矿山绘图工作的电子化进程。 图 3 二次开发子菜单 图 4 自动绘制的剖面图 4 结 论 为了在三维空间内清晰、 直观地表达矿床的地 质数据信息, 运用大型三维数字矿业软件 Surpac建 立了某矿床深部的三维地质模型, 采用 Tcl语言对 Surpac进行二次开发, 实现了在三维地质模型基础 上自动绘制地质剖面图的功能, 为矿山技术人员的 绘图、 资料管理、 资源共享等提供了强有力的技术 支撑。 参考文献 [ 1]Surpac国际软件公司. Surpac V ision软件用户使用手册 第四 版 [ Z]. Surpac国际软件公司, 2000. [ 2]李 畅. 矿床三维建模及地质剖面成图技术研究 [ D]. 长沙 中南大学, 2009 . [ 3]戴碧波, 王李管, 贾明涛, 等. 三维数字建模技术在某铜矿山中 的应用 [ J]. 地质与勘探, 2007 , 43 3 97 101 . [ 4]罗周全, 刘晓明, 刘望平, 等. 数字矿山的技术基础 [ J]. 中国 钨业, 2005 , 20 6 8 12. [ 5]古德生, 李夕兵, 等. 现代金属矿床开采科学技术 [M ]. 北京 冶金工业出版社, 2006. [ 6]张 雷, 辛 钢, 孟长功. 编写 T cl- Hcl混合脚本程序模拟沸 石转晶 [ J]. 计算机与应用化学, 2005 , 22 1 73 76. [ 7]戴维康, 孙传伟, 李靖谊. 直升机飞行品质评估系统的 T cl/Tk 和 C/C 混合编程 [ J]. 东华大学学报 自然科学版 , 2005 , 31 4 45 48. 收稿日期 2010- 06- 08 作者简介 李 畅 1983- , 女, 湖南望城人, 硕士, 主要从 事数字矿山技术研究, Emai l lichang1118 163. co m。 上接第 54页 N∃ ∃∃ 所需 2台电机的总功率。 3 设计选型。根据通风机技术参数要求及矿 井无爆炸性气体、 粉尘, 设计选取普通型电机, 见表 2 。 表 2 电机技术参数 名称型号电机功率电机参数 轴流式 主通风机 Y135 M - 6 2∋ 75 k W 380 V YB系列异步电动机, 防护等 级为 I P44 , 绝缘等级为 B级。 5 结 论 矿井通风的目的是为矿井各用风场所提供足够 的新鲜风量, 保证作业空间良好的气候条件, 冲淡或 稀释有毒有害气体和矿尘等。矿井通风状况的好 坏, 在很大程度上直接影响到矿井的安全生产、 矿井 的经济效益、 矿井的稳产和高产及矿井灾害时期的 应变能力等。 本设计方案实施后, 矿井通风系统的各项指标 均将达到 ∀金属非金属矿山安全规程 的要求, 矿井 主通风机运行稳定, 风量、 风压能满足井下各用风点 的需风要求, 井下各风支风流稳定, 风流质量较高, 风量分配合理, 井下作业人员将告别通风改造前的 那种恶劣的作业环境。 参考文献 [ 1]吴 超, 等.矿井通风与空气调节 [ M ]. 长沙 中南大学出版 社, 2008 , 10. [ 2]王海宁, 等.矿井风流流动与控制 [ M ]. 北京 冶金工业出版 社, 2007 , 1 . [ 3]蔡永乐, 等. 矿井通风与安全 [M ]. 北京 化学工业出版社, 2007 , 8 . 收稿日期 2010- 09- 14 作者简介 文 兴 1981- , 男, 甘肃庆阳人, 在读工程硕 士, 工程师, 主要从事矿山安全、 岩土工程监测等方面科研工 作, Emai l wenxing0618 163 . co m。 81 李 畅, 等 Surpac二次开发技术在地质绘图中的应用