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第35卷 第2期 2013年4月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.35 No.2 April 2013 摘要 针对鲁南矿业上河矿区井下部分作业地点出现风流紊乱、 风量不够、 炮烟及粉尘排放速度缓慢等问题， 采用多级机 站通风系统， 即在不同地点共设立四级机站， 根据不同生产地点的风量需要调节相应位置的风机， 使通风效果得到显著改 善， 达到生产需求的同时降低了通风费用。 关键词 多级机站通风系统； 需风量； 风机； 通风效果 中中图分类号号 TD724文献标识码 B文章编号 1004-4620 （2013） 02-0073-01 多级机站通风系统在鲁南矿业的应用 张建 1， 王海涛1， 高 云 2 （1 莱钢集团鲁南矿业有限公司， 山东 沂水 276421； 2 池州市鑫诚矿业有限公司， 安徽 池州 247120） 收稿日期 2012-10-16 作者简介 张建， 男， 1984年生， 2008年毕业于山东科技大学采矿工 程专业。现为鲁南矿业有限公司助理工程师， 从事工程图纸设计 工作。 1前言 多级机站通风系统是运用风压平衡原理对全系 统实行均压通风， 其特点是能使通风压力分布均匀、 漏风量少、 有效风量率高、 能耗低、 风量易于控制、 风 流调节灵活， 能根据生产需要开启或停止某些风机 或某些机站， 从而在满足生产需风的同时最大限度 地节约通风能耗， 降低通风费用 ［1］。鲁南矿业有限 公司地下开采工程设计分4个中段， 采用上向分层 充填采矿法。目前两个中段已开始生产， 全区共有 3个风井， 采用中央对角式通风， 南翼副井与北翼风 井为进风井， 中央风井为出风井， 设置有专门的回风 巷道。随着开采的深入、 采切工程的增加及范围的 增大， 井下部分作业地点出现风流紊乱， 风量不够， 炮烟及粉尘排放速度缓慢等问题， 制约了生产进度， 威胁到作业人员的安全， 单纯依靠主扇通风难以满 足生产需要。因此， 根据开拓系统布置， 设计采用多 级机站通风系统。 2通风系统现状分析 原通风系统为主扇通风， 在中央风井底部设一 主扇， 采用抽出式通风， 两翼进风流通过主运输巷道 进入穿脉， 清洗工作面后经过通风天井进入上水平 回风巷道排出。开拓系统内穿脉数量较多， 靠近两 翼的穿脉内工作面空气质量较好， 而居中的工作面 由于风压变小的原因， 空气质量较差。穿脉内工作 面多， 通风阻力较大， 上盘通风天井由于负压不足排 出污风能力有限， 尤其是在爆破后， 炮烟多达2 h不 能完全扩散， 施工人员无法进入工作面作业。 分析认为， 导致通风不畅的主要原因是 生产系 统随着采准工程的逐渐展开而变得复杂， 导致通风 阻力增大， 穿脉内无有效阻拦或引导， 靠近两翼盘区 风流有短路现象。进风流主要清洗了靠近两翼的工 作面， 其他工作面由于距离相对较远， 风阻大， 没有 形成负压等导致有效风量不足， 从而使该部分地区 的污浊空气长时间得不到有效疏散， 造成作业环境 差、 生产效率低。 3风机的选型及布置 3.1矿井需风量计算 矿井的需风量主要是指在同一个班次中采矿 （凿岩） 及备用作业面、 出矿及掘进作业面和各类峒 室的需风量的总和。井下爆破时风量全部集中用于 爆破后通风。 目前井下有上向分层充填法回采矿房6个， 浅 孔留矿法回采矿房2个。由于设计采用了2种不同 工艺结构的采矿方法， 因其作业方式不同， 分别计算 二者的需风量。 1） 浅孔留矿法采场。按排炮烟计算 取落矿炸 药量为120 kg/次， 采场长度为50 m， 巷道型采场断 面积为8 m2， 通风时间1 800 s， 计算需要的总风量为 3.1 m3/s； 按排粉尘计算 取最优排尘风速为0.25 m/s， 计算所需风量为2.0 m3/s。 2） 上向分层充填法采场。采场落矿后通风与浅 孔留矿法相似， 采场最宽10 m， 高4.5 m， 经计算， 排 烟总需风量为8.9 m3/s； 排粉尘所需风量为4.0 m3/s。 综合两种采矿方法以及其他附属工程所需的风 量， 矿井现有2个施工水平， 总需风量最大为108.8 m3/s。考虑到将来50 m水平生产也将采用多级机 站的通风系统， 取风量备用系数为1.15。50 m水平 需风量最大为33.2 m3/s， 因此3个水平方向同时生产 总需风量应为142 m3/s。 3.2风机的选型及布置 风机选型以各地点在满负荷生产时所需的最大 风量为依据， 风机最小排风量应高于相应区域所需 最大风量。为了降低通风阻力， 实现 （下转第75页） 经验交流经验交流 73 同样， 图2中DN、 h、 r、 δ、 90、 d是产品设计数 据， 求解的尺寸是R1、 R2、 θ。 用同样的方法并考虑实际应用的工艺问题的修 正值， 可以求得90折边锥形封头展开料尺寸计算 公式为 θπ （弧度） （角度约为 254.5） ； R1 0.707DN＋0.37r＋h＋2δ； R20.707d－δ。 结论 90折边锥形封头展开料的圆心角θ π （弧度） 保持不变， 不会随其他尺寸的变化而变化。 2.2.3任意角度折边锥形封头展开料尺寸计算 图3为任意角度折边锥形封头及展开形状。 D δ h d A H R1 R2 B B1 O θ h2 r2 r1 A2 A3 O2 C C 1 α α O1 O3 A1 B2 图3任意角度折边锥形封头 图3 中 D、 d、 h1、 h2、 δ、 r1、 r2、 H是产品设计数据， 求解的尺寸是R1、 R2、 θ。H为折边锥形封头高度。 计算过程如下 O1Ar1， O2A1r2， ∠B1O2A1∠BO1Aα∠A1AC。 A1C1/2 （D-d） -B1B2-CC11/2 （D-d） - r2-r1＋ （r2＋r1） cosα。（1） ACH-h1-h2-AB-A1B1H-h1-h2- （r1＋r2） sinα； tanαA1C/ACsinα/cosα。（2） 令 aH-h1-h2， b1/2 （D-d） -r2-r1， cr1＋r2。则 （2） 式变为 asinα-bcosα-c0。 利用数学公式求出α值 （取锐角） AA1AC/cosαl （令AA1l） 。 A1A2D-2B1B2D-2r2（1-cosα） D1（令A1A2D1） 。 AA3d＋2CC1d＋2r1（1-cosα） d1（令AA3d1） 。 OA1AA1 A1O3/A1Cl D1/ （D1-d1） R （令OA1R） 。 其展开料的尺寸计算公式为 R1R＋0.017αr2＋h2＋δ （修正后） ； R2R-l-h1-0.017αr1-δ （修正后） ； θ180D1/R′。 3结语 折边锥形封头的下料误差， 不仅影响产品外观， 而且使容器焊缝产生错边， 造成应力集中， 危害容器 安全运行。根据金属材料塑性变形体积不变的原 理， 得出60、 90和任意角度带折边锥形封头的 展开料尺寸公式， 此公式适用钢板厚度一般不超过 20 mm。上述计算公式通过理论推导并结合工程实 践经验， 经实际多次应用， 为封头的制造提供了方 便， 提高了工作效率。 （上接第73页） 风流引导， 增强通风效果， 在井下靠 近两翼的穿脉内设置风门及风窗， 调节进风量。由 于北翼在自然风压作用下， 夏季进风量相对较少， 因 此在北翼风井底部设立一级机站， 增大进风量； 在中 部盘区的通风天井上部， 安设二级机站， 二级机站主 要采用抽出式通风， 增大负压， 使主运输巷道内风流 更多地流向中部盘区， 改善通风效果； 在总回风石门 两侧， 各设三级机站， 同样采用抽出式通风进一步增 大整个回风巷道内的负压； 中央回风井底部设立四 级机站， 整个系统的污风将由此排出， 该处最大出风 量为 108.8 m3/s。选用装机容量 200 kW 的 K40-8- No25型风机， 排风量为110.1～114.7 m3/s； 50 m水 平四级机站最大出风量为33.2 m3/s， 选用装机容量 37 kW的K40-8-No18型风机， 排风量为33.3～35.0 m3/s。四级机站累计出风量为145～148 m3/s， 满足3 个水平同时生产最大需风总量的要求。面积较大的 采场安装局部扇风机， 以加强通风， 独头巷道采用压 入式通风， 确保各作业地点风流供应达到允许值。 各处的机站安装根据井下生产逐步完善， 通风 系统完善用3 a完成。现已安装完成Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅳ级机 站， Ⅱ级机站根据采场生产情况进行移动调节； Ⅳ级 机站安装变频控制器， 在达产3 a内利用变频调节井 下风量， 达到节能降耗的目的； Ⅲ级机站等最终达产 时安装。 4应用效果 经过对整个通风系统的改进， 井下各主要地点 的风速明显增大， 其中主副井重车巷交叉点风速由 原来的1.8 m/s提高到3.4 m/s， 其他地点的风速均提 高到原来的190以上， 最高的上盘回风巷提高到原 来的300。对井下整个系统实行均压通风， 能控制 漏风和风流短路， 提高有效风量， 确保各个工作面风 流量达到规范标准。多级机站通风系统可根据不同 生产地点的风量需要调节相应位置的风机， 或增加 通风构筑物调节风向， 使用比较灵活， 无需通风地点 设备停机或移机， 减少了电耗和设备损耗。矿井风 流量能够满足生产要求。除了设计合理， 施工安装 通风设施达到技术要求之外， 还需要专人负责加强 管理， 随着井下生产变化作出相应的调整， 及时调控 风流， 使系统正常运行。 参考文献 ［1］ 王运敏.现代采矿手册 ［M］ .北京 冶金工业出版社， 2012. 压力容器折边锥形封头展开料尺寸计算李冬梅等2013年第2期 75
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