河南省桐柏县银洞坡金矿通风系统优化_吴冷峻.pdf

Serial No．595 November． 2018 现代矿业 MODERN MINING 总 第595 期 2018年 11 月第 11 期 吴冷峻 1969 ， 男， 教授级高级工程师， 243000 安徽省马鞍山 市经济技术开发区西塘路 666 号。 河南省桐柏县银洞坡金矿通风系统优化 吴冷峻 1， 2， 3 周伟 1， 2， 3 鲁智勇 1， 2， 3 王广 4 山正红 4 王新明 4 1． 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;2． 金属矿山安全与健康国家重点实验室; 3． 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;4． 桐柏银洞坡金矿有限公司 摘要银洞坡金矿由于受到采空区漏风影响， 通风系统可靠性较差， 导致东风井地表主扇无 法发挥系统总回风的作用， 作业采区风流反向， 生产中段空压机硐室散热造成局部区域高温， 井下 热风及采区污风无法沿设定路线排出地表。通过采用多机站风压平衡、 机站优化设计、 风机优选等 综合技术对该矿通风系统进行优化改造， 解决了采空区大量漏风、 小高尖竖井出风、 井下空压机硐 室热源污染生产中段等问题， 形成了安全稳定运行的矿井通风系统。 关键词矿井通风采空区漏风高温硐室风压平衡机站优化 DOI10． 3969/j． issn． 1674- 6082． 2018． 11． 052 Optimization of the Ventilization System of Yindongpo Gold Mine in Tongbai County， Henan Province Wu Lengjun1， 2， 3Zhou Wei1， 2， 3Lu Zhiyong1， 2， 3Wang Guang4Shan Zhenghong4Wang Xinming4 1． Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co． ， Ltd． ;2． State Key Laboratory of Safety and Health for Metal Mines;3． Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Cyclic and Utilization of Metallic Mineral Resources Co． ， Ltd． ;4． Tongbai Yindongpo Gold Mine Co． ， Ltd． AbstractDue to the influence of goaf air leakage of Yindongpo Gold Mine， the ventilation system stability is not reliable， therefore， the main surface fan of the east air shaft cannot effectively play the role of total return air of the ventilation system， the operation air flow direction is reversed， the heat dissipation of air compressor chamber in the middle production section results in local high temperature， the under- ground hot air and waste air cannot be discharged to the surface along the setting route． In order to solve the above problems in the ventilation system， based on the integrated optimization techniques of multiple station air pressure balance， optimum design of machine station and fan selection， the problems such as a large quantity of air leakage in goaf， Xiaogaojian shaft ventilation and production sections polluted by the heat source of underground air compressor chamber are solved effectively． KeywordsMine ventilation， Air leakage in goaf， High temperature chamber， Air pressure balance， Optimization of machine station 河南省桐柏县银洞坡金矿随着多年持续开采和 开采范围的变化， 采空区漏风干扰了通风系统的正 常运行， 尤其是近年来进入西区 小高尖竖井 －205 m 中段及以下水平开采，－ 245 m 空压机硐 室产生的热源导致采区作业中段进风段风温偏高， 中段采场作业环境较差， 供人员、 材料及矿石提升的 小高尖竖井出风存在严重的安全隐患。2018 年 1 5 月， 本研究通过对银洞坡金矿通风系统进行技术 改造， 确保矿井安全生产。 1矿山概况 银洞坡金矿是我国首次发现的以银金为主的大 型层控变质热液型矿床， 矿区分为东、 西两段， 东段 为露天开采， 1997 年转为斜井开采， 西段为“89． 2” 工程探建结合项目， 筹建于 1992 年。矿山采用中央 主井、 盲竖井、 两翼风井的下盘竖井开拓方式， 采用 302 ChaoXing 地下开采模式 ［1 ］。该矿山矿体倾角大多为 35 ～ 85， 厚度为 0． 63 ～ 2． 03 m， 属倾斜急倾斜矿体， 矿岩较稳固， 从安全、 高效、 节约成本的角度考虑， 选 用浅孔留矿法开采 ［2- 4 ］。依据采矿许可证划定的生 产能力， 矿山生产规模为 23． 1 104t/a。到 2017 年， 矿区东段已经基本开采完毕， 今后开采范围将集 中于矿区西段小高尖 －205 m 及以下中段。 银洞坡金矿设计采用单翼对角布置的集中式通 风系统 ［5- 7 ］， 设计矿井总风量为 47． 40 m3 /s， 中央竖 井 东区 及小高尖竖井 西区 进风， 东风井回风， 东风井地表设置回风机站， 安装 1 台 K45- 4- №13 型 风机， 电机功率为 90 kW， 采用抽出式通风方式。后 期经调整，在 －165 m 水平 16线增设了 1 个回风 机站， 安装了 1 台 K45- 4№13 型风机， 电机功率为 90 kW， 该通风系统服务于 － 205 ～ － 365 m 5 个生 产作业中段。 矿山采用竖井开拓方案， 主要井巷工程有 ①中 央竖井， 中央竖井布置于 W 9勘探线北侧， 除提升矿 石、 废石、 人员和材料外， 兼作进风井， 设计最大提升 能力为矿石 500 t/d， 废石 370 t/d， 主要开拓 155， 115， 75， 35 m 4 个中段， 目前 35 m 中段以上已经开 采完毕; ②东风井， 为主回风井， 布置于 0勘探线附 近， 井筒内设有梯子间; ③小高尖竖井， 小高尖竖井 主要用于进风、 安全出口及提升运输， 井筒内设置有 梯子间; ④西风井， 回风井布置于 W 22勘探线附近， 井筒内设有梯子间， 由于靠近小高尖竖井， 且系统回 风作用已不大， 故对井口进行了封闭。该矿开拓工 程各井筒技术参数见表 1。 表 1银洞坡金矿开拓工程各井筒参数 井筒名称 井筒 净直径 /m 井筒 净断面 面积 /m2 井口 标高 /m 井底 标高 /m 井筒 深度 /m 用途 中央竖井4．54． 5224． 335189． 3罐笼提升井 小高尖竖井4．84． 8211． 0－365 576． 0罐笼提升井 东风井3．03． 0218． 575143． 5回风井 西风井3．03． 0206． 675131． 6 回风井 已废弃 经过现场勘查、 设计资料分析及通风系统现状 监测， 银洞坡金矿西区 小高尖竖井 通风系统存在 的问题如下 1 矿井通风系统可靠性较差。受到采空区漏 风影响， 东风井地表主扇无法发挥系统总回风的作 用， 井下热风及采区污风无法沿设定路线排出地表， 小高尖竖井实际成为回风井。根据相关监测数据， 西区 小高尖竖井 出风量为 48． 63 m3/s， 其中 －205 m 水平 1 中段 、－ 245 m 水平 2 中段 、 －285 m 水平 3 中段 的出风量分别为 20． 82， 16． 79， 11． 02 m3/s。小高尖竖井为人员上下、 设备 材料运送及矿石提升的综合井， 该竖井出风存在严 重的安全隐患。 2 采场开采完毕后未及时充填， 西区 小高尖 竖井 －205 m 水平以上的采空区漏风及风流紊乱 问题开始显现， 局部作业环境较差。 －165 m 中段以 上上部采空区漏风通过 －165 m 东部 10线、 11线采 区天井和西部16线、 19线、 20线采区天井下到小高 尖 －205 m 及以下中段的风量达27．19 m3/s。 3 通风系统风流串联， 污风循环。 －245 m 水 平 2 中段 19线空压机硐室热源扩散 硐室内设备 温度高达 90 ℃ 造成 －205， －245， －285 m 水平局 部高温问题明显， －205 m 水平 19线倒段通风天井 联络巷温度达到 46 ℃。小高尖竖井地表井口温度 为 －3 ℃时， －325 m 水平 4 中段 主巷独头掘进温 度高达 33 ～35 ℃。 2通风系统优化改造 2． 1方案设计 1 矿井通风系统风压平衡。为有效减少地下 矿山采空区漏风对矿井通风系统的影响， 可以从降 低漏风巷道两端的压差来考虑， 即均衡漏风通道进、 出口两端的风压。通过网络风压平衡控制漏风量， 其实质是通过设置调压装置或调整通风系统局部阻 力来降低漏风巷道两端的风压差 ［8 ］; 风量平衡控制 漏风量则是通过设置通风设备以保证生产中段进风 量和回风量相当， 达到减少或避免系统外部漏风 采空区漏风 及内部多中段作业污风循环的目的。 2 通风网络优化。通过对银洞坡金矿通风网 络结构合理性进行分析、 评价， 本研究设计了“两进 一回” 的通风方案， 即小高尖井下采用压、 抽混合式 通风系统， 形成西部小高尖竖井、 中央竖井进风; 东 部 16线采区回风井 断面规格由现有的 1． 5 m 1． 8 m 扩大至 3． 5 m 或3 m 3 m 及 －165 m 水平 以上 至 35 m 采 区 的 回 风 井、 东 回 风 井 出 风。 －245 m 中段 2 中段 19线空压机硐室热源通过 19线天井回至 －165 m 水平， 以解决热风在采区中 段扩散的问题。 3 矿井总风量合理分配调控。改造后的通风 系统前期服务于 －205， －245， －285 m 3 个中段， 根 402 总第 595 期现代矿业2018 年 11 月第 11 期 ChaoXing 据井下各中段风量需求， 对系统风量进行了合理分 配， 系统回风机站控制总风量， 各中段进风机站调控 中段进风量并减少采空区漏风。 4 机站设置优化。增设 3 个无风墙进风机 站， 分别在 － 205，－ 245，－ 285 m 中段小高尖竖井 车场石门安装了 1 台同型号风机 型号为 K45- 6 №12， 电机功率为 18． 5 kW ， 控制小高尖竖井进风 量， 克服进风段通风阻力及采空区漏风影 响; －165 m 水平已有的 16线回风机站 风机型号为 K45- 4№14， 电机功率为 132 kW 不变， 采用变频控 制方式。 5 通风网络局阻、 机站局阻优化。对小高尖 矿井通风网络局阻、 无风墙机站及有风墙机站局阻 进行优化， 结合系统风量及风压 含自然风压 要 求， 运用通风系统三维动态模拟及风机优选等技术， 优选风机， 确保矿井通风系统处于安全、 可靠、 高效、 节能的工作状态。 6 通风构筑物设置。通风构筑物合理设置对 矿井风流调控及安全生产具有重要意义。当前井下 －165 m 水平与 －205 m 水平相通， 采空区漏风问题 较大， 需要对井下通风构筑物进行优化布置。 2． 2通风系统优化改造效果 根据小高尖矿井通风系统技术优化改造方案， 经过 3 个多月的现场实施， 完成了小高尖矿井通风 系统改造工作， 并对改造后的通风系统和反风试验 结果进行了监测分析， 结果如下。 1－165 m 水平主回风机站运行 1 台 K45- 4- №14 型风机 电机功率为 132 kW ， 运行频率为 45 Hz， 矿井总风量为 61． 04 m3/s， 达到设计的 47． 4 m3/s 总 风 量 要 求。该 风 机 实 耗 功 率 为 101． 32 kW，全 压 1 325 Pa，风 机 工 作 效 率 为 79． 82。 2 小高尖竖井进风量为 34． 46 m3/s， 其中 －205， －245， －285 m 中段分别进风 14． 08， 12． 76， 7． 62 m3/s， －245 m 中段 16线以东采空区漏风量 为 9． 75 m3/s 有效 ， －205 m 中段 16线西侧穿脉 巷采空区漏风量为 10． 21 m3/s 无效 ， 通风系统有 效风量率为 72． 43。 3 采空区漏风量为 26． 58 m3/s， 其中 －245 m 中段回风巷 16线以东 漏风量为 9． 75 m3/s， －205 m 中 段 回 风 巷 16线 以 西 漏 风 量 为 10． 21 m3/s。 4 小高尖竖井进风侧温度为 28 ～30 ℃， 为小 高尖竖井长期处于回风状态井筒内集热所致， 通风 系统正常运行后， 进风风温将与地表温度保持一致。 5 通风系统反风试验时实现 －165 m 水平主 回风机站风机反转运行， 各进风辅扇停机， 系统反风 量为 48． 89 m3/s，为 系 统 正 常 运 转 时 风 量 的 80． 10。系统反风后 5 ～10 min 内， 井下风流流向 稳定， 通风系统各监测点的主要巷道风流均已反向。 3结论 1 通过采用系统风压平衡原理、 通风网络优 化及机站优化技术， 对银洞坡金矿通风系统采用压、 抽混合式通风方式进行优化改造， 有效解决了采空 区漏风、 小高尖竖井出风、 采区中段污风串联的技术 难题， 并建立了稳定可靠的通风系统。 2 矿井总风量为 61． 04 m3/s， 达到设计的 47． 4 m3/s总风量要求。 － 165 m 水平主回风机站 风机运行效率为 79． 82， 系统有效风量率为 72. 43。 3 生产中段采用无风墙进风辅扇， 对各中段 风量进行合理调节控制。小高尖竖井进风量为 34． 46 m3/s， 其中， －205，－ 245，－ 285 m 中段分别 进风 14． 08， 12． 76， 7． 62 m3/s。 4 通风系统反风风量为 48． 89 m3/s， 为系统 正常运转时风量的 80． 10。系统反风后 5 ～ 10 min 内， 井下风流流向稳定。 参考文献 ［ 1］王广． 银洞坡金矿尾矿库加高增容的技术研究［J］． 金属矿 山， 2001 8 49- 50． ［ 2］宋甫， 周益龙， 江飞飞． 浅孔留矿法在急倾斜薄至极薄矿脉 开采中的应用［J］． 现代矿业， 2015 6 32- 33． ［ 3］王成龙， 王颍． 平底结构浅孔留矿法在金陶公司二矿区的应 用［J］． 现代矿业， 2015 6 210- 211． ［ 4］钟勇． 上宫金矿浅孔留矿法采矿工艺改进［J］． 现代矿业， 2016 8 29- 31． ［ 5］吴冷峻， 周伟， 贾敏涛， 等． 我国金属矿山矿井通风系统评述 ［J］． 现代矿业， 2018 5 1- 7． ［ 6］侯垣麒， 鲁智勇， 吴冷峻． 安徽龙塘沿铁矿通风系统优化［J］． 现代矿业， 2018 5 40- 42． ［ 7］王维， 王伟杰， 吴冷峻， 等． 山东苍山铁矿主井溜破系统通风 方案优化［J］． 现代矿业， 2018 5 32- 35． ［ 8］王洪武， 周连春， 万永军， 等． 均压通风技术在治理采空区漏风 中的应用［J］． 水力采煤与管道运输， 2010 4 3- 5． 收稿日期 2018- 08- 29 502 吴冷峻周伟等 河南省桐柏县银洞坡金矿通风系统优化2018 年 11 月第 11 期 ChaoXing