陕西省镇巴屈家山锰矿通风系统的改造

席龙安,杨 震

(1.陕西省冶金矿山公司,陕西 西安 710005;2.西安建筑科技大学矿山系统工程研究所,陕西 西安 710055)

陕西省镇巴屈家山锰矿通风系统的改造

席龙安1,杨 震2

(1.陕西省冶金矿山公司,陕西 西安 710005;2.西安建筑科技大学矿山系统工程研究所,陕西 西安 710055)

针对陕西省镇巴屈家山锰矿井下风流线路紊乱,现有的通风系统能力不足,进入深部开采采区温度增加等问题,提出了矿井通风系统优化改造方案,并对井下通风设备进行选型,确定了矿井通风系统最优改造方案,该方案被实施后满足了用风地点的需风要求,取得了良好的效果。

锰矿;通风系统;通风设备;优化

1 矿井通风现状

陕西省镇巴屈家山锰矿地处山区,采用平硐盲斜井开拓,矿山成立至今一直处于边探边采状态,原设计通风系统为自然通风。随着巷道长度的增加,通风线路的延长,采空区、废弃巷道等影响,自然通风的条件越来越差,特别是春秋季节,风流有时处于停滞状态,或一天风向变化几次。鉴于这种情况,仅加强采场、掘进工作面的局部通风不能从根本解决问题。另一方面,近两年的生产中施工了不少坑道,揭露的矿体形态以及埋藏深度,矿体厚度等与原地质报告有一定出入,保有储量也有一定变化,使原有生产能力与服务年限不匹配,原有通风系统的通风能力已满足不了下一步生产的要求。

为改善井下通风条件和作业环境,促进安全生产,提高劳动生产率,必须对现有的通风系统加以优化改造。

2 井下通风系统的选择

通风系统的选择与矿山的开拓系统、采矿方法紧密相关,进行矿山通风系统方案的设计时需要综合考虑开拓、采矿、通风等系统的相互关系和影响[1]。根据屈家山锰矿的开拓系统实际状况和通风系统方案设计的主要原则,决定选择中央抽出式通风系统。

2.1 通风系统的基本情况

矿山在矿区13～23线区域内共形成坑口4个,包括700井口、810井口、880井口和920井口。其中920井口已闭坑,880和810井口已近入回采尾期,主要生产井口以700为主,810井口为辅。530 m坑口已开始挖掘,其余为盲中段,本通风设计范围为530～810 m水平。从开拓状态判断,在矿体另一端部掘一回风井形成单翼对角抽出式通风系统较为合适。但回风井井口处于高山上,海拔高、工程量大。决定利用现有工程,即810 m平硐作为总回风巷道。由700 m水平或530 m水平硐口进风,形成中央抽出式通风系统。其优点是省去了掘几百米回风井的工程,缺点是通风线路较长、通风阻力、通风动力较大。

由于矿山已开采多年,已形成较多的采空区和废弃的巷道,为使中央抽出式通风系统漏风少,有效风量率高,通风效果好,必须在810 m水平以上形成一隔离层,隔开上部已采完的废弃采区、井巷。同时对天井口要密闭,对漏斗口要填实,对有少量作业的采区用局部通风解决通风问题。另外,在通风系统中还必须设置通风构筑物。

2.2 通风线路

本通风设计范围为530～810 m水平。根据井下井巷布置,矿井通风系统的确定,矿井通风最困难的通风线路如下:

新鲜风流从530 m主平硐口进入,沿530 m沿脉平巷→采场通风天井→冲洗回采工作面。污风分别经各采场回风天井到580 m水平沿脉平巷,经3段回风井和两段斜井到810 m水平回风平巷、主运平硐,由安装在硐口附近绕道中的风机排出地表进入大气层。

2.3 主要通风井巷规格

主要通风井巷规格如表1所示。

表1 主要通风井巷规格统计

2.4 风量计算

1)按回采、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和计算

式中 Qt——矿井总风量(m3/s);

K——风量备用系数,取1.4。

按照排尘风速计算采矿工作面和掘进工作面所需风量,硐室按设计手册规定给定风量。按排尘风速计算矿井总风量,全矿需风量风见表2。

表2 矿井风量统计表

2)按矿井年产量估算矿井风量

根据采矿设计手册,查阅年产万吨风量的参数,小型矿井年产万吨矿石所需通风风量为2.0～4.5 m3/(a.万t),则本矿估算风量:

Q=(2.0～4.5)m3/(a.104t)×5×104t/a= (10～22.5)m3/s

综合比较以上两种计算结果,确定矿井通风风量为18.5 m3/s。

2.5 矿井通风阻力计算

1)矿井通风总阻力计算原则

a矿井通风的总阻力,一般不超过3 000 Pa,否则应采取降尘措施;

b本矿井通风局部阻力按井巷摩擦阻力的20%取。

2)风量分配

矿井总风量是井下各个工作地点的有效风量与各条风路上的漏风量之总和。各用风地点所需的有效风量如表2中所列的进行分配,具体见矿井通风系统示意图。各通风巷道断面的风速均满足《金属非金属矿山安全规程》的有关规定。

3)通风阻力

矿井的总风压为进风井井口到出风井井口之间的巷道总阻力。

矿井通风摩擦阻力采用下式计算:

式中 hi——通风摩擦阻力(Pa);

a——摩擦阻力系数(N·S2/m4);

P——井巷工程断面周长(m);

S——井巷工程断面面积(m2);

Qi——风量(m3/s)。

以通风阻力最大的线路作为通风摩擦阻力计算的依据,经过计算,后期最大通风摩擦阻力为775.3 Pa。

矿井通风总阻力计算按下式计算:

式中 ht——矿井总阻力(Pa);

hf——矿井总摩擦阻力(Pa)。

计算矿井通风总阻力为ht=1.2×775.3= 930.4 Pa

3 矿井通风设备选择

为降低井下通风阻力,节约电耗,选择合适主扇,要求通风线路中13-14点、15-16点、17-18点3段回风井的断面为2.0 m2×2.0 m2=4.0m2,或者3段回风井中各采用断面为1.5 m2×1.5 m2= 2.25 m2的两条天井并联回风,效果相同。

3.1 扇风机的风量Qf

式中

ρ——扇风机装备量的风量备用系数,一般ρ =1.1;

Qf——矿井总风量(m3/s)。

Qf=1.1×18.5=20.35 m3/s。

3.2 扇风机的风压Hf

式中 ht——矿井通风总阻力,930.4 Pa;

hn——计算为-131.8 Pa,与扇风机通风方向相反;

hr——扇风机装置阻力,试算结果扇风机装置阻力取175 Pa;

hv——出口动压损失,经计算本矿为58.3 Pa。

Hf=930.4+131.8+175+58.3=1 295.5 Pa。

3.3 扇风机选择

以计算出Qf和Hf值在扇风机个体特性曲线图,接照工况点选取扇风机的方法,选定扇风机。其型号及工况参数如下:

参数:θ=40(°);n=1 450 r/min;N=45 kW;η =70%。

配套电机型号:Y225M-4,备用同型号电机1台。

风机安装在+810 m水平主运平硐硐口附近绕道中。其主扇的布置方式见图1。

主扇耗电量计算:

风机轴功率:

图1 绕道中风机的安装示意

式中 Qf1——工矿点风量(m3/s);

Hf1——工矿点风量,m3/s;

ηf1——工矿点风量(m3/s)。

风机每日耗电量:

式中 t1——风机每日工作小时数,20 h;

η1——风机效率,0.94; ηt——变压器效率,0.80;

ηw——电线输电效率,0.95。

矿石日产量165 t,每吨矿石通风耗电量= 997.76/165=6.05 kW·h。

一般矿山每吨矿石通风耗电量为5～7 kW·h,本矿通风耗电量在正常范围内。

4 通风系统优化改造应用效果

陕西省镇巴屈家山锰矿通风系统经过优化改造,并投入使用半年,在使用期间井下各用风地点完全满足需风要求。用风地点由于风量和风速的增加,温度也有所下降,提高了井下工作环境的舒适度,通风系统优化改造取得了预期的效果。

[1] 王在永.矿井通风系统设计及其可靠性分析[J].硅谷,2010, (3):100-103.

[2] 陈开岩.矿井通风系统优化理论及应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[3] 马斌.白水煤矿通风系统改造及井下辅助通风机选型[J].煤矿机械,2010,(1):172-174.

The Reform of Ventilation System in Shanxi Province,Zhenba Qu Jiashan Manganese Ore

XI Long-an1,YANG Zhen2
(1.Shanxi Metallurgical Mining Co.Xi’an,Shanxi 710005,China;2.Xi’an University of A rchitecture and Technology,Institute of Mining system engineering,Xi’an,Shanxi 710055,China)

Qu Jiashan Zhenba manganese ore of Shanxi Province,lack of capacity of existing ventilation system into the deep mining area of temperature,including other issues on the mine ventilation system,was measured by field verification.After the proposed mine in Ventilation system of optimization rehabilitation programs,we know underground ventilation equipment selection,mine ventilation system to determine the optimal rehabilitation programs.The program has been implemented to meet the needs of the location of the wind with the wind requirements,and we have achieved good results.

Manganese Mine;Ventilation system;Ventilation Equipment;Optimization

book=25,ebook=25

TD441

B

1002-4336(2010)03-0041-04

2010-04-28

席龙安(1964-),男,陕西西安人,副总经理,高级工程师,主要从事锰矿资源开采经营研究工作,手机: 13772466599,电话:029-87421602,E-mail:604386774@qq.com,通讯地址:陕西省西安市高新区科技路50号金桥国际广场B座.