某矿山通风系统改造的设计

2010-11-15文兴

采矿技术 2010年6期

关键词：坑口漏风斜井

文兴

(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)

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)

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。

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

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

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 m3/min。

(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 m3/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 m3/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 1.5 m3/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,m3/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,m3/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,m3/s;

n硐——硐室的数量,取 0个;

q硐——硐室的计算风量,m3/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 ,m3/s。

将有关数据代入上述计算式,得矿井风量为:Q=32.4 m3/s。

(6)按井下同时工作最多人数 300人计算,需风量为:Q=20 m3/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 m3/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:

通风困难时期的总阻力:

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:

式中:Qf——主要风机的工作风量,m3/s;

Qm——矿井需风量,m3/s;

k——漏风损失系数 ,取 k=1.1。

将有关数据代入得:Qf=35.64 m3/s。

(2)计算风机风压:

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:

(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、Hsdmin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。