不完全多级机站通风系统的应用

赵小稚，王劼

(山东理工大学，山东淄博 255049)

不完全多级机站通风系统的应用

赵小稚，王劼

(山东理工大学，山东淄博 255049)

运用系统思想和方法，在深入分析多级机站通风系统的特点及其生产实践的基础上，为解决多矿体开采通风问题提出了“不完全多级机站矿井通风系统”的概念，在某黄金矿山实际应用的情况表明，各项通风质量指标及效益指标有了全面的改善和大幅度的提升，风量合格率增幅达58.1%，有效风量率为原来的6倍，通风成本降低了42%。对不完全多级机站通风系统所做的理论探讨说明，这种通风系统对多个规模较小矿体，埋藏不深，形态不规则，且分散分布的矿床具有很好的适应性。

不完全多级机站;通风系统;无风墙风机;矿用节能风机;分区通风

1 引言

20世纪80年代初，我国冶金矿山在总结本国通风技术的基础上，借鉴瑞典基鲁纳(Kiruna)铁矿的经验，提出了多级机站通风的方法［1］。多级机站通风系统具有通风阻力分布均匀，分区通风可调性好，功耗少节能显著的优点，是一种先进的通风方法。另一方面，我国风机行业研制的K系列矿用节能通风机为多级机站通风系统推广应用做出了很大贡献。K系列风机采用新型高效机翼型扭曲叶片，安装角度可调，敷设稳流环装置使气动性能曲线无驼峰，底座上可配带轴向移动的车轮。因此，具有高效低噪、高效区宽、性能稳定、结构简单、安装容易、使用方便等优点，同时具有显著的节能效果。经过十多年的努力，目前多级机站通风技术已日趋成熟，已在冶金、有色金属、黄金等矿山系统得到应用。特别是近几年发展更快，一些大型的新建矿山和扩建矿山，如北铭河、梅山、桦树沟、程潮、弓长岭等矿几乎全采用了此通风方式［2］，取得了明显的通风效果和显著的经济效益。

一个完整的多级机站通风系统由4级机站组成［3］:

Ⅰ级机站:为压入式机站，机站设置于系统的进风段，新鲜风流经它引导进入井下。

Ⅱ级机站:起通风压力接力和井下作业区引风的作用，是保证作业区供风的主要风机，即其直接作用对象是井下采矿作业区。

Ⅲ级机站:为抽出式风机，在采区的回风部分，直接将采区的污浊空气排出。

Ⅳ级机站:是通风系统的总回风机站，其作用是防止自然风流的干扰，防止风流在回风系统中无序流动。它将各采区排出的污风排至地表。

除此之外，在风阻比较大的区段，可增加部分附加机站。

2 问题的提出

对于多个规模比较小，埋藏不深，形态不规则的，且分散分布的矿体而构成的开采井田，如何建立其矿井通风系统，历来是矿井通风工程中不易解决的问题。多级机站矿井通风系统的灵活应用为解决这一问题提供了很好的途径。

系统具有层次性，层次的多少与系统规模大小、系统复杂程度等相联系，层次过多则每个层次作用幅度太小会使系统的有效度降低，层次过少则每个层次作用幅度太大而使系统的可靠度降低，基本原则是能使系统有效高效运行的层次应该是最少的［4］。对于多级机站矿井通风系统，机站的级数可以是4级、3级和2级，应在满足通风及风量调节的前提下尽量减少，这样可以减化系统的管理工作，提高系统的运行效率。因此，相对于一个完整的多级机站通风系统，我们把2级和3级机站系统统称为“不完全多级机站矿井通风系统”;根据实际通风条件，各级机站还可以有不同的组合，如2级机站，可以采用压抽混合的机站设置，也可以是两级机站串联抽出式工作等。

根据实际应用，不完全多级机站矿井通风系统能够较好地适应矿区多个规模较小矿体且地质条件复杂的开采特点。

3 应用实例

由于多矿体的分散性及矿体形态的复杂性，蚕庄金矿上庄矿区投产后的10余年中实际上未能建立起有效的通风系统。矿井部分区段以机械通风为主，而有些区段要依靠自然通风，通风系统紊乱，有效风量率低，能耗浪费严重，主要通风井巷通风阻力过大，井下通风条件差，通风系统管理难度大，严重影响了企业的安全生产和正常发展。因此该矿与有关单位合作研究，于近年对矿井通风系统进行了改进和优化。

如果采用4级机站通风系统，则单级机站的控制距离就会很小，机站比风压相应很低，致使机站风机在低风阻状态下工作，造成通风机运转效率低下，同时也增加了通风工程的投资。根据单级机站合理的控制范围，以及节省投资、便于管理的原则，上庄矿区采用了2级机站系统，即“不完全多级机站通风系统”。考虑到矿井回风系统易于维护的实际情况，不完全多级机站通风系统的具体方案是:设置Ⅲ级和Ⅳ级机站，Ⅲ级机站使用6台K40－6－NO8 (2.2kW)通风机，作抽出式工作，抽出作业区的污浊空气，同时将新鲜空气引入各采场;Ⅳ级机站采用1台K40－6－NO13(30kW)通风机作抽出式工作，将Ⅲ级机站各风机抽出的污风再抽排至地表;Ⅲ级机站为无风墙风机机站。通风系统参看图1。

图1 蚕庄金矿上庄矿区不完全多级机站通风系统图

4 应用效果分析

这种不完全多级机站通风系统不仅减少了机站级数和风机台数，简化了管理工作，而且使各机站能在经济合理范围内工作，降低整个通风系统的能耗，提高了风机运转效率，在建立和完善矿井通风系统方面，对其它多矿体开采的矿山也有一定的借鉴作用。

4.1 机站风压的合理性

在机站内，风机的型号和机站的配置形式决定了机站的风量和风压。有专家提出用机站比风压来描述机站风压的合理性［3］。所谓机站比风压是指机站的全压与机站风量的比值，单位为Pa·s/m3。对于K系列节能风机，当风机转速依次为1450、980、750r/min时，机站比风压的合理取值范围依次为20～40、10～20、6～12 Pa·s/m3，如此才能使风机的工况点落在高效区域。另外，K系列风机有3种转速，即A转速为1450r/min，B转速为980r/min，C转速为750r/min。上庄矿区改进后的通风系统选用B转速的K系列风机，这是因为A转速的风机转速高、风压大，对于低阻力矿井通风系统来说，单级机站控制的范围过大，况且A转速风机噪声也大;C转速风机风量较小，选出的风机尺寸偏大，会造成设备投资浪费。例如，经计算，上庄矿区通风系统中Ⅲ级机站比风压为16.02 Pa·s/m3，而Ⅳ级机站比风压略为偏大。因此，机站风压总体上看是基本合理的。

4.2 机站内风机数量的合理性

机站内风机数量主要是针对Ⅲ级机站而言的。首先，由于上庄矿区为多矿体分散分布的地质条件，这种条件必然会影响矿山生产的均衡性。Ⅲ级机站配置6台K40－6－NO8风机，即机站内采用多台风机并联的配置形式，其主要考虑是当产量发生变化时，可以通过调整风机的台数来实现风量的控制;其次，在风量一定的条件下，如果机站要求的风压较低，则应选择多台较小规格的风机并联。正是基于这种考虑，Ⅲ级机站配置6台K40－6－NO8(2.2kW)风机并联，在使用上有比较强的灵活性，同时也节省了投资;再次，根据矿山开拓开采巷道的实际情况，机站内风机数量的配备充分利用了现有巷道作为通风通道，以适应开拓开采的需要。总之，不完全多级机站通风系统具有很强的适应性，完全符合蚕庄金矿上庄矿区地质及开拓开采的实际情况。

4.3 机站级数的合理性

确定机站级数时应在满足通风及风量调节的前提下尽量减少，这样既可以节省大量的通风工程费用，又可以大大简化通风系统的管理工作，对于通风阻力不是很大的矿井更应如此。显然，蚕庄金矿上庄矿区采用不完全多级机站通风系统是符合实际，而且是合理的。

4.4 无风墙辅助风机的合理性

无风墙辅助风机是根据有效风压原理，借助通风机出风口所造成的动压进行通风，无需在通风机入风口与出风口之间设置隔断风流的风墙［5］。无风墙辅助风机除使用和移动十分方便，增加采区风量，抵制自然风流干扰之外，由于没有风墙的阻挡，还能有效地防止当采场进行爆破作业时产生的爆破冲击波对机站的破坏，而有风墙机站极易被采场爆破的空气冲击波所破坏。

4.5 系统的可调节性

虽然矿山在正常生产时，需风点在相当时间内是相对稳定的，但矿山生产也客观上存在不均衡性，如年底、月底停产检修时全矿只需很少的风量。另外，白班生产是满负荷，夜班作业地点可能会少一些;对此，单一主扇通风系统是没有太好的调节办法的，完全多级机站系统由于Ⅰ、Ⅳ级机站均为主力通风机，其系统可调节方面显然不如不完全多级机站系统更为方便灵活。

4.6 减少漏风的分析

这种完全抽出式的不完全多级机站通风系统具有多级机站系统能使通风压力梯度相对均匀化，做到外部漏风点保持零压，内部漏风点风压相等，最大限度地克服系统漏风的共性，同时还因为系统没有设置安装有压入式主力通风机的Ⅰ级机站而使漏风更为减少。压入式主通风机控制漏风的风门安设在进风段，风量集中，压力梯度大，漏风难以避免，还会给井下运输、行人造成不便。

4.7 节能分析

不完全多级机站系统除具有一般多级机站通风系统通过多级、多站、多台风机的一定配置，采用均压通风、减阻调节，使用低压大流量节能风机使整个网路功耗降低的优点之外［6］，还因为系统机站级数少而使系统节能效果更为显著。

4.8 应用效果

按照《冶金矿山矿井通风系统鉴定指标》的方法，经实际测算矿井通风系统改进与优化前后的各项鉴定指标，并进行比较。各项鉴定指标的计算结果列于表1中。

从表1中可知，改进和优化以后的通风系统，各项通风质量指标及效益指标有了全面的改善和大幅度的提升。通风系统的改进和优化使风量合格率增幅58.1%，有效风量率为原来的6倍，节电率达45%，通风成本降低42%，综合指标增加了42.5个百分点。实践证明其运行安全可靠、经济合理，满足了安全、生产的需要。

表1 矿井通风系统改进与优化前后鉴定指标比较表

5 结语

(1)对于金矿多矿脉开采通风，合理地进行层次的划分，使同一层次的通风需求基本相同，然后根据风流流动规律灵活安排多级机站级数及各机站风机数量和机型，机站主要布置在通风系统的回风段及矿块进风道，从而形成不完全多级机站通风系统。

(2)不完全多级机站通风系统在蚕庄金矿得到成功应用，结果表明该矿通风系统的各项效率指标都有明显提高，新的通风方法既具有科学合理性，同时也便于管理，简单易行，灵活实用。

(3)不完全多级机站通风系统不仅符合蚕庄金矿上庄矿区地质及开拓开采的实际，而且对同类矿山建立或改进通风系统提供了有益的借鉴。

［1］董振民.论多级机站通风技术的若干问题［J］.矿业快报，2001(12):1－4.

［2］董振民.多级机站通风与节能［J］.山东煤炭科技，1994(3): 18－21.

［3］杨娟.矿井通风系统多级机站的合理配置［J］.工业安全与防尘，1999(3):18－21.

［4］董春雨，姜璐.层次性:系统思想与方法的精髓［J］.系统辩证学学报，2001，9(1):1－4.

［5］王英敏.矿井通风与防尘［M］.北京:冶金工业出版社，1993.

［6］陈宜华，唐胜卫.冶金矿山矿井多级机站通风技术节能分析［J］.现代矿业，2010(10): 100－105.

Application of the Incomplete Multi－stage Fan Stations Ventilation System

ZHAO Xiao－zhi，WANG Jie
(Shandong University of Technology，Zibo，Shandong 255049，China)

On the base of the study of the characteristics and production practice of the Multistage Fan Station Ventilating System by the use of systematic thought and approach，the concept of the Incomplete Multistage Fan Station Mine－ventilation System is put forward to resolve the ventilation problem in multiple ore body exploitation.In the practical application at a gold mine，the ventilation quality and efficiency indicator all highly improved that the air quantity acceptability increased by 58.1%，the effective air quantity rate was 6 times as much as before and the ventilation cost was reduced by 42%.The theoretical study on the Incomplete Multistage Fan Station Ventilating System shows that the ventilating system could be well adapted to the mines which have multiple small－scale ore bodies，shallow buried，irregular formed and scattered ore bodies.

incomplete multi－stage fan stations;ventilation system;fan with no brattice;mine energy－saving fan;separate ventilation

TD72

:B

:1009－3842(2012)04－0025－04

2012－06－13

赵小稚(1954－)，男，湖北孝感人，教授，从事采矿工程专业的教学与科研工作。E－mail:zlszb168@sina.com