铜坑矿压风自救系统设计

2014-03-23卢海川

采矿技术 2014年6期

卢海川

(广西华锡集团股份有限公司铜坑矿，广西河池市 547000)

0 引言

铜坑锡矿是全国有名的大型地下锡矿床，开采历史悠久，开采深度大，巷道四通八达，井下作业人员多。铜坑锡矿细脉带矿体含硫高，二氧化硫等有毒气体逸出量大，威胁井下作业人员的安全[1]。

压风自救系统是矿山六大系统的重要组成部分[2￣3]。压风自救系统利用矿井的压风风源，在矿井发生灾变情况时，利用风压自救装备及时向灾区提供新鲜空气，使受灾害威胁的人员达到安全自救的目的。压风自救系统主要由空气压缩机、井下压风管路、压风自救装置等组成。一般要在地面建立压风机房。设计建立压风自救系统对保障井下作业人员的安全具有重要意义[4￣7]。

1 铜坑矿供风系统现状

1.1 压风机站及主要机械设备

铜坑矿供风系统由地面压风机站和井下空压机组成。总供风能力为649.5 m3/min。铜坑矿压风机站布置在距2#竖井东侧约50 m的工业广场内，通风良好,周围无废石场、烟囱、矿山出风井，便于供水供电，站房内空压机单排布置，与墙壁距离2 m以上，设备之间通道净距2 m以上。压风机站内安装有5台往复活塞式空压机和一台螺杆式空压机，总供风能力为585.5 m3/min。

5台往复活塞式空压机型号为2D12-100/8，由两级缸体组成，公称容积流量为100 m3/min，额定排气压力为0.8 MPa。另一台螺杆式空压机为美国寿力公司的TS32S-600H，该空压机由两级缸体组成，公称容积流量为85.5 m3/min，额定排气压力为0.8 MPa。

每台空压机都配有进气过滤器(滤风器)、冷却装置、各种监测调节仪表和一个储气罐，储气罐内装有油水分离器。空气进入空压机前先经滤风器过滤杂质，经空压机一级压缩后进行水冷却，再经二级压缩和后冷却后进入储气罐，在储气罐内油水分离器过滤油水杂质后经主供风管网送往井下。

在305、355中段各安装有2台瑞典阿特拉斯.柯普柯公司生产的GA90PA-7.5螺杆式空压机，该空压机公称容积流量为16 m3/min，电机额定功率为90 kW。其管路在东副井井筒侧通过DN100闸阀与主供气站往东副井井筒的Φ125 mm管路相连接。当风压不够时，4台空压机自动压风补充供风。

1.2 供风管路

供风管路主要有两个分支，分别为2#竖井供风系统和东副井供风系统。2#竖井供风系统供风区域为355 m以上中段(含355 m中段)。地面压风机房压风后通过Φ373 mm管路沿2#竖井井筒向下供风，在505,455,430,405,392 m和355 m等中段2#竖井码头门处接风支管沿平巷供各中段用风，风量大小由控制闸阀(控制阀的位置)进行调节。其中505 m供风支管经平巷沿斜坡道往上向570，584，598，613 m和625 m等区域供风。

东副井供风系统供风区域为305 m中段和255 m中段。地面压风机房压风后通过Φ150 mm管路沿东副井井筒向下供风，在305 m和255 m中段码头门处接Φ125 mm支管沿平巷向各中段供风，风量大小由控制闸阀(控制阀的位置)进行调节。铜坑矿供风系统主管路如图1所示。

图1 供风系统主管路示意

2 压风自救系统方案

铜坑矿拥有较为完善的供气系统，空压机站风源质量良好，每个储气罐内均安装了油水分离器，能在10 min内启动，井下供气管道铺设到主要硐室和各采掘作业点，可满足压风自救系统要求。在现有供风系统的基础上进行方案设计，使其具有压风自救功能。

2.1 供风能力核算

当井下发生井下灾害等特殊情况时，井下风动设备无法立刻停止运行，对压风机站同时供应生产和压风自救的供风能力进行核算。铜坑矿生产用气量一般为180 m3/min。同时使用压风系统的最大人数为750人。根据国家供风自救系统建设规范要求，供风量每人不低于Pi=0.3 m3/min。

Qmax*=1.05×Kg×Kl×N×Pi+Qmax

=1.05×1.13×1.20×750×0.3+180

=500.4m3/min

式中：Kg—高原修正系数,1.13；

Kl—管网漏气系数,1.20；

N—井下同时作业最多人数,750人。

地面压风机站总供风能力为585.5 m3/min，完全能满足生产和压风自救的需要。井下发生灾变需要使用压风自救系统时，只需要将所有空压机开启就可以满足需求。

2.2 供风压力核算

根据国家供风自救系统建设规范要求，用风点出口风压应为0.1～0.3 MPa，压力大于0.3 MPa时，压风自救装置可将压力减为0.1～0.3 MPa。只需核算用风点最小出口风压，选取最远的压风管路进行供气压力核算。根据作业点分布和井下供风管路铺设情况，确定到255 m中段为供风最远一路管道：压风机站→东副井→305水平→2#盲斜井→255水平→距2#盲斜井口最远作业点。该管道中各管段的压力损失由下式计算：

式中:di—该管段标准管径，m；

li—考虑局部损失在内的该管段折算长度，折算系数取1.151 m/m；

Qi—通过管段的空气流量(自由状态)，m3/min。

设管径为150 mm的管段为A段，125 mm的为B段。经计算，经过各管段的参数如表1所示。

表1 各管段压力参数

总压力损失ΔP为各管段压力损失之和，此最远一路管道有n段管道组成，即：

则ΔP=0.03091 MPa

则供风最远用气点压力为：

P=PH-ΔP=0.76909 MPa

式中：PH为空压机额定排气压力，MPa。

从计算结果可知，最远点用气压力为0.77 MPa，(局部区域因管径小于125 mm，但从铜坑实际使用情况调查，井下用气压力一般在0.3～0.7 MPa之间)，用气点出风压力大于规范要求的最小压力0.1 MPa，无需安装增压设备，只需采用压风自救装置自行减压即可。

2.3 压风管网铺设

铜坑矿现有压风管道大部分采用有缝钢管，少部分采用PE塑料管，与供水管道并行敷设于井巷同侧，且牢固平直。供风管道已铺设至各中段、分段采掘作业场所和各主要硐室。对部分老化失修或管材不符合要求的管道进行更换，对部分风管被拆除的区域增设管路，即可满足压风自救系统要求。各中段整改或增设的管路长度见表2。

根据建设要求，井下供风管道上需安装三通及阀门。三通及阀门的安设原则为：各主要生产中段和分段进风巷道的压风管道上每隔300 m应安设一组三通及阀门；独头掘进巷道距掘进工作面80 m处的压风管道上应安设一组三通及阀门，向外每隔300 m应安设一组三通及阀门；爆破时撤离人员集中地点的压风管道上应安设一组三通及阀门。铜坑矿在255中段设置紧急避险硐室，布置在214-1#～216#线之间。安装建设要求，将直径为100 mm的风管接入避险硐室，并安装三通及闸阀，在避险硐室安装足够避险人员使用的压风自救装置，压风自救装置具有减压功能，避险人员可直接使用压风自救装置进行自救。

表2 供风管路整改长度统计表 m

2.4 压风自救装置的选择与安装

压缩空气自救装置是一种固定在生产场所附近的固定自救装置，它的气源来自于生产动力系统——压缩空气管路系统。由于管路内的压缩空气具有较高的压力和流量，不能直接用于呼吸，必须经过减压、节流使其达到适宜人体呼吸的压力和流量值，并要同时解决消声(由于减压引起)和空气净化问题。通过可调式气流阀调节节流面积，以适应不同供风压力下的流量要求，供风量每人不低于0.3m3/min。

比较ZY-J型、ZYJ(A)型和ZY—M型三种自救装置，ZY-J型简单方便，价格低廉，ZYJ(A)型是在ZY-J型上改进的，舒适度与实用性更强，并且设计样式与ZY—M型相似。所以在不考虑成本因素的情况下，优选ZYJ(A)型压风自救装置，每组自救装置可供6人使用。该装置外表面光滑、无毛刺，表面镀层均匀、牢固，避灾人员在使用时，无刺痛和压迫感。ZYJ(A)型压风自救装置的相关技术参数见表3。本装置一箱六组，能同时提供6人使用。采用轻型呼吸面罩直接带在嘴上进行呼吸，还具有稳定调节压力、手动流量调节、三级消音、过滤、排水、防尘等6种功能。通过该装置输送新鲜空气，使避灾人员能长时间呼吸轻松，达到安全避灾，稳定工作情绪的目的，并且方便工人了解周围情况的变化，有利于安全避灾。

压风自救系统及装置要安装在地点宽敞、支护良好的人行道侧。在井下要有明显的标志，个体自救设施色彩要明亮，便于遇险矿工在紧急情况下寻找。包括压风管路、硐室风门应为白色或黄色或黏贴荧光带，并设置指示牌。指示牌标明自救设施的位置、数量，便于避难人员做出决定。压风自救装置下面要便于人员站立、停靠，不得有水沟无盖板或盖板不齐全的现象。接入避难硐室的装置，要考虑座椅及停靠地点的高度及位置，安装压风自救系统装置。压风自救装置阀门扳手要同一方向且平行于巷道，装置零部件的连接应牢固、可靠，自救装置上的矿尘要及时清理，装置下面或管路上不得堆放杂物。

在人员疏散集中地、避险设施等主要地点应安设压风自救装置，有毒有害气体涌出的独头掘进巷道距掘进工作面不大于100 m处的压风管道上应安设压风自救装置。所以选择避难硐室、各中段马头门和有毒有害气体涌出的独头掘进巷道作为压风自救装置的安装点。根据矿山安全规定，井下安装的压风自救装置的个数不得少于井下人员的三分之一。据铜坑矿历年统计，同时下井人数最多在750人左右，则压风自救装置不能少于42组(一组6套)。避难硐室(设计容量80人)安装15组，各主要硐室(油库、炸药库、主变电室)附近下风侧各安置3组，计15组，独头掘进巷道(455 m28-2、190#脉、长峰大巷、255和305东端独头面)各安装3组，计15组，合计45组。