付老庄铁矿通风系统三维建模及优化*
2015-03-08居伟伟黄俊歆中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司金属矿山安全与健康国家重点实验室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湖南工学院安全与环境工程学院
王 爽 居伟伟 黄俊歆(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;.湖南工学院安全与环境工程学院)
付老庄铁矿通风系统三维建模及优化*
王 爽1,2,3居伟伟1,2,3黄俊歆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.湖南工学院安全与环境工程学院)
根据付老庄铁矿的实际生产情况,分析了目前通风系统存在的问题,利用3Dmine软件构建该矿通风三维立体系统图,从通风方案的系统装机容量、系统总风量、系统实耗功率、风机通风阻力、机站效率、经济比较等方面,提出了3种优化方案及通风网络解算,确定了最优通风方案。通过对方案实施后的现场检查,确定了方案的实际有效性。
通风系统 三维建模 方案优化
付老庄铁矿位于安徽省六安市霍邱县周集镇境内,隶属安徽富凯矿业有限公司。根据该矿床赋存条件,可能采用的采矿方法、装备水平,设计其开采规模为:采、选原矿一期200万t/a,服务年限为11 a;二期150万t/a,服务年限13 a。矿井通风系统存在:①总风量不足,通风系统矿井总回风量为86.71 m3/s,未达到设计风量(222 m3/s)要求,无法满足设计生产规模安全需要;②机站风机工况偏低且位置不合理,-275 m 水平回风机站安装的4台K45-6-№18(160 kW),两台并联运行,实耗功率分别为102.61和109.09 kW,风机运行功率较低,4台风机以两两串联后再并联安装,分别开机时对风机性能影响较大,同时也影响矿井总回风量;③中段回风井断面不足,-370~-260 m水平只有一条回风井回风(φ3 m),面积为7.07 m2。按安全规程允许的最大回风风速(15 m/s)计算,最大回风量为106.5 m3/s,无法满足222 m3/s风量要求,需对其进行优化改造。
1 原通风系统
1.1 开拓系统
付老庄铁矿采用竖井开拓,全矿共设置4条竖井:主井、副井、回风井、措施井。各井筒的技术参数见表1。
1.2 原通风线路
该矿采用对角抽出式通风系统。新鲜风流从副井和措施井进入,回风井回风。通风线路见图1。
表1 开拓井筒的技术
图1 通风线路
1.3 原机站设置
①回风井-275 m水平总回风机站串并联安装了4台K45-6-№18风机(160 kW),叶片安装角度均为35°,以风墙形式安装,实际仅运行并联2台;②-320 m水平东西回风巷、东西联巷各安装了1台K45-6-№15风机(55 kW),叶片安装角度均为40°,以风墙形式安装;③-320 m水平副井石门联巷安装了1台K40-8-№13风机(7.5 kW),以风墙形式安装。
1.4 矿山三维立体通风系统
根据该矿井巷工程的实际布局及数据,利用3Dmine建立矿段通风系统三维数字模型[1-3],如图2所示。
2 通风系统优化设计
2.1 通风系统方案
通风系统优化方案仍采用对角抽出式通风系统。利用-275 m和-320 m水平回风,-320,-380和-440m为进风水平,为矿井提供新鲜风流。在尽量利用现有通风设备及井巷工程的基础上,综合考虑采区采掘工作面布置,风量合理分配因素,以及系统机站设置方式和风机性能参数,提出以下3种通风方案。见图3。
图2 付老庄铁矿三维通风系统
图3 通风系统优化方案
(1)方案一。①回风井-275 m水平回风机站安装4台K45-6-№18(160 kW)风机串并联,叶片安装角度为40°,以风墙形式安装;②回风井-320 m 水平回风机站安装两台K45-6-№18(160 kW)风机并联,叶片安装角度为40°,以风墙形式安装;③-320 m 水平东西联巷、回风巷各安装1台K45-6-№15风机(55 kW),叶片安装角度均为40°,以风墙形式安装;④-320 m水平副井石门联巷安装1台K40-8-№13风机(7.5 kW),以风墙形式安装。
(2)方案二。在方案一的基础上,将回风井-275 m 水平回风机站安装的4台K45-6-№18(160 kW)风机更改成两台风机并联,叶片安装角度为40°,以风墙形式安装,其他风机不变。
(3)方案三。在方案二的基础上,拆除-320 m水平东西回风巷、东西联巷和副井石门安装的3台风机,其余风机不变。
2.2 方案比较
根据付老庄铁矿矿井开采现状,对井下各类型井巷规格及作业中段布置、作业点分布、典型巷道的通风阻力等进行了调查与数据整理,对各个通风系统优化方案进行计算机网络解算[4],其结果见表2,各个通风系统优化方案经济综合比较见表3。
表2 通风系统优化方案及网络解算风量分配
表3 各通风系统优化方案综合比较[5-9]
通过比较,在满足该矿总风量的要求下,结合井下通风系统现状,确定该矿通风系统优化方案三为最佳。
2.3 通风优化方案实施及效果
(1)通风方式。-320,-380和-440 m作为进风水平,新鲜风流通过副井和措施井经运输巷进入各生产中段,由川脉巷进入采场,洗刷工作面后,污风经回风天井汇至上中段回风水平,最后经-275 m 水平和-320 m水平总回风机站,通过回风井排到地表。
(2)机站设置。回风井-275 m水平回风机站安装4台K45-6-№18(160 kW)风机串并联,回风井-320 m 水平回风机站安装2台K45-6-№18(160 kW)风机并联,叶片安装角度均为40°,且均以风墙形式安装。
2.4 通风系统优化效果
通风系统优化方案实施后,按照各作业中段分类整理,得出主要进、回风井筒风量分配,如表4所示。现场实测通风系统风机运行状况见表5。
表4 通风系统各井筒风量分配 m3/s
地点进风主井副井措施井回风井回风地表+20.56+116.13+92.87-229.56-260m-10.26-275m+103.23-320m-44.39-24.56+126.33-370/380m-54.11-58.05-440m-0.93-17.63溜破系统-19.63合计229.56229.56
注:“+”为风流流入井筒,“-”为风流流出井筒。
表5 通风系统风机运行状况
3 结 语
利用3DMine软件建立了付老庄铁矿三维立体通风系统模型,对通风系统存在的问题提出了3种优化方案,并对各个方案进行了模拟解算比较,确定了最优通风系统优化方案。优化后的通风系统主回风机站共安装了6台,实际运行4台,装机功率640kW,实耗功率合计448.43kW,风机平均效率为65.50%。提高了矿井通风效率,取得了较好的环境效益和经济效益。
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*湖南省自然科学基金项目(编号:14JJ6048);衡阳市科技计划项目(编号:2012KS17)。
2014-10-10)
王 爽(1988—),男,硕士研究生,243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。