玲珑金矿九曲分矿通风系统优化研究

2023-10-23程力

黄金 2023年10期

程力

(1.山东黄金集团有限公司深井开采实验室; 2.山东省深海深地金属矿智能开采重点实验室)

引言

随着浅部矿体资源的枯竭,矿山逐步向深部开采发展,深部高温、高湿、热害问题层出不穷,严重影响矿山安全生产和未来的发展规划。生产实践表明,随着矿山开采深度的增加,开采范围与作业地点的不断变化,导致矿山原有通风系统阻力增大、漏风多,且基站风机设置不合理[1-3],无法满足深部开采的需要。而对生产矿井进行通风系统优化[4-5],可提高通风系统的设计、施工和管理水平[6],提升矿井安全与生产效率。因此,矿井通风系统优化是矿井通风系统改造中的重要组成部分。

山东黄金矿业(玲珑)有限公司(下称“玲珑金矿”)历史悠久,据有文献可查的年代算起,有近千年的开采史,下辖九曲、灵山、西山3个分矿。其中,九曲分矿是主要生产矿山之一,由九曲矿段和大开头矿段组成。前期生产区域为-320～-840 m水平,现阶段矿区已开采至-1 180 m水平,随着开采深度的增加,高温热害已成为制约井下生产与安全的主要因素,尤其是独头掘进工作面处气温高、湿度大、空气含氧量低,工作环境极度恶劣。因此,有效解决深部矿井通风降温问题已迫在眉睫。本文通过对玲珑金矿九曲分矿深部通风系统进行优化,提出了切实可行的优化方案,确保矿井安全生产。

1 工程背景

玲珑金矿位于山东省招远市城北20 km。其中,九曲分矿是主要生产矿山之一,采用竖井和盲竖井联合开拓,九曲矿段矿石经-70 m盲竖井、9#斜井、4#斜井接力提升至206 m中段,由电机车沿206 m平硐运至玲珑选矿厂;大开头矿段矿石经-270 m盲竖井、255 m技措井提升至206 m中段,由电机车沿206 m平硐运至玲珑选矿厂。前期生产区域为-320～-840 m水平,近年来生产区域延伸至-1 180 m水平。

根据矿体的赋存特征及围岩特性,主要采用充填采矿法和留矿采矿法开采。九曲分矿各井筒主要技术参数见表1。

表1 各井筒主要技术参数

2 通风系统概况

2.1 系统通风方式

目前矿区浅部通风系统采用“三进一回”的通风方式,即280 m竖井、255 m竖井及东山竖井主要进风,现有回风井(45勘探线,回风断面不小于15 m2)回风,-270 m为总回风水平。

中段采场通风方式为新鲜风沿280 m竖井、255 m竖井及东山竖井进入需风中段后,分别进入各矿脉沿脉巷,清洗作业面的污风沿采场通风井排至上中段,沿上中段各矿脉端部穿脉巷进入回风系统。

2.2 机站设置

通过现场调查,九曲分矿目前机站设置情况如下:

1)-270 m中段为总回风水平,九曲矿段、大开头矿段-270 m中段回风巷分别设置1个主回风机站,分区回风,风机抽出式运行,变频控制。

2)大开头矿段-620 m中段回风井联巷设置1个辅助回风机站,承担-620 m中段以下生产区域回风;九曲矿段-720 m中段回风井联巷设置1个辅助回风机站,承担-720 m中段以下生产区域回风,风机抽出式运行,变频控制。

3)九曲矿段-70 m盲竖井-370 m中段、-420 m中段、-470 m中段、-620 m中段、-720 m中段进风井联巷各设置1个辅助进风机站,风机压入式运行。

4)大开头矿段-270 m盲竖井-420 m中段、-470 m中段、-570 m中段、-620 m中段、-670 m中段进风井联巷各设置1个辅助进风机站;-670 m盲竖井作业中段进风井联巷各设置1个辅助进风机站,风机压入式运行。

3 深部通风系统优化调控

通过查阅矿区深部开采工程初步设计,深部-720～-1 180 m水平通风系统采用东山竖井、280 m竖井、255 m竖井进风,东翼倒段回风井、西翼倒段回风井及中部55勘探线回风井回风的通风网络,系统总风量为192 m3/s。因此,本次深部通风系统优化在维持深部开采工程初步设计总体统筹不变的基础上,对该区域通风系统进行优化。

3.1 深部通风系统优化方案

根据矿区已有通风系统工程,在考虑矿区深部生产任务条件下,以充分利用原有井巷及通风设备为原则,确定深部通风系统优化方案如下:

1)进风系统。新风从地表280 m竖井、255 m竖井及东山竖井进入井下,再经盲主井、东副井进入-720～-1 180 m水平作业区域。

2)回风系统。污风经九曲矿段倒段回风井(东翼)、大开头矿段倒段回风井(西翼)及中部55勘探线回风井排至-620 m总回风水平,深部-720～-1 180 m水平通风系统形成“两进三回”的通风网络。

由于-620～-1 180 m水平通风系统回风井为东翼倒段回风井(φ3.0 m)、西翼倒段回风井(φ3.0 m)及中部55勘探线回风井(φ3.5 m),-470 m水平至-620 m水平通风系统回风井为东翼倒段回风井(φ3.0 m)、西翼倒段回风井(φ3.0 m),为保证深部污风能及时排出,减少系统通风阻力,新掘1条-470 m水平至-620 m水平中央回风井,位于55勘探线附近,与深部55勘探线回风井衔接,井筒净直径为3.5 m。污风排至-620 m总回风水平后,沿现有东、西倒段回风井巷工程及新掘-470 m水平至-620 m水平中央回风井排至上部回风井并排出地表。-620 m中段作为深部-720～-1 180 m水平区域主回风水平。

3.2 总风量计算

矿井总风量计算是矿井通风设计的一项极其重要的内容,矿井总风量供给不足,会使井下劳动条件恶化,达不到安全通风要求;盲目加大矿井总风量,不一定能够达到预期的通风效果,同时会造成能耗浪费。矿井风量计算时,因按排尘计算的风量一般大于排烟风量,故通常采掘工作面按排尘风速计算[7]。由于九曲分矿开采深度最深处达1 500 m,属深热矿井,结合国内外相似矿山降温实例,开采深度在1 500 m内的矿山,可通过加大风量方式进行降温。因此,设计推荐通过加大风量方式进行降温。借鉴国内科研院所针对采场降温风速的研究成果,作业面通风降温的最佳风速约为0.75 m/s。本次研究矿井需风量计算结果见表2。

表2 矿井需风量计算结果

由表2可知:矿井总需风量为161 m3/s,考虑到漏风及后期生产变动等因素,实际矿井总风量需乘以风量备用系数1.2。因此,九曲分矿深部实际总需风量为193.2 m3/s。

3.3 机站优化设置

-620 m中段为深部-720～-1 180 m水平通风系统总回风水平,设3个回风机站。其中,九曲矿段-620 m中段(东翼)回风巷设置1个回风机站;大开头矿段-620 m中段(西翼)回风巷设置1个回风机站;-620 m中段(中部55勘探线回风井)回风巷设置1个回风机站,风机抽出式运行,变频控制。

3.4 新增通风井巷工程

后期深部通风系统需新掘1条-470 m水平至-620 m水平回风井(净直径3.5 m)工程,与深部55勘探线回风井衔接。该工程新掘工程量约1 500 m3。

4 通风系统优化方案网络解算

Ventsim 三维通风模拟软件依据风量平衡定律等原理,采用 Hardy - Cross 迭代算法求解通风网络,对变化复杂的矿井通风系统进行动态控制,建立通风系统模型。且该软件因其方便的建模、合理的风路模拟、风机选型,以及功能多样的火灾等灾变模拟而得到了广泛应用[8]。因此,本文采用Ventsim三维通风模拟软件对通风系统优化方案进行计算机网络模拟解算[9-11],将不同型号风机参数代入,经模拟运行后,计算机网络解算结果见表3。