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石门金矿井下通风系统优化技术研究与应用

更新时间:2009-03-28

石门金矿属于小型黄金矿山,目前矿山通风系统采用单翼对角抽出式统一通风系统,矿山浅部开采时受自然风压的影响较大,但随着矿山开采向中深部延伸,因自然风压进入井下的风量已满足不了矿山的需求,且上部老采空区与中段巷道部分已连通,矿井回风线路不畅,通风系统紊乱,导致井下作业中段风量小、温度高、炮烟排出困难等安全隐患,通风问题日益突出。优化矿井通风系统,对矿山的安全生产和可持续发展具有十分重要的意义[1]

1 通风系统优化技术研究

1.1 通风方案的选择

根据矿山的实际情况,提出了2种通风方案进行分析对比。

  

图1 方案1矿井通风系统示意图

方案1进回风线路如图1所示。新鲜风流从明斜井(490 m)进入至300 m中段盲斜井分风至下部作业中段,经沿脉运输巷到达作业点。回风线路为:污风由各中段南、北部端部回风天井汇集至300 m中段,在300 m中段北沿与南沿端部主扇作用下,通过300 m以上中段老空区、北部回风井和各中段天井进行区域性排出地表。

方案2进回风线路如图2所示。新鲜风流从明斜井(490 m)进入至300 m中段盲斜井分风至下部作业中段石门,经沿脉运输巷到达作业点。回风线路为:污风在300 m中段南北主扇的作用下,通过新掘透地表的南北端部回风井排出地表。

  

图2 方案2矿井通风系统示意图

2种通风方案的优缺点及技术措施见表1,经比较,确定采用中央进风多井并联回风的通风方式[2]

 

表1 通风方案优缺点对比情况表

  

通风方案 通风阻力/Pa工程费用/万元 优缺点中央进风多井并联回风南部296 81.27优点:(1)有效利用现有工程;(2)施工周期短;(3)技改工程量小、见效快;(4)施工简单、安全性高;(5)管理简单。北部292缺点:(1)通风构筑物设置较多;(2)系统检查维护复杂。南部347中央进风两翼回风184.87北部307优点:(1)通风构筑物设置相对较少;(2)系统检查维护简便。缺点:(1)未充分有效利用现有工程;(2)施工周期长;(3)技改工程量大、见效慢;(4)施工复杂、施工难度大。

1.2 矿井总风量计算

1.2.1 回采作业面需风风量

按爆破后排炮烟计算:

 

式中:t为采场通风时间/s,取1 200 s;L0为采场长度的一半/m,经计算得25 m;A为一次爆破使用的炸药量,取 A=60 kg;S为回采工作面横断面积/m2,计算可得2.4 m2。将各数值代入公式,可得:Q=1.28 m3/s。

2.按排尘风速计算:

本研究建立了大鼠HCHF病理模型,钩藤人参合用后,检测大鼠尾动脉压变化,ELISA法测得大鼠血清中BNP、AngII、AT1、β1‐AR水平,测定HWI指数,HE染色后电镜下观察心肌形态,结果表明,钩藤人参合用对HCHF大鼠具有治疗作用,并且呈剂量相关性。

1.作业地点产尘量计算风量,产尘点计算风量,石门金矿作业点使用的是2台轻型凿岩机,故需风量取 1.2 m3/s。

按排出粉尘量计算:

 

式中:h n为自然风压/Pa;γi为各段空气柱空气的平均密度/kg·m-3

按排尘风速计算:按排尘风速0.25 m/s计算所需风量为 1.21 m3/s。

式中:P为干空气压力/Pa;T为干空气绝对温度,T=273+t,t为空气的摄氏温度/℃;H i为各段矿井的深度/m。

此次观摩会召开得非常成功,正如青岛市和平度市两级土肥站负责人在会上讲话时所说,有了全国农技推广中心和澳特尔化工技术推广部的合力支持,先进的农业科学技术必将落实到农村的田间地头,定会为广大种植户带来良好收益,为大泽山的葡萄增产增收再创新高。

1.2.2 掘进工作面需风量

按排出炮烟计算:掘进工作面采用压抽混合式通风,经计算需风量为1.02 m3/s。

比如在教学初中数学《相交线与平行线》这一课程内容时,教师在课堂教学中,就可以构建如下问题情境:在火车轨道线路中,两条铁轨表现出何种关系?为何相对行驶的火车不会发生撞车事故呢?通过构建这样的问题情境,可引导学生从相交线、平行线角度解释问题,这样可以激发学生思维的积极性,让学生可以从形象思维转换成逻辑思维,同时更好地让学生理解相交线、平行线的概念,继而提高数学课堂教学质量。

当H≤100 m时,此时近视为等容过程,空气密度γ可认为是常量。

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1.2.3 专用硐室需风量

根据井下实际情况,需要独立风流通风的硐室有:水泵房、提升卷扬机房和装卸矿硐室,计算得需风量为 6.99 m3/s。

5)沿填筑好的粗砂外侧坡面填筑一层500 mm厚的干砌块石,干砌块石高度与粗反滤层及砂砾石反滤层齐平,外侧边坡为1∶2,要求块石最小边不得小于50 cm,错缝砌筑。

根据《金属非金属地下矿山通风技术规范》的规定:矿井总风量等于矿井所需风量乘以矿井风量备用系数,选择矿井风量备用系数为1.32,计算得出矿井总需风量为 25.75 m3/s≈26 m3/s。

通过回归分析,分别构建遥感因子Rrsnir/Rrsred与悬浮泥沙浓度之间的各反演模型(对数、指数、线性及幂函数模型),并解算出模型决定系数(R2)与悬浮泥沙浓度模型拟合值与实测值之间的平均相对误差(MRE,Mean Relative Error),用于评价模型反演精度,并最终选取指数模型作为椒江口水体悬浮泥沙浓度反演的模型(见表3),模型公式为:

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1.3 矿井通风阻力计算

石门金矿井下通风阻力计算分为两个时期进行计算,即通风容易时期与通风困难时期。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。

自然风压计算,根据矿井通风规程,自然风压必须计入矿井的总通风阻力中,按照井深H=100 m为界,公式如下:

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式中:v为回采工作面要求的排尘风扇/m·s-1,巷道型采场和掘进巷道不得小于0.25 m/s,这里取0.25 m/s。代入公式可得:Q=0.6 m3/s。

 

回采作业面需风量取其大者,为1.28 m3/s。

当H>100 m时,此时认为井筒内空气状态变化属于等温过程。

 

式中:K=1+Z/10 000。

根据矿区的实际气象与井巷条件,经计算,结果得冬季 H n=114.24 Pa,夏季 H n=-75.96 Pa。

经计算矿井困难时期北部总阻力为沿程阻力+通风线路局部阻力+风机装置阻力+出口动压+自然风压,为493.84 Pa;南部总阻力为沿程阻力+通风线路局部阻力+风机装置阻力+出口动压+自然风压,为 499.19 Pa。

1.4 主扇选型及安装位置

根据风量与阻力参数查阅风机选型表,南、北部通风系统都选择风机型号为K40-4-NO11-30 kW主扇,风机叶片安装角度为23°,风机特性曲线图如图3所示[3]。主扇的位置应紧靠开采中段,使开采区域处于高负压,达到污风快速排出至主要回风巷道,经论证,将北部主扇安装在300 m中段北沿34线端部回风井附近的巷道中,南部主扇安装在300 m中段南沿17线端部回风井附近的巷道中。

  

图3 风机特征曲线图

1.5 主扇硐室

根据主扇硐室设计原则,采用K40-4-NO11-30 kW的风机,考虑到行人及今后设备检修,通风检测的需求,设计风机硐室如图4所示,规格为3.0 m×2.4 m(宽 ×高),长度6 m。

2 通风系统优化效果及分析

石门金矿通过近三个月的优化改造,采用中央进风多井并联回风的通风方式,大大改善了井下作业面的通风效果[4]。矿井进风量由改造前的8.37 m3/s,增加到改造后的 26.8 m3/s,增幅达 220%,井下各作业中段平均增加风量在5 m3/s以上,保证了井下作业的用风需求,保障了井下作业人员的身心健康,有利于企业的持续健康发展。

3 结 语

石门金矿采用中央进风多井并联回风的通风方式,充分利用上部中段废旧巷道与采空区作为回风通道,有效地降低了回风段的通风阻力。通风方案实施后,矿井通风系统的各项指标均将达到《金属非金属矿山安全规程》的要求,主扇运行效率高,风量、风压均能满足井下各用风点的需风要求,保证了井下作业环境的持续健康发展,具有十分重要的意义。

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图4 主扇硐室设计图

参考文献:

[1] 陈开岩.矿井通风系统优化理论及应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.71-87.

[2] 龚开福,唐小权.锦丰地下矿通风参数优化与风机节能分析[J].有色金属(矿山部分),2011,63(5):32-35.

[3] 王从陆,吴国珉,王根.风机并联运转效能分析及工况优化[J].金属矿山,2013,(10):155-157.

[4] 文兴.某矿山通风系统改造设计[J].采矿技术,2010,(10):52-54.

 
李文义
《湖南有色金属》 2018年第02期
《湖南有色金属》2018年第02期文献

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