某铁矿矿井通风系统的设计

吴 霞，苏世标，王 烁，李小亮

(广东省职业病防治院职业卫生评价所， 广东 广州 510300)

某铁矿矿井通风系统的设计

吴 霞，苏世标，王 烁，李小亮

(广东省职业病防治院职业卫生评价所， 广东 广州 510300)

针对某铁矿的开拓系统和矿体的开采技术技术优势，设计采用抽出式通风系统，并安装2台主扇，形成两翼对角式通风。通过对该通风系统进行风量计算、通风阻力计算以及自然风压计算，最终确定了合理的风机选型。

通风系统；风量计算；通风阻力；自然风压

0 引 言

某铁矿现分为中、西两个矿段，铁矿石地质储量4.34亿t，矿体倾向北西，倾角一般为40°，陡者为50°～70°。矿体厚度沿走向和倾向变化较大，中矿段平均厚度为21.76 m，西矿段平均厚度为50.04 m。属亚热带海洋性季风气候，年平均气温19.4℃～21.5℃。该铁矿区100年一遇洪水位154.5 m。风向受季风影响，随季节转换，10月至次年4月受北方冷空气影响，以西北风、北风为主，5月至9月以南风为主。

该矿区磁铁矿主矿体自下而上划分为石英型磁铁矿、透闪石型磁铁矿、透辉石型磁铁矿及石榴型磁铁矿。各自然类型矿石绝大多数为原生矿石，仅TFe30%以下石榴石型磁铁矿为混合矿石。该铁矿钼矿体划分为辉绿岩类辉钼矿矿石、矽卡岩辉钼矿矿石、石英砂泥岩辉钼矿矿石。该矿区矿石平均地质品位39.16%，硬度f为10～20，易磨易选，有害元素Zn、S含量甚微。伴生铁钼矿和共生辉钼矿，铁钼矿主要赋存于71～83勘探线间的+350 m标高以上，中矿段平均地质品位0.096%，是铁矿综合开采利用的主要资源。

1 通风系统的拟定

矿井通风系统是以向井下各个工作面供给新鲜空气，排出污浊的通风网络、通风动力以及通风控制设施等构成的工程体系。对于+420～+300 m之间的矿体开采，采用主平硐—盲斜井开拓方案，考虑到矿山水文地质条件及减少坑内运输，斜井井位布置在85线附近。采用浅孔留矿法为主，局部采用房柱法，电耙出矿。根据该铁矿的实际情况采用统一通风更为合理，而且效率更高[1-4]。针对矿体走向不长，矿量分布集中以及地质地形等各种具体情况，采用抽出式通风，并在标高+617 m和+574 m安装2台主扇，形成抽出式两翼对角式通风[5]，全矿通风简图见图1。

图1 全矿通风简图

2 风量计算

矿井风量计算首先按一般矿井排尘、排烟的要求，初步计算出各类需风点和矿井的需风量，然后按特殊矿井的风量要求和万吨需风量的指标进行风量核算，最后确定矿井总风量。

2.1 矿井总需风量计算

(1) 85～82勘探线之间采用浅孔留矿法开采，共有6个矿块，按排尘风速0.15 m/s计算[5]，采掘工作面通风断面为26.4 m2，则每个工作面排尘风量：q=26.4×0.15=3.96 m3/s，取4 m3/s，6个矿块共需24 m3/s。

(2) 82～78勘探线之间采用分段连续矿房法开采，两个矿块工作，一个矿块备用，每个矿块按2台铲运机在巷道工作，巷道平均断面为10.8 m2，按排尘风速0.4 m/s计算，每个矿块需排风量为：q=10.8×0.40×2=8.64 m3/s，约9 m3/s，2个共需风量为18 m3/s，备用矿块需风量为4 m3/s。

(3) 主井卷扬机硐室面积630 m2，按排尘风速0.0075 m/s计算，需风量：q=0.0075×630=4.725 m3/s，取5 m3/s。副井卷杨机硐室面积250 m2，需风量：q=0.0075×250=1.8 m3/s，取2 m3/s。

(4) 水泵房需风量：q=2 m3/s。

(5) 采准掘进队5个，每个队取3 m3/s，得3×5=15 m3/s。

由上面综合可得矿井总需风量为：Q=70 m3/s。

2.2 总风量核算

按60万t/a采矿规模计算总风量，因矿坑、硐室及井巷系统相对简单，矿体走向较小，单产万吨耗风量应相应较小，参照国内外耗风量为1.14 m3/s，则该矿78线以东风量为：q=60×1.14=69.6 m3/s。由于该矿井漏风较难控制，取漏风系数k=1.48，因此，Q=1.48×69.60=103 m3/s。

综上所述，得出该矿总需风量为103 m3/s。

3 通风阻力计算

矿井通风总阻力主要包括摩擦阻力和局部阻力两部分，摩擦阻力计算公式为：

hf=αPLQ2/S3

式中：α——摩擦阻力系数，N·s2/m4；

L——巷道长度， m；

P——巷道周长， m；

S——巷道断面积，m2；

Q——风量， m3/s。

局部阻力为：

hε=0.2hf

总阻力为：

ht=1.2hf。

矿井通风阻力与通风井巷的断面尺寸，支护形式，摩擦阻力系数及通过井巷的风量有关。拟定的通风单线见图2和图3，相对应的矿井通风阻力计算结果见表1。

表1 通风网路总风阻 /Pa

图2 容易时期的通风单线

图3 困难时期的通风单线

4 自然风压计算

对于本次所采用的抽出式通风系统，夏天自然风压呈阻力状态，冬天为动力，根据通风网路最大阻力计算原则，困难时期与容易时期都取其自然风压为阻力进行计算。

4.1 通风困难时自然风压

通风困难时期的井口大气压力为：

Hn难=0.0341KPZ(1/T1-1/T2)

式中：T1——入风井平均温度，T1=301.80 K；

T2——回风井平均温度，T2=290.15 K；

K——修正系数，K=1.03；

P——井口气压，Pa；

Z——由井口至井底最大深度。

根据上述公式可计算得出，通风困难时期，+574 m西回风井口大气压力为-124.5 Pa，+617 m回风斜井口大气压力为-149.1 Pa。

4.2 通风容易时期自然风压

通风容易时期的井口大气压力为：

Hn易=0.0341KPZ(1/T3-1/T4)

式中：T3——入风井平均温度，T3=283.25 K；

T4——排风井平均温度，T4=284.90 K；

其它符号意义同前。

计算得出，通风容易时期，+574 m西回风井口大气压力为26.1 Pa，+617 m斜井回风井口大气压力为31.3 Pa。

5 风机选型

主扇型号是根据主扇风量、主扇风压及主扇工作网路计算风阻特性来确定。主扇风量Qf=ρQ[6]，其中ρ为扇风机装置的风量备用系数，一般取1.1。计算得出，主扇风量为56.65 m3/s。

主扇风压Hf=H+Hn+hr+hv[7]，式中，H为矿井总阻力，分别以容易和困难两个时期的阻力值代入，Pa；Hn为与扇风机通风方向相反的自然风压，Pa；hr为扇风机装置阻力，包括风机风硐、扩扇器和消音器的阻力之和，hr=175 Pa；hv为出口动压损失，hv=15 Pa。主扇风阻R=Hf/Qf2。由此计算得出主扇的风压和风阻(见表2)。并根据表2的计算结果选择风机类型，风机选型见表3。

表2 风压和风阻

表3 风机选型

6 结 论

本设计选用抽出式两翼对角式通风，需风量为103 m3/s。选择在标高+617 m和+574 m安装2台主扇，标高+617 m选用k45-4-No15型号主扇风机，标高+574 m选用K40-6-No19型号主扇风机。实践证明该设计满足该矿的生产需求。

[1]李亚俊,刘伟强,李印洪.基于突变理论的某矿井通风系统优化方案选择[J].采矿技术,2016,16(02):30-31，72.

[2]黎 强,蓝祀强.大龙山钨矿木梓园矿区通风系统优化分析[J].采矿技术,2016,16(01):25-26.

[3]杨鑫祥,肖 伟,武猛猛,等.矿井通风网络解算软件的改进研究与实现[J].矿业研究与开发,2015,35(04):80-83.

[4]周志杨,王海宁,苑 栋,等.矿井通风动力系统的共性问题分析与优化实践[J].矿业研究与开发,2016,36(06):13-17.

[5]张富民.采矿设计手册矿床开采卷(下)[M].北京:中国建筑工业出版社,1987.

[6]中国劳动保护科学技术学会,工业防尘专业委员会.工业防尘手册[M].北京:劳动人事出版社,1989:566-1328.

[7]吴 超.矿井通风与空气调节[M].长沙：中南大学出版社.2008,208-209.

[8]金属矿井通风防尘设计参考资料编写组.金属矿井通风防尘设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社,1982.(收稿日期：2016-10-31)

吴 霞(1985-)，女，江西赣州人，硕士研究生，主要从事通风除尘方向研究，Email：21040122@qq.com。