硫化矿深井开采多级基站通风网络解算与改进

黄应盟



硫化矿深井开采多级基站通风网络解算与改进

黄应盟

(广西高峰矿业有限责任公司，广西 南丹 547205)

广西高峰矿业有限责任公司105号矿体深部超深井开采区域，由于地热升高和硫化矿发热等原因形成高温，前期开采复杂的环境条件造成深部通风困难。通过对通风网络的优化设计和系统配置改造，采用矿井三维仿真通风网络软件解算现有条件下深部开采复杂通风网络风量，选择多级机站的通风方式优化改进整体通风系统，解决了深井高温复杂条件的通风难题，取得良好实效。

超深井；高温硫化矿；通风网络；多级机站；技术改造

0 概 况

目前我国有大量矿山普遍进行深井和超深井开采，其高温环境是制约矿山通风安全的主要影响因素，由于矿井开采至深部时原有的复杂的通风网络不能有效地解决通风和降温的需要，必须进行通风网络优化和系统改进。

广西高峰矿业有限责任公司105号矿体深部开采深度超过1200 m，属于超深井的高温硫化矿开采，目前−151 m至−250 m中段矿体主要采用机械化上向水平分层充填采矿法，采用斜井-盲斜井联合开拓，已形成1000 t/d的采、选生产能力；深部−350、−400中段等正在进行开拓采准，需要形成完善的通风系统。由于前期开采形成复杂的环境，受深部地热升高和硫化矿发热等原因影响，形成通风不良处的局部高温。原通风系统包括−79 m标高以上原100号矿体通风系统，以及−79 m标高以下的105号矿体通风系统。原100号矿体通风系统属于对角式通风系统，采用“多级机站”抽出式通风方式，在450 m中段、250 m中段、50 m等中段分别安装有多台并联作业的风机。

深部105号矿体通风网络由于线路长、阻力大，原设计采用中央进风两翼回风的对角式通风系统，进风井为矿体中部的“田角锌窿”与“下拉甲窿”；回风井为两翼的“恒源窿”、“华星窿”、“龙山窿”，辅助进风井有4号盲斜井、6号盲斜井和竖井。由于上部中段多层前期的废旧巷道影响，深部通风效果不理想，因此需要对−400 m标高以上通风系统进行改进。

1 深部通风系统方案改进

目前，国内外矿井通风方式主要有抽出式通风、压入式通风及多级机站通风3种。为了给深部开采提供风量保障，根据105号矿体上部区段及深部开采区域进风与回风线路的复杂特点，采用多级基站的通风方式。

为了确定通风系统优化的改进方案，须进行深部开采需风量的计算，对可选择的几种通风方案进行通风网络解算后，进行优化设计。由于通风网络解算方法非常复杂，历史上沿用的网络解算方法有图解法、物理模拟法和网络解析法等。在105号矿体深部开采的通风网络设计中，利用国内外最先进的三维通风仿真系统Ventism软件，对105号矿体深部至其上部整体的通风系统进行了网络解算。

对深部通风设计对“中央进风天井+南北两翼回风天井方案”与“改造北进风天井+南回风天井方案”两个方案进行比较，利用Ventism三维通风仿真系统进行通风网络解算和方案比较。原有系统的深部通风考虑利用5#盲斜井和6#盲斜井进风，新鲜风到达−200 m中段后转8#盲斜井及主斜坡道进入深部，利用南北两端的回风天井回风。由于5#盲斜井、6#盲斜井断面较小而风路较长，通风阻力大，且6#盲斜井同时担负深部人员材料的下放，通风管理困难，因此目前方案不考虑利用5#盲斜井、6#盲斜井，深部区域利用阶段竖井进风。根据矿体条件，最后确定采用“中央进风，两翼回风”的通风方案，如图1所示。

(1) 回采工作面需风量。按“排尘风量”确定回采工作面的需风量：机械化上向水平分层充填采矿法，采场内采用浅孔凿岩，铲运机出矿，排尘风量取4.0 m3/s；按“排尘风速”计算回采工作面的需风量为4.5 m3/s；按照“排除炮烟”计算回采工作面的需风量为2.9 m3/s；按“稀释凿岩、出矿柴油设备尾气”计算的回采工作面需风量为3.6 m3/s。因此回采工作面需风量取最大值为4.5 m3/s。备用工作面取回采工作面需风量的一半，为2.25 m3/s。根据确定的生产能力，高峰矿105号矿体开采的生产规模为1000 t/d，正常生产时期同时出矿采场数为7个，备用2个，则回采工作面需风量小计为36.5 m3/s。

图1 通风系统优化方案

(2) 掘进工作面需风量。按“排尘风量”确定掘进工作面的需风量，正常生产时掘进工作面的断面面积为10.52~15.22 m2，平均断面为11.40 m2，设计的“排尘风量”应为2.5~3.5 m3/s，取3.0 m3/s；按“排尘风速”计算掘进工作面的需风量为2.9 m3/s。因此掘进工作面需风量取3.0 m3/s。根据105号矿体开采的生产规模，正常生产时期需安排7个掘进工作面同时工作，则掘进工作面需风量为21 m3/s。

(3) 中段运矿卡车尾气稀释需风量。目前矿山井下中段运输全部采用地下运矿卡车运输，计算两个中段同时生产需安排4辆地下运矿卡车同时工作，需风量为27.6 m3/s。

(4) 各类辅助硐室及装卸矿点需风量计算结果为14.5 m3/s。

(5) 排热降温需风量按照相关计算为10.7 m3/s。

矿井总风量由回采工作面需风量、掘进工作面需风量、各类辅助硐室及装卸矿点需风量、中段运矿卡车尾气稀释需风量以及排热降温需风量组成。另考虑内、外部漏风系数1.10，由此计算的矿井总风量为133.5 m3/s。

通过采用Ventism三维通风仿真系统进行通风网络解算，主要通风井巷参数见表1。通过对−200 m中段和−250 m中段同时生产时期以及−350 m中段和−400 m中段同时生产时期的通风阻力计算。−350 m中段和−400 m中段计算结果见表2。

表2 深部中段生产时主要井巷通风阻力

采用三维通风仿真系统对通风网络解算结果为，深部−350 m中段、−400 m中段同时生产时，黄瓜洞回风斜井通风风量为133.5 m3/s，通风阻力为3639.90 Pa。

2 通风设备选型与配置

对进回风线路复杂的深部开采条件，采用两级机站的通风方式：地表通风机站位于标高727 m的“黄瓜洞”斜井口，井下通风机站位于−60 m 中段。各回风井所需风量和通风阻力参数见表3。

2.1 黄瓜洞斜井井口风机选型

风机的计算风量：按通风装置的漏风系数1.15,风机的计算风量为153.53 m3/s；

风机的计算风压：由于风机安装位置海拔标高727 m左右，换算成标准状况下风机的风压为3098 Pa；

风机工作网络的计算风阻：R=0.1437。

通风网络特性曲线方程：=0.14372。

表3 风机安装参数

风机选型：选用ANN-2500/1250B型动叶可调轴流风机，配套电机功率为900 kW，供电电压为10 kV。

2.2 井下−60 m中段风机选型

风机的计算风量：按通风装置的漏风系数1.15，风机的计算风量为153.53 m3/s。

风机工作网络的计算风阻：R=0.062。

通风网络特性曲线方程：=0.0622。

风机选型：选用FBCDZ-10-№28/2×250矿用对旋轴流式通风机，变频驱动，风机配套电机功率为2×250 kW，供电电压为380 V。

2.3 风机反风

为安全应急救援需要，风机反风工作的方式为电机反转反风。

3 结 论

通过采用矿井通风的三维仿真通风网络软件，解算105矿体现有条件下和深部开采复杂环境的通风网络风量，优化通风整体方案和系统配置，选择多级机站通风方式，解决了深井高温和通风网络复杂条件下的通风难题。通风系统改造后，通风运转正常，大大改善了深部通风状况，为矿山安全生产提供了技术条件，取得了良好的安全环保效果和经济效益。

[1] 吴冷峻,周 伟,贾敏涛,居伟伟.我国金属矿山矿井通风系统评述[J].现代矿业,2007(7):1−7.

[2] 陶树银,王 进.某金属矿山深井热害防治研究[J].有色冶金设计与研究,2016(10):5−8.

[3] 赵小稚,崔 嵛,王敬志.基于Ventsim 的深井采矿热环境分析[J].铜业工程,2014(3):52−54.

[4] 赵元元,周 立,韦 军.高峰公司井下局部通风的相关改进[J].大众科技,2012(1):80−81,53.

[5] 王惠宾,胡卫民,李湖生.矿井通风网络理论与算法[M].徐州:中国矿业大学出版社,1966.

[6] 杨鑫祥,肖 伟,武猛猛,李文鑫.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(4):80−83.

[7] 刘杨威,杜翠凤.多级机站通风网络解算系统的研究及开发[J].矿业研究与开发,2010,30(6):49−52.

(2018−08−26)

黄应盟(1963—)，男，广西北流人，博士，高级工程师,第六届中国有色金属学会采矿学术委员会委员，主要从事矿山技术与经营管理工作。