多分层矿山井下深部通风优化改造研究_苑栋.pdf

多分层矿山井下深部通风优化改造研究苑栋，钟健民，叶光祥（赣州有色冶金研究所有限公司，江西 赣州）摘 要：为解决某多分层矿山井下深部通风防尘问题，通过对该矿矿井通风系统进行全面调查、测定和综合评价，得到该矿矿井通风系统主要存在以下问题：矿井总进风量不足、作业中段新鲜风量不足，且风流分配不均、风质合格率偏低、通风构筑物安装设置不够完善等。本文针对该矿存在的问题，提出了三个通风系统优化方案，并利用通风系统优化软件进行网络解算，确定矿井通风系统的最佳方案，有效解决了通风系统存在的问题。关键词：通风系统；测定评价；网络解算；优化方案中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）矿井通风系统作为矿山生产系统重要组成部分，对井下作业环境的质量、生产安全有序、井下小气候的调节、提高企业的经济效益有着举足轻重的作用。近年来，随着对矿产资源需求的日益增加以及采矿业的快速发展，大量矿山为提高产量满足经济发展的需求延伸作业范围、扩大开采深度，造成了井下采掘作业面分散、风量按需分配困难、有效风量低、通风系统阻力增大、开采面污风串联、深部采区产生的粉尘及热量无法及时排除等问题，严重危害了井下人员的身心健康，影响了矿山井下的安全生产。随着矿井开采深度的延伸，矿井通风系统越来越复杂，尤其是多中段、多分层的矿井风流难以调控。诸多学者做了大量的研究工作，吕涛等通过运用 软件对金山点铁矿通风系统进行优化，有效解决了该矿东区多中段开采存在的通风路线较长、漏风较多、通风阻力较大等问题。矿井通风系统作为一个较复杂的系统，利用仿真软件对其进行模拟解算，有效解决了数据难以处理的问题，同时为检验方案的准确性提供了依据。研究背景 通风系统现状某矿为地下开采矿山，矿山早期生产采用的开采方法为分层崩落法、无底柱分段崩落法，年产量约为 万。多中段同时作业，开采作业的中段为、。且在、中段间又存在许多小的分层。通风方式采用中央进风两翼回风的对角式通风方式，新鲜风流由中部的组合井和主、副井向下进入各中段，由东、西大巷进入各中段作业面。西区深部各中段新鲜风流由中段斜坡道、上山进入工作面，污风通过天井汇入中段回风巷道，经西区 斜井排到地表；东区深部中段新鲜风流由分段斜坡道、上山进入工作面后，污风一部分经东区新风井排出，另一部分经分段天井汇入 中段回风巷道，经过新回风井排到地表。目前，该矿由于开采条件复杂、矿井通风系统不够完善等原因，导致井下存在总风量不足、风流紊乱、污风串联、风量分配不合理、通风构筑物不完善等问题，不仅影响了矿井的安全生产，还严重威胁井下作业人员的身心健康。因此，需对该矿的矿井通风系统进行诊断，并针对矿井存在的问题，采用现场调研测试与理论研究相结合的方法，应用矿井三维仿真系统软件，对矿井的通风系统进行优化改造。通风系统的调查与测定调查与测定的目的是了解全矿通风系统的现状，包括总风量以及作业点、风机功率及型号、构筑物的数量和位置；测定主要风路风速、检验风质等。调查内容主要包括通风线路、所有通风井筒的位置、风流方向、风机的安装地点及安装情况、构筑物位置及数量、作业点风质、主要漏风地点、生产作业地点及数量等。测定的主要内容包括各测点的巷道断面积、风流速度、大气压、风流温度和湿度、风机装置风压、电机输入功率（包括电流、电压）等。测定使用的仪器有 系列智能式风速仪、毕托管、倾斜压差计、形管、皮管、空盒气压计、钳形功率表、激光测距仪。测定前所有的仪器仪表进行过校正，确保测定数据的准确可靠。通风系统存在的主要问题对该矿通风系统测定的各项数据进行归类分析和计算，应用金属非金属地下矿山通风系统技术规范DOI:10.13487/ki.imce.022897中的技术指标对该通风系统进行综合评价，得出该矿矿井通风系统主要存在以下几个方面的问题：矿井的总进风量不足。计算矿井实际总需风量为 ，测定总进风量为 ，仅为生产总需风量的。主扇风机的效率偏低，风机装置平均效率为，未达到风机装置效率不得小于 的基本要求。风质合格率偏低。该矿共 个需风点，风质合格点仅为 个，不合格点 个，风质合格率为，主要是矿区深部采区未设置专用回风井、主溜井卸矿过程中产生的污风会进入作业中段存在污风循环问题。通风构筑物不完善，风墙密闭不严、风门损坏或未关，造成风流紊乱、风流短路、漏风、风量分配不合理，有效风量偏低等问题。矿井局部通风阻力大，井下部分中段的巷道存在较多的积水和淤泥，局部巷道有报废矿车、废石等杂物堆积，造成巷道的有效通风断面减少，增大了通风阻力。矿井通风系统的仿真模拟本研究使用的 通风系统优化软件综合了三维仿真、计算机三维图形学、三维建模和二次开发、可视化的编程、数据库等多项数据处理能力，构建矿井通风网络的三维仿真模型，模拟矿井通风网络状态。该软件可分为三大模块：数据输入模块、风网解算模块、数据输出模块。在数值化参数导入计算机后，可以利用风网解算功能准确计算得到系统风量的分配情况。根据矿山的实际情况和通风系统调查测定的结果，应用三维仿真系统优化软件对井下现有通风系统的通风效果进行模拟计算，并将模拟计算结果与通风系统主要巷道风量测定结果进行对比分析，结果如表 所示。由表 可以看出，测定结果与解算结果整体上很接近，相对误差平均值为。局部巷道之所以出现差异，可能是由于受过往大型机械设备产生的活塞风影响，因此，本文所用软件的模拟计算结果具有较好的准确性和可靠性，为通风系统完善方案的网络解算提供可靠保障。表 现状模拟结果与测定结果比较进、回风井井筒测定结果（）模拟计算结果（）误差（）进风组合井副井主井总进风续表进、回风井井筒测定结果（）模拟计算结果（）误差（）回风斜井新掘回风井总回风 通风系统优化与风流调控研究 方案拟定本文针对该多分层矿山通风系统目前存在的问题，考虑了 万 生产能力通风良好的需要，依据现场调查及测定的数据，本着改善原通风系统的通风效果、最小程度影响矿井生产的原则，拟定了以下方案。方案一由于 以上中段和分段开采完毕，作业点主要分布在 中段以下，考虑对 中段以上的中段进行密闭。具体措施有：对现有的通风构筑物进行完善；对主井做密闭处理，在 中段以上的主井石门处设置风门，用以隔断风流；在、和 中段组合井石门处增设风门；在中段副井联络道处设置风门。对深部东区和西区通风网络进行优化，主要考虑在东区和西区运输大巷增设风流调控设施，引导风流。具体措施有：在 中段和 中段探矿盲斜井联络道设置风门，减少进风量；将密闭中段东回风巷道与东风井联道，避免东区深部 线以东的风流短路回风；延伸东风井至 中段，贯通 和 中段与东风井的联络道，消除东区矿段通风死角；清理东区和西区深部斜坡道和通风井口的废石以及中段回风巷道的堵塞物和积水，减少通风阻力。针对溜井卸矿系统通风排尘的问题，采取相应措施：考虑拆除 中段专用回风井处除尘器，以减少专用回风井的通风阻力；延伸专用回风井至中段，在密闭中段主井和副井石门的情况下，疏通中段至东风井间的回风巷道；将 中段的辅扇撤除，在中段专用的回风井联道处增设 台 辅扇；在专用回风井两侧设置风门；在、中段的卸矿口上方设置高压喷雾装置，进行降尘处理。调整东区新掘回风井主扇叶片的安装角。因东区回风较大，现有的东风井主扇风机工况不能满足需风量的要求，通过调整主扇叶片的安装角或调大频率，增加主扇的排风量，使其满足通风要求。方案二考虑到东区深部通风不足、存在通风死角的问题，采取设置局扇的方式进行通风。其他与方案一的、相同。方案三该方案在方案一的基础上，考虑到仅通过调整东区主扇叶片安装角不能很大程度增大通风动力，若生产能力提高，现有的主扇将不能提供足够的通风动力，故从长远考虑，将东区主扇型号更换为（），可以改善通风效果。优化方案的确定通过对三种方案进行综合比较以确定最优方案，主要包括通风效果、技术和经济的比较。在夏季通风相对困难的情况下，应用矿井通风三维仿真系统软件对初步拟定的矿井通风系统优化方案进行风量模拟研究，三种方案的解算结果如表 所示。表 方案网络解算结果统计表位置实际需风量（）方案一风量（）方案二风量（）方案三风量（）总进风量组合井副井主井合计总回风量斜井新掘回风井合计中段东区西区中段东区西区中段东区西区中段 从表 的模拟计算结果可以看出，三个方案的总进风量分别为 、和 ，均能满足需风量的要求，方案三的总进风量最大。因此，在有效解决东区通风死角问题方面，方案一和方案三要优于方案二。技术及经济的比较及确定从技术实施的难易程度看，三个方案都涉及 以上中段的通风系统优化措施、溜矿系统的通风防尘措施。不同的是在深部通风网络优化方面，方案一和方案三将东区新掘回风井延伸至 中段，消除东区的通风死角，方案二是通过局扇调节东区通风死角问题，增加了局扇的设置及管理，但方案一和方案三更容易实施。在通风动力方面，方案一和方案二仅改变东区主扇叶片安装角，方案三则将东区主扇更换为 ，相比方案一和方案二更难实施。从施工工程量来看，从风机的运行能耗、设备购置及安装维护等方面对方案实施的总费用影响进行比较，可知方案一更为经济。综上所述，将方案一确定为实施方案。结语 通过对该矿井通风系统的调查与测定，明确该矿的通风系统现状，在对其进行综合评价后，发现存在通风动力不足、通风构筑物安装设置不完善、矿井局部通风阻力大等问题。使用矿井通风软件对各个方案进行模拟计算，三种方案的总进风量均能满足矿井需风量的要求。三种方案进行技术、经济等综合比较后，将方案一确定为实施方案，有效解决了该矿深部通风系统存在的问题。矿井通风系统的优化并不是一劳永逸的，随着矿山开采的变化，当通风系统不能满足安全生产的需要时，应及时进行优化调整。参考文献：汪光鑫，苑栋大型机械化矿井通风系统优化研究中国矿山工程，（）：郑建国，张文宇，赵怀璞，等基于 的大型矿井复杂通风系统优化煤炭技术，（）：徐向宇，张甲雷，侯振海基于 系统的煤矿通风系统改造研究煤炭技术，（）：卢新明矿井通风智能化技术研究现状与发展方向煤炭科学技术，（）：作者简介：苑栋（），男，山西朔州人，硕士研究生，工程师，从事矿井通风、矿山灾害治理等方面研究工作。