李春生，程高福，顧宏濤

(馬鋼集團礦業(yè)公司 安徽馬鞍山 243000)

1 概況

姑山鐵礦礦區(qū)位于安徽省馬鞍山市當(dāng)涂縣城南偏東10 km處，白象山鐵礦床與姑山礦業(yè)公司所在地直線距離2.5 km，地理座標(biāo)為東經(jīng)118°31′53″，北緯31°27′34″，采用豎井開拓方式，主要開拓工程有主井、副井、回風(fēng)井及采區(qū)斜坡道。根據(jù)礦體賦存情況，礦山現(xiàn)采用上向分層進路充填采礦法與小分段空場嗣后充填采礦法。白象山鐵礦設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為200萬t/a，即6061 t/d，并留有發(fā)展到250萬t/a-300萬t/a的余地。白象山鐵礦設(shè)計采用副井進風(fēng)、回風(fēng)井出風(fēng)的單翼對角抽出式通風(fēng)方式。新鮮風(fēng)流從副井進入,然后進入-470 m水平,再經(jīng)穿脈、天井進入采場,沖洗采場后由天井回到-390 m中段回風(fēng)巷道，然后經(jīng)-390 m主回風(fēng)機站風(fēng)機送入回風(fēng)井排出地表。主回風(fēng)機站安裝一臺DK60-8-№28對旋風(fēng)機，電機功率2×355 kW，風(fēng)機采用變頻調(diào)速控制。經(jīng)對現(xiàn)場52個具有代表性的點進行檢測。

1.1 系統(tǒng)進風(fēng)

主井：49.74 m3/s；副井：148.21 m3/s。主井、副井進風(fēng)量合計：197.95 m3/s。

1.2 系統(tǒng)回風(fēng)

回風(fēng)井：-390 m中段：233.14 m3/s；-470 m中段：25.37 m3/s。總回風(fēng)量：218.30 m3/s。

1.3 -390 m主回風(fēng)機站工況

風(fēng)機型號：DK60-8-№28對旋風(fēng)機，1臺；裝機功率：2×355 kW；機站風(fēng)量：233.14 m3/s。

2 通風(fēng)系統(tǒng)存在問題分析

根據(jù)生產(chǎn)能力，礦井設(shè)計礦井總風(fēng)量241.2 m3/s。采礦方法決定了采掘與充填量相近，實際礦井總風(fēng)量為218.30m3/s，考慮到風(fēng)阻、風(fēng)損等因素，現(xiàn)風(fēng)量無法滿足白象山鐵礦目前采掘生產(chǎn)通風(fēng)安全要求。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)方案指導(dǎo)思想

通過對白象山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、開采計劃以及現(xiàn)場實際情況進行分析評價，提出白象山鐵礦采用抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，即副井進風(fēng)、地表斜坡道輔助進風(fēng)，回風(fēng)井回風(fēng)的“兩進一回”通風(fēng)格局。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)局阻、機站局阻及風(fēng)機網(wǎng)絡(luò)匹配性能調(diào)整，結(jié)合系統(tǒng)風(fēng)量及風(fēng)壓等要求，運用通風(fēng)系統(tǒng)要求及風(fēng)機優(yōu)選等技術(shù)研究，優(yōu)選風(fēng)機，確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)達到安全、可靠、高效、節(jié)能的工作狀態(tài)。

3.2 礦井總風(fēng)量計算

礦山所需要的總風(fēng)量為各工作面所需風(fēng)量與需要獨立通風(fēng)的硐室所需風(fēng)量之和，礦井總風(fēng)量按排塵風(fēng)速計算，方法如下：

Q=vS

式中Q——作業(yè)工作面所需風(fēng)量；

v——作業(yè)工作面要求的排塵風(fēng)速，m/s，可取v=0.15 m/s-0.5 m/s；

S——采場作業(yè)地點的過風(fēng)斷面，m2。

根據(jù)白象山鐵礦年采掘生產(chǎn)計劃，按排塵風(fēng)速計算每個工作面所需的的風(fēng)量，再根據(jù)每個類型工作面的總數(shù)計算出白象山鐵礦井下生產(chǎn)所需的風(fēng)量為237.40 m3/s，見表1?？紤]采區(qū)風(fēng)量調(diào)節(jié)不及時及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部風(fēng)流短路影響，取風(fēng)量備用系數(shù)為k=1.2，則礦井總風(fēng)量為284.88 m3/s，取值285 m3/s。

表1 白象山鐵礦礦井總需風(fēng)量計算

3.3 系統(tǒng)風(fēng)量分配

根據(jù)計算結(jié)果，白象山鐵礦礦井總風(fēng)量為285 m3/s，結(jié)合當(dāng)前白象山鐵礦采礦計劃與目前采區(qū)工作面分配情況，對各中段水平盤區(qū)生產(chǎn)所需風(fēng)量進行分配，見表2、表3。

表2 各中段水平風(fēng)量分配表

表3 各盤區(qū)需風(fēng)量 單位：m3/s

3.4 機站設(shè)置

白象山鐵礦采用抽出式通風(fēng)方式，回風(fēng)機站分別設(shè)置在-270 m水平和-390 m水平。-390 m回風(fēng)機站已經(jīng)安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的對旋風(fēng)機，-270 m回風(fēng)機站風(fēng)機型號將根據(jù)通風(fēng)方案，通過網(wǎng)絡(luò)解算，對風(fēng)機進行優(yōu)選比較后確定。兩臺風(fēng)機共同承擔(dān)各生產(chǎn)水平的回風(fēng)任務(wù)，克服系統(tǒng)通風(fēng)阻力，控制系統(tǒng)總風(fēng)量。根據(jù)生產(chǎn)需要，在采區(qū)(盤區(qū))進、回風(fēng)井聯(lián)巷設(shè)置輔扇，對采區(qū)風(fēng)量進行合理調(diào)節(jié)。在-390 m水平回風(fēng)機站已安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的的對旋風(fēng)機，根據(jù)各中段通風(fēng)需求以及礦井總風(fēng)量，-390 m水平回風(fēng)機站一臺風(fēng)機已經(jīng)不能滿足通風(fēng)要求，應(yīng)在-270 m主回風(fēng)巷新增一個回風(fēng)機站。-270 m水平回風(fēng)機站風(fēng)機擬從K45-6-№20、DK45-6-№19、DK45-6-№20、DK62-8-№24、DK62-8-№25、DK62-8-№26、DK60-8-№28等風(fēng)機中優(yōu)選。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

目前，白象山鐵礦-390 m水平回風(fēng)機站已安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的的對旋風(fēng)機，根據(jù)各中段通風(fēng)需求以及礦井所需總風(fēng)量，-390 m水平回風(fēng)機站一臺風(fēng)機已經(jīng)不能滿足通風(fēng)要求，需在-270 m水平新增一個回風(fēng)機站。-270 m與-390 m水平回風(fēng)機站分別命名為1號回風(fēng)機站、2號回風(fēng)機站。-270 m水平回風(fēng)機站風(fēng)機擬從K45-6-№20、DK45-6-№19、DK45-6-№20、DK62-8-№24、DK62-8-№25、DK62-8-№26、DK60-8-№28等風(fēng)機中優(yōu)選。

對于上述各型號風(fēng)機，根據(jù)1、2號回風(fēng)機站所選風(fēng)機型號的不同以及葉片安裝角度不同，形成多種組合方案，見表4。

表4 各風(fēng)機參數(shù)與所選葉片安裝角度

建立白象山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)模型，將不同組合的風(fēng)機分別代入帶入通風(fēng)解算，得出各種風(fēng)機選擇方案的解算結(jié)果，并對結(jié)果進行分析整理。

根據(jù)解算結(jié)果分析，大多數(shù)組合方案不能滿足礦井所需總風(fēng)量(285m3/s)，滿足總風(fēng)量要求的方案有三個，見表5。

各方案詳細網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果見表6、圖7、圖8、圖9。

表5 礦井總風(fēng)量解算結(jié)果

表6 方案一網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

表7 方案二網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

表8 方案三網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

表9 三種風(fēng)機選擇方案網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果比較表

通過表9數(shù)據(jù)分析，三種回風(fēng)機站所選擇的風(fēng)機經(jīng)通風(fēng)解算后，系統(tǒng)總風(fēng)量均滿足設(shè)計要求(285 m3/s)。三種方案系統(tǒng)裝機功率相同，都為1420 kW，方案三系統(tǒng)總風(fēng)量最大，為292.52 m3/s，但方案三風(fēng)機實耗功率超過額定功率，不利于設(shè)備正常運行，故優(yōu)化方案應(yīng)從方案一和方案二中選擇。

方案一系統(tǒng)總風(fēng)量為289.05 m3/s，比方案二系統(tǒng)總風(fēng)量(286.40 m3/s)大，但方案二實耗功率比方案一小，風(fēng)機運行效率比方案一高，考慮節(jié)能以及風(fēng)機安全運行等因素，優(yōu)化方案選擇方案二。即：-270 m、-390 m回風(fēng)機站各安裝一臺型號為DK60-8-№28的風(fēng)機，葉片安裝角度43°。白象山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果見表10、表11。

表10 通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果

表11 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量分配

5 小結(jié)

通過白象山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，選用第二種方案，后對優(yōu)化后現(xiàn)場及風(fēng)機和機站進行測量和計算，數(shù)據(jù)表明達到優(yōu)化效果。此次優(yōu)化降低通風(fēng)成本,提升通風(fēng)管理水平，有效預(yù)防和遏制生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，確保職工職業(yè)健康和礦山環(huán)保要求。