金陶公司所属矿山井下动态通风系统优化.pdf

Serial No．566 June．2016 现代矿业 MODEＲN MINING 总 第566 期 2016年 6 月第 6 期 王士强 1987 ， 男， 助理工程师， 024327 内蒙古自治区赤峰市 敖汉旗金厂沟梁镇。 金陶公司所属矿山井下动态通风系统优化 王士强王成龙孔令东 中国黄金集团内蒙古金陶股份有限公司 摘要我国金属、 非金属老矿山井下通风系统普遍存在诸多问题， 金陶公司所属矿山由于早 期开采深度浅， 通风系统相对简单， 但随着开采深度的增加， 探矿范围的扩展， 井下通风问题越来越 突出。目前， 金陶公司所属矿山正处于多中段、 大范围探矿、 采矿期间， 前期成熟的分区不独立多级 机站通风系统已无法满足生产需要。为此， 按照作业面需风类型， 提出了主扇并联、 动态开启、 单一 主扇变频运转的新型通风思路， 根据电价峰谷、 平值的价格差， 调整合理的作业班次， 采取主扇变频 通风方式， 即在电价谷值时主扇正常运转， 电价平值、 峰值时主扇变频， 从而达到节约矿井通风动力 费用的目的。该通风思路对于类似矿山有一定的参考价值。 关键词矿井通风系统主扇变频通风方式主扇并联 Optimization of the Underground Ventilation System of the Mine of Jintao Company Wang ShiqiangWang ChenglongKong Lingdong Inner Mongolia Jintao Company Co， Ltd． ， China Gold Group AbstractThe problems are existed in the most of the underground ventilation systems of the old metal and non- metallic mines in our country． Due to the the shallow mining depth of the mines of Jintao company， the underground ventilation systems of the mines are relative simple， but with the increasing of the mining depth， and the expansion of prospecting scope， the underground ventilation problems of the mines are becoming more and more prominent． At present， the miens of Jintao company is in the period of multi- level， wide range of prospecting and mining， the original underground ventilation of partition not in- dependent multi- stage station of the mines of Jintao company can not meet the requirements of the mine production． According to the wind types of the different working faces， the new underground ventilation with the characteristics of the main fan parallel distribution， dynamic open， the single main fan variable frequency operation． The underground working teams and times are adjusted based on the differ- ence between the peak valley electricity price and flat electricity price， the frequency conversion ventila- tion pattern is proposed， that is to say， when the electricity price is in the valley value level， the main fan is in the normal operation state， when the electricity price is in the flat price level and peak price level， the main fan is conducted frequency conversion to reduce the power costs of underground ventilation sys- tem． The research results in the paper can provide preference for the similar mines． KeywordsUnderground ventilation system，Frequency conversion of main fan，Ventilation pat- tern，Main fan parallel distribution 1矿山及通风系统概况 内蒙古金陶股份有限公司所属矿井于 1958 年 建矿， 矿区开采面积 5． 1 km2， 采用竖井、 盲竖井联 合开拓方式， 采矿方法为削壁充填采矿法、 外取料充 填采矿法。矿脉以集群型式密集分布， 已探明具有 工业价值的矿脉 65 条， 单脉长 200 ～500 m， 平均厚 0． 20 ～0． 5 m， 矿体最大延深至 23 中段， 目前开拓至 19 中段， 2015 年继续延伸 3 个中段至 22 中段， 开采 深度 744 m， 属于多中段、 大范围开采作业， 特点是 971 通风距离长， 需风地点多。该矿初期采用间隔对角 式通风系统， 2005 年至今采用多级机站分区不独立 通风系统。金陶公司所属矿山分为 3 个开采区， 即 一、 二、 三采区， 各开采区独立又在不同中段矿区间 互联， 集中采用多级机站分区不独立通风系统 图 1 。该系统主要由 35通风井、 26通风井、 56通风 井、 4 条大黄线通风井， 4 条提升明竖井和 3 条盲竖 井组成， 共 8 台主扇风机 24 h 连续运转保证井下生 产。为防止提升井结冰， 全矿通风系统分正常、 冬季 2 个时期的通风。正常时期的通风系统 2、 15、 1、 56、 35井和 7 中段以下的 35盲竖井、 盲付井、 57 盲竖井均入风， 35、 56、 26、 大黄线通风井排风; 冬 季通风时， 大黄线、 35、 56通风井的 3 个井口风机 反转后将地面新风压入井下，2、 15、 1、 56、 35提 升井有少量的热风排出， 污风由 26通风井集中排 出。 图 1多级机站分区不独立通风系统 随着开采深度的不断增加， 矿井深部风量不足， 烟尘无法及时排出， 部分地点温度较高。经分析， 存 在的主要问题有 ①早期施工风井通风断面过小， 错 位井较多， 通风阻力大， 且未经护壁处理， 经风化、 水 流作用造成局部地点坍塌， 清理时极其危险， 引起风 井堵塞， 清理危险性较高， 且部分通风井与采空区相 通， 漏风严重， 无法封堵， 造成通风阻力过大， 直接影 响风机风量， 致使主风机工况点偏移， 进而出现风机 易损坏、 风量小等问题; ②作业地点分散， 涉及中段 多， 在冬季通风系统运行时， 仅靠 1 条 26通风井排 出污风， 污风线路长， 通风阻力大， 污风线路折返， 易 污染其他作业地点; ③作业地点多， 风量无法具细分 散， 致使新鲜风流难以下至深部中段， 无法有效排除 热害; ④随着手持电子式 CO 检测仪的使用， 下井工 人在进入作业地点前便可快速、 清楚地获得作业面 CO 的含量信息， 当 CO 含量达到 24 10 －6便禁止入 内， 导致相当一部分作业地点由于 CO 含量超标而 延误生产 ［1- 4 ］。 2通风系统优化 2． 1全矿需风量计算 金陶公司所属矿山每个作业地点的实际需风量 应按爆破后有害气体的产生量 不存在瓦斯和二氧 化碳涌出 、 工作面气温、 风速和同时工作的最多人 数分别进行计算， 在此基础上取最大值， 结果见表 1。结合表 1 数据， 经计算一、 二、 三采区的需风量分 别为 55． 7， 56． 94， 54． 74 m3/s， 各采区具体需风量的 计算结果见表 2。 2． 2通风井阻力 经过对 35、 26、 56、 大黄线通风井的详细排 查， 发现通风断面小、 易堵塞， 风阻大的地点均集中 081 总第 566 期现代矿业2016 年 6 月第 6 期 表 1全矿采掘作业需风量 作业面类型需风量/ m3/s 作业点/个总需风量/ m3/s 掘进作业面2． 238． 083． 6 削壁充填法采场1． 2441． 050． 84 采场准备1． 246． 07． 44 天井1． 012． 012．0 水泵硐室2． 03． 06． 0 临时炸药库1． 53． 04． 5 机电硐室1． 04． 04． 0 表 2矿井需风量计算结果 项目 工作面数 /个 需风量 / m3/s 总需风量 / m3/s 一采区 二采区 三采区 掘进132． 2028．60 天井41． 004．00 采场准备21． 242．48 采矿场131． 2416．12 硐室31． 504．50 掘进132． 2028．60 天井41． 004．00 采场准备21． 242．48 采矿场141． 2417．36 硐室31． 504．50 掘进122． 2026．40 天井41． 004．00 采场准备21． 242．48 采矿场141． 2417．36 硐室31． 504．50 分布于 3 ～15 中段， 为此， 本研究采用天井反井钻机 施工直径为 1． 4 m 的天井并列 3 条作为通风井， 该 井壁光滑、 稳固性强， 经计算， 通风井的摩擦阻力系 数较小 0． 005 kg/m3 ， 而早期通风井的摩擦阻力系 数较大 0． 01 kg/m3 表 3 。 表 3摩擦风阻相关参数计算结果 通风井 磨擦 阻力数 / kg/m3 井巷 断面面积 /m2 井巷 周长 /m 井巷 长度 /m 风量 / m3/s 通风 阻力 /Pa 原 350．010 4． 008． 0640381 155．2 新 350．005 1． 544． 4单长 64038618．0 原 260．010 4． 008． 044040880．0 新 260．005 1． 544． 4单长 44040471．2 原 560．010 4． 008． 064035980．0 新 560．005 1． 544． 4单长 64035524．7 原大黄线0．0104． 008． 064032819．2 新大黄线0．0051． 544． 4单长 64032438．7 注 通风阻力减少均为 46． 5。 2． 3局部通风优化 矿山生产时在利用矿井总负压通风的同时， 巷 道掘进工作面、 采切工作面、 采场爆破后均采用局扇 加强通风。采场通风一般采用抽出式， 设计选用 YBT52- 2 型局扇。对于独头掘进的工作面， 按巷道 长度配备局扇， 巷道长度小于 200 m 时， 配备 1 台 YBT52- 2 型局扇进行抽出式通风; 当巷道长度大于 200 m 时， 则采用 2 台局扇进行压抽混合式通风。 局部通风的风筒与工作面的距离 压入式通风不得 大于 10 m; 抽出式通风不大于 5 m; 混合式通风时， 压入风筒不得超过10 m， 抽出风筒应滞后风筒5 m。 3动态通风方式 3． 1需风量分析 由表 1 可知， 采矿场掘进面需风量较大。矿井 作业面主要风量需求分为排尘风量和排炮烟风量 2 类。由采矿作业顺序可知 凿岩 8 h 工作， 仅需排尘 风量; 爆破通风8 h， 仅需排炮烟风量， 出矿作业8 h， 仅需排尘风量。可见， 在进行凿岩和采矿作业时部 分风量被浪费。为此， 根据不同的作业情况， 对生产 性需风量进行了分类， 全矿采矿作业需风类型及需 风量见表 4。 表 4全矿采矿作业需风类型及需风量 作业面类型 需风量/ m3/s 排炮烟凿岩除尘出矿作业除尘 掘进作业面 38 个83．6045．645．6 削壁充填法采场 41 个50．8441．041．0 采场准备 6 个7．446．06．0 天井 12 个12．0012．012．0 水泵硐室 3 个6．006．06．0 临时炸药库 3 个4．504．54．5 机电硐室 4 个4．004．04． 0 由表 4 可知 凿岩除尘风量、 出矿除尘需风量远 小于排炮烟需风量。由于金陶公司所属矿山井下的 8 台主扇为24 h 连续运转， 多台为串联接力风机， 工 作总负荷为 501 kW， 实际产生的风量达 196． 6 m3/s， 可见在凿岩和出矿作业的 16 h 内， 61． 5 m3/s 的风量被浪费。假设为 1 台产生 61． 5 m3/s 风量的 风机连续运行16 h， 所造成的电费约1 664 元/d， 1 a 内电费约为 60． 7 万元， 浪费的电费相当于 1 座小型 矿山 1 a 内的通风费。 3． 2风机并联布置 采用天井钻机将原 35、 26、 56、 大黄线通风井 进行重新掘设并直接到达深部中段， 主要通风路线 逐段疏通， 将各中段、 各作业地点的局部通风系统与 181 王士强王成龙等 金陶公司所属矿山井下动态通风系统优化2016 年 6 月第 6 期 主通风系统联通， 构成完善的通风网络， 进行大范围 分风和排除深部中段热害的作业。现运行的 8 台主 扇分别安置于 4 条主通风井中， 采用串联工作方式， 工作总负荷为 553 kW， 按目前通过风井条件计算的 全矿总风阻为 3 295 Pa， 按上述采用钻机施工的新 通风井通风条件 井壁光滑， 摩擦阻力系数较小 估 算的通风阻力约 2 000 Pa。将 8 台风机每 2 台 1 组 采用并联方式分别安置于 4 条主风井地表位置， 见 表 5。 表 5风机并联相关通风数据 组 别 通风 井 主扇型号 风量 / m3/s 风压 /Pa 功率 /kW 运行 方式 1 新 35 ①K40- 6N01623． 5 ～51． 4197 ～903 55 ②K45- 4No1328． 6 ～53． 8943 ～1 810 90 压入式 2 新 56 ③K45- 4No1013． 0 ～24． 0558 ～1 071 30 ④K45- 4No1435． 7 ～67． 2 1 094 ～2 099 132 压入式 3 新 26 ⑤K40- 6N01519． 4 ～42． 3173 ～798 37 ⑥K45- 4No1328． 6 ～53． 8943 ～1 810 90 抽出式 4 新大 黄线 ⑦K40- 4N01218． 7 ～40． 8242 ～1 118 37 ⑧K40- 6N01415． 8 ～34． 4150 ～695 30 抽出式 假设 1 将井下作业班次划分为 3 个， 8 ～ 16 时 为爆破通风班， 16 ～24 时为出矿作业班， 24 时 ～ 次 日 8 时为凿岩作业班。由表 4 可知 8 ～ 16 时全矿 需风量最大为 168． 38 m3/s， 需将 4 组 8 台风机同时 开启; 16 ～24 时、 24 时 ～ 次日 8 时主要为除尘需风 量为 119． 1 m3/s， 则仅需开启每组 1 台风机即可达 到要求， 即开启表 5 中的②、 ④、 ⑥、 ⑦等 4 台风机， 总功率为 349 kW， 产生风量 143． 8 m3/s。若假设 1 成立， 则可节省风机运行电费 1 264 元/d， 1 a 可节 约 46 万元。 3． 3估计电价因素优化动态通风方式 金陶公司所属矿山所在地区的电价见表 6。 表 6用电峰谷平时间及电价 用电量时间段电价/ 元/kWh 峰值7 3011 30， 17 0021 000． 78 共 8 h 平值21 0022 00， 5 007 30， 11 3017 000． 48 共 9 h 谷值22 005 000． 28 共 7 h 注 平均电价为 0． 51 元/kWh 24 h 。 由表 6 可知 峰值的电价最高， 按假设 1 分析， 8 ～16 时为爆破通风班， 全矿需风量最大为 168． 38 m3/s， 需将 4 组 8 台风机同时开启， 此时用电为峰值 4 h， 平值 4 h， 虽然按照假设 1 的分时操作开启风机 可节约电费， 但按峰谷平电价计算发现， 该通风方式 仍不合理。 假设 2 将井下作业班次划分为 3 个部分， 22 ～ 5 时为爆破通风班， 6 ～14 时为出矿作业班， 14 ～ 22 时为凿岩作业班。由表 4 可知 5 ～ 22 时全矿需风 量最大为 168． 38 m3/s， 需将 4 组 8 台风机同时开 启; 5 ～ 13 时、 14 ～ 22 时主要为除尘， 需风量为 119． 1 m3/s， 则仅需开启②、 ④、 ⑥、 ⑦等 4 台风机即 可达到要求。若假设 2 成立， 可节省风机运行电费 1 903 元/d， 1 a 可节约 69． 5 万元。 变频风机原理是调节电动机输入频率， 改变电 动机转数， 从而调节风机产生的风量、 风压。当电动 机输入轴功率为电动机额定功率的 51 时， 风机转 速会下降 80， 风量也会下降 80。若井下风机电 机全部更换为变频电机， 实现按时调节风量， 有望达 到节电的目的。 假设 3 将风机电机及配电柜全部改为变频式， 根据假设 2 设定通风时间， 可适时调节风机频率， 降 低风量， 由于出矿班和凿岩班的实际准备时间和收 尾阶段无需排尘， 利用风机变频可将该 2 个班次的 排尘时间进行调整， 从而达到最优的通风效果。若 假设 3 成立， 可节省风机运行电费 3 896． 28 元/a， 1 a 可节约 142． 2 万元。 4结语 针对金陶公司所属矿井通风系统存在的问题， 结合作业面需风类型， 提出了主扇集中分组并联、 分 组主扇动态开启、 单一主扇变频运转的新型通风思 路。分析表明， 该通风方式不仅可大幅度降低矿井 通风费用， 可更为合理地将风源分配至井下各作业 点， 有助于提高井下通风系统的安全性、 实用性和科 学性。 参考文献 ［ 1］王德明． 矿井通风与安全［M］． 徐州 中国矿业大学出版社， 2007． ［ 2］刘其志， 孙玉峰． 矿井通风［M］． 北京 煤炭工业出版社， 2007． ［ 3］贾洪杰． 金厂沟梁金矿最优通风系统的研究［J］． 矿业快报， 2001 13 9- 11． ［ 4］崔士成． 金厂沟梁金矿分区不独立多级机站通风系统的研究 ［J］． 有色矿冶， 1999 5 49- 53． 收稿日期 2016- 02- 29 281 总第 566 期现代矿业2016 年 6 月第 6 期