大台沟铁矿采场通风研究.pdf

1 8 矿业工程 M i ni ng En g i ne e r i n g 第 9卷第 5期 2 0 1 1年 1 O月矿物开采大台沟铁矿采场通风研究周育王鹏刘国强高艳梅。 1 ．中冶北方工程技术有限公司，辽宁鞍山 1 1 4 0 0 9 ；2 ．莱州市交通局地方公路局，山东莱州 2 8 1 4 0 0 摘要大台沟铁矿是国内首个正在设计的深部开采型特大矿山，设计采用大间距无底柱分段崩落法开采，可以减少采准工程量，减轻矿山开采通风压力。采场实行风简通风方式，适合独头巷道掘进，节约能源，是对国内深井开采通风降温技术的新探索。关键词通风降温；深部开采；大间距参数中图分类号 TD 8 5 3 ． 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 8 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 0 1 8 0 3 0 引言大台沟铁矿位于辽宁省本溪市平山区桥头镇大台沟村，属鞍山一本溪铁矿成矿带内典型的沉积变质型 “ 鞍山式”铁矿，目前控制的资源量达 3 8亿 t ，远景储量超过 1 0 0亿 t ，是迄今为止，世界上最大单体铁矿床。矿体埋深1 1 0 0 ～1 2 0 0 m 标高一 9 0 0 1 0 0 0 m ，设计确定采用无底柱分段崩落法开采，首采标高一9 3 8 1 T I 。以目前所掌握的资料看，恒温带温度为 2 4 ℃ ，岩温梯度为 1 ． 5 ℃／ 1 0 0 r f l ，工作面温度高达 4 6 ． 1 ℃。目前大台沟铁矿项目采矿设计处于可行性研究阶段，设计一期规模 1 5 0 0 万 t ／ a ，二期规模 3 0 0 0 万 t ／ a 。如果不采取行之有效的通风降温措施，工作条件将非常恶劣，会严重影响工人的工作效率和身体健康。因此，矿山开采设计应充分考虑深井通风技术要求，满足工人正常生产对工作环境的需求，提高工人劳动效率。 1 矿床赋存条件大台沟铁矿床赋存于太古界鞍山群樱桃园组，属于特大型 “ 鞍山式”沉积变质贫赤、磁铁矿床，为隐伏的单一矿体，矿体埋深 1 1 0 0 ～1 2 0 0 I T I 标高 ⋯ 9 0 0 1 0 0 0 m ，控制矿体最低标高一 1 7 7 0 m。矿体长度预测约为4 ． 5 k m，总体走向 3 1 5 。～3 2 5 。，倾向南西，倾角 8 5 。，近直立。矿体厚度巨大，平均水平厚度 8 7 0 ． 6 8 IT I ，为一厚板状收稿日期 2 0 1 1 0 4 2 0 作者简介周育 1 9 7 0 一，男汉族，湖南人，中冶北方工程技术有限责任公司高级工程师，采矿室副主任。陡倾斜矿体。本着 “ 早投产、早产出、缩短建设时间，总体规划、分步实施、滚动发展” 的原则，为了减少初期基建工程量和投资，尽快建矿投产，在开拓上采取分步实施、分期建设。首采地段开拓标高为一 1 2 8 0 1 T I ，最低开采标高为一1 2 5 1 ． 5 m。 2 当前国内外深井通风技术深井通风面临的主要问题包括矿井深、风阻大、深部岩温高。对于老矿山深部开采，还存在采空区漏风、原有通风工程断面参数小等问题，需要对原有通风系统进一步的优化和完善。我国金属矿山深井通风技术研究始于 2 0世纪 8 O年代，一些老矿山开始进入深部开采，如湖南湘西金矿、安徽冬瓜山铜矿、辽宁红透山铜矿、云南大红山铁矿、甘肃金川镍矿等。目前，国内正在生产的深部开采老矿山，由于各种原因无法形成新的通风系统，通风研究主要是对原有通风系统进行改进和完善，主要体现在补充以前通风欠账工程，处理老的采空区和井巷漏风等。国内深井通风主要技术包括高风速降温技术、低温预冷入风流技术、湖南湘西金矿 “ 深井子域分区”结合 “ 低温岩层预冷入风流” 技术。国外矿山在 1 9世纪末进入深井开采阶段，如印度科拉尔金矿、南非迪普莱维尔斯金铀矿等。这些矿山在采用通风降温技术外，同时采取制冷降温技术，如印度科拉尔金矿在 2 0世纪 8 0年代开采深度超过 3 0 0 0 IT I ，岩层温度超过 6 9 。 C，在采区采用制冷技术，通过冷却空气向井下通风，降温费用达 2 0 1 1 年第 5 期周育等大台沟铁矿采场通风研究 1 9 到每吨矿石 1 0美元Ⅲ 。2 0世纪末期，瑞典基律纳铁矿进入深井开采阶段，矿山采用多级机站通风系统，井下采区采用管道通风方式，取得了较好的经济效益。 3 采区通风研究 3 ． 1 采区参数选择大台沟铁矿生产规模大，可以比肩大型露天矿，设计坚持设备大型化，采用大间距结构参数开采。生产通风主要是放炮后的排烟工作影响出矿生产，所以增大采场结构参数，减少采区布置，不但可以减少采准工程量，而且可以减少通风区域，减轻矿山通风压力。根据基律纳经验，分段高度 1 2 r n 时，连续扇形炮孔排面抵抗线为2 m，每排爆破1 5 0 0 t 矿石，要达到 6 0 0 0 0 t ／ d 生产能力，每天 2 4 小时需爆破 4 0排炮孔；若分段高度为3 0 i n，抵抗线为3 ． 5 r i 1 ，每次爆破量 1 4 0 0 0 1 5 0 0 0 t ，每天只需 1 ～2个区段进行爆破 [ 5 ] 。大台沟铁矿根据矿岩性质及国内生产水平要求，设计确定分段高度 2 8 ． 5 m，进路间距2 5 m。 3 ． 2采场通风系统 3 ． 2 ． 1 方案 1 风筒通风新鲜风流经进风井进入井下，由一9 5 0 m进风水平进入脉外进风天井，再由进风天井进入分段进风巷道，进风巷道内设通风管道，新鲜风流进入通风管道，由通风管道进入采场联络道，进入各进路风筒，再由风筒到达工作面。冲洗工作面后的污风由进路、联络道回至各分段回风巷道内，回风巷道内设风墙和通风管道，污风进入通风管道后，由通风管道回至脉外回风天井及回风水平，由回风水平进入回风井后排出地表。针对无底柱分段崩落法采矿回采进路是独头巷道的特点，采区通风采用风筒通风，并且在分段进回风巷中安装调频控制的轴流风机，根据生产要求，调整风量，减少风量的损失与浪费。在回风巷道内设风墙，可以防止风路窜风或反风，提高通风效果。 3 ． 2 ． 2方案 2 巷道通风每个采区布置一条进风天井，新鲜风流经进风井进入一1 2 5 1 ． 5 m水平，由一 1 2 5 1 ． 5 m进风水平进入采场上向进风天井，再由进风天井进入采场联络道。冲洗工作面后的污风由进路、联络道回至各分段回风巷道内，回风巷道内设风墙和通风管道，污风进入通风管道，由通风管道回至回风天井及回风水平，由回风水平进入回风井后排出地表。图 1 方案 1 采场通风系统平面图图 2方案 2采场通风系统平面图方案 2 类似于国内典型的无底柱分段崩落法采矿的通风形式，具有单独的进风水平，下部进风，上部回风；区别是将单独的回风水平改至开采水平，在回风巷道内设置风墙和风筒，防止风路窜风或反风。 3 ． 3方案对比表 1 采区通风方案对比项目风筒通风巷道通风施工脉外进、回风天井，风工程门，风墙，井筒工程量少施工风门、风墙产生部分费费用用大磊釜喜璺繁蒉风天井，进风水平巷道，井筒工程量大～一采区进风天井费用大，风筒回风段有风墙通风采区进风天井井底设置风机，回风天井巷道集中风筒设置多台风机，风机数量通风多，费用大阶段进回风巷道中的风管理等薯进、回风水平管理日动，风墙、自动风门管 ⋯ 日一理，管道铺设管理巷道通风 2 0 矿业工程第9 卷第5 期方案 1 ，进、回风在同一生产水平，生产水平采用风筒通风，需要在分段进风巷道内设置风门，在分段回风巷道内设置多个风墙，施工量增加，管理复杂。在各分段分别设置可移动风机，随着生产分段水平变化，需要移动风机，增加风机移动费用，并且使生产管理变得更复杂，但由于矿体集中，分段矿量大，风机的移动频率可以接受。方案 2 ，需设置专门的进风水平，每个采区分设采区进风天井，采区进风井工程量大，每个采区进风天井需设置风机，且费用高，但管理较方案 1 简单。总之，方案 1 是 “ 小水滴灌 ”式通风，方案 2 是 “ 大水漫灌 ” 式通风， “ 小水滴灌 ”式通风更为节省能源，经济合理。 3 ． 4其他措施一一～加强监测。大台沟铁矿应增加对通风系统风质、风量的测定，结合六大系统中的监测监控系统，对风量、风质、主、辅、局扇风机功率等项目进行监测。通过监测尽快了解矿井内部漏风量、有效风量率、风量分配、风流紊乱、污风循环和停滞、掘进工作面风量、回风段阻力损失等情况，便于管理者对不良情况做出及时应对措施。～减少设备对空气的污染。回采出矿以电动铲运机为主，柴油铲运机为辅的出矿设备配置，液压设备采准、凿岩、开采过程尽量采用电动和液压设备，少用柴油设备。根据基律纳铁矿经验， 7 7 5 I n 水平使用柴油铲运机，风量达到 1 8 0 0 ～ 2 3 0 0 In。／ s ，而 1 0 4 5 In水平采用电动铲运机，需风量为 1 5 0 0 In。／ s E 。制冷设施安置。大台沟铁矿作为新建矿山，本次设计最低开采深度约地表以下 1 5 0 0 In，设计采用大断面进回风，风路比国内老矿山简单，开采深度未达到 1 6 0 0 1T I ，正常通风降温措施理论上可以保证正常生产。如果整体通风无法满足生产要求，可以根据井下实际勘探和建设情况，采取局部制冷。如安徽冬瓜山铜矿，热害防治整体设计以通风降温为主，局部制冷为辅的通风方案。考虑到井筒岩体温度的影响，可将制冷系统设置在井下分段通风巷中，制冷站散热用专用回风道或用地下水。当然，制冷降温消耗电力是惊人的，应考虑经济性和全矿用电负荷。 4结语大台沟铁矿设计采用无底柱分段崩落法回采矿石，大间距参数采场布置，可以减少采区布置，减少通风量；采取风筒通风方式，既可减少井巷工程布置，又实现了 “ 小水滴灌 ”式通风，经济合理，最适合无底柱分段崩落法矿山回采进路独头巷道的通风。除了优化采区通风线路设计，同时在实际生产中还应加强监测，多采用电动设备，减少生产设备对空气的污染，必要时可以安置局部制冷设施。建议大台沟铁矿在设计和开采过程中多与科研院所结合，申请国家基金，对新建深井矿山通风降温技术进行更深入细致地研究实践。参考文献 [ 1 ] 张维滨，郭树林，姚香等．中国金属矿山深井通风技术研究现状综述[ J ]．黄金，2 0 0 9 9 2 6 ～2 9 ． [ 2 ] 谢理，焦玉书．今日瑞典基律纳铁矿 [ J ] ．中国矿业， 2 0 0 3 4 4 6 ～ 5 2 ． [ 3 ]汪建．瑞典基律纳铁矿考察报告 [ J ]．矿业工程，2 0 l 1 1 5 7 ～ 6 2 ． [ 4 3 邀广斌，张雨春，严鹏等．夹皮沟深井通风存在的问题及关键技术分析 E J ]．现代矿业，2 0 0 9 6 1 1 o ～1 1 2 ． E 5 3基律纳矿的未来生产系统[ J ] ．世界采矿快报，1 9 9 7 9 1 2 ～ 1 3 ． E 6 3 谢贤平，赵梓成．近十年我国金属矿山通风技术发展综述 [ J ]．有色金属设计 55 ，1 9 9 5 1 5 ～1 O ． [ 7 ] 孙英，马志刚，卢玉华．我国金属矿山通风系统建设的新发展 [ J ]．矿业快报，2 0 0 8 1 2 1 8 ～2 2 ． Th e Re s e a r c h o f Da t a i g o u M i ne Ve nt i l a t i o n ZHOU Yu ． W ANG Pe ng 。 LI U Gu o - qi a ng ， GAO Ya n me i 1 ． No r t h Er n e n g i n e e r i n g Te c h n o l o g y Co r p o r a t i o n ，MCC，An s h a n 1 1 4 0 0 9； 2．I ． a oz hou Ci t y De pa r t me n t of Tr a n s por t a t i on Loc a l Hi ghwa y Bur e au， La i z ho u 2 8 1 40 0， Chi n a Ab s t r a c t Fhe m i ne of Da t a i g ou i s t he f i r s t ne wl y d e e p m i ni ng l a r ge mi ne ． The mi ne i s d e s i gn e d wi t h t he l a r ge s p a c e no n pi l l ar s ub l e v e l c a vi n g me t h od． Thi s de s i g n me t ho d c a n r e duc e t h e e n gi n e e r i n g l ab or o f mi n i n g p r e p ar a t i on a nd ve n t i l a t i o n p r e s su r e ． I h e s t op e ve n t i l at i o n u s e s wi t h pi p es ． Thi s ve nt i l a t i o n me t h od i s f i t f o r bl i n d d r i f t ， a nd wi l l s av e e ne r gy ． I t i s a n e w e x pl or at i on f or v en t i l a t i on a n d c o ol i n g o f de e p mi ne ． Ke y wo r ds ve nt i l at i o n a n d c o ol i n g； de e p nfin i n g； l a r ge s p a c e pa r a me t er