旧店金矿井下通风降温治理技术研究.pdf

2 0 0 9年第 8期／ 第 3 O卷 黄金 GoLD 旧店金矿井下通风 降温治理技术研究 王 良忠 ， 张永 亮 ， 刘炳礼 ， 史关芳 1 ．青岛理工大学 ； 2 ．平度市 旧店金矿 摘要 随着金属矿山开采深度的增加 ， 矿井高温热 害问题会越来越严重 ， 导致温度 变化的主要 因素是井下热源。针对 旧店金矿深部开采 大量热水涌出， 致使作业面高温的状况 ， 提 出并实施 了矿 井通风降温治理井下热 害的技术方案。同时介绍 了矿山风量、 通风阻力的计算及井下风机的选择。 井下通风降温治理技术的实施 ， 改善 了井下高温和风流紊乱 问题 ， 收到了很好的应用效果。 关键词 深部开采 ； 高温； 通风降温； 旧店金矿 中图分类号 T D 7 2 7 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 1 2 7 7 2 0 0 9 0 80 0 1 9 0 5 0 引 言 l 问题 的提 出 山东黄金集 团青 岛有 限公 司旧店金矿 原平度 市旧店金矿， 下简称旧店金矿 矿区面积 0 ． 3 3 9 2 k m ， 区内地势北高南低 ， 最高标 高 4 2 0 m， 相对高差 3 2 0 m， 属低山丘陵区 ， 北部为低山区 ， 南部属丘陵区。 区内地层简单， 除新生界第四系沿沟谷等低洼处分布 外 ， 古元古界荆 山群地层多以残留体形式分布于花岗 岩中， 其岩性主要为黑云斜长片麻岩、 黑云变粒岩、 绿 帘黑云石英片岩 、 黑云斜长变粒岩 、 角闪片岩等 ， 具不 同程度的混合岩化作用 ， 常形成条带状混合岩和均质 混合岩。区内构造 以断裂为主， 以北向东 ， 北北 东向 断裂构造最为发育 ， 是 区内主要控矿构造 ， 控 制了区 内所有大小矿脉 ； 其 次为北西 向断裂构造 ， 属矿后构 造 ， 对矿脉的连续性起破坏作用 ， 但不发育。 旧店金矿 2 9号脉属热液蚀变岩型 ， 矿体赋存于 金矿断裂蚀变带的中段 ， 根据矿体赋存条件及坑 内提 升 、 运输 、 通风等因素 ， 采用下盘竖井开拓、 分中段开 采的方案。目前， 主脉矿体分为 9个中段、 支脉矿体 分为 7个中段布置采 准巷道 ， 采用浅孔 留矿采矿法 。 随着 2 9号脉深部地质勘探工作 的深入 ， 开采工作将 继续向矿脉深部延伸 ， 初步预计最深矿体在 一5 6 0 m 左右。 由于受矿区 自然地理条件的影响， 旧店金矿随着 矿脉向深部 的拓展 ， 地下热水大量涌 出， 虽然 已采取 相应措施将大部分热水抽 出地表 ， 但仍导致了井下巷 道产生高温， 局部温度高达 4 2℃。井下高温严重影 响了井下作业， 不仅影响生产效率， 而且还带来湿疹 等职业病。针对这种情况 ， 研究采用了以井下通风为 主要手段的高温治理措施 。 1 ． 1 矿山通风状况 旧店金矿 2 9号脉坑口区域的冬季主导风向为北 西向， 平均风速 2 ． 8 m ／ s 。主竖井 的南西向有 3条通 达地表的通风小井与主脉的一 中段相连通 ， 距主竖井 距离分别为 1 5 0 r n 、 3 0 0 rn 、 3 3 0 In ， 井 口标高分别为 1 6 9 m、 1 7 8 m和 1 8 0 r n ； 主竖井的北东向有 5处与地 表相通 ， 距主竖井分别为 1 0 0 m、 1 2 0 r n 两竖井位 于 采空区上方 ， 已堵塞 、 1 5 0 m、 1 8 0 m、 2 1 0 m， 井 口标 高分别为 2 0 0 I n 、 2 0 5 m、 2 1 0 r n 、 2 0 1 m、 2 0 1 m。 各中段均由主竖井 断 面 9 ． 6 2 m 、 盲竖井 断 面 5 ． 7 2 m 、 人行 天井 、 采矿天井和探矿天井进 、 排 风 ， 天井断面均为 1 ． 5 m 。现有矿井通风系统采用 机械 一自然风压联合作业通风方式 ， 2 9号脉主脉矿 体五中段以下各 中段 六 、 七 、 八 、 九 中段 的通风主 要靠安放在五 中段 的风机 K 4 04一N o 1 2型风机 ， Y 2 2 5 S一 4型电动机 ， 功率 3 7 k W 通过集中天井抽排 污风 ， 主竖井在 自然风压和五中段风机负压联合作用 下向矿井供新风， 新鲜风流从地面经主竖井到各中段 石门 ， 再进入各中段 脉外运输巷、 采场 、 天井 ， 污风经 集 中天井由风机排人五中段以上采空区， 再由一中段 与地面沟通 的天井排到地面 ； 支脉仅有五、 六 、 七中段 通过石 门与主竖井相连 ， 支脉各中段的通风主要是靠 延伸到支脉四中段的小竖井 井 口标 高为 1 7 7 m， 断 面 4 ． 0 r n 自然通风 ， 新鲜风流由地 面经小竖井 、 五 中段天井进入支脉五、 六、 七中段脉外运输巷、 采场， 污风经脉外运输巷至主脉石门 ， 再与主脉相应中段的 运输巷相 [ 合 ， 在主脉石门附近形成一段进 回风流的 异向交汇区 ， 风速较低 ， 风流紊乱现象严重。 收稿 日期 2 0 0 90 6一l 6 ． 作者简介 王良忠 1 9 7 6 一 ， 男， 山东聊城人， 硕士， 讲师， 长期从事矿业工程 、 机械工程方面的教学及研究工作； 山东省青岛经济技术开发区长江 中路 2号 ， 青岛理工大学黄岛校区国资处 ， 2 6 6 5 2 0 团匝西 黄 金 1 ． 2 通风不 良导致的问题 经井下现场实际检查和风速风向测定 ， 发现如下 基本 问题 1 主脉一至六 中段均为通过天井与地表沟通 的老采空区， 早已不进行任何采掘和其他作业 ， 但每 个中段均未通过密闭墙 、 风 门等通风设施进行密闭， 与主竖井形成了进 回风系统 ， 使得大量新鲜风流漏人 采空区。 ‘ 2 2 9号脉矿体支脉各 中段通风靠主竖井东北 方 向的小风井 井口标高为 1 7 7 m， 断面 4 ． 0 m 自然 通风， 属 自然进风井 ， 但没有合理的出风 口， 污风无法 排出， 局部出现“ 死风” 现象。 3 整个 2 9号脉 主脉 、 支脉 没有形成完整的 通风系统 ， 风流方 向紊乱， 局部循环风现象严重 ， 尤其 是在夏季通风困难时期 ， 导致井下高温现象 。 4 七中段 一1 0 5 m水平 以下被水淹没 ， 致使 八 中段 、 九 中段无法形成风路循环系统； 另外， 由于水 温高达 7 3 ． 5℃ ， 同时 ， 热水的蒸气通过七中段石门巷 道向水泵房排放 ， 大大增加了七 中段石门处空气的湿 度和温度 ， 加上七 中段循环风不 畅通 ， 导致了七 中段 巷道的高温， 超过了中国金属矿 山井下作业温度的限 值 2 6℃一 。 5 2 9号脉矿体采空 区内天井没有采 取及时 酌 、 正确的密闭措施 ， 导致了大量的漏风。 2 井下高温治理方案 2 ． 1 治理方案的选择 按照矿井通风降温系统 、 控制水热源散热量的超 前排放系统设计原则 ， 设计出以下两个方案进行综合 比较 ， 从中选出最优方案。 方案一 通风降温系统采用主脉和支脉分区域机 械通风方式 ， 主脉采用五 、 七 中段分别安设风机 的多 级机站串联通风方式 ， 支脉风机安设在支脉六中段脉 外巷 内。其 中， 主脉现有风机安设在五中段北东段天 井的上方 ， 新安设 的风机安放在七中段天井附近的脉 外巷 内， 以主竖井和盲竖井作为进风井 ， 新鲜风流分 别经过七 、 八 、 九 、 十 中段 的石 门进入各 中段工作面， 再沿各中段集中天井汇总到七 中段风机入风 口， 风流 再经通风天井进入五中段风机入 口， 风机出口端与五 中段采空区相连 ， 回风流经五、 四、 三 、 二 、 一中段采空 区、 天井排出地面； 新鲜风流由主竖井进入六 、 七 中段 石门， 风流分别经过各 中段工作面 ， 经天井进入五中 段脉外巷 ， 通过风机 、 集 中天井进入四中段脉外巷与 风井相连 ， 污风经风井排出地面。 方案二 通风降温系统 ， 新安设 的风机安放在主 脉七 中段天井附近的脉外巷 内， 主竖井和盲竖井作为 进风井， 新鲜风流分别经过七 、 八 、 九 、 十中段的石 门 进入工作面 ， 再沿各中段集 中天井汇总到七中段风机 人风 口， 风流经回风天井进入五 中段风机入 口， 其 出 口通过开掘 1 条倾斜联络巷与北东方向的天井相连 ， 使支脉六 、 七中段形成一定的负压 ， 新风 由主竖井、 支 脉六 中段和七中段石门进入工作面和天井 ， 最后汇合 到集 中天井 ， 经风井排出地面。 结合矿区具体情况， 我们对两种实施方案进行综 合比较， 具体内容见表 1 。 从表 1的比较结果看 出， 方案一通风降温系统明 显优于方案二通风降温系统 ， 故旧店金矿井下通风降 温治理采用方案一付诸实施。 2 ． 2 矿井通风降温系统的设计参数 2 ． 2 ． 1 矿井及工程设计参数 、 井下各类井巷 工程 的规格尺寸和阻力系数设 计参数 见表 2 。 ， 表 1井下高温治理方案综合 比较 2 0 0 9 年 第8 期 ／ 第 3 0 卷 匝耍[ 蔓■ 2 ． 2 ． 2 需风量计算 按照采场生产能力及生产调度要求， 主脉需要同 时作业的生产采场 2个 ， 采切及备用采场 2个 ， 同时 掘进工作面最多 3个 ， 卷扬机硐室 1个 ， 矿柱 回采作 业面 1 个 ， 放矿工作面 1个 ； 支脉需要同时作业 的生 产采场 2个 ， 采切及备用采场 1 个 ， 同时掘进工作面 最多 3个。各作业地点需风量如下 1 生产采场风量 Q 。 Q 了N V 1 式中 q 为生产采场 风量 m ／ s ； N为风流交换倍 数 ， 取 1 1 ． 5 0 ； V为通风空 间 m ； t 为通风 时间 ， 取 1 2 0 0 S 。 计算得 Q 3 ． 8 3 lm ／ s 。 2 采切及备用采场风量 q 。取 Q 2 m 。 ／ s 。 3 掘进工作面风量 q 。 Q ．s 2 式 中 S ； 为掘进断 面积 ， 4 m ； 为最低排尘风速 ， 考 虑高含硫产热 ， 取 0 ． 5 m ／ s 。 计算得 Q i 2 ． 0 m ／ s 。 4 卷扬机硐室风量 P 。取 q 1 ． 8 m ／ s 。 5 矿柱回采需风量 q 。取 q 1 ． 5 m ／ s 。 6 放矿作业需风量 Q f 。取 Q 1 ． 5 m ／ s 。 7 全矿总需风量 Q 。 。 Q 。 k ∑Q ∑q ∑Q ∑Q ∑P 3 式中 k 为矿井风量备用系数， 一般取 1 ． 2 0 ～1 ． 4 0 。 对于主脉 ， 总需风量为 Q 主 2 5 ． 5 6 m ／ s 。 对于支脉 ， 总需风量为 Q奇 2 1 m ／ s 。 ． 对于全矿 ， 总需风量为 Q 全Q主Q支 2 5 ． 5 6 2 1 4 6 ． 5 6 m ／ s 。 2 ． 2 ． 3 通风阻力计算 2 9号脉的矿井通风 阻力计算 可分 为 3段 ， 即人 风段 、 用风段和出风段。在进行矿井通风阻力计算之 前， 为便于计算和说明， 需在通风系统图上将选定 的路 线 分为最困难时期和最容易时期 从进风 口到出风 口 逐段编号并绘出通风系统示意图， 然后沿选定的路线分 段计算摩擦阻力 ， 其总和即为矿井的总摩擦阻力。 巷道的通风摩擦阻力由式 4 计算 n r h ， p 4 式中 h 为巷道通风摩擦阻力 P a ； 为巷道的通风 摩擦阻力 系数 N s ／ m ； P为巷道通风断面 的周边 长度 m ； L为巷道长度 m ； S为巷道的通风断 面 m ； q为巷道的通过风量 m ／ s ； 1 主脉通风阻力计算。对于主脉 ， 通风系统简 易路线如图 1 所示。 根据矿井采掘现状和未来开拓 回采计划分析 ， 2 9 号主脉最大通风阻力路线为 1 _ _ 6 9 1 3 1 4 1 5 ， 即主竖井一盲竖井一九 中段一九 中段 回风天井一八 中段 回风天井一七 中段 风机一七 中段天井一六 中段 天井一五中段风机一采空区一连通地面回风天井。 经计算 ， 主 脉 矿 井 通 风 总 阻 力 容 易 时 期 为 7 2 1 ． 3 2 P a ， 困难时期为 1 0 1 1 ． 3 2 P a 。 2 支脉通风阻力计算 。对于支脉 ， 通风系统简 易路线如图 2所示。 经计算 ， 支 脉 矿 井 通 风 总 阻 力 容 易 时 期 为 5 0 8 ． 1 2 P a ， 困难时期为 8 0 8 ． 1 2 P a 。 2 ． 2 ． 4 风机的选择 对于主脉风机 ， 可按下列方法计算及选择。 黄金 田糊田 风 向 图 1 主脉通风 网络示意 图 图 2 支脉通风 系统网络示意图 1 风机风量 Q 。 Q f p Q主 5 式中 p为风机及装置漏风系数 ， 井下取p1 。 计算得 Q 2 5 ． 5 6 m ／ s 。 2 风机功率 _Ⅳ z 。 Ⅳz f h z Q z f 6 式中 为困难时期主脉矿井总阻力 ， 1 O 1 1 ． 3 2 P a ； 2 0 0 9年第 8期／ 第 3 0卷 r t 为风机装置效率 ， 取 0 ． 9 。 计算得 N 2 8 ． 7 2 k W。 3 电机功率 。 Khz Q z f N 1 0 0 0 Kf R o 7 z e 7 式中 为电机备用系数 ， 取 K1 ． 1 ； r 乙 为电机效率 ， 取 0 ． 9 5 。 计算机得 Ⅳ z 3 3 ． 2 6 k W。 按计算结果查风机样本 ， 选择 K 4 0 4一N o 1 2型 风机为宜。 同理可得出选择 K 4 0 4一N o l 1型或 K 4 0 4一 N o 1 2型风机均可满足支脉通风要 求 ， 但考虑到为今 后支脉深部矿床的进一步采掘留有余地和兼顾主脉 风机型号 的选 择 ， 认为选择 与主脉风机型号 相 同的 K 4 0 4一N o 1 2型风机更为合适。 3 结论 实践证明 ， 通过上述方案的实施 ， 井下风流形成 了完整的通风系统 ， 温度已降到 l 8℃左右 ， 很好的改 善 了该金矿井下高温和风流紊乱问题 ， 杜绝 了井下工 人 由于高温高湿而经常生病 的现象。应用实践经验 表 明， 应用井下通风降温或类似方案进行金属矿山井 下高温治理是行之有效 的。 [ 参考文献] [ 1 ] 金属非金属矿山安全 编委会． 金属非金属矿山安全[ M ] ． 武 汉 湖北科学技术 出版社 ， 2 0 0 3 ． 『 2 ] 王英敏 ． 矿井通风与防尘 f M1 ． 北京 冶金工、 I 出版社 ， 1 9 9 7 ． Te c h n o l o g y r e s e a r c h o n u n d e r g r o u n d v e n t i l a t i o n c o o l i n g i n J i u d i a n g o l d mi n e W a n g Li a n g z h o ng ，Zh a n g Yo n g l i a n g ，L i u Bi n g l i ， S h i Me i f a n g 1 ． Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e i t y ； 2 ． P i n g d u J i u d i a n G o Mi n e Abs t r a c t W i t h t h e i n c r e a s e o f t h e mi n i n g d e p t h i n me t a l mi n e s， t he p r o b l e m o f h i g h t e mp e r a t u r e a n d h e a t - ha r m b e c o me s mo r e a n d mo r e s e r i o u s i n u n d e r g r o u n d mi n e s ． T h e ma i n f a c t o r t o i n d u c e t h e c h a n g e o f t e mp e r a t u r e i s h e a t s o u r c e s u n d e r t h e s h a f t ．Ai mi n g a t t h e h i g h t e mp e r a t u r e i n J i u d i a n g o l d mi n e c a u s e d b y l a r g e q u a n t i t y o f h o t wa t e r i n fl o w，t h e v e n t i l a t i o n c o o l i n g me t h o d i s p u t f o r wa r d ．T h e a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e c a l c u l a t i o n o f v e n t i l a t i o n c u r r e n t a n d v e n t i l a t i o n r e s i s t a n c e，t h e c h o i c e o f f a n s ． Th e v e n t i l a t i o n c o o l i n g me a s u r e s o l v e s t h e p r o b l e m o f hi g h t e mp e r a t u r e a n d v e n t i l a t i o n c u r r e n t t u r b u l e nc e． Ke y w o r d s d e e p mi n i n g ； h i g h t e m p e r a t u r e ； v e n t i l a t i o n c o o l i n g ； J i u d i a n g o l d m i n e 编辑 邢万芳 中国黄金创新技术 长春黄金研究院建院五十周年精编科技论文集简介 2 0 0 8年7月， 长春黄金研究院在建院 5 0周年之际， 为了增进黄金行业的技术研究和学术交流， 整理了研究院5 0年的科研成 果， 全面收集了地质、 采矿、 机电与自动化 、 岩矿、 选矿、 冶炼、 环保 、 化验等专业的技术论文， 并从中精选了 1 2 8篇优秀作品， 编辑 出版了 中国黄金创新技术 精编科技论文集。 这部论文集涵盖了黄金工业所涉及的各种学科 、 各类专业 的历年研究， 集聚了长春黄金研究院 5 O年来学术研究的丰硕成 果， 展示了历年来的中国黄金创新技术， 记录了黄金工业科学技术的发展足迹， 总结了黄金科学技术研究的历史。 这部论文集汇总了各种矿物的氰化提金 、 硫脲提金 、 树脂提金、 原矿焙烧、 硫酸烧渣、 生物氧化等工艺， 以及高砷高硫含碳难 选矿石处理、 热压氧化 、 微波、 液膜、 金的精炼和多金属综合回收技术研究 ； 总结了全面采矿法、 浅孔留矿法、 胶结充填法、 分条回 采分层崩落法、 尾砂水力充填法等开采技术； 介绍了机械化开采成套设备 、 砂金洗选设备、 活性炭解吸电解和活性炭再生等设备； 报道了应用碱氯法、 S 0 一空气法、 焦硫酸钠氧化法、 活性炭催化氧化法、 离子交换树脂法、 酸化回收法、 过氧化氢法、 臭氧氧化法、 二步和三步沉淀除杂法处理含氰废水工艺， 以及汞蒸气的治理、 氮氧化物治理及循环利用、 硫氰酸盐溶液回收氰化物等“ 三废” 综合回收利用技术方法； 建立了纯金、 纯银中的杂质元素标准分析方法， 并介绍了各类物料中金及贵金属和其他伴生元素及矿物 物相的各种分析测定方法； 反映了金矿床成因类型、 赋存规律和深部预测的研究成果。 中国黄金创新技术， 有的曾获得省 、 部级科学技术进步奖 ， 有的已申请并获得了专利 ， 有的技术位于国内领先水平 ， 有的工艺 已达到国际先进水平 ， 有的研究成果填补了黄金科学技术领域的空白。这部论文集聚集了黄金工业科学技术研究之精华， 可读 性强， 实用价值高。每本定价 3 0 0元。 欢 迎 广 大 订 阅 者 来 电、 来 函 联 系 联系地址 吉林省长春市南湖大路 6 7 6 0号 黄金 杂志社发行部 邮编 1 3 0 0 1 2 联系人 李跃辉电话 0 4 3 l 一 8 5 5 2 9 8 3 8 E m a i l j o u r n a l c c g r i ． c o rn