大红山铁矿400万t/a二期通风系统合理供风量研究

高 伟

(玉溪大红山矿业有限公司, 云南 玉溪市 653405)

0 引 言

对一个具体的工作面来说，供风量过多或者过少都是不合理的。最合理的状态就是供风量与需风量基本相符，适当留有一定备用系数。同样，对于整个通风系统来说，最合理的状况是矿井供风量与全部工作面总需风量基本相等，并使大部份工作面的供风量与需风量基本相符。即从各个微观工作面，以至到整个宏观通风系统，做到风量供需平衡。然而，将质量和数量符合要求的新风供入井下并按需分配给每一个工作面，是一项艰难的系统工程，必须投入相当的财力、物力和人力：(1) 必须投资开凿与风量大小相适宜的通风井巷；(2) 必须购置与风量大小及矿井风阻匹配的通风设备； (3) 必须消耗与风量三次方成正比的电能； (4) 必须投入与风量大小相配的管理工作。

通风系统实耗功率与风量、巷道断面面积、断面周长、长度存在如下关系：

(1)

式中：N—功率，kW；

α—摩擦阻力系数，N.s2/m4；

Q—风量，m3/s；

P—周长，m；

L—巷道长度，m；

S—面积，m2。

矿井的供风量是以建设投资、运行费用及有效管理为代价换取的，故设计时计算合理的供风量是解决矿山安全生产与投资和运行费矛盾的重要环节。

1 一期工程通风系统存在的问题

1.1 各项通风指标分析

400万t/a一期通风系统实测进风量为529.34 m3/s；回风量为566.71 m3/s；风量供需比大于1.4；年产万吨耗风量1.416 m3/s/万t/a，现场通风效果未达到预定的效果。

1.2 影响因素分析

经过现场检测分析，导致通风效果没有达到预期的原因如下：

(1) 2006年400万t/a工程投产后即展开扩产工程，必然要占用部分400万t/a一期通风系统资源；

(2) 大红山铁矿井下大量采用无轨设备运输矿渣，随着扩产工程的展开，柴油设备增加，而运渣车辆全部从斜坡道运行，导致斜坡道中新鲜风流被污染，风温较高，温度长时间在30℃以上，风流进入工作面后导致工作面通风效果差；

(3) 大红山铁矿属高地热矿床，据地勘报告钻孔测温资料反映，深部铁矿地温在45℃以上，新掘进的巷道释放大量热量使工作面温度升高；

(4) 由于大红山地区夏秋季节地面温度在30℃以上，最高达到43℃，经巷道吸热后到达工作面的风流温度也在28℃以上；

(5) 一期溜破系统设计风量不足，破碎硐室(110 m2)、两个卸载站(42 m2)和采1号胶带(26 m2)总断面为178 m2，回风量只有56 m3/s，不能满足卸载、破碎、胶带运输的排尘风量。

2 二期工程通风系统供风量研究

二期工程通风系统供风量计算吸取一期工程的经验，在二期设计时充分考虑各项影响因素计算合适的供风量。按照0.25 m/s的排尘风速计算破碎系统的需风量(见表1)；同时，考虑新斜坡道回风量，以将斜坡道中的汽车尾气直接排入回风井，不让其进入工作面污染采区，斜坡道断面18.3 m2，经过现场调查试验发现至少产生4 m/s的风速才能排走斜坡道中尾气而不会让模糊视线，即新斜坡道中的回风量为73.2 m3/s。

2.1 按照柴油设备作业台数计算矿井供风量

2.1.1 采区需风量

通过现场统计，对井下运行的各无轨柴油设备进行分析，统计设备型号和每台柴油设备的时间利用系数，参考《金属矿井通风防尘设计参考资料》和《金属非金属矿山安全规程》，每台柴油设备的供风量选取4.08 m3/kW·min[1,3]，确定各无轨柴油设备的单台需风量见表2所示。

表1 无柴油设备区域按排尘风速计算总需风量

经过井下现场各区域统计，按照无轨柴油设备同时运行数量和运行区域，计算采区需风量见表3所示。

表2 矿井柴油设备需风量计算

2.1.2 供风系数

大红山铁矿属于高地热矿床，在选取供风系数时考虑到通风降温的作用，取地热降温系数1.15，以缓解井下高温热环境；二期工程采矿方法是无底柱分段崩落法，与地表露天坑和其它采区之间存在较多漏风点，考虑矿井漏风系数1.15；井下几个采区的通风系统相互连接并考虑到残矿回收等因素，计算供风量时考虑分风不均衡及备用系数1.15。

综上所述，大红山铁矿二期通风系统的供风系数为：

1.15×1.15×1.15=1.52。

2.1.3 矿井总供风量

矿井总风量为各采掘工作面、硐室与其他需风量及矿井漏风量之总和。

矿井总供风量=(柴油设备区域总需风量+无柴油设备区域总需风量)×供风系数+斜坡道中直接回入回风井的风量=(403.6+82)×1.52+73.2=811.31 m3/s。

2.2 按照井下同时工作的最多人数计算矿井供风量

根据大红山铁矿劳动定额，井下同时工作的最多人数为700人，参考《金属非金属矿山安全规程》，每人每分钟供风量不小于4 m3，计算取4.5 m3/min.人[3]。

按照井下同时工作的最多人数计算大红山铁矿二期通风系统矿井总需风量为：

Q=700×4.5/60=52.5 m3/s

根据井下同时工作的最多人数计算矿井总需风量52.5 m3/s，供风系数和斜坡道需风量按2.1节计算结果，分别取1.52和73.2 m3/s，则按照井下同时工作的最多人数计算矿井需风量为：

Q=52.5×1.52+73.2 =153.0 m3/s

分别按照柴油设备作业台数和井下同时工作的最多人数计算矿井需风量为811.31 m3/s 和153.0 m3/s，按照两者计算结果取大者，研究确定大红山铁矿二期工程通风系统总风量为811.31 m3/s。

3 结 论

计算确定大红山二期过程通风系统总供风量811.31 m3/s,400万t/a二期工程产量按520万t/a建设，万吨耗风量为1.56 m3/s/万t/a(大型矿山年产万吨耗风量在0.75～1.5)，因大红山铁矿矿区气温、地温及生产工艺等特殊因素，故供风量应比一般矿山大。以总供风量811.31 m3/s进行通风系统设计、风机选型，才能满足二期工程安全生产的要求。

表3 有柴油设备区域计算总需风量

参考文献：

[1]《金属矿井通风防尘设计参考资料》. 金属矿井通风防尘设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社，1982.

[2]金属非金属地下矿山通风技术规范-通风系统鉴定指标[S].北京：国家安全生产监督管理总局，2008.

[3]金属非金属矿山安全规程[S].北京：国家安全生产监督管理总局，2006.

[4]刘尧聪. 大红山铁矿地下400万t/a二期开采工程初步设计[R].昆明：昆明有色冶金设计研究院股份公司，2010..