矿山辅助设备选型的探讨

李袓智

(云南省鹤庆锰业有限责任公司，云南 鹤庆 671500)



矿山辅助设备选型的探讨

李袓智

(云南省鹤庆锰业有限责任公司，云南 鹤庆 671500)

以某矿山的采矿设备为例，通过计算空气压缩设施、通风设备和排水设施的主要参数，对设备选型的考量因素进行了全方位的探讨。

采矿设备；空气压缩；通风；排水

1 空气压缩设施

1.1 空压机站设置原则

空压机站一般宜在地面设置。应靠近负荷中心和主要用气点，以缩短管路，减少损失，便于供电、供水、设备搬运。避免靠近散发可燃、有腐蚀性、有毒气体以及粉尘等有害物质的场所。应选在空气清洁、通风良好并位于上述场所主导风向的上风侧；与废石场、烟囱、矿山出风井的距离不小于150 m。空压机站应使机器间有良好的自然通风，站房正面宜朝夏季主导风向，并宜减少西晒。空压机站宜设计呈独立建筑[1]。冷却水构筑物，一般设在与其邻近的高地上，高于站房地面15 m左右为宜。

1.2 全矿耗气量计算

根据井下采掘工作分布和所用采矿设备的情况，采用地表集中供气。坑内用气设备参数见表1。

表1 坑内用气设备参数

Q同=N×Q单×K磨×K同

式中Q同——同时工作耗气量，m3/min；

N——工作台数，台。

计算出Q同分别为2.75，12.144 m3/min，合计14.894 m3/min。

Q总=Q同×KB×KG×KL×KX

式中Q总——总耗气量，m3/min；

KB——备用系数，1.05；

KG——高原修正系数，1.34；

KL——容器排量与压力下降系数，1.01；

KX——管网漏气系数，1.15。

计算出Q总为24.34 m3/min。

目前矿山已在2 530 m水平坑口设置空压机房，内设置1台GA250-10型螺杆式空压机配40 m3的储气罐对矿山进行供气，空压机排气量为631 L/s，额定功率250 kW。空压机房还设置有4台型号4L-20/8型空压机排气量21.5 m3/min，作为备用空压机。

1.3 供气管网

矿山供风管道由压风机房分别架设管道进入2 470 m生产中段、2 490 m生产中段、2 510 m生产中段。现有矿山供气主管和支管分别选用φ150 mm×4.5 mm、φ114 mm×4 mm无缝钢管。 作业面采用φ60 mm×4 mm支管。

供气主管径的计算：

现有供气主管为φ150 mm×4.5 mm无缝钢管，可满足要求。

供气支管径的计算：

现有压气支管为φ114 mm×4 mm无缝钢管，可满足要求。

2 主通风设备

待2 610 m中段收尾采场开采结束后，对通风系统进行改造，仍采用抽出式机械通风方式。仅将主回风通道由2 690 m水平降为2 610 m水平，利用2 610 m水平平硐巷道作为主回风通道，把主扇安装在2 610 m水平平硐口。通风工作制度与全矿工作制度一致，工作300 d/a，每天2班，每班8 h。

2.1 设备选择

1) 风机风量

Qj=KQ

式中Qj——风机风量，m3/s；

Q——矿井风量，22.44 m3/s；

K——通风装置的漏风系数，取1.1。

经计算，Qj=24.68 m3/s。

2) 风机风压

Hj=H+△h+Hd

式中 Hj——风机的计算风压，Pa；

H——矿井通风阻力，398.68Pa；

Δh——通风装置阻力，取150Pa；

Hd——扩散器的动力损失，取50Pa；

经计算，Hj=598.68Pa。

3) 通风机选择

原有K40-8-No.18主通风机风机参数为：风量范围25～54.5m3/s；全压范围138～637Pa；额定功率37kW；电动机型号Y280S-8；参考重量3 905kg。

设计计算需要的风机风量24.68m3/s，风压598.68Pa，未超过原有风机参数值，原有风机可继续使用。

2.2 局扇选择

矿山掘进巷道的断面积在4～6m2之间，掘进断面与所需风量见表2。

表2 掘进工作面所需风量

根据该矿生产规模和巷道情况，进路可增加局扇加强通风，确定选择4台JK58-1No.4局部扇风机，局扇风机及风筒选择情况见表3。长距离独头巷道掘进应采用混合式通风并加强日常管理，局扇以及风筒根据掘进距离另行选择[2]。选用400 mm直径风筒，采用PVC矿用风筒(阻燃风筒)，抗压强度5 000 Pa。

表3 局扇风机及风筒选择情况及参数

3 坑内排水

3.1 概况

2 510 m、2 490 m中段均采用平硐开拓，所有中段涌水通过平硐水沟自流排出，平硐(平巷)设计排水坡度为3‰，水沟净断面0.06 m2。

对于2 490～2 470 m水平矿体底部挖潜，排水拟采用IR125-80-160A型单级吸水离心水泵排水至2 490m水平沿脉平巷水沟，自流排出地表。水泵流量148 m3/h，扬程27.5 m。

3.2 设计依据

根据2014年资源储量核实报告等相关资料，2 490 m水平坑道旱季排水量、雨季排水量、最大排水量分别取316，1 975，3 120 m3/d。考虑到2 490～2 470 m矿体底部挖潜改造工程布置范围明显缩小，且仍在矿区最低侵蚀基准面标高为2 390 m以上，2 470 m水平涌水量预算总面积按2 490 m水平约50%测算。按比拟法预测2 490～2 470 m矿体底部挖潜改造时矿坑涌水量，则2 470 m中段旱季排水量、雨季排水量、最大排水量分别取176，1 102，1 740 m3/d。

根据《新编采矿设计手册》，对于正常涌水量不大于50 m3/h，且最大涌水量不大于100 m3/h的矿井，主排水泵可以安设两台同类型水泵，而且其中任意1台都能在20 h内排出矿井24 h的正常涌水量[3]。鉴于2 490～2 470 m水平矿体底部挖潜工程范围小，位于矿区最低侵蚀基准面标高2 390 m以上，采矿时间短(正常情况下约1年)，且涌水量不大，主排水设备按两台相同类型水泵考虑。

对2 490～2 470 m水平矿体底部挖潜，采掘凿岩用水、回量水忽略不计。本次设计按最大涌水量=72.5 m3/h(日涌水量1 740 m3/d)计算。

3.3 设备选择

根据前面所述的矿山预算涌水量(72.5 m3/h)，在满足扬程的情况下，选择的目前国内较理想的矿山单级单吸离心水泵，型号为IR125-80-160A，其主要技术参数见表4。

表4 IR125-80-160A离心水泵主要技术性能

IR125-80-160A单级单吸离心泵2 470 m水仓共安设3台，1台工作，1台备用，1台检修。当矿井偶尔发生最大涌水量时，两台水泵可以同时工作。

设计选用吸入式(普通)泵房布置。水泵采用单排布置，共3台水泵，水泵房尺寸为长×宽×高=9.2 m×3.38 m×3.967 m。

3.4 排水管选择

因2 490～2 470 m矿体底部挖潜采用平硐+盲斜井开拓，排水管路沿盲斜井敷设。考虑到排水管沿斜井敷设时压力小于1 MPa，选用铸铁管。设计按涌水量72.5 m3/h时计算，选用两条排水管路。

1) 按选定的水泵流量计算排水管径

0.162 m=16.2 cm

2) 按雨季涌水量计算排水管径

0.113 m=11.3 cm

3) 管壁厚度计算

式中 R许——许用应力，铸铁管取250kgf/cm2；

P压——管道最低点压力，为2.5kgf/cm2；

a附——腐蚀及管道制造误差附加厚度，铸铁管取7～9mm；

d内——管子内径，cm。

0.85 cm

排水管选择内径150 mm、壁厚9.5 mm铸铁管。

4 结 语

通过计算空气压缩设施、通风设备和排水设施的主要参数，对设备选型的考量因素进行了全方位的探讨。经计算，选择φ150 mm×4.5 mm无缝钢管为供气主管，φ114 mm×4 mm无缝钢管为压气支管；风机风量24.68 m3/s，风压598.68 Pa，未超过原有风机参数值；排水管选择内径150 mm、壁厚9.5 mm铸铁管。

[1] 庄问泽.矿山大型固定机械设备计算机辅助选型研究[J].甘肃科技纵横，2013(3)：13-14.

[2] 敖里军，任红岗，杨清波，等.金属矿山地下采矿设备选型层次分析综合评价[J].有色金属(矿山部分)，2012(5)：82-85.

[3] 王琴现，齐悦刚，孙电生.地下金属矿山设备选型的原则和方法[J].金属矿山，2002(5)：45-47.

An Analysis of Mine Auxiliary Equipments

LI Zuzhi

(YunnanHeqingMn-industryCo.Ltd.,Heqing,Yunnan671500,China)

This artilce, as an example of mining equipments in a mine, accounts air compression facilities, including ventilation and drainage main parameters to a full range of equipment selection factors.

Mining equipment; Air compression; Ventilation; Drainage

2016-09-12

李袓智(1964-)，男，云南鹤庆人，副董事长，副总经理，矿山机械工程师，研究方向：矿山机械设计管理，手机：13908722124，E-mail：308903088@qq.com

TD40

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10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.037