硐室型辅扇及应用研究

苑 栋，汪光鑫，王海宁

（1.赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000；2.江西理工大学，江西 赣州 341000）

硐室型辅扇及应用研究

苑 栋1，汪光鑫1，王海宁2

（1.赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000；2.江西理工大学，江西 赣州 341000）

分析了辅扇、风机机站设置的问题及原因，提出了硐室型辅扇替代巷道型辅扇的通风新技术，并以某大型钨矿山为研究对象，针对现场存在的实际问题，依据硐室型辅扇理论模型，应用矿井通风网络三维仿真与优化系统软件优选了双机并联的硐室型辅扇型号及参数。结果表明：硐室型辅扇能有效辅助主扇通风，能合理分配生产作业中段的风流，且有效解决在无轨运输巷道或易受爆破冲击波破坏的巷道中难以安装巷道型辅扇的难题，不影响行车和行人，对改善矿井通风效果、保护矿工身心健康、促进安全生产具有十分重要的意义。

硐室型辅扇；风机机站；主辅联合通风；矿井通风

0 引言

随着工业经济的发展，我国对钨矿产资源的需求量随之增加。钨矿山规模不断扩大、地质开采条件逐渐复杂，机械化水平不断提高，尤其是无轨运输设备的大量使用，使得井下运输巷道内辅扇、风机机站或部分通风构筑物无法正常运行或常遭到破坏等，难以实现风流有效调控，致使钨矿井污风串联、风流短路、作业面新鲜风量分配不足、风流循环等通风问题[1]。为此，针对运输巷道中辅扇、风机机站难以设置的情况，作者采用硐室型辅扇替代传统的辅扇，在井下运输巷道中代替辅扇、风机机站进行风流引射，不仅能解决行人和行车巷道中难以设置辅扇、风机机站的问题，而且有效调节井下风流分配，改善作业面通风效果。因此，在分析地采矿山井下辅扇和风机机站运行过程中存在的问题及原因的基础上，以某大型钨矿山为例对硐室型辅扇辅助通风的方法进行研究，为机械化矿山开采的辅助通风寻找新的可靠途径[2]。

1 辅扇、机站设置存在问题概况

钨矿井通风过程中，不同矿山的通风动力系统在不同程度上存在着风机机站或辅扇的局部风流循环、辅扇或风机机站设置难等常见问题，严重影响了矿井通风的效果。

1.1 多级机站风机站的设置问题

1.1.1 风机机站难以设置

矿井采用多级机站通风[3]时，因爆破冲击波、无轨设备运输等的影响，二级分风机站常被严重破坏或难以设置，造成采区作业面新鲜风量不足或风量分配不均，生产作业的污浊空气难以及时排出，导致作业面环境质量差。

1.1.2 风机机站局部风流循环

需要在运输巷道设置风机机站时，常采用掘进绕道设置风机机站、在运输巷道安装风门防止风流循环的方法，实际应用中常因无轨设备频繁运输而导致风门容易失效。因而，在绕道与运输巷道间形成风流循环（如图1所示），使得风机机站的效率大大降低，供风量减少。

图1 风机机站的风流循环图Fig.1 Air circulation chart for fan station

1.2 巷道型辅扇的局限性

对于主辅联合通风的通风系统，辅扇辅助主扇通风的作用非常重要，不仅能克服局部通风阻力增加作业面新鲜风量，而且有效分配井下新鲜风流，改善井下通风效果。但在无轨运输设备频繁的矿山，巷道型辅扇（安装在巷道中的有风墙或无风墙风机）难以在运输巷道中安装并发挥作用，造成井下风流分配不均。因此，巷道型辅扇的应用存在一定的局限性[4]。

2 硐室型辅扇及选型方法

2.1 硐室型辅扇

硐室型辅扇由风机和供风器构成，安装在巷道侧壁的硐室内[5]，如图2所示。风机运行时，在供风器出口能形成高速风流且沿供风器出口方向流向巷道中心，形成引射气流，增加巷道内的风量，起到辅扇的作用，且能避免爆破冲击波和无轨运输设备的破坏，同时也不影响行人。因此，硐室型辅扇可以替代巷道型辅扇，具有较强的适应性，其风机的数量与设计需风量和巷道的通风阻力有关，可以是单台或成双的多台风机串联或并联构成。

图2 硐室型辅扇布置示意Fig.2 Layout diagram of cavern typeauxiliary fan

2.2 硐室型辅扇选型方法

2.2.1 理论模型

硐室型辅扇引射风流促进能量转换的原理和工作方式同无风墙辅扇相似[6-7]，因此，根据能量守恒定律、无风墙辅扇通风理论以及射流等理论进行半理论半经验分析，建立的硐室型辅扇理论模型[8-10]如表1。

表1 硐室型辅扇理论模型Tab.1 Theoreticalm odel for cavern typeauxiliary fan

2.2.2 选型方法

应用三维矿井通风系统优化软件（3-dimensional and optimization system ofmine ventilation network，3D VS）[11-13]，数字化处理硐室型辅扇后导入该软件，对通风网络进行计算与分析，依据要引射的风量值计算出机站内风机所需的风压和风量，应用硐室型辅扇理论模型，根据巷道断面积和风机风量等计算供风器出口断面积，优选矿用空气幕的风机型号及供风器。

3 硐室型辅扇应用

3.1 工程背景

某钨矿山2#矿体采用多级机站通风方法，共有1#、2#、3#、4#四个生产中段，设计新鲜风流通过2#副井进入矿井，并通过井下风机机站分配到各中段作业点，污风经2#风井排出到地表，通风立体示意图如图3所示。实际上，现场调查发现井下Ⅰ级机站、Ⅱ级机站并未设置，Ⅲ级机站分别设置于1#、4#中段回风巷道中，其中1#中段Ⅲ级机站设有1#和2#两个机站，其机站风机的型号分别为FBDCZ-8-No.26、DK40-6-No.19；4#中段回风巷风机型号DK40-6-No.16。从现场调查测定结果可以知道，4#中段回风巷机站风机和部分辅扇常年处于停机状态，且运行风机机站的效果不佳，通过分析发现其存在的突出问题。

图3 风机曲线参数目录Fig.3 List for fan curveparameter

（1）1#中段回风巷道兼做运输巷道，风机机站安装在绕道中，因受无轨运输设备的影响，运输巷道上未设置风门，因而导致1#和2#机站的风流循环率分别达到76.22%和56.67%；

（2）井下部分风机机站因爆破冲击波或无轨运输设备的影响而未设置，造成风机机站不完善，使得井下局部风流循环严重，无法有效排出作业面污风。正因为存在上述问题，该钨矿2#矿体矿井总进风量明显不足，风量分配不均，风流紊乱和污风循环等问题突出，使得井下有效风量率偏低，风质较差，作业环境较恶劣。

3.2 解决方案

基于上述分析，考虑矿山的实际情况，提出改多级机站通风方法为主辅联合通风方法，解决方案的主要内容如下：

（1）撤除1#中段Ⅲ级机站的FBDCZ-8-No.26风机、DK40-6-No.19风机，并将其中的FBDCZ-8-No.26风机安装在2#风井井口风洞；

（2）在3#和4#中段副井石门处采用双机并联硐室型辅扇引射风流，调控井下风流分配，增加深部中段的新鲜风量。

此解决方案，不仅能防止爆破冲击波或无轨设备对辅扇的破坏，实现风流的有效分配，而且增加矿井的总进风量。

3.3 硐室型辅扇选型

通过采用三维矿井通风系统优化软件对硐室型辅扇进行选型。首先，对有关巷道的风速、温度、湿度、大气压、断面等相关参数进行采集，再将所得数据导入三维矿井通风系统优化软件中建立与实际相符的矿井通风系统模型。依据前述相关硐室型辅扇理论计算公式，根据现场实际需要，计算其有效静压、引射风量、阻风率，再将由理论所得计算出的数据带入三维矿井通风系统优化软件中的风机曲线参数目录中，如图3。通过解算，分析对比不同硐室型辅扇参数、安装位置、布置方式的解算结果，选出最优的硐室型辅扇，所得结果如表2。

表2 硐室型辅扇型号及参数Tab.2 M odeland parametersof cavern typeauxiliary fan

3.4 结果与分析

应用三维矿井通风系统优化软件对通风系统完善方案进行风网模拟解算，如图4所示。所得最优实施方案简化通风立体示意见图5以及各井筒、中段的风量结果明细见表3。

图4 风机解算图Fig 4 Fan chart solution

从表3可以看出，将2#矿体矿井的多级机站通风方法改为主辅联合通风方法，使得矿井2#矿体总进风量为97.41m3/s，比通风系统完善前显著增加风量64.05m3/s，满足设计总需风量90.74m3/s的要求；而硐室型辅扇的应用，实现了井下3#和4#中段风流分配更加合理，避免冲击波影响，满足各中段设计需风量的要求。

图5 矿井通风立体示意图Fig.5 Stereoscopic diagram form ine ventilation

表3 井筒和中段风量分配比较 m3/sTab.3 Airflow distribution inwellboreandm idd lesection

4 结论

（1）研究分析了爆破冲击波、无轨运输设备对多级机站设置的影响以及巷道型辅扇设置的局限性。

（2）通过解算，三维矿井通风系统优化通风软件可以实现矿用空气幕的风机型号及供风器参数的优选。

（3）依据硐室型辅扇单机和双机并联的理论模型，通过三维矿井通风系统优化软件对某大型钨矿山的硐室型辅扇的型号及参数进行了优选，结果显示其在巷道硐室内的调节风流的效果显著，使得各中段风流分配更合理。

（4）在有爆破冲击波破坏、无轨运输设备作业的巷道中，硐室型辅扇可以替代巷道型辅扇，有效解决巷道型辅扇难以安装或发挥作用的难题，在机械化程度高的地采矿山具有广阔的应用前景。

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On Cavern Type Auxiliary Fan and Its App lication

YUANDong1,WANGGuangxin1,WANGHaining2
(1.Ganzhou Research Instituteofnonferrousmetallurgy SchoolofResourceand Environmental Engineering,Ganzhou 341000,Jiangxi,China;2.Jiangxi University of Scienceand Technology;Ganzhou 341000,Jiangxi,China)

On the basis of analyzing the problems of the auxiliary fan and fan station installation,this paper puts forward the new technology of the cavern type auxiliary fan to replace tunnel type auxiliary fan for the mine ventilation.Modeland parameters for parallel chamber-type auxiliary fan wasoptimized by applying 3-Dimensinal Simulation and Optimization System ofmine ventilation network(3D VS)software in accordance with the existing problems.The results show that the chamber type auxiliary fan can effectively assist themain fan ventilation by reasonably allocating the airflow and effectively solving the problem of installing roadway type auxiliary fan in the trackless roadway or the roadway which is susceptible to blasting shock wave.It is beneficial in improvingmine ventilation effect,protecting the physicalandmentalhealth ofminersand promoting safe production.

cavern typeauxiliary fan;fan station;host-auxiliary alliance ventilation;mine ventilation

TD724

A

（编辑：刘新敏）

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.03.004

2017-05-10

苑 栋（1987-），男，山西朔州人，硕士，主要从事矿井通风方面研究。

王海宁（1965-），男，安徽怀宁人，博士，教授，主要从事矿山通风安全与环境工程等方面的研究。