某大型铅锌矿通风系统的研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 31 日 作者简介：达权昌（1987），男，汉族，广西隆林县人，大学本科，广西安生安全技术有限公司，采矿工程师，主要从事非煤矿山安全评价、矿山安全标准化等技术服务咨询和采矿方法及通风等研究。-21-某大型铅锌矿通风系统的研究 达权昌 广西安生安全技术有限公司，广西 南宁 530000 摘要：摘要：近年来，我国能源产业发展迅猛，获得了极大的发展优势，尤其在技术层面上，更是形成了极多的创新和改进路径，能有效促进生产安全，提高生产效率，减少能源损耗。其中，铅锌矿是能源产业中的重要组成部分，开采过程中也存在着一定的风险性。而通风系统则是矿山生产的关键系统，也是当下技术研究和探讨的重点。本文将以某大型铅锌矿通风系统为研究案例，分析具体通风系统设计的重要价值，并对现存通风系统问题进行梳理，对矿井通风系统的优化设计提出意见以供参考。关键词：关键词：铅锌矿；通风系统；设备选择；风量计算；通风构筑物 中图分类号：中图分类号：TD724 0 引言 众所周知，我国矿业开采是重要的支柱型产业，而内部的生产作业安全性深受社会各界关注。其中，通风系统是决定矿山安全生产的关键所在，能够有效保证矿井空气的有效性，避免积累污染物或有毒有害气体影响井下作业人员的作业安全，降低大型矿井安全事故发生概率。目前矿井通风系统的研究和设计逐步广泛，形成了多元化的设计形式，取得了显著的改善成效。但矿井通风系统也要与具体的矿山开采需求相匹配，铅锌矿作为一种矿山开采类型，在生产过程中，通风系统的建设极为重要，需要深入进行探究分析。1 某大型铅锌矿通风系统概述 1.1 矿井通风系统的基本任务 某大型铅锌矿，主要分为深部开采工程以及浅部开采工程。其中，通向地表的区域设置了若干个竖井井口。深部采用明竖井和盲竖井，浅部则采用平硐+盲斜井。矿井通风系统的基本任务主要如下：首先需要为井下生产提供足够的新鲜空气，满足井下施工人员对氧气的需求。其次，矿井通风系统要能及时将井下有毒有害气体浓度值降低到允许范围值内，降低安全事故发生率，避免诱发大型安全问题。另外，矿井通风系统的设置需要调节井下气候，为作业人员提供良好作业环境。新鲜风可从指定的通风井进入到地下作业面，并且还额外设置通风构筑物，结合不同施工时期的需风量，及时调节风门，从而达到满足地下通风的需求，控制好工作面的风量及风向1。1.2 矿井通风系统类型及适用条件 矿井通风系统按照进回风井在井田内的位置，可分为中央式、对角式、分区式及混合式 4 种类型，每种矿井通风系统的适用范围有一定差异性。在某大型铅锌矿的通风系统设计中，分别采用了中央式及对角式混合的通风系统。其中，中央式通风系统，主要将进回风井设置于井田走向中央，并包含中央并列式以及中央边界式。而对角式通风系统，与中央式通风系统有所差异，又可细分为两翼对角式、分区对角式。其中，两翼对角式的通风系统进回风位置分别位于井田的两翼。而进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井则分别分布于井田边界的两翼。如若两翼分别包含一个回风井，一个进风井则可称之为单翼对角式。分区对角式通风系统及通风井主要位于井田走向的中央，并且在各采区开掘一个不深的小回井，内部无总回风巷。除以上两种常用的通风系统外，分区式通风系统，主要是指在井田的每一个生产区域内部，同时开凿进回风井，从而保证内部进风回风能够独立运作，形成各自独立的通风系统。另外，部分矿井开采中为整体开采需要，往往会同时采用多类通风系统类型，形成混合式通风系统，如中央分列与两翼对角混合式较为常见。1.3 主要通风机的工作方式与安装 通风机的工作方式，可细分为抽出式、压入式及中国科技期刊数据库 工业 A-22-混合式。其中抽出式工作方法主要是将通风机安装于回风井口，从而在具体的施工过程中，使得整个矿井的通风系统能够处在低于当地大气压力的负压状态下。这样即使当内部的通风机出现故障时，作业环境也较为安全，井下风流压力不会出现失衡问题。除了抽出式外，压入式的通风机，在作业时主要将风机安装于入风井口，此时矿井内部的气压与外部的正压状态相一致。同时，如若内部的主要通风机出现运转故障，会降低内部气压状态。当二者混合使用时，一般会在入风井口处设置风机，完成压入式工作任务，而回风井口处则主要负责承担抽出式工作。如此通过一压一抽，使得中间的工作面能够保持在平衡状态下，正压或负压均不大。但该种通风机的使用方式，会加大内部设备的复杂性，管理难度更高。2 某大型铅锌矿通风系统现存问题分析 通过对某大型铅锌矿通风系统的现状调查分析，总结目前该矿井内部的通风系统，存在以下重要问题，亟待进行优化解决。其一，随着大型铅锌矿开采需求增加，采矿工艺发生改变，生产能力逐渐提升，因而对目前矿井通风系统的整体通风效果需要进行提升，使之与生产需求相适应。其二，在现有通风系统中，存在着中段通风网路不完善的问题，使得部分作业区域缺少新鲜风流，难以抵达作业面，影响作业人员作业的安全性。同时，还存在着作业点处的受污染空气逐步扩散问题，影响内部作业环境。其三，在现有矿井内部的通风系统中，通风构筑物和相关的漏风工程布置存在一定不足之处，流入矿井内部的新鲜风流未能抵达作业区域，便漏入回风道，影响整体新鲜风流的利用率，造成风量浪费问题。其四，现有矿井部分区域积累有毒有害气体较为严重，局部测点浓度较高，需要进行优化。在此基础上，因矿井开发需求，矿井存在多中段同时作业，以往的废旧施工巷道无法完成封闭处理任务，出现漏风现象，降低内部通风效果2。3 某大型铅锌矿通风系统的研究 3.1 通风系统要求 基于以上分析，进行大型铅锌矿通风系统的优化，首先要着重考虑通风系统的设计内容及设计要求。本身通风系统的设计，其基本目的在于建立安全可靠经济合理的矿井通风系统，满足整体生产的安全性需求。为此，通风系统的设计应满足以下系统要求：能提供更多新鲜空气运送到工作区域范围内，满足工作所需，并且持续保证良好生产作业条件；通风系统应具有经济成本性优势，便于管理且风流稳定，能实现抗灾效果；在发生井下作业事故时，要确保通风系统能够较好的控制风流，方便作业人员安全及时撤出。另外，在通风系统的设计上，还应着重符合井下环境和安全监测需求，能具有一定的预警机制，综合效益更为理想3。3.2 通风系统优选 明确了通风系统的基本要求后，选取矿井通风系统时，应保证每一矿井都拥有完整且独立的通风系统，这样可保证各区域施工能够较好地相互独立，避免出现井下通风不良。在此基础上，要考虑好全年的风向频率，并且合理设置进风井口，确保位置选取合理，不得将其布置于包含粉尘、灰尘、有毒有害或高温气体区域，影响进风质量。另外，在选择通风系统过程中，进风井的选取位置还要避免与装有胶带的输送机井筒或箕斗提升井相重合，影响整体进风质量。而且这些关键的地区范围内，如若需要增设回风井，也要加大管理力度，保证使用的安全性。多风机通风系统需要在使用期间首先满足风量的按需匹配要求，随后再根据不同通风机的工作风压进行调配。每一个矿区内部都应着重布置回风向，能够保证内部实现分区通风的效果。如若在井下存在爆破材料库，应需额外设置单独的新鲜风流，并且要将其及时引入到回风巷中。基于以上通风系统的优选分析，在选取最终通风系统时，还要额外考虑矿井本身的生产能力，以及内部资源量情况及后期的生产需求，最大限度提升整体通风系统的性能比，优化各项参数4。3.3 矿井风量计算 选定通风系统后，还需进行矿井风量的计算。计算过程中，需要以井下同时工作最多人数为计算标准，确定矿井每分钟供给风量的数值，一般情况下应超出4m/人为宜。在此基础上，矿井的需风量往往还需要按照井下采矿的实际需求以及各工作区的实际需要风量为计算标准，计算出矿井的总需风量。正式计算期间，需要结合工作面的进风流温度以及作业期间使用炸药的数量，工作人员的数量等等，严格进行验算，并测算出整体的风量值。此外，完成采矿工作面的需中国科技期刊数据库 工业 A-23-风量计算后，还需再次对掘进工作面的需风量进行验算及各类硐室需风量验算，还要额外增加局部通风机吸风量的计算，综合计算得出矿井的总风量。除了对矿井需风量计算外，往往还需着重对矿井通风的总阻力进行计算。计算期间，要注意分析总阻力的组成，需要仔细考虑风流，从进风井口起到回风井口区域范围内的所有分支阻力，如摩擦阻力，局部阻力等等。在此基础上，多数情况下，矿井内部通风的总阻力不应超出 3000Pa，新建的矿井还要着重分析矿井内部的摩擦阻力，按照一定的比例值进行计算。在主要矿井通风机工作期间，通风阻力还要结合内部通风机的数量进行测算，不同通风机所服务的系统，内部通风阻力又有所区别，会发生动态变化。通风阻力的计算方法，一般需要沿着风流总阻力的最大路线，对其进行适当的规划，依次计算出不同区域的摩擦阻力值。3.4 通风设备选择 在选取矿井通风设备时，一般需要着重考虑主要的通风机类型以及电动机规格，这两大关键设备是构成矿井通风系统重要的设备之一，多数需同时配备两套同等能力的主通风设备，以备不时之需，保证通风系统整体的安全性。此外，在选取通风设备时，还应满足区域内不同时段开采需求的变化，提高通风设备的整体使用效率。而且通风设备的风机能力也应留有一定的余量，才能避免后续出现供风不足的问题，进风井以及出风井的井口高度值也要有一定的高度差，需要超过 150m 左右，也有部分矿井施工中会将进风井及出风井的井口标高设置一致，但会在井深上做出延深，保证内部的自然风压达到规定范围值。在选取通风机时，必须满足井下风量的需求，同时通风机的风压也要保持在合理范围内。结合以上计算参数，初步完成通风机的选取，随后再将通风机的实际工况，实际型号以及转速等进行分析确定。做好通风机的选择后，还要选择与之相匹配的电动机5。3.5 矿井采区通风系统 采区通风系统是矿井通风系统中重要的组成部分，也需在前期做出合理的规划。一般来说，采区通风系统又可细分为采区进回风，以及工作面进回风，以巷道作为整体的连接形式，能够保证各采区内风流实现有效联通和管控。分析采区通风系统的具体设置要求，应严格保证各区域都能存在回风道，实现分区通风的效果。同时，采矿工作面和掘进工作面往往要有所区分，不同的工作面都应同时设立独立的通风系统，确保都能实现自主通风需求。一旦内部存在特殊困难时，可采取串联通风的形式。但此种通风系统的运用一定要严格符合相关作业规定，保证使用安全性。在此基础上，一般所设置的禁风区和回风区，不得将其置于采空区和冒落区等区域，分析上行风和下行风在采矿工作面的使用上存在着一定的优势，借助上行通风，能够让内部的风流沿倾斜向上流动，此种矿井通风系统的设计，具有一定的优势，下行风的方向与自然流向多数呈相反状态，但也容易出现混合问题或局部积存影响有害气体存量。在工作面上上行风的温度往往高出下行风，但所需要的机械风压比下行风要低。3.6 通风构筑物及漏风 除以上关键点外，在矿井通风系统的设置中，通风构筑物及漏风的设置也十分重要。通风构筑物是通风系统中重要的组成部分，尤其在通风系统网路中适当增设隔断，能够实现引导和控制风流的效果。这样一来，在具体的开采作业期间能保证风流，按生产需要流动，提高内部分流的整体存量和安全性。而通风构筑物又可细分为两大类别，包括通过风流的通风构筑物以及隔断风流的通风构筑物，前者包括通风机反风装置、风桥、导风板等等，后者又细分为井口密闭挡风墙、风帘、风门等，不同的通风构筑物在设置方面有一定差异性，以风门为例，主要集中安放在需要通过人员和车辆的巷道中，安设地点大多要保证行人或通车数量不多，此时通过构筑普通风门，则能达到隔断风流的效果。而对于人流、车流量较大的区域，在建构风门时则以自动风门为主，可灵活调整。多数情况下，风门的设置不得少于两道才能发挥风门预设的作用，且风门间距不应小于一列车长度。同时，对于非自动风门，也要确保能在需要时进行关闭，内部的所有风门不能同时敞开，会影响整体的安全性。4 结束语 综上所述，井下生产过程风险性较高，应充分保证通风系统设置的科学合理性，并对现有矿山的通风系统逐步对其进行优化，采用有效的机械通风系统，加强内部整体通风效果，确保安全有效运行。同时，应适当匹配通风构筑物，提高内部的中段通风网路，中国科技期刊数据库 工业 A-24-完善通风系统的同时，也能保证作业安全和整体质量。参考文献 1盛建红,唐子龙,姜洪波,赵刚,刘强,徐博.红透山铜锌矿循环预热通风系统重构及可行性研究J.矿业研究与开发,2023,43(09):180-185.2申燕元.基于 Ventsim 的某铅锌矿不同时期通风阻力解算J.黄金,2022,43(06):40-44.3王孝东,陈书鹏,蒋梦娇,童学林,符浩南.某铅锌矿通风系统阻力测定分析与可靠性评价J.有色金属(矿山部分),2022,74(03):78-84.4李方波,代涵,陈新.基于 VentNetLab 的凡口铅锌矿深部通风系统优化J.黄金,2021,42(06):31-34+40.5卢海珠,谭浪浪,李亚俊.凡口铅锌矿通风网络与系统漏风原因分析及控制方法研究J.湖南有色金属,2017,33(02):1-4,14.