钟九铁矿运输水平局部通风网络优化研究.pdf

居伟伟（1987），男，高级工程师，243000 安徽省马鞍山市。钟九铁矿运输水平局部通风网络优化研究居伟伟1伍忠2（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.铜陵有色股份天马山黄金矿业有限公司）摘要钟九铁矿-550 m运输水平处于自然通风状态，各工作面风量及总风量无法满足基建期通风需求。为此，钟九铁矿开展了-550 m运输水平基建期通风研究，利用自然风压及按需通风原理，采用辅扇机械通风及构筑物辅助管理方式，对运输水平及各工作面风量进行再分配，使矿井有效风量率最大化。方案实施后，对运输水平通风效果进行了检测，-550 m运输水平总风量及各工作面风量得到提升，基建期通风困难、总风量小、有效风量低等问题得以解决，满足了各独头工作面巷道风量需求，保证了基建期通风系统稳定运行。关键词自然通风基建期需风量风量检测DOI：10.3969/j.issn.1674-6082.2023.08.018Optimization of Local Ventilation Network for Transportation Level in Zhongjiu Iron MineJU Weiwei1WU Zhong2（1.Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co.，Ltd.；2.Tongling Noferrous Share Tianmashan Gold Mining Co.，Ltd.）AbstractThe-550 m transportation level of Zhongjiu Iron Mine is in a state of natural ventilation，and the air volume and total air volume of each working face cannot meet the ventilation demand during theconstruction period.Therefore，Zhongjiu Iron Mine carried out the research on ventilation during the construction period of-550 m transportation level.Based on the principle of natural wind pressure and on-demand ventilation，the auxiliary fan mechanical ventilation and structure auxiliary management mode wereadopted to redistribute the transportation level and the air volume of each working face，so as to maximizethe effective air volume rate of the mine.After the implementation of the scheme，the ventilation effect of thetransportation level was tested，the total air volume of the-550 m transportation level and the air volume ofeach working face were improved，and the problems of difficult ventilation，small total air volume and loweffective air volume during the construction period were solved.The scheme meets the air demand of eachsingle-head working face roadway and ensures the stable operation of the ventilation system during the construction period.Keywordsnatural ventilation，capital construction period，required airflow，air volume detection总第 652 期2023 年 8 月第 8 期现代矿业MODERN MININGSerial No.652August.2023钟九铁矿隶属于马钢集团姑山矿业有限责任公司，位于马鞍山市当涂县太白镇，总投资近10亿元，资源储量6 500万t，矿山建设规模200万t/a，建成后年产铁精矿80万t。钟九铁矿目前处于基建期，井筒工程已施工完成，主要开拓工程包括-550 m运输水平和斜坡道。-550 m运输水平处于基建期，主要施工工程包括井底车场、水仓和变电所等，现阶段通风系统采用自然通风方式，利用自然风压通过副井进风、主井回风。根据2022年掘进工作计划，-550 m运输水平独头掘进工作面数量达到6个，工作面布置比较集中，继续采用自然通风方式已无法满足-550 m运输水平掘进工作面通风需求，各掘进工作面风速无法达到排尘风速需求，井下独头掘进工作面施工环境较差1-2。因此，钟九铁矿开展了-550 m运输水平基建期通风系统研究，急需解决-550 m运输水平矿井总风量不足、掘进工作面排尘风速过低和局部通风设置75现代矿业2023 年 8 月第 8 期总第 652 期不合理等问题3，使-550 m运输水平开拓工程能够按计划顺利施工。1-550 m运输水平通风现状-550 m运输水平设置了3台11 kW局扇进行局部通风，通风系统处于自然通风状态，利用主、副井之间地表高差形成自然风压进行通风，运输水平自然通风系统中副井进风、主井回风。运输水平及各工作面风量检测数据见表1。根据表 1，-550 m 运输水平主要存在的通风问题：-550 m水平自然通风状态下，主副井总风量为11.14 m3/s，无法满足-550 m运输水平5个独头掘进工作面风量需求4；各检测点风量范围在 1.823.32 m3/s，独头掘进工作面排尘风速过低，风量无法满足基建期局部通风需求；局部通风设置不合理，副井工作面污风污染下风侧独头掘进工作面，主井附近工作面新鲜风源无法保证5-6。2局部通风网络优化研究2.1需风量核算根据安全规程及相关国家、行业标准规范要求，并参照国内类似矿山通风实践经验，确定各掘进工作面通风排尘平均风速为0.4 m/s7，根据2022年钟九铁矿掘进工作面布置情况，核算基建期-550 m运输水平实际需风量，见表2。所以，-550 m中段运输水平实际掘进工作面所需总风量为34.45 m3/s。2.2通风方式研究2.2.1运输水平通风方式-550 m水平由于主副井自然风压影响，形成了副井进风、主井回风的自然通风方式，本次优化研究充分利用该自然风压对运输水平的影响，在考虑自然风压的有利因素的前提下，加大副井进风、主井回风的总风量。-550 m运输水平主副井区域掘进工作面属于独头掘进巷道，独头掘进巷道数量多，需风量达到34.45 m3/s。按照按需通风原理，采用辅扇机械通风及构筑物辅助管理方式，对运输水平及各工作面风量进行再分配。方案仍利用副井作为进风井、主井为回风井的通风线路，在主副井联巷设置1台辅扇加大该中段总风量。主井区域存在循环车场，应在主井东西车场2号联巷设置 2 道风门，风门间距 10 m，防止污风循环。-550 m运输水平通风线路见图1。2.2.2局部通风方式-550 m运输水平主副井区域同时工作5个独头掘进工作面，独头掘进巷道长度较长，数量分散不均衡，局部通风布置不合理容易导致污风串联，影响下风侧工作面环境。本次局部通风在-550 m运输水平通风线路的基础上，将局扇设置在副井区域，保证各独头掘进工作面风流为新鲜风源。根据运输水平开采及需风量实际情况，采用压入式局部通风，风筒采用600 mm阻燃风筒将新鲜风流送至工作面，各独头掘进工作面局扇布置情况如下。（1）水仓掘进工作面位于副井北侧，副井北侧马头门设置2台局扇，新鲜风流通过2台局扇引风送至工作面，工作面污风通过车场及主副井联巷回至主井，经主井排至地表。（2）水泵房、西侧运输巷道和主井东侧掘进工作面位于副井南侧，副井南侧马头门设置3台局扇，新鲜风流通过3台局扇引风送至工作面，工作面污风通过主副井联巷回至主井，经主井排至地表。-550 m运输水平工作面局部通风布置方式见图2。76居伟伟伍忠：钟九铁矿运输水平局部通风网络优化研究2023 年 8 月第 8 期2.3通风工程主、副井地表进、回风风道改造，将风道侧面拆除扩大风流断面，侧面风道扩大并设置防护网，减少通风阻力，增大进、回风风量。2.4通风阻力计算（1）主副井巷道通风阻力计算。本次通风阻力计算分3段进行，第一段为副井，第二段为主副井联巷，第三段为主井。选择最困难时期最为通风阻力计算线路，通风阻力计算结果为88.42 Pa，考虑局部阻力系数最终确定总阻力为132.63 Pa。副井地表至主井地表通风阻力计算见表3。（2）局部通风阻力计算。本次局部通风阻力计算分2段进行，第一段为风筒，第二段为掘进巷道通风阻力。选择主井区域工作面作为通风阻力计算线路。通风阻力计算结果为976.55 Pa，考虑局部阻力系数最终确定总阻力为1 074.21 Pa。局部通风风筒通风阻力计算见表4。2.5风机选型（1）辅扇选型。根据风机工作风量及工作风压通过风机选型计算，主副井联巷选择 1 台 FKZ45-615风机（功率55 kW），有风墙形式安装，叶片安装角度为40。辅扇风量范围为29.455.7 m3/s，风压范围为5741 101 Pa。（2）局扇选型。根据局扇工作风量及工作风压通过局扇选型计算8，主副井区域局部通风选择JK55-15风机（功率11 kW）。根据掘进工作面数量设置5台局扇进行局部通风。局扇风量范围为4.26.6 m3/s，风压范围为1 7261 324 Pa。3实施效果检测在-550 m运输水平通风方案确定后，矿方经过周密的施工安排，辅扇、局扇和风门施工完善后，对-550 m运输水平总风量及各独头掘进工作面进行了实测，检测数据见表5。根据表5，-550 m运输水平通风系统总风量达到42.34 m3/s，满足-550 m运输水平总风量需求（设计风量34.45 m3/s）。各独头掘进工作面检测点风量范围在5.0910.81 m3/s。各独头掘进巷道风量均在5 m3/s以上，能够满足各独头巷道需风量需求。4结论（1）钟九铁矿-550 m运输水平处于基建期，采用注：计算风量时，考虑测风人员侧面积（0.35 m2）。77现代矿业2023 年 8 月第 8 期总第 652 期机械通风方式代替自然通风方式，总风量从原来11.14 m3/s提升至42.34 m3/s，矿井总风量在满足风量的基础上得到了显著提升，机械通风方式较自然通风能够有效保障通风系统高效、稳定运行。（2）通过通风阻力计算，确定-550 m水平通风系统通风总阻力132.63 Pa，选用1台55 kW辅扇进行通风，该风机最低克服阻力达到574 Pa，充分考虑了自然风压、机站阻力等因素，解决了自然风压等因素在困难时期对通风系统正常运行的影响。（3）-550 m运输水平独头掘进工作面数量达到6个，辅扇、局扇和风门等实施完善后，各工作面风量均在5 m3/s以上，能够达到安全规程、规范规定排尘风速需求，改善了长距离独头掘进巷道作业环境。（4）-550 m运输水平基建期存在诸多通风问题，钟九铁矿根据自身开拓工程条件开展了通风系统研究，解决了困扰已久的通风问题，使-550 m运输水平开拓工程能够有序施工，获得了较大的经济和社会效益。参考文献1毕作枝.浅议自然风压对多风井多水平通风矿井反风的影响J.煤矿安全，2006（3）:57-59.2徐杰.矿井通风系统优化改良分析 J.能源与节能，2019（2）:184-185.3潘军义，张涛，蔡顺朔，等.梅山铁矿二期通风系统的建设和经验 J.金属矿山，2002（11）:53-55.4于栋，张新民.矿用主通风机风量测试方法的研究 J.煤炭工程，2007（5）:84-86.5王静波，高伟，周乐.浅谈长距离独头巷道双面掘进的通风J.有色金属:矿山部分，2018（11）:42-45.6陈永在.深部中段局部通风问题的研究 J.金属矿山，2009（11）:771-775.7张国枢，谭允祯，陈开岩，等.通风安全学（修订版）M.徐州：中国矿业大学出版社，2007（1）:111-112.8孙博.工作面局部通风方案的优化及设备选型 J.机械管理开发，2020，35（8）:47-48.（收稿日期 2023-02-17）于更新的资源模型，在当前的技术经济条件下，基本方案优化得到的露天境界上口尺寸基本上已达到了米拉多铜矿最大化利用矿产资源的边界，露天境界的坑底标高约为675 m，境界外扩或收缩主要发生在境界南侧975660 m标高区域。（2）与基本方案相比，方案2方案4对境界内矿石量的影响由大至小依次为方案2、方案4和方案3，即考虑伴生元素金、银的价值，优化的境界明显扩大，境界内多出3 496万t矿石；考虑台阶固定的平均采剥成本，尽管境界有所扩大，但境界内矿石量仅增加786万t。（3）尽管铜价格上涨或多或少带来矿石增量，但同时也会引起废石量的增加，从而增加了平均剥采比。铜价格高于6 300 美元/t时，废石量增加的比率大于矿石增加的比率。而由于米拉多铜矿位于厄瓜多尔，其原材料供应大多需要从别的国家进口，产品铜精矿则通过海运运往中国；另外，铜、金和银价格基本上高度市场化，导致其产品价格、运营成本等经济因素发生变动的可能性较大。因此，为了增强矿山抵抗风险的能力，本次露天开采境界优化，以基本方案优化的境界为主，作为后续露天开采境界设计的依据。参考文献1铜陵有色金属集团控股有限公司.厄瓜多尔 Corriente铜矿带Mirador矿床勘查项目成果报告 R.铜陵:铜陵有色金属集团控股有限公司，2015.2黄勇，胡庆雄，赵兴宽.多种因素变化的露天矿境界优化 J.金属矿山，2011（12）:35-38.3中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司.米拉多铜矿南露天采场终了边坡稳定性研究初步报告 R.马鞍山:中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司，2022.4南昌致辉泰克科技有限公司.米拉多铜矿露天开采境界优化研究项目报告 R.南昌:南昌致辉泰克科技有限公司，2023.5彭齐鸣.从加拿大43-101标准看矿产项目信息披露的客观性J.国土资源情报，2015（6）:3-7，25.（收稿日期 2022-10-30）（上接第66页）78