王士强　王成龙　孔令东

(中国黄金集团内蒙古金陶股份有限公司)



金陶公司所属矿山井下动态通风系统优化

王士强王成龙孔令东

(中国黄金集团内蒙古金陶股份有限公司)

摘要我国金属、非金属老矿山井下通风系统普遍存在诸多问题，金陶公司所属矿山由于早期开采深度浅，通风系统相对简单，但随着开采深度的增加，探矿范围的扩展，井下通风问题越来越突出。目前，金陶公司所属矿山正处于多中段、大范围探矿、采矿期间，前期成熟的分区不独立多级机站通风系统已无法满足生产需要。为此，按照作业面需风类型，提出了主扇并联、动态开启、单一主扇变频运转的新型通风思路，根据电价峰谷、平值的价格差，调整合理的作业班次，采取主扇变频通风方式，即在电价谷值时主扇正常运转，电价平值、峰值时主扇变频，从而达到节约矿井通风动力费用的目的。该通风思路对于类似矿山有一定的参考价值。

关键词矿井通风系统主扇变频通风方式主扇并联

1矿山及通风系统概况

内蒙古金陶股份有限公司所属矿井于1958年建矿，矿区开采面积5.1 km2，采用竖井、盲竖井联合开拓方式，采矿方法为削壁充填采矿法、外取料充填采矿法。矿脉以集群型式密集分布，已探明具有工业价值的矿脉65条，单脉长200～500 m，平均厚0.20～0.5 m，矿体最大延深至23中段，目前开拓至19中段，2015年继续延伸3个中段至22中段，开采深度744 m，属于多中段、大范围开采作业，特点是通风距离长，需风地点多。该矿初期采用间隔对角式通风系统，2005年至今采用多级机站分区不独立通风系统。金陶公司所属矿山分为3个开采区，即一、二、三采区，各开采区独立又在不同中段矿区间互联，集中采用多级机站分区不独立通风系统(图1)。该系统主要由35#通风井、26#通风井、56#通风井、4条大黄线通风井，4条提升明竖井和3条盲竖井组成，共8台主扇风机24 h连续运转保证井下生产。为防止提升井结冰，全矿通风系统分正常、冬季2个时期的通风。正常时期的通风系统2#、15#、1#、56#、35#井和7中段以下的35#盲竖井、盲付井、57#盲竖井均入风，35#、56#、26#、大黄线通风井排风；冬季通风时，大黄线、35#、56#通风井的3个井口风机反转后将地面新风压入井下， 2#、15#、1#、56#、35#提升井有少量的热风排出，污风由26#通风井集中排出。

图1　多级机站分区不独立通风系统

随着开采深度的不断增加，矿井深部风量不足，烟尘无法及时排出，部分地点温度较高。经分析，存在的主要问题有：①早期施工风井通风断面过小，错位井较多，通风阻力大，且未经护壁处理，经风化、水流作用造成局部地点坍塌，清理时极其危险，引起风井堵塞，清理危险性较高，且部分通风井与采空区相通，漏风严重，无法封堵，造成通风阻力过大，直接影响风机风量，致使主风机工况点偏移，进而出现风机易损坏、风量小等问题；②作业地点分散，涉及中段多，在冬季通风系统运行时，仅靠1条26#通风井排出污风，污风线路长，通风阻力大，污风线路折返，易污染其他作业地点；③作业地点多，风量无法具细分散，致使新鲜风流难以下至深部中段，无法有效排除热害；④随着手持电子式CO检测仪的使用，下井工人在进入作业地点前便可快速、清楚地获得作业面CO的含量信息，当CO含量达到24×10-6便禁止入内，导致相当一部分作业地点由于CO含量超标而延误生产[1-4]。

2通风系统优化

金陶公司所属矿山每个作业地点的实际需风量应按爆破后有害气体的产生量(不存在瓦斯和二氧化碳涌出)、工作面气温、风速和同时工作的最多人数分别进行计算，在此基础上取最大值，结果见表1。结合表1数据，经计算一、二、三采区的需风量分别为55.7，56.94，54.74 m3/s，各采区具体需风量的计算结果见表2。

2.2通风井阻力

经过对35#、26#、56#、大黄线通风井的详细排查，发现通风断面小、易堵塞，风阻大的地点均集中分布于3～15中段，为此，本研究采用天井反井钻机施工直径为1.4 m的天井并列3条作为通风井，该井壁光滑、稳固性强，经计算，通风井的摩擦阻力系数较小(0.005 kg/m3)，而早期通风井的摩擦阻力系数较大(0.01 kg/m3)(表3)。

表1　全矿采掘作业需风量

表2　矿井需风量计算结果

表3　摩擦风阻相关参数计算结果

注：通风阻力减少均为46.5%。

2.3局部通风优化

矿山生产时在利用矿井总负压通风的同时，巷道掘进工作面、采切工作面、采场爆破后均采用局扇加强通风。采场通风一般采用抽出式，设计选用YBT52-2型局扇。对于独头掘进的工作面，按巷道长度配备局扇，巷道长度小于200 m时，配备1台YBT52-2型局扇进行抽出式通风；当巷道长度大于200 m时，则采用2台局扇进行压抽混合式通风。局部通风的风筒与工作面的距离：压入式通风不得大于10 m；抽出式通风不大于5 m；混合式通风时，压入风筒不得超过10 m，抽出风筒应滞后风筒5 m。

3动态通风方式

3.1需风量分析

由表1可知，采矿场掘进面需风量较大。矿井作业面主要风量需求分为排尘风量和排炮烟风量2类。由采矿作业顺序可知：凿岩8 h工作，仅需排尘风量；爆破通风8 h，仅需排炮烟风量，出矿作业8 h，仅需排尘风量。可见，在进行凿岩和采矿作业时部分风量被浪费。为此，根据不同的作业情况，对生产性需风量进行了分类，全矿采矿作业需风类型及需风量见表4。

表4　全矿采矿作业需风类型及需风量

由表4可知：凿岩除尘风量、出矿除尘需风量远小于排炮烟需风量。由于金陶公司所属矿山井下的8台主扇为24 h连续运转，多台为串联接力风机，工作总负荷为501 kW，实际产生的风量达196.6 m3/s，可见在凿岩和出矿作业的16 h内，61.5 m3/s的风量被浪费。假设为1台产生61.5 m3/s风量的风机连续运行16 h，所造成的电费约1 664元/d，1 a内电费约为60.7万元,浪费的电费相当于1座小型矿山1 a内的通风费。

3.2风机并联布置

建筑企业更需要实践能力强的人才，因此高校在培养人才过程中不仅要让学生掌握更多专业知识，还要培养学生的职业性与实践性，要让学生能够迅速适应岗位，具有较强的学习能力与实践能力。第一，一些学生英语基础相对较差，理论知识掌握扎实，但口语交流能力较弱，在专业必须模块中需要将英语口语课程作为专业必修课程，让学生意识到英语口语学习的重要意义。在讲授建筑英语过程中要以学生的整体英语水平为主，将建筑基础知识与英语知识融合在一起，让学生多了解建筑专业英语。

采用天井钻机将原35#、26#、56#、大黄线通风井进行重新掘设并直接到达深部中段，主要通风路线逐段疏通，将各中段、各作业地点的局部通风系统与主通风系统联通，构成完善的通风网络，进行大范围分风和排除深部中段热害的作业。现运行的8台主扇分别安置于4条主通风井中，采用串联工作方式，工作总负荷为553 kW，按目前通过风井条件计算的全矿总风阻为3 295 Pa，按上述采用钻机施工的新通风井通风条件(井壁光滑，摩擦阻力系数较小)估算的通风阻力约2 000 Pa。将8台风机每2台1组采用并联方式分别安置于4条主风井地表位置，见表5。

表5　风机并联相关通风数据

假设1：将井下作业班次划分为3个，8～16时为爆破通风班，16～24时为出矿作业班，24时～次日8时为凿岩作业班。由表4可知：8～16时全矿需风量最大为168.38 m3/s，需将4组8台风机同时开启；16～24时、24时～次日8时主要为除尘需风量为119.1 m3/s，则仅需开启每组1台风机即可达到要求，即开启表5中的②、④、⑥、⑦等4台风机，总功率为349 kW，产生风量143.8 m3/s。若假设1成立，则可节省风机运行电费1 264元/d，1 a可节约46万元。

3.3估计电价因素优化动态通风方式

金陶公司所属矿山所在地区的电价见表6。

表6　用电峰谷平时间及电价

注：平均电价为0.51元/kWh(24 h)。

由表6可知：峰值的电价最高，按假设1分析，8～16时为爆破通风班，全矿需风量最大为168.38 m3/s，需将4组8台风机同时开启，此时用电为峰值4 h，平值4 h，虽然按照假设1的分时操作开启风机可节约电费，但按峰谷平电价计算发现，该通风方式仍不合理。

假设2：将井下作业班次划分为3个部分，22～5时为爆破通风班，6～14时为出矿作业班，14～22时为凿岩作业班。由表4可知：5～22时全矿需风量最大为168.38 m3/s，需将4组8台风机同时开启；5～13时、14～22时主要为除尘，需风量为119.1 m3/s，则仅需开启②、④、⑥、⑦等4台风机即可达到要求。若假设2成立，可节省风机运行电费1 903元/d，1 a可节约69.5万元。

变频风机原理是调节电动机输入频率，改变电动机转数，从而调节风机产生的风量、风压。当电动机输入轴功率为电动机额定功率的51%时，风机转速会下降80%，风量也会下降80%。若井下风机电机全部更换为变频电机，实现按时调节风量，有望达到节电的目的。

假设3：将风机电机及配电柜全部改为变频式，根据假设2设定通风时间，可适时调节风机频率，降低风量，由于出矿班和凿岩班的实际准备时间和收尾阶段无需排尘，利用风机变频可将该2个班次的排尘时间进行调整，从而达到最优的通风效果。若假设3成立，可节省风机运行电费3 896.28元/a，1 a 可节约142.2万元。

4结语

针对金陶公司所属矿井通风系统存在的问题，结合作业面需风类型，提出了主扇集中分组并联、分组主扇动态开启、单一主扇变频运转的新型通风思路。分析表明，该通风方式不仅可大幅度降低矿井通风费用，可更为合理地将风源分配至井下各作业点，有助于提高井下通风系统的安全性、实用性和科学性。

参考文献

[1]王德明.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[2]刘其志，孙玉峰.矿井通风[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[3]贾洪杰.金厂沟梁金矿最优通风系统的研究[J].矿业快报，2001(13)：9-11.

[4]崔士成.金厂沟梁金矿分区不独立多级机站通风系统的研究[J].有色矿冶，1999(5)：49-53.

(收稿日期2016-02-29)

Optimization of the Underground Ventilation System of the Mine of Jintao Company

Wang ShiqiangWang ChenglongKong Lingdong

(Inner Mongolia Jintao Company Co,Ltd.,China Gold Group)

AbstractThe problems are existed in the most of the underground ventilation systems of the old metal and non-metallic mines in our country.Due to the the shallow mining depth of the mines of Jintao company,the underground ventilation systems of the mines are relative simple,but with the increasing of the mining depth,and the expansion of prospecting scope,the underground ventilation problems of the mines are becoming more and more prominent.At present,the miens of Jintao company is in the period of multi-level,wide range of prospecting and mining,the original underground ventilation of partition not independent multi-stage station of the mines of Jintao company can not meet the requirements of the mine production.According to the wind types of the different working faces,the new underground ventilation method with the characteristics of the main fan parallel distribution,dynamic open,the single main fan variable frequency operation.The underground working teams and times are adjusted based on the difference between the peak valley electricity price and flat electricity price,the frequency conversion ventilation pattern is proposed,that is to say,when the electricity price is in the valley value level,the main fan is in the normal operation state,when the electricity price is in the flat price level and peak price level,the main fan is conducted frequency conversion to reduce the power costs of underground ventilation system.The research results in the paper can provide preference for the similar mines.

KeywordsUnderground ventilation system, Frequency conversion of main fan, Ventilation pattern, Main fan parallel distribution

王士强(1987—)，男，助理工程师，024327 内蒙古自治区赤峰市敖汉旗金厂沟梁镇。