（安全技术及工程专业论文）金川二矿多级机站通风研究.pdf

a b s t r a n f o rt h er e s e a r c ho f t h ej i nc h u a ne rk u a n gm i n ev e n t i l a t i o ns i m u l a t i o ns y s t e m ， t h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo f m u l t i f a n - s t a t i o nv e n t i l a t i o n , f o rt h ed i s s e r t a t i o no f e rk u a n g m u l t i s t a g ef a ns t a t i o nv e n t i l a t i o n , a i ma tt h ee x i s t i n gp r o b l e m s , e x p l a m i n g t h en e c e s s i t yo fm u l t i s t a g ef a ns t a t i o nv e n t i l a t i o n , a n do nc o n d i t i o nt h a th o wt ou s e m u l t i l e v e lf a ns t a t i o nt ov e n t i l a t i o ne f f e c t i v ea n de c o n o m i c a l w h e nu s i n gm u l t i - s t a g e f a ns t a t i o nt ov e n t i l a t e ，c i r c u l a t i o nw i n di si n e v i t a b l e ，i tc a l l 船t h ea l g o r i t h mo fu s i n g p a t hm a t r i xw i t h o u tu n i d i r e c t i o n a lc i r c u i t si n v a l i d a t e ，b yn o wi tm u s tu s ed e p t h - f i r s t s e a r c ha l g o r i t h mt of i n dp a t h , e q u i l i b r i u md i a g r a mi san e wm e t h o dt oe x p r e s st h e c h a r a c t e ro fv e n t i l a t i o nn e t w o r k , t h ef u n c t i o no ft h ee q u i l i b r i u md i a g r a mi sd i s c u s s e d p a r t i c u l a r l y f o rt h em a n ya s s i s tf a n s i nc o m b i n e d - o p e r a t i o ni nj i n c h u a nm i n e w o r k i n g a e ar e t u m i n gw e l l ，u s i n gg e n e t i ca l g o r i t h mt os e l e c ta s s i s tf a n st of i xo nt h e p r e s s u r ea n dt h ep o s i t i o ni sb r o u g h tf o r w a r d t h r o u g ht h et e s to ft h ef a nc h a r a c t e r , u s i n gt h em e t h o do fd r a wt h ef a np e r f o r m a n c c l n v et oa n a l y z et h ep r o b l e mo ft h e m a n yf a n si nc o m b i n e d - o p e r a t i o n f i n a l l y , f o rt h ee x i s t i n gp r o b l e m ，t h eo p t i m i z a t i o n a n da l t e r a t i o ni sb r o u g h tf o r w o r d k 呵w o r d s ：m u l t i - s t a g ef a ns t a t i o n ；u n i d i r e c t i o n a lc i r c u i t s ；e q u i l i b r i u md i a g r a mo f v e n t i l a t i o nn e t w o r k ；a i rc l l r t a i n ；g e n e t i ca l g o r i t h m ；f a nc o m b i n e d - o p e r a t i o n ； n e t w o r ko p t i m i z a t i o n 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 多级机站通风综述 多级机站通风系统是在井下设立若干个风机站，接力将地面新鲜风 流经井巷送入井下作业地点，而污风由同样级数风机站经回风并巷捧出 地表一般每级机站由多台风机组成，并联运行，而在同一风流线路上 各级机站则是串联工作，井下需风点的风量调节主要用风机进行控制形 成可控通风系统。井下作业范围大时，由多个类似的通风区组成全矿的 通风系统，其特点是：1 ) 多级机站通风是运用风压平衡原理对全系统施 行均压通风在满足各风路所需风量的条件下，通过对风机的控制保持各 分支风路的风压平衡，各漏风风路两个端点的风压相等。2 ) 采用压抽混 合式，机站一般设在主要分风点上；3 ) 每级机站由多台风机并联组成， 其台数根据风量调节的需要，一般为2 - 4 台。4 ) 各级机站是串联工作， 各对应机站与前、后机站的风机能力和台数应相匹配，风机的风压选取 要满足多级机站风压之和等于或大于系统的总阻力。5 ) 风机多而分散， 需用集中遥控系统，以有效地控制各机站的启闭多级机站通风是建立 在节能风机和分区( 多井) 通风的基础上，与过去的集中大主扇系统比较 其主要优点是：1 ) 根据井下作业区需风量的变化，+ 可灵活调节通风量， 确保作业区有足够的风量l 。2 ) 可降低全矿通风网路压差保持各分支风 路的风压平衡，减少漏风，提高有效风量率3 ) 有利于采用节能风机和 分区或多井通风，提高风机效率，减少通风阻力，降低通风能耗。其主 要缺点是：1 ) 风机多而分散，安装和维修工作量大，管理较困难；国内 某些矿山虽建有集中控制系统，但对闸门、反风门的自动控制尚存在问 题。瑞典基鲁纳( k i r u n a ) 铁矿拟于今年冬安装p o w e r v e n t 通风控制系统。 用来控制4 5 0 台风机的通风运行时间及爆破前后的风机启动顺序等。该 系统使用载波技术，无需铺设信号电缆。2 ) 机站的局部阻力大，占风机 全压比例在5 0 以上一个机站并联风机数越多，机站的阻力越大，有 测量资料表明，l 台风机运行较之2 ，3 ，4 台风机并联运行，机站阻力 后者大1 3 4 、1 6 8 、2 2 6 倍。降阻措施尚待试验研究。3 ) 一般应掘专用 通风井巷，使新鲜风流不经过长距离运输巷道到达需风点，既保证了进 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 风量，又减少了内部漏风，但专用通风井巷费用巨大目前不少矿山为 节约费用，利用运输井巷入风，除带来风流被污染和漏风外，自动风门 的设置也遇到困难，因为安在运输巷的自动风门受元器件质量不过关导 致动作不灵。矿用空气幕是切断风流新的有效装置。在运输巷控制风流 和强制分风方面起到一定的作用f 2 1 。 虽然多级机站通风有一些弊端，但在实际应用中多风机多级机站仍 具有显著的优越性，它既可提高矿井有效风量率，又可节省电能消耗。 我国自1 9 8 3 年开始该通风技术的试验研究以来，先后有几十个大中型 非煤矿井采用此技术，改造原有的通风系统，取得了明显的社会效益和 经济效益。多风机多级机站的一个显著特点是节能效果好。风机的功率 与风量立方成正比。大型风机风量大、风压高、功率消耗大f ”多级机 站采用机站间风机串联及机站内风机并联，这样所选的风机风量小、风 压低，故功率也小；还可选用新型高效节能风机，因此，能耗低。实测 证明，采用该通风技术改造的矿井，比原采用统一的7 0 b 2 主扇通风系 统，装机容量可降低l 3 - 1 2 ，大幅度地节约电能 多级机站通风技术采用的多风机多机站串并联，使压力分解，系统 压力梯度均匀。漏风少，有效风量率高；采用低压节能风机直接控制风 量，按需开停风机，整个通风系统灵活、稳定，高效、低耗，风机与网 络匹配程度好，效率高达7 0 ，梅山铁矿应用实践表明：年产2 0 0 万吨 规模矿山，吨矿通风电耗下降6 0 ，达2 5 6 k w ；装机容量减少4 3 4 6 ，为1 4 7 0k w ；有效风量提高6 8 5 5 ，达7 0 8 6 ；风机平均效率达 6 9 1 2 ，综合节能4 3 1 0 。通风实耗电9 1 6 k w ，年节电5 2 7 万k w ， 井下工人作业环境得到改善，井巷整洁。该技术经专家鉴定，达国际先 进水平，荣获上海市优秀节能技术一等奖，冶金部科技进步二等奖。 该技术广泛适用于黑色、有色、黄金、化工等井下矿山。国内非煤 井下矿山产量约1 0 亿吨，年，按吨矿节电4 5 k w h ，冶金行业效益预测 1 2 亿元，全国推广效益预测为2 2 5 亿元 1 2 金川二矿概况 金川镍矿1 9 5 8 年由甘肃省煤田地质勘探公司一四五队在甘肃省永 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 昌县宁远堡白家嘴子地区的地质普查中发现1 9 5 9 年1 月由甘肃省地质 局祁连山地质队( 后更名为甘肃省地质六队) 开始勘探，至1 9 7 3 年勘探完 毕，四个矿区共探明矿石储量5 1 9 1 0 8 万吨，含镍5 4 9 4 万吨，铜3 4 3 1 万吨。此外，矿石中还伴生有钴，铂、钯、金、银、锇、铱、钌，铹、 硒、碲、硫、铬、铁、镓、锗、铟等元素。其中可回收利用的有1 4 种。 镍和铂族金属储量分别占全国储量的7 0 和8 0 左右。铜、钴金属储量 仅次于江西德兴铜矿和四川攀枝花矿区，居全国第二 4 1 金川硫化铜镍矿区位于甘肃河西走廊中部，龙首山北麓，巴丹吉林 沙漠南缘的金昌市，永昌一河西堡一雅布赖公路穿过矿区，在永昌与3 1 2 国道相接，矿区据兰新铁路金昌站2 0 k m ，有专用支线与兰新线接轨。 矿区东西长6 5 k i n ，宽不足l k m ，包括金川硫化铜镍矿床被成矿后期活 动切割成四个相对独立的含矿超基性岩段以及与该含基性岩有成因关 系的各类矿体的分布地区。按勘探先后的四个汉矿超基性岩段的分布， 被分别称为一、二、三、四共四个矿区。 1 3 金7j l 二矿的通风系统简介 金川二矿区是我国井下无轨现代化开采的大型矿山，主通风系统采 用多机串联抽、压联合微正压通风系统，主要井筒情况见表1 1 ，通风 系统如图1 1 所示。 表i 1金川二矿井筒统计 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 圈1 1金川二矿区通风系统图 在1 2 5 0 水平的6 行设t b 6 机站，2 5 行设t b l 机站，1 2 0 0 水平的 2 4 行设t b l 机站，每个机站并联安装两台q 1 5m 的轴流风机，新鲜空 气分别从2 行西风井和3 0 行的东，西副井进入各双机站供风站。1 2 3 8 水平采矿分段的新鲜空气分别从1 2 5 0 水平东、西两侧端部的两个风机 站供风。其中6 行机站设计风量9 0 m 3 s 经1 0 行联络道和f a 2 进风井进 入1 2 3 8 水平的西侧。2 5 行机站设计的8 5m 3 s 风量经进风斜井进入1 2 3 8 水平的东侧。1 1 3 8 水平采矿分段的新鲜空气分别从矿体的东西两侧端部 的1 2 0 0 水平的t b 8 和1 1 5 0 水平的t b 7 机站供风来自1 1 3 8 水平的污 风在1 1 5 0 水平的下盘运输到矿体之间掘进一条专用回风道，这条回风 道通过各回风联络道上单机站把污风集中排入西主井石门( 即粉矿回收 道) ，最后经西主并排到地表。 为了排除1 0 0 0 水平破碎站和l 群、2 撑、3 # 皮带道的粉尘，在9 3 5 水 平的盲井石门中也设计了一个双机站，在该站内并联安装两台p 1 5 m 的 轴流风机，其中一台运转，一台备用。 预留回风小井通风，就是在采场的上部掘进或预留回风道，随着采 场下采，相应预留数个回风小井与采场分层道相同，这样采场污风在主 辽宁工程技术大学硕士学位论文 5 扇( 或辅扇) 负压的作用下被捧入回风道新鲜空气则从斜坡道进入分段 巷道和分层巷道。进路污风则靠扩散作用扩散到分层巷道。例如二矿区 九工区在第三分段的分层道上用1 6 m 的铁皮风筒作预留回风道，在回 采完下分层之前在分层道上用粉煤灰砖砌筑2 x 2 m 2 的回风小井砌筑好 粉煤灰砖后在小井外面再加喷混凝土，经2 4 h 凝固后则可进行充填转分 层。 每个盘区的需风量仍按稀释柴油机废气所需的有效风量计算为 1 5 4 m 3 s 。盘区中同时工作的进路数平均达3 4 个，除铲运机工作的进路 外，其它迸路在一般作业条件下，需4 5 m 3 s 风量，因而包括联络巷道 在内每个盘区的需风量应保持在3 0 m 3 ，s 水平。平均铲运机工作时间为 5 0 ，在这期间的通风应和爆破后的通风一样需要加强通风，把四台风 机全开，而其余时间则采用微弱通风即可。 1 4 我国多级机站通风方式应用及研究现状 2 0 世纪的7 0 年代末8 0 年代初，我国各行各业科学技术的发展进 入到了一个黄金时期。正是在这一时期，我国的专家学者们借鉴和总结 了瑞典基鲁纳( k i r u n a ) 矿的成功经验，消化和引进了矿井通风系统的多 级机站通风技术，为我国矿井通风系统带来了巨大的变革，成为矿井通 风技术发展的一个标志性的成就。 2 0 年来在其带动下，围绕矿井通风系统的具体情况因地制宜，不 断地改进和完善，致使新的通风技术成果层出不穷。特别是在。九五” 期间，以南京梅山铁矿、山东金岭铁矿，湖南湘西金矿以及内蒙古金厂 沟梁金矿等为代表的系统改造过程中涌现出了一批喜人的成果。 通过。八五”期间的研究工作，对多级机站通风技术有了较深刻的 认识，初步形成了以多级风机压入多级风机排除的多级机站通风系统模 式。“九五”期间多级机站通风系统模式又有了新进展，呈现出不拘一 格多样化的发展势头，涌现出了一批新鉴定的系统模式和科研成果 梅山铁矿在总结了北采区应用多级机站通风系统的经验教训的同 时，结合整个矿山井下的具体情况，成功地建立起了具有自己鲜明特色 的i 、级机站克服矿井总阻力，、级机站起分风导向作用的四级 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 机站通风系统模式。九五”之初获得了令人瞩目的成果该系统模式 采用的四级机站系统形式与传统的多级机站通风系统的不同之处在于， i 、级机站负责克服矿井通风的全部阻力，为了防止爆破冲击破坏， i i 、级机站取消了风墙，使之只起导风作用不克服矿井通风阻力这 一系统模式很好地适应了梅山铁矿矿体完整性好、规模大和无底柱分段 崩落采矿方法规则推进的特点，彻底解决了爆破冲击破坏、m 级机站 的问题，大大改善了井下作业条件，大幅度的节约了电能，创造出可观 的经济效益和社会效益。 山东金岭铁矿与青岛建筑工程学院合作对召口分矿通风系统进行了 深入细致的研究。在传统多级机站通风系统模式的基础上，结合并下的 实际情况和矿山的经济状况，研究应用了回风侧分区多级机站通风系统 模式。该系统模式充分利用了入风侧井巷断面大阻力小、回风侧井巷断 面小阻力大和矿体赋存分散的特点，采用了以回风侧为主按矿体或集中 矿体群分区的四区三级机站通风方式 在系统中，i 级机站主要负责控制采场的通风量；级机站负责每 个分区的排风；级机站负责矿井的总排风。矿井通风总阻力分摊至i 、 ，m 级机站之上，使井下风压分布均匀，减少漏风。对于距级机站 较近通风路线较短的采场采用无风墙形式的i 级机站，只起到调控采场 风量的作用；对于距级机站较远。且通风路线较长的偏远采场i 级机 站试验采用了爆破能量释放式机站，既保证采场爆破不破坏机站，又克 服一定的通风阻力保证采场的共风量。湘西金矿和长春黄金研究院经多 年的合作攻关，建立起来的深井子域分区多级机站通风系统，较好地解 决了湘西金矿深井通风存在的问题。该系统是针对深矿井通风( 垂深近 1 0 0 0 m ) 通风路线长( 最长达5 5 0 0 m ) 、多中段同时作业( 共3 2 个中段，1 2 0 多个作业点) 、井下温度升高( 最高3 2 ) 等问题，在两翼对角式通风系统 的基础上，采取了按浅部( 1 6 个中段) 、中部( 1 0 个中段) 和深部( 6 个中段) 水平分区，划分出四个子域处理，建立起来的多级机站通风系统模式克 服了原全矿统一通风的系统模式存在的弊端。该系统的建立解决了长期 困扰湘西金矿深井通风中存在的难题。内蒙古金陶股份有限公司与东北 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 大学合作，针对金厂沟梁金矿的特点建立起来的分区不独立多级机站通 风系统进一步丰富了多级机站通风系统模式。 在此多级机站通风系统中，结合了金厂沟梁金矿井下的特点，较好 地解决了盲矿体区域的通风系统与原有分区通风系统有机结合的问题。 同时，在系统优化过程中运用了限流技术、一井多用技术地温预热技术， 配合冬、夏季入风井风流的换向调节，结合并下流场和温度场的解算， 巧妙地解决了盲矿体的合理通风和冬季入风井防冻等问题。 过去一直采用大主扇系统通风，入排风比较集中，风机量少，便于 管理，但漏风量大，有效风量率低，一般为3 0 5 0 ，且不能随矿山 生产变化作相应的调整，风机与通风网络匹配程度差，造成风机平均效 率只有不到5 0 ，吨矿能耗高。 1 s 课题的提出 金川有色金属公司二矿区、南京梅山铁矿等国内外许多矿井均采用 多级机站通风方式该通风方式具有节约能源，调节方便，管理简单等 优点，越来越受到重视和推广。但是如果机站位置或风机功率选择不合 理，往往会导致机站风路的旁侧风路发生风流逆转，即所谓的循环风现 象。此现象在金川二矿区是非常普遍的，在旁侧风路上无其它通风动力， 循环体外的通风动力又不够，则势必导致该旁侧风路风流反向，形成循 环风通风系统中存在循环风，也就是通风网络中存在单向回路，所谓 单向回路就是风路风流方向相同的回路。通风网络中有单向回路存在 时，其节点风量平衡定律和回路阻力平衡定律仍然成立，问题是包括寻 找通路本身在内的一切基于通路概念的算法都将失效如网络调节通路 法，自然分风算法中计算机自动赋风量初始值的通路法、网络极值流的 独立通路法、角联结构判别的通路法、网络简化的通路法等等，都是建 立在通路算法基础上的图论方法是解决含有单向回路通风网络的通路 问题和避免单向回路或减少单向回路影响的有效工具【5 1 。由于机站较 多、系统复杂，系统存在大量的单向回路( 如图1 2 ) ，增加了通风系统 的复杂性 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 图1 2 二矿区通风系统单向回路 图中描绘出为金川二矿多级机站通风中的循环风，数学上称通风网 络中的单向回路问题，当矿井通风系统中出现单向回路时，导致矿井通 风网络中找通路的算法完全失效。以及通风网络的网络解算算法完全失 效。以及以后的通路调节法的风压分配算法失效。本论文正是基于此做 出，研究如何最优的确定机站的位置和数量，才能更好的避免出现循环 风的问题r 以及出现循环风问题后，通风网络解算的算法如何实现的问 题。最后对二矿区的多级机站通风提出了优化改造方案，使其不仅满足 井下个巷道的风量的要求，足以稀释无轨机车的尾气的浓度，炮烟的浓 度，以及人员呼吸的要求。同时使全矿井的能耗降到最低，每年节省通 风电费几百万元1 6 1 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 2 金川多级机站通风的发展及实际应用 2 1 金川二矿两翼对角式通风改造为四级机站通风 二矿区通风系统最先是双翼对角抽出式通风系统，后改造成了多级 机站通风系统，二期工程则采用了多风机并串联微正压通风系统一个 中段采矿时，对角式通风比较适合生产的需要，但西主7 0 8 2 n o 2 8 风 机效率低二矿区二期扩建工程通风系统由北京设计院与瑞典联合设计 的，实际上是一种复杂网络的多级机站通风系统，其主要特点是风机站 多，通风网络复杂及通风构筑物多等。 2 1 1 二矿区对角式通风系统改造 对角式通风系统存在的主要问题： ( 1 ) 主扇效率太低，只有3 0 左右。 ( 2 ) 由于回风并兼作充填井及受二期工程基建施工的影响，回风段漏 风严重，当时的有效风量率只有1 7 左右。 ( 3 ) 两个中段同时回采，风量不能满足生产需要，风流控制十分困难。 ( 4 ) 利用主并作回风井不合理。开拓系统布置在矿体上盘，主井兼 回风井布置在矿体下盘，总回风道，即粉矿回收道穿过了矿体，由于地 压大和采矿作业扰动，使这条巷道从1 9 9 8 年以来，一直处于返修之中， 造成粉矿不能正常清理而堵塞回风马头门，最严重时，全矿回风量仅 1 0 0 m 3 s 左右，是设计风量4 0 0 m 3 s 的1 4 分之一。1 9 9 7 年，通风系统完 善时，总回风量达到了2 9 0 m 3 s ，达到了设计风量的7 2 5 。 ( 5 ) 主运输水平没有有效的通风系统。二矿区采用全无轨的2 5 t 矿用 卡车运输矿石，还有从主斜坡道进入井下的运料卡车，生产高峰时，中 心溜井附近的运输巷道内车辆首尾相连，其柴油机尾气对井下空气造成 严重污染。原设计对这一点估计不足 2 。1 2 改造方案 ( 1 ) 风机站布置。在原对角式通风的基础上，在井下建立了一、二级 回风机站，淘汰了地表西主扇。其中一级机站( 辅扇) 建在各盘区穿脉回 风道中，采用了无风墙和有风墙两种安装方式。两个二级机站( 主扇) 分 别建在两个总回风中段的回风井石门内 辽宁工程技术大学硕士学位论文 l o ( 2 ) 风机选型一级机站风机即辅扇选用了k 4 0 ( b ) n o 1 2 、 k 4 0 ( a ) - n o 13 风机，二级机站风机选用了两台d k 4 0 c b ) n o 1 7 风机。 ( 3 ) 改造结果二级机站风机效率分别为6 8 和7 2 ，系统有效风量 率达到了8 5 以上，同时节能5 0 以上，满足了生产需要。 2 1 3 机站布置 ( 1 ) 压风机站布置。在两个进风水平的东西两翼分别布置了两个压风 机站，其作用是将从东、西迸风井进入井下的新鲜风通过集中进风天井 向下直接压入采矿分段道中，上下两个分段道分别与6 个和7 个盘区贯 通， ( 2 ) 盘区回风机站。一级回风机站。原设计分段道新鲜风是由局扇通 过风筒压入盘区内的，由于二矿区地压大，巷道收敛变形快，风筒无法 吊挂，后试验成功预留回风巷道回风的盘区通风方案，即在采空区充填 时，通过预留的方法形成回风道和回风井在每个盘区的回风道中安装 了无风墙的辅扇，形成了一级回风机站 ( 3 ) 采区回风机站。在每两个盘区总回风道中安装一台主扇形成二级 回风机站。 2 1 4 风机选型 ( 1 ) 机站扇风机 二期工程压风机站和二级回风机站风机，即主扇，当时选用了上海 风机厂从德国引进技术生产的g a f l 5 - 8 - l 风机，该风机具有动叶可调的 功能。在西部通风系统改造时进行了试验，没有成功，通过改造后在二 期工程中仍然用作主扇。由于叶片调节机构故障率太高而最终锁死了叶 片，采用了固定叶片结构。目前，这些风机运行效率在4 0 左右。现已 有两台g a f 风机更换成d k 4 0 ( b ) n o 1 7 风机。 ( 2 ) 辅扇 二期工程最先设计没有辅扇，其盘区机站是由大型的局扇形成的。 只是在对通风系统改造时，才增加了辅扇。辅扇选用了k 4 0 ( b ) n o 1 2 ， 1 3 风机 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 1 5 改造施工 ( 1 ) 将回风系统由矿体上盘移到了矿体的下盘。由于上盘回风道地压 大，巷道返修量较大及总回风井在下盘，盘区通风阻力较大等原因，从 1 9 9 7 年开始，将回风系统由矿体上盘移到了矿体的下盘。 ( 2 ) 在主运输水平设置空气幕增压调节。由于通风系统设计存在的缺 陷，主运输水平进、回风都比较困难。2 0 0 0 年，在主运输道进风段设置 了空气幕增压调节，取得了很大成功。 ( 3 ) 在矿体下盘布置了专用回风井。为了从根本上解决通风系统存在 的问题，北京有色设计研究总院与金川公司联合，在矿体下盘主井附近 新掘了一条专用回风井，以代替主井回风，将在井口建成一个大的回风 机站，取代井下二级回风站。 ( 4 ) 为了解决主运输水平中心溜井附近巷道通风困难的问题，设计院 又与金川有色金属公司联合，将深部开拓的副井建在了矿体上盘中心溜 井附近，使地表新鲜风直接进入主运输水平通风最困难的巷道。 2 1 6 改造后存在的问题 ( 1 ) 风流可控性差对于如此复杂的通风系统，风流控制异常困难， 一是处于矿体两翼的盘区通风良好，但是位于矿体中间的盘区则通风比 较困难；二是返风后风流无法控制。 ( 2 ) 污风循环。= 矿多中段回采矿石，进、回风水平相互重叠，在主 运输巷道中安装风站又比较困难或安装的风门由于车辆行走频繁而无 法关闭，造成各中段、各水平之间风流循环比较严重。 ( 3 ) 通风系统调节困难。二矿风机站较多，通风网络变化较快，要使 各风机站之间互相匹配比较困难。已经出现过进风量大而回风量小造成 的风流循环 ( 4 ) 风机问题。二期工程安装的g a f 风机虽然出现了一些问题，但 更新却比较困难，其主要原因：多数风机站风道变形，旧风机无法搬 出来，新风机也无法运进去；风机更换周期太长影响生产 2 2 金川二矿区多级机站通风系统四级机站改造为二级机站通风 二矿区年生产矿石2 2 0 万t ，占公司生产矿石总量的6 7 - - 期生产， 辽宁工程技术大学硕士学位论文 采矿方法采用机械化下向水平分层胶结充填法，采矿区目前均集中在 1 2 3 8 m 分段和1 1 3 8 m 分段，共划分为十三个机械化采矿盘区，日均生产 矿石6 0 0 0 8 0 0 0 t ，矿区地势平缓，平均海拔1 6 0 0 一1 7 0 0 m ，气象条件属 内陆干燥性气候春季风沙大，自1 9 9 3 年以来每年均发生沙尘暴灾害性 气候，自然通风对矿井通风影响较大，二矿区二期矿井通风系统采用多 级机站并串联抽压混合式的微正压( 设计出风井井1 3 始终保持4 0 0 p a 正 压) 通风方法，这种通风方法是近年发展起来的一种新型通风技术，具 有漏风小、风机效率高、能耗低、系统匹配合理、计算机集中控制等优 点。但是，有关资料表明，这种通风技术在国内尚处在工业试验阶段， 成熟的技术经验少。 2 2 1 四级机蛄通风系统 二矿区多级机站分为四级，一级机站是矿井通风系统的进风机站， 该级机站服务年限长，为矿区重点机站；二级机站是盘区接力迸风机站； 三级机站是盘区接力回风机站；四级机站则是矿井通风系统的回风机 站，服务年限长，也是重点机站。一级机站分别设计布置于矿区1 2 5 0 m 水平和1 2 0 0 m 水平的两翼，即位于地质勘探线6 行和2 4 行，远离采矿 作业区，而四级机站则位于矿区1 2 5 0 m 水平和1 15 0 m 水平的矿体上盘， 分别布置于地质勘探线1 0 一1 9 行半之间，离采矿作业区较近。一级机站 设计共有四座，均为双机并联机站。四级机站共有七座，其中四座是单 机机站，两座是网路并联机站，还有一座是双机并联机站，位于矿体最 深处即9 3 l m 水平。全矿共设计安装了1 8 台一级和四级机站使用的风机。 二级和三级机站风机均安装吊挂在每个生产盘区的分层道和分段道中 按设计每个盘区分层道及分段道中分别吊挂两台并联接力进风二级机 站，两台并联接力回风三级机站及相应的四条直径为l m 的柔性风筒， 全矿现有十三个机采盘区，安装吊挂二级和三级机站使用的风机共五十 二台，使用柔性风筒1 3 0 0 m 。矿井通风系统为两翼进风、中央回风的对 角式通风系统矿井设计总风量4 0 0 m 3 s 二矿区一级和四级机站使用 的风机是由上海鼓风机厂生产的g a f l 5 8 - l 型风机，这种风机设计有手 动和电动( 计算机控制) 叶片安装角度的调节机构，叶片角度调节范围 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 3 3 0 0 + 15 0 ，设计额定风量3 8 5 5 0 m 3 s ，额定静压为1 4 0 0 p a 这类风机 是该厂为金川公司特制的首批工业用风机，尚无系列定型产品。二级和 三级机站使用的风机是由上海嘉兴风机厂生产，型号有n a f 5 6 一1 1 8 5 和n a f 5 6 2 1 8 5 ( 两级叶轮) 两种，设计额定风量1 4 m 3 s 1 7 1 。 2 2 2 四级机站通风系统存在的问题 井下多级机站通风改变了传统的沿袭多年的井上集中抽出式通风 方法，它具有许多优点，值得推广，但是几年来的通风实践证实，井下 多级机站的建立与使用受到了许多客观因素的干扰与破坏 ( 1 ) 二矿区铜镍矿床属超基性硫化铜镍矿床，生于海西期含矿超基性 岩体中，富矿多为海绵状，半海绵状及接触交代型矿区。金川区域岩层 多为古老的变质岩系。片理发育，在成矿前经历多次构造运动，火成岩 活动，矿石和围岩受到不同程度的破坏，节理裂隙发育岩层整体稳固性 差。实践证实，这种不良岩层占矿区采准巷道的5 0 ，开拓巷道的 2 0 3 0 ，占整个采区的6 0 一7 0 ，富、大、深、碎是矿区工程地质 条件的特征，如此复杂的工程地质条件，使得矿井通风工程及通风网路 复杂化 ( 2 ) 金川矿区不良岩层占整个采区的6 0 7 0 ，在生产过程中采用 了各种支护技术，但是这种地质条件仍是制约二矿区安全生产的主要因 素之一1 9 9 5 年，在1 1 3 8 m 分段1 撑盘区和2 撑盘区进行了通风设计方案 的工业试验按设计在两个盘区的分层道和分段道中各吊挂安装四台风 机和四条风筒，分层道和分段道设计断面规格为4 3 m x 4 1 m ( 宽x 高) 由于 分层道和分段道已发生变形，四台风机和相应风筒安装后，巷道实测最 小断面为4 3 m 2 8 m 。显然，不能满足大型无轨设备的安全运行间距。 实践验证了这种设计方案不可行。设计方案试验不通，则将原来吊挂的 四台风机及风筒减掉两台风机和两条风筒，剩下的两台风机和相应风筒 吊挂于巷道拱顶部，这样才满足了大型无轨设备通行的安全间隙。简化 后的通风方案仍按原设计思路，即一台风机是二级接力进风机站，另一 台风机是三级接力回风机站方案实施后，对通风效果进行了实测与分 析。实测数据说明，单机二级站有效新鲜风供给量为1 0 6 m 3 s ，而盘区 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 4 实际需风量为3 0 m 3 s ，仅占需风量的3 5 单机三级回风机站有效回风 量仅为4 8 m 3 s 显然，盘区供风量及回风量满足不了生产实际风量参 数，采场环境温度高达2 8 。二矿区井下使用大型无轨设备，提高了矿 山生产能力及机械化作业水平，但是这些设备大负荷运行产生的烟尘、 有毒气体及热量，在这样的通风条件下，加剧了作业环境恶化，严重危 害着井下职工的身心健康。 ( 3 ) 矿区地压活动十分频繁，随着盘区采矿速度加快，采场爆破产生 的炮轰波加剧了分层道和分段道的破坏，出现了严重的侧邦内臌，拱顶 开裂，底板上臌等现象在这样的条件下，分层道和分段道中吊挂的风 机和风筒，经常被9 2 8 l h d 铲运机和m k a2 5 5 t 运矿卡车破坏为此， 组织专门人员进行大量的维护工作，最终结果是作业环境差，采场能见 度低。职工怨气大，劳动积极性不高，安全生产隐患多，通风费用高。 ( 4 ) 四级机站是矿区服务年限长的重点机站，开拓工程设计中，四级 机站均位于矿体上盘，离矿体较近，并且与采区仅有1 2 m 的高差 ( 1 l5 0 1 1 3 8 m 、1 2 5 0 1 2 3 8 m ) 。大规模的采矿生产过程中产生的炮轰波及 复杂的工程地质条件，也破坏了风机站硐室和风机砼基础。经现场观察， 有的风机机座固定螺栓被挤出1 6 m m ，风机迸风风筒( 直径1 6 m 、铁皮 厚1 2 r a m 的圆筒) 被压扁，更为严重的是风机配电硐室中的配电柜被震 倾斜这种条件下，风机故障率高，工况稳定性差，效率低。经统计， 仅1 15 0 m 水平四级机站年平均维修量达1 0 台次之多，并且在1 9 9 7 年报 废了一台风机，直接经济损失2 8 万元【s 】 2 2 3 通风技术改造 矿井通风的目的，就是给采矿作业区供给足量的新鲜空气，及时将 井下污浊空气排出地表，改善矿井通风环境，强化安全生产标准，为井 下职工创造一个良好的舒适的作业环境。针对上述问题，借鉴矿山一期 生产时成熟的通风技术经验，提出了”两级机站并串联压抽混合式”的通 风改造方案。经多次专家会议讨论，一致认为可行，同意先进行通风方 案试验，成功后推广，选择在1 1 3 8 m 分段4 群、5 群、6 群三个生产盘区进 行试验两级机站并串联压抽混合式的通风方法，就是将原设计的二级 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 5 和三级接力进、回风机站省掉。仍保留一级和四级机站的通风不同的 是将四级机站由矿体上盘移到矿体下盘的贫矿带中，建成采矿作业影响 范围相对小，比较稳固的通风回风机站及掘进相应的沿脉专用回风道和 川脉回风联络道。而回采盘区则在开采第一分层过程中，设计预留一定 量的回风道和回风井，与相应的回风联络道贯通。由一级机站作用压入 分段道中的新鲜风经盘区分层道进入采场，经过工作面后，污风经专用 回风道及预留回风井，回到下盘回风道，再经四级机站作用被压入总回 风道至西主井 工程竣工并投入使用后，对4 群盘区5 撑盘区进行了通风技术测定， 实际证明明，这种通风方案是可行的，符合二矿区通风实际情况，较前 类型通风方案，通风效果好，管理方便，通风成本低，决定在全矿全面 推广这种通风方法目前，1 1 3 8 m 分段坤、2 群、3 # 盘区也形成了这种通 风方式。 2 2 4 经济效益和社会效益 四级机站通风简化成两级机站通风，省去了原设计通风方案中的级 和级机站( 共计5 2 台风机及1 0 0 0 0 m 风筒) ，取得直接经济效益：年节约 电量为9 0 6 1 万k w h ；节约风筒费用为4 3 5 2 6 万元。 作业通风环境的改善，安全生产有了保证，职工身心健康得到了保 护所以生产劳动积极性提高了，很多工区按计划超额完成生产任务， 每年2 2 0 万t 的生产任务有了可靠保证 盘区通风设计方案理论上是先进的，可行的，值得借鉴与推广但 是这种技术适合于岩层地质条件好，地压活动范围小的矿山，不适用于 金川i 矿区，盘区通风设计方案的实施，增加了作业人员的工作量，风机 及风筒维护量大，现场管理难度大，费功，费时又费力，增加了生产成 本，不经济，改变后的通风方法，尽管满足了生产需要，但它的缺点也 不可忽视，即采准期通风困难，造成了许多不便，二矿区通风系统比较 复杂，还存在许多问题，今后仍须认真研究解决。 2 3 金川二矿区二级串并联微正压通风改造为二级负压通风 多级机站通风技术，是近1 0 年来在我国矿山推广应用的一种新型 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 6 通风方法，它具有漏风小、有效风量高、风量易调节、能耗低及能实现 计算机集中控制等优点但是这种通风方法在实际应用中也暴露了诸多 问题，不仅影响矿山安全生产，而且也造成了不必要的经济损失。金川 镍矿二矿区年生产矿石2 4 0 万吨，采矿方法使用机械化下向水平分层胶 结充填法，采矿区目前均布置在1 2 1 8 m 分段和1 1 3 8 m 分段。矿井通风 系统采用多级并串联抽压混合的微正压( 设计出风井井1 ：3 始终保持 4 0 0 p a 正压) 通风方法。多年来的通风实践证明，金川矿区井下建立多级 机站通风系统受到许多客观因素的干扰与破坏，直接影响了二矿区安全 生产，制约着矿山生产任务的顺利完成【9 】。 2 3 1 二级机站通风系统 二矿区多级机站通风系统可划分为四级一级机站是矿井通风系统 的主进风机站，分别布置于矿区1 2 5 0 m 水平和1 2 0 0 m 水平的两翼位于 地质勘探线6 行和2 4 行一级进风主机站共有4 座，均为双机并联运 转机站二级机站是采矿区各生产盘区接进力进风机站，即按设计由2 行西风井和3 0 行东西付井进入1 2 5 0 m 和1 2 0 0 m 水平两翼的新鲜风经一 级机站作用压入1 2 l8 m 分段道和1 1 3 8 m 分段道，再经吊挂安装在各盘 区分层道中的两台并联运转的二级机站和相应两条直径为l m 的柔性风 筒压入采矿工作面。冲洗采矿工作面产生的污风，又经吊挂安装在同一 分层道的两台并联运转的三级接力回风机站和相应两条风筒抽出采矿 区送入专用回风井。污风又经位于矿上盘1 0 行一1 9 行半的四级主回风 机站作用压入总回风道，通过1 2 行西主井和1 6 行西充井排出地表。四 级主回风机站均布置在1 2 5 0 m 水平和1 1 5 0 m 水平，共有7 座，其中4 座是单机机站两座是网络并联机站，另一座是双机并联运转机站一 级机站和四级机站均为矿区重点机站，安装使用的风机均是上海鼓风机 厂生产g a f l 5 - 8 l 型矿用轴流式风机，共计1 8 台该风机设计有手动 和电动叶片安装角的机械调节机构。叶片安装角调节范围3 0 0 + 1 5 0 ， 额定风量3 8 5 5 0 m 3 s ，功率1 3 2 k w ，静压升1 4 0 0 p a 。二级和三级机站 安装使用的风机均为n a f 5 6 1 1 8 5 型矿用轴流式风机，额定风量 1 4 m 3 s ，功率2 2 k w ，采矿区共计使用5 2 台及3 0 0 0 m 风筒，二矿区多 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 7 级机站通风系统为两翼进风，中央回风的对角式通风系统，设计总进风 量为4 0 0 m 3 ，s 。 2 3 2 二级机站通风系统存在的问题 由图1 1 知，二矿区原设计通风系统中主回风井有2 条，即1 6 行 西主井和1 6 行西充井1 6 行西主井设计回风量1 9 0 m 3 s ，1 6 行西充井 2 1 0 m 3 s ，西主井井筒5 m ，断面积1 9 6 m 2 ，井筒内设有两台提矿箕斗， 规格为2 1 6 m 1 2 m 。为保证两台箕斗安全卸矿和人员检修安全，又将 西主井井口进行了锁口。井筒有效回风断面减小，增大了主系统回风阻 力，有效回风量锐减。同时，井筒内的提升设施及西井井架常年受井下 污浊空气腐蚀，严重威胁提升设施的安全运行，仅西主井井架每次防腐 费用高达3 6 万元。 金川矿区岩层多为古老的变质岩系，片理发育，成矿前经历多次构 造活动，火成岩活动，矿石和围岩受到不同程度的破坏，节理裂隙发育， 整体稳固性差。不良岩层占整个采区的6 0 一7 0 ，“富、大、深、碎” 是矿产区工程地质条件的特征。盘区分层道在采准期就受地质应力的破 坏，出现地臌、两帮内膨、拱顶开裂等现象。分层道中使用安装二级和 三级机站，无法保证井下大型无轨设备的安全运行间隙。即使使用了二 级和三级机站，实际生产过程中。二级和三级机站及相应风筒经常受到 无轨设备的破坏。不仅影响了盘区的安全生产而且增加了矿井通风维护 费用。 四级主回风机站均布置于矿体1 2 5 0 m 水平和1 15 0 m 水平上盘，由 于矿区工程地质差，四级机站建站初始风机基础及硐室受到严重破坏 迫使二矿区不得不放弃1 2 5 0 m 水平的3 座单机站、l l5 0 m 水平一座双机 站，直接经济损失高达6 0 余万元。维护运行的个别机站，尽管采取了 各种支护措施，仍控制不了地质应力对机站的破坏，风机运行振动大。 故障率高，工况稳定性差，效率低。 为了完善多级机通风系统，提高矿井有效风量，井下共设计安装了 4 0 多道的手动风门。但是这些风门许多都安装在无轨设施通行频繁的巷 道，风门基本处于开启状态，很难有效调节通风系统，同时，手动风门 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 8 规格较大，在风压大的巷道开启非常困难，经常受到无轨设备的破坏， 维护费用较高。后又分别使用了电动闸板式风门，推拉式风门，对角风 压平衡式风门，但收效甚微。 2 3 3 通风技术改造 针对主系统存在问题，借鉴矿山一期生产成熟的技术经验，提出了 “两级机站压抽混合的负压”通风改造方案，对主回风系统、盘区通风 系统及构筑物进行了如下改造。 金川镍矿工程技术人员经过大量通风技术参数测试与分析，提出在 二矿区矿体下盘1 4 行新建一条专用集中回风井，并且在1 4 行回风井井 口建立一座总排风机站这样原设计多级机站并串联抽压混合式的微正 压通风改变为两级机站并串联压抽混合的负压通风方法。即新鲜风经矿 区两翼在一级主进风机站作用下压入1 2 1 8 m 分段和1 1 3 8 m 分段的各生 产盘区。经回风道排至1 4 行总回风井，在1 4 行总回风机站作用下集中 抽出地表。目前1 4 行总回风井井建工程及与1 2 5 0 m 水平回风平面、 1 1 5 0 m 水平回风平面及1 0 0 0 m 水平回风平面的联络工程已竣工，现正进 行地表机站的建设。1 4 行集中回风井的建成，完全取代了1 6 行西主井 和1 6 行西充井，彻底保护了两条井提升设旋，降低了维护费用 二级和三级机站的盘区通风方式。实践证实金川矿区原设计四级主 回风机站受地质应力破坏，基本不能使用。借鉴矿山一期生产时成熟的 通风经验，对盘区通风系统和四级机站进行了改造即取消二级、三级 和四级风机站，在回采盘区开采第一分层过程中设计预留一定量的回风