（采矿工程专业论文）沙坝土矿段通风系统分析及改进.pdf

摘要 本文根据沙坝土矿段的地质情况及丌采现状，本着遵循“依据矿段现状、矿体 赋存条件、合理借鉴、立足创新”、“经济、安全、高效”、“能对开磷集团今后深音【! 开采起借鉴作用”的基本原则，结合国内外矿井通风系统应用情况，对该矿段的7 0 0 中段的通风系统进行了分析研究，提出了较为合理的通风系统布置方案。 全文分为三个部分。第一部分主要阐述了贵卅开磷集团矿业总公司所面临的优 势和挑战；论述了国内外矿井通风系统的研究现状、发展方向、研究内容和研究手 段，特别是对多级机站的应用、节能风机的运用、自然能源利用技术、空气技术的 应用情况进行了深入的调研，对丌磷集团矿山所采用的通风方式，沙坝土矿段的地 质情况、开采现状及7 0 0 下延方案进行了全面的论述。第二部分针对沙坝土矿段的 地质条件及开采现状，借鉴国内外矿山通风系统布置方式，设计了沙坝土矿段7 0 0 中段的通风系统。根据计算出的矿井需风量及通风阻力，分别选择1 k 5 8 n 0 1 8 型及 1 k 5 8 n 0 2 7 型主扇，并预算了吨矿通风成本( 8 7 7 元吨) 。第三部分主要对沙坝土矿 段7 0 0 中段的通风系统进行了分析研究与改进。论文取得的主要成果如下： l 、根据独头掘进工作面的通风数学模型，推导出其风量计算公式，并用压八式、 抽出式、压抽混合式通风方式进行了验证，证明计算公式是正确、适用的。根据计 算出的需风量及风压，选择j k 5 51 n 0 4 5 型局扇，电机功率6 k w 。 2 、对深部开采掘进工作面的降温问题，采用在压入式风机的出风口安装l 台小 型高压离心鼓风机的降温新方法，并在沙坝土矿南段7 2 8 平巷进行了试验其试验 结果证明该方法足有效的。 3 、根据采场通风过程的微分方程，推导出采场需风量的计算公式；对按炸药消 耗量进行需风量计算的公式进行了分析与修正：对受控循环通风新技术进行了分析 研究，确定了最小外来新风量、循环风量的计算公式：选取三种计算方法中的最大 值作为采场所需新鲜风量，以此为依据计算出局扇的供风量、工作风压，选择 j k 5 5 1 n 0 5 型局扇加强采场通风。再根据采区( 盘区) 所需采场、掘进工作面、硐 室的数目及单位需风量计算出整个采区的总需风量。根掘采区的需风量、工作风压， 选择j k 5 5 一l n 0 5 型局扇加强通风。 4 、用层次分析法和模糊综合评判法对沙坝土矿段7 0 0 中段的通风系统进行了详 细的评价，得出该通风系统方案是最好的方案。利用现北延工程8 1 2 主平硐作为进 风井，在硐口( e 。线附近) 设置压入式风机；南端在罗家沟( r 。断层) 掘进一条回 风井，设置抽出式风机；北端在e ，。线附近掘进一条小断面排水井兼作回风井，设黄 抽出式风机，形成两翼对角式通风方式。 5 、以矿井通风机电耗之和最小为目标函数，建立矿井通风系统风量优化调节的 线性规划模型，然后利用计算机模拟求解，对矿井风量进行了优化调节。 6 、根据对矿井通风节能的分析，得出要降低矿井通风能耗，必须降低矿井的无 效能耗，而提高地面构筑物的密闭性是减少无效能耗的主要措施。 关键词沙坝土矿段，通风系统，设计，优化分析，改进 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h eg e o l o g yc i r c u m s t a n c eo f t h eo r eb l o c ko f b a rs o i la n dm i n i n gs t a t u s ， a n df o l l o w i n gt h eb a s i cp r i n c i p l eo f “a c c o r d i n ga ss t a t u so f t h eo r eb l o c k ，h a b i t a to f t h e o r eb o d y , u s ef o rr e f e r e n c ei nr e a s o n 、b a s e do ni r m o v a t i o n ，e c o n o m i c a l l y , s a f e l y ，e f f i c i e n t l y , i t c a l ls u p p l yr e f e r e n c e st od e e pm i n i n go fk a l l i ng r o u pf o rt h ef u t u r e ”，t h i sp a p e r c o m b i n et 1 1 ea p p l i c a t i o no fd o m e s t i ca n do v e r s e a sm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m c a r r i e do n a n a l y s i sa n dr e s e a r c ht os u b l e v e l 7 0 0 sv e n t i l a t i o ns y s t e mo ft h eo r eb l o c k ，p u tf o i n v a r dt h e r e l a t i v e l yr e a s o n a b l ev e n t i ! a f t o ns y s t e mp r o j e c t t h ep a p e ri sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s t h ef i r s tp a r tm a l n ye l a b o r a t e dt h a tt h e a d v a n t a g ea n dc h a l l e n g et h a tg u t z h o uk a il i ng r o u pm i n e r a li n d u s t r yh e a do f f i c ef a c e d ； d i s c u s s e dt h ed o m e s t i ca n do v e r s e a sr e s e a r c hs t a t u s ) d e v e l o p m e n td i r e c t i o n ，r e s e a r c h c o n t e n t sa n dm e a n so fm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ( t h ea p p l i c a t i o no fm u l t i s t a g em a c h i n e s t a t i o n , t h ea p p l i c a t i o no f s a v e a l la i rm a c h i n e 、t h et e c h n o l o g yo f m a k i n gu s eo f a a t u r a l e n e r g y ，t h ea p p l i c a t i o no fa i rt e c h n o l o g y ) ；d e s c r i b c dt h ev e n t i l a t i o nm o d et h a tk a il i n g r o u pm i n ea d o p t ，g e o l o g yc i r c m n s t a n c e ，m i n o gs t a t u sa n ds u b l e v e l7 0 0 su n d e r l a y s c h e m eo ft h eo r eb l o c ko fb a rs o i l ；t h es e c o n dp a r ta i m sa tt h eg e o l o g yc o n d i t i o na n d m i n i n gs t a t u so f t i l eo r eb l o c ko f b a rs o i l 、d r a wl e s s o n sf r o md o m e s t i ca n do v e r s e a sm i n e v e n t i l a t i o ns y s t e m ss c h e m e ，d e s i g n e ds u b l e v e l 7 0 0 sv e n t i l a t i o ns y s t e mo f t h eo r eb l o c ko f b a rs o i l ；a c c o r d i n gi nr e q u i r e dq u a n t i t yo fa i rc u r r e n ta n dv e n t i l a t i o nr e s i s t a n c eb y c o m p u t e d ，c h o o s en o 1 k 5 8 n 0 1 8a n dn o i k 5 8 n 0 2 7m a i nf a ns e p a r a t e l y ；b u d g e t e d v e n t i l a t i o nc o s ti s8 7 7 y u a n t o n ；t h et h i r dp a r tm a i n l yc a r r i e so na n a l y s i s ，r e s e a r c ha n d i m p r o v e m e n t st os u b l e v e l 7 0 0o ft h eo r eb l o c ko fb a rs o i l ，t h em a i nr e s u l tt h a tt h et h e s i s a c q u i r e di sa sf o l l o w s ： 1 a c c o r d i n gt om a t h e m a t i cm o d e lo fv e n t i l a t i o no fb l i n dh e a d i n g d e d u c e di t s c a c u l a t i o nf o r m u l ao fa i r - q u a n t i t y , a n du s e df o r e e dv e n t i l a t i o n ) e x h a u s tv e n t i l a t i o n 、 p u s h p u l lv e n t i l a t i o nt ov a l i d a t e ，t h ec a l c u l a t i o nf o r m u l ap r o v e dt ob er i g h ta n di np o i n t a c c o r d i n gt or e q u i r e d q u a n t i t yo fa i rc u r r e n ta n dv e n t i l a t i o np r g s s u r eb yc o m p u t e d 、 c h o o s en o j k 5 5 1 n 0 4 5l p e a lf a n i t sp o w e ri s6 k w 2 t or e s o l v et h ep r o b l e mo ft e m p e r a t u r ed r o po fh e a d i n gf a c ei nd e e pm i n i n g ，a d o p t t h en e wm e t h o do ft e m p e r a t u r ed r o pt h a ti n s t a l las m a l lc e n t r i f u g a lb l o w e ro fh i g h p r e s s u r ea tu p t a k eo fp o s i t i v eb l o w e r , a n dc a r r i e do ne x p e r i m e n ti o1 e v e l7 2 8o ft h es o u t h p r ob l o c ko f b a rs o i l ，t h er e s u l to f e x p e r i m e n tp r o v e dt h em e t h o di sv a l i d 3 a c c o r d i n gt ot h ed i f i e r e n t i a le g u a t i o no fv e n t i l a t e dp r o c e s so fs t o p e ，d e d u c e dt h e c a l c u l a t i o nf o r m u l ao fr e q u i r e dq u a n t i t yo fa i rc u r r e n to fs t o p e ；c a r r i e do na n a l y s i sa n d r e v i s et ot h ec a l a n t a t i o nf o r m u l ao fr e q u i r e dq u a n t i t yo fa i rc u r r e n tt h a ti tw a sc a l c u l a t e d b ye x p l o s i v ec o n s u m p t i o n ；c a r r i e do na n a l y s i sa n dr e s e a r c ht ot h en e wt e c l m o l o g yo f c o n t r o l l e dl o o p i n gv e n t i l a t i o n ，c o n f i r m e dt h ec a l c u l a t i o nf o r m u l ao fe x t e r n a l l ym i n i m u m f r e s ha i rv o l u m e ，c i r c u l a ra i rv o l u m e ；s e l e c tm a x i m u mo ft h r e ek i n d so fc a l c u l a t i o n m e t h o d sa st h ef r e s ha i rv o l u m et h a ts t o p en e e d e d ，t a k i n gt h i sa sg i s tt ow o r ko u tt h el o c a l f a n ss u p p l y i n ga i rv o l u m e ，w o r k i n ga i r - p r e s s u r e ，c h o o s en o j k 5 5 - i n 0 5l o c a lf a nt o s t r e n g t h e ns t o p e sv e n t i l a t i o n t h e na c c o r d i n gt ot h en u m b e ro fs t o p e ，h e a d i n gf a c e j c h a m b e rt h a tp a n e ln e e d e da n du n i tr e q u i r e dq u a n t i t yo fa i rc u r r e n tt ow o r ko u tt h et o t a l r e q u i r e dq u a n t i t yo fa i rc u r r e n to fw h o l ep a n e l a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e dq u a n t i t yo fa i r c u r r e n t 、w o r k i n ga i r - p r e s s u r e o fp a n e l ，c h o o s en oj k 5 5 1 n 0 5l o c a lf a nt o s t r e n g t h e n v e n t i l a t i o n 4 c a r r i e do nd e t a i l e de v a l u a t i o nt ot h es u b l e v e l 7 0 0 sv e n t i l a t i o ns y s t e mo fo r eb l o c k o f b a rs o i lb ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n dj u d g e m e n tm e t h o do ff u z z ys y n t h e s i z e ，g e t t h a tt h i sv e n t i l a t i o ns y s t e mp r o j e c ti st h eb e s tp r o j e c t m a k eu s eo ft i r em a i na d i t s l 2o f n o r t he x t e n d e dp r o j e c ta sd o w n c a s t ，e s t a b l i s hf o r c ef a na tt h ec h a m b e ro r i f i c e ( 1 i n ee 3 6 n e i g h b o r h o o d ) ；p i e r c ear e t u r na i rs h a f ta tl u o j i ag o u ( f a u l tf 2 10 ) i nt h es o u t h ，e s t a b l i s b t h ee x h a u s t i n gf a n ；p i e r c eap u m ps h a f to fs m a l ls e c t i o nc o n c u r r e n t l ya sr e t u r na i rs h a f ta t l i n e e 4 7n e i g h b o r h o o di nt h en o r t h ，e s t a b l i s ht h ee x h a u s t i n gf a n ，b e c o m et h ev e n t i l a t e d w a yo f o p p o s i t ea n g l eo f t w ow i n g 5 m a k es u m & m i n ef a n n e r sc u r r e n td r a i nm i n i m u ma st h eo b j e c t i v ef u n c t i o n ，b u i l d u pl i n e a rp r o g r a m m i n gm o d e lt h a to p t i m i z ea n da d j u s ta i rv o l u m eo fm i n ev e n t i l a t i o n s y s t e m ，t h e nm a k eu s eo fc o m p u t e rs i m u l a t i o nt oc o m p u t e ，c a r r i e do no p t i m i z ea n d a d j u s tt ot h em i n e sa i rv o l u m e 6 a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so na n e r g ys a v i n go fm i n ev e n t i l a t i o n ，g e tt h a ti fi tw a n t t ol o w e rt h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fm i n ev e n t i l a t i o n ，i tm u s tl o w e rt h ei n v a l i de n e r g y c o n s u m p t i o no fm i n e ，a n dt h a tr a i s et h ec l o s e n e s so fg r o u n dc o n s t r u c t i o ni st h em a i n m e a s u r et h a tc a nr e d u c ei n v a l i de n e r g yc o n s u m p t i o n k e yw o r d s ：t h eo r eb l o c ko fb a rs o i l ，v e n t i l a t i o ns y s t e m ，d e s i g n ，o p t i m i z ea n a l y s e ， a m e l i o r a t e i i i 硕士学位论文 第一章综述 1 1 引言 第一章综述 经过2 0 多年的改革开放，我国的社会主义现代化建设已经取得了很大的成就， 工农业得到了较大的发展，但作为一个农业大国来说，农业的基础地位是不可能动 摇的，农业在国民经济中仍占有主导地位。 磷矿石是农业用肥必须的原料，是磷化工生产的基本原料，同时也是很重要的 工业燃料用原料，在国民经济中占有很重要的地位。有稳定可靠、充足优质磷矿石 供给加工企业是发展磷化工产业的先决条件， 贵州开磷集团洋水矿区位于贵州省开阳县金中镇境内，属黔中乌江流域开发区。 矿区东距开阳县城2 9 公里，西距息烽县城2 8 公里，西南距贵阳市8 6 公里，北距遵 义市1 0 2 公里。矿区有准轨铁路与相距3 0 6 公里的川黔铁路干线小寨坝站接轨，在 矿区设有大水沟、中心、普矿、楠木坪四个站台，交通运输方便。 矿区面积约8 5 平方公里。整个矿区由用沙坝矿段、马路坪矿段、牛赶冲矿段、 沙坝土矿段、极乐矿段、两岔河矿段等六大矿段组成。矿区累计探明储量4 1 8 亿吨， 远景储量2 5 亿吨，资源总量6 6 8 亿吨，占全国p 1 0 。总量的1 8 4 8 ，平均p ：0 j 含量 3 3 6 7 ，全国p 。o j 含量大于3 2 的优质富矿资源7 8 集中在开阳磷矿区，是世界上少 有、目前国内唯一不经选矿就可用于直接生产高浓度复合肥的优质原料。因其丰富 的蕴藏量和优良的磷矿石品质，国家计委与原地矿部联合发文将该矿区列入国家规 划矿区。现存资源保有储量3 1 7 亿吨，其中：划归开磷集团开采的储量约2 3 7 亿 吨，划归开阳县地方开采的储量约为8 0 0 0 万吨。 开阳磷矿发现于1 9 5 4 年，1 9 5 8 年开始筹建，一期工程马路坪矿段北区( 马路 坪矿) 于1 9 6 5 年建成投产，南区( 青菜冲矿) 1 9 7 0 年建成投产，二期工程用沙坝 矿于1 9 8 9 年建成投产。1 9 9 2 年开始进行一期延深工程，1 9 9 6 年建成投产。磷矿石 设计生产能力1 6 0 万吨年。近几年来，随着国家投资体制的变革和管理模式转变， 开磷集团公司又逐步走上自我积累和自我发展的道路，先后利用自有资金和银行贷 款开发了南延( 牛赶冲矿段) 、北延( 沙坝土矿段) 、牯牛背( 用沙坝矿段) 、小屯坡 及大坡( 极乐矿段南段、北段) 等保产工程，使集团公司总的矿山生产能力达到 2 0 0 2 2 0 万吨年，为我国磷化工的发展作出了较大的贡献。 建矿四十多年来，在国家和省里的关心支持下。通过企业整顿，“三创”活动， 承包经营和深化企业内部改革，生产规模不断扩大，经济实力不断增强，管理水平 不断提高，先后获得了“无泄漏矿山”，“清洁文明矿山”，“学吉化先进单位”，“国 家二级企业”，“七五期间国家企业技术进步奖”，“全国思想政治工作优秀企业”， 硕士学位论文 第一章综述 “全国五一劳动奖”等荣誉称号，并被树立为全国化学矿山企业学赶先进单位。 集团公司经过4 0 多年的建设发展，矿山部分现有固定资产总额为1 1 7 亿元， 形成了2 2 0 万吨的生产能力，矿山生产技术及技术装备已达到世界上世纪9 0 年代先 进水平。矿山生产能力从上世纪8 0 年代年产1 0 0 万吨左右上升至年产2 2 0 万吨磷矿 石系列产品( 磷矿石原矿、磷矿砂、磷矿粉) 的生产规模。 在过去4 0 多年的建设和发展中，开磷集团矿业总公司取得了巨大的成就。但是， 在今后的发展中，还存在着下述主要制约因素： 1 、自我发展能力不足。国家投资体制改革后，企业发展主要靠自身积累，由于 历史原因和现行政策的影响，基建开拓和生产开拓合二为一，矿山部分靠提取维简 费来维持生产开拓显然不足，更不要谈进行矿段的开发。 2 、设备老化，大型无轨设各处于需要全面更新。从九四年第一台铲运机进矿始， 投入运行小时数普遍超过1 0 0 0 0 小时，大部分铲运机运转时数超过2 0 0 0 0 小时，设 备更新资金来源成为制约生产能力的重要因素。 3 、人才。流失严重。由于国有企业管理的弊端，无法较好的使用、留住人才，导 致公司人才流失严重，结构不合理，缺乏高级管理人才和技术人才。 4 、企业办社会，经济负担重。企业远离城市，条件艰苦，需要社会提供的服务 只能由企业自身解决，因此营业外支出居高不下，离退休人员费用、工伤费用及职 业病费用更加重其社会负担。矿山按照合理规模设计，可能只需要不到一半人，这 就给本身不太景气的矿山企业带来十分繁重的安置富余人员的任务，企业成本高， 矿产品价格低，长期微利甚至亏损。 5 、受个体、地方企业冲击严重。企业在与地方乡镇、个体企业的竞争中处于下 风。在“有水快流”和“国家、集体、个体磷矿共同发展”的方针下，矿区的乡镇 磷矿不断发展状大，9 0 年代放开矿产品价格后，在客观上更加刺激了小磷矿的迅猛 发展。出现了磷矿石总量过剩，市场持续疲软，矿石价格一再下降的局面。这些非 国有小矿山有一部分不用投资公路、供电、供水等基础性设施，开采方法落后，资 源浪费大，安全投入少，死亡率高，甚至通风、排水也寄生在国有矿山上，小矿山 的开采成本比国有矿山普遍低2 0 - 5 0 元吨。生产成本低、经营又灵活，国有矿山难 以与之竞争。 6 、开采难度和成本增大。开采向深部延深，通风、排水、地压等成为矿山生产 的三大难题。磷矿石是经过几亿年的沉积而形成的，是有限的和不可再生的，在丌 采完浅部的资源后，必然向深部延伸。在“有水快流”的方针指导下，地方乡镇、 个体磷矿山蜂拥而上，疯狂蚕食国有资源，与国有矿山争抢矿源，其工艺落后、回 收率低，造成了资源的极大浪费。在上个世纪八九十年代，磷矿石资源在这短短的 十多年间，就消耗了地质储量1 2 亿吨，比建矿以来开采消耗的矿量还要多，其下 硕士学位论文第一章综述 降速度是正常下降速度的3 倍多。使得矿山不得不加快下降的速度，从而造成矿山 深部开采的通风、排水、地压等一系列难题，打乱了矿山正常的生产接替，使生产 成本增加，经济效益进一步恶化。沙坝土矿段正是由于这一系列难题，导致开采难 度大、生产能力低。 贵州开磷集团矿山一直采用自然通风为主，机械通风为辅的通风方式，但随着 矿山开采向深部的延伸，原有通风方式已不能满足井下安全生产的需要，必然要进 行机械通风。根据有关资料表明，大多数国内外矿山通风机的运转效率较低，通风 能耗高、约占矿井总能耗的l 3 ，主扇通风电耗约占通风能耗的7 0 ，大型矿井的风 机装机功率高达数千千瓦，年通风电费高达数百万元，但大多数矿井通过通风系统 优化设计、改造，均取得了较好的效果。所以借鉴国内外矿山的通风经验，根据矿 体赋存条件、结合本矿段的开采实际，研究优化通风系统设计、通风节能具有重大 的意义，直接关系到矿山安全生产和企业的经济效益，对今后开采其它矿段深部的 矿产资源具有很大的借鉴作用。 1 2 相关研究综述 上世纪的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鲁纳矿的成功经验， 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 多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改进和完善，致使新的通风技术成果不断涌现， 特别是在“九五”期间，这方面的成果更加喜人。 121 多级机站通风系统新模式 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出的多级机站通风模式。“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，涌现了一批新鉴定 的系统模式和科研成果。 1 、风墙多级机站通风系统模式。梅山铁矿总结了北采区的经验教训，结合矿山 的具体情况，成功地建立起了具有自己鲜明特色的多级机站通风系统模式。该系统 模式采用四级机站系统形成，与传统的多级机站通风系统的不同之处在于，、二 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，二、三级机站取消 了风墙，使之只起导风作用不克服矿井通风阻力。这一系统模式较好地适应了梅山 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 了爆破冲击破坏二、三级机站的问题，创造出可观的经济效益和社会效益。 硕士学位论文第一章综述 2 、回风侧分区多级机站通风系统模式。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，结合井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要矿体或集中矿体群分区的四区 三级机冲通风方式。 在系统中，一级机站主要负责控制采场的通风量：二级机站负责每个分区的排 风；三级机站负责矿井的总排风。矿井通风总阻力分摊至一、二、三、级机站之上， 使井下风压分布均匀，减少漏风。对于距二级机站较近通风路线较短的采场采用无 风墙形式的一级机站，只起到调控采场风量的作用；对于距二级机站较远，且通风 路线较长的偏远采场一级机站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供风量。 3 、深井子域分区多级机站通风系统模式。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 米) 、通风路线长( 最长 达5 5 0 0 米) 、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 。c ) 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) 水平分区建立起来的多级机站通风系统模式。 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。 4 、分区不独立多级机站通风系统模式。内蒙古金陶股份有限公司与东北大学合 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技术进一步丰富 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 矿体区域的通风与原有分区通风系统有机结合的问题。同时，在系统中运用了限流 技术、一井多用技术、地温预热技术，配合冬、夏季入风井风流反向调节，结合井 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。 1 2 2 节能风机的运用 上世纪8 0 年代以来开发的f z 、k 4 5 、k 3 5 、k 4 0 和f s 系列等风机。其优点：l 、 无驼峰；2 、采用等环量结构设计；3 、电动机装在风机中，免去倒“s ”型段，消除 了传统轴流风机在高风阻区出现的旋转失速现象，风压特性曲线比较平滑：4 、电动 机额定功率与实耗功率之比较小；5 、效率较高。 硕士学位论文第一章综述 1 2 3 矿井通风中的自然能源利用技术 2 l 世纪将是天然清洁能源开发利用的大发展时期。对于矿井通风来说充分利用 自然能源同样是值得关注的研究方向。“九五”期间此方面的研究也有新的进展。 l 、地温预热技术更加完善。早在上世纪7 0 年代末和8 0 年代初东北大学率先在 冬季里利用地温预热技术不仅得以广泛的应用，并且从理论上得到了进一步的完善。 在金厂沟梁金矿的通风系统改造中，东北大学将井下风流热交换研究的成果结合到 矿井通风系统优化的过程之中，实现了程序化。在对金厂沟梁金矿矿井通风系统网 络优化解算的同时计算出了矿井温度场的分布状况，使得以往只限于井下风流流场 的模拟与优化的研究向着井下作业场所微气候的模拟与优化研究迈进了一步。 2 、地温预冷技术的提出与应用。在地温预热理论不断完善的基础上，东北大学 针对深井开采井下气温高的问题提出了利用地温预冷井下风流的新设想，并在其后 湘西金矿与长春黄金研究院合作的通风系统改造中进行了初步的尝试。湘西金矿深 部作业点的温度最高已达3 2 。c 以上，在井下岩层温度的测定的基础上，利用位于 恒温层处的大量的废弃坑道对入风风流进行了预冷降温。现场实测证明，经过低温 岩层预冷的入风流温度要比由入风井直接进入井下的入风流温度低3 5 。c 。配合 局部湿式循环降温和加强通风措施，较好地解决了深部作业点温度升高的问题。地 温预冷技术的发展对我国深、热矿井的通风降温具有实际意义。 3 、自然风压利用的新进展。自然风压作为一种自然能源一些小型的金属矿井经 常直接用于井下通风，成为对我们有利的能源。但是，在机械通风的中、大型金属 矿井中，自然风压基本上没有得到利用，甚至需要增加机械通风的能量克服反向的 自然风压。所以，在机械通风矿井中自然风压的合理利用是一个值得研究的课题。 山东金岭铁矿与青岛建工学院合作在召口分矿通风系统改造过程中，针对东召 口矿区的具体情况，开展了机械通风系统中冬季利用自然风通风的研究。其结果表 明，在东召口矿区，从上年的1 2 月初到下年的4 月底有近5 个月的时间可以停开风 机，利用自然风压进行矿井通风，并能够完全满足井下的生产的要求，每年可节省 由侑2 5 3 5 。 1 2 4 空气技术的应用 上世纪9 0 年代初东北大学应用“有效压力”理论，对空气幕的作用原理、动力 特性和设计计算方法进行了深入的研究，开发了宽口大风量节能型矿用空气幕。“九 五”期间，在此基础上，空气幕技术得到了进一步的发展和更加广泛的应用。 l 、应用空气幕阻断井下漏风。由于空气幕效率较低阻断压有限，以往均在巷道 断面较小( s 6 m 2 ) 、压差不大( h 6 0 p a ) 的情况下应用。 硕士学位论文第一章综述 金岭铁矿应用一台自行设计制造的空气幕( n o t l 号) ，在具有较大压差( 近1 0 0 p a ) 的井底车场处，成功阻断了1 0 4 m 3 s 的漏风。同样，金川1 有色金属公司为解决 斜坡道漏风问题，在大断面( s = 1 0 5 m 2 ) 、大压差( h = 1 1 2 p a ) 的情况下，研究应 用4 台1 0 号矿用空气幕并联阻断漏风流获得了成功，使空气幕的应用范围得以拓宽， 即阻断了井下漏风又不妨碍井下行车和作业。实验结果进一步说明了应用空气幕技 术在大断面、大压差情况下，代替风门阻断井下漏风是可行的。 2 、应用空气幕引风代替风机机站。在多级机站通风系统中，为了控制采场的通 风量平衡风压，井下布置风机机站是必不可少的。但是，实际生产中在入风侧往往 由于运输出矿等作业使设置风机机站几乎不可能。 为了既能达到为采场送风的目的又不影响井下的正常作业，金川有色公司在二 矿区多级机站通风系统中，开展了应用矿用空气幕代替风机站的现场试验。分别在 断面为4 6 m x4 2 m 的2 个水平的两条主运输巷道上设置了两道空气幕向用风点引 风，一处用4 台v m i n 0 1 3 型空气幕并联，另处用4 台v m i n 0 1 2 型空气幕并联。 经测定除了克服了l o m 3 s 的漏风之外又向用风点供风约2 5 m 3 s 左右。实验证明，在 多级机站通风系统中用空气幕并联引射风流来代替小规模的风机机站在技术上是可 行的。如果能进一步的改善空气幕的引风效率将会得到更加广泛的应用。 1 2 5 多级机站通风系统的机站形式 在多级机站通风系统中，井下靠近采场爆破地点的有风墙机站极易被采场爆破 的冲击波所破坏。针对这一问题，以梅山铁矿为代表的有关单位在井下机站防止爆 破破坏方面作了深入的研究。 l 、井下无风墙机站。梅山铁矿在多级机站通风系统建立过程中，针对长期困扰 系统正常运行的采场爆破破坏风机机站问题进行了深入的研究，创造性地提出了井 下二、三级机站采用无风墙形式。在通风系统中无风墙机站只起给采场分风与导向 作用，风机的安装采用半固定形式，当爆破冲击时允许产生一定的位移以释放冲击 动能，使整个机站在爆破冲击下呈现出“软”特性而不是“硬”抗。这一创新性的 成果彻底解决了多级机站通风系统中井下机站的安全运行问题。 2 、井下能量释放式风机机站。山东金岭铁矿在召口分矿多级机站通风系统建立 过程中，根据矿体分散、赋存条件复杂等特点，吸收梅山铁矿的经验，在距二级机 站较近处，且受其作用明显的采场设置了机站，控制采场供风量。同时，在距二级 机站较远处，且受其作用较弱的采场，为了控制采场的供风量，研究应用了爆破能 量释放式机站。 陔机站的“风墙”是一道采用柔性材料制成的密闭垂帘，风机用钢丝绳固定于 巷道壁上，可以产生一定量位移。当采场不爆破时垂帘借自重垂下，封闭风机与巷 硕士学位论文 第一章综述 道的空间，使其两侧产生一定的静压差克服向采场引风的阻力( 通常此阻力很小) ， 为采场供风；当采场爆破时，在爆破冲击波的作用下柔性垂帘掀起、钢丝绳弹性伸 长风机产生位移，释放爆破冲击能量。该机站的研究应用不但解决了多级机站通风 系统中为偏远采场的供风问题，同时，基本保持了机站的安全运转，为多级机站通 风系统风机机站设计提供了种新的形式。 1 3 本文主要研究内容 本文以贵州开磷集团洋水矿区沙坝土矿段为研究对象，以谋求最优通风效果为 宗旨，遵循“依据矿段现状、矿体赋存条件、合理借鉴、立足创新”的基本原则， 围绕“经济、安全、高效”，“能对开磷集团今后深部开采起借鉴作用”这一基本问 题展开研究。 本文分为三部分进行研究。第一部分为沙坝土矿段的通风现状，包括矿段开采 技术条件，开拓、采准、回采、运输、通风现状论述，本章是第二部分和第三部分 研究的基础和前提。 第二部分为矿段的通风系统设计，根据矿体赋存条件、开采现状确定矿段的初 步通风设计，是第三部分分析研究的基础和前提。 第三部分为通风系统分析与研究，是本文的归宿点。在前两部分的基础上展开 分析研究，对系统进行优化评价，得出较为合理的通风系统。 硕士学位论文第二章矿段开采现状及延深开采方案 第二章矿段开采现状及延深开采方案 2 1 矿段地质条件 本次研究的开磷洋水矿区沙坝土矿段，是整个洋水矿区六大矿段之一，南北长 5 5 公里，东西宽8 公里，矿石储量8 7 9 5 7 2 万吨，为大型磷块岩矿床。 2 1 1 地层 本矿段出露地层自上而下为：寒武系下统明心寺组、牛蹄塘组；上震旦统灯影 组、陡山沱组；下震旦统南沱组；板溪群清水江组。 矿段内磷块岩有二层，分别产于下寒武统牛蹄塘组底部和上震旦统陡山沱组上 部。前者为上磷矿，矿体无工业价值；后者为下磷矿，为主要的开采对象。 2 1 2 构造 本矿段为一东倾单斜构造，地层倾角一般为l o 5 5 。，南陡北缓，构造以断裂 为主，褶皱不发育。 主要断层有r ，、f “、f 。f ：。，其中f 。对本地段矿层影响较大。 f 。逆断层南起e 。线以南，向北延伸至矿段以北，断层走向长大于4 0 0 0 米，倾 向9 8 。左右，倾角4 0 。左右。该断层将沙坝土矿段矿层分为南、北两个矿块，南矿 段为上盘矿，北矿块为下盘矿。f 。逆断层派生次级断层发育，使矿体被切割形成断 块矿，对矿层产出的稳定性有一定影响。 2 1 3 矿床地质特征 f 。逆断层将沙坝土矿段的矿体分割为南、北两个矿块，南矿块南起f 。断层， 北至e 。勘探线北加5 0 米，倾向8 5 1 1 5 。，倾角2 0 5 0 。，厚度极值2 9 1 9 5 0 米，平均5 0 6 米。北矿块南起e 。勘探线附近，北至e * 勘探线以北，走向长3 6 k m ， 倾向8 5 1 2 0 。，倾角7 3 7 。，矿层厚度极值1 6 8 1 0 7 4 米，平均厚度4 2 8 米。 另外，在e _ 1 8 e 。：勘探线之间，北矿块东边由于f ；。断层附近倒转部分被f 。断层 派生次级构造切成断块矿，矿层西倾，倾角4 5 5 6 。，呈迭瓦状产出，矿层形态及 厚度变化不稳定。 2 1 4 矿石储量 根据原化学工业部地质勘探公司贵州地质勘探大队1 9 8 9 年1 2 月提交的贵州 硕士学位论文第二章矿段开采现状及延深开采方案 省开阳县开阳磷矿洋水矿区沙坝土矿段勘探地质报告，南矿块矿石储量：b 级 1 0 9 5 2 3 万吨，c 级1 8 1 8 6 9 万吨，8 + c 级2 9 1 3 9 2 万吨，d 级1 8 3 5 6 3 万吨，b + c + d 级4 7 4 9 5 5 万吨。北矿块矿石储量：b 级1 0 4 0 0 0 万吨，c 级1 7 3 7 9 0 万吨，b + c 级 2 7 7 7 9 0 万吨，d 级6 0 3 2 8 万吨，b + c + d 级3 3 8 1 1 8 万吨。 因开磷集团公司露天及井下开采、乡镇企业及个体采矿已在南、北矿块浅部形 成采空区。另外考虑金高公路、陈家硐乡村公路、沙坝村、涂家寨及李家岩民房的 安全，需扣除预留保安矿柱矿量，储量见沙坝土矿段f 2 1 0 e ，线7 5 0 以上储量计算 结果表。 表2 1 沙坝土矿段储量单