毕业设计 第六章 矿井通风系统专题设计

第六章矿井通风系统（专题设计）矿井通风设计是矿床开采总体设计的一个不可缺少的组成部分。它的主要任务是：根据矿床开采要求，基于开拓方案和采矿方法等生产条件，规划设计一个安全可靠、经济合理的矿井通风系统使通风网路-动力机械-调控设施密切配合，把新风送到井下并分配至每一个工作面，将有毒有害气体与粉尘稀释并排出矿井外，为矿井安全生产提供通风保障。矿井通风设计必须符合高效率、低消耗、易管理的原则，做到经济上合理、技术上可行，有利于通风管理，有利于生产的发展。有效的通风系统，应不断的向作业地点供给足够的新鲜空气，稀释和排出有毒、有害、放射性和爆炸性气体和粉尘、调节气候条件，确保作业面良好的空气质量。6.1国内外矿井通风评述6.1.1我国金属矿山通风技术发展动态上世纪50年代前，我国金属矿山和其它非金属地下矿山多采用自然通风方式。1953年华铜铜矿首次建立了我国第一个机械通风系统，至50年代中期，大部分矿山相继建立了机械通风系统，对促进矿山生产安全、保证工人身体健康起到了积极而深远的作用。60年代初，不少矿山与大专院校合作，开展了广泛深入的通风专题研究，探索出许多适合矿体赋存特点和开采技术条件的矿井通风系统，如西华山钨矿的分区通风系统、锡矿山锑矿的棋盘式通风网络等。1965年中国金属学会第一届矿井通风会议召开，会议总结了若干年来我国矿井通风技术的经验，促进了我国通风技术的发展与提高。70年代中期，盘古山钨矿的梳式通风网络、大冶铁矿尖林山矿区采区的爆堆通风等经验在全国获得推广应用。1977年，针对矿山通风中发展起来的众多技术进步与成果，召开了全国金属矿山通风系统经验交流会，重点对矿井通风系统、通风网络结构、主扇工作方式及安装地点，采场通风线路和通风方法以及通风系统鉴定技术指标等进行了全面的总结，初步形成和完善了我国金属矿山通风系统与方法。80年代后，新型节能风机得到推广应用；多级机站通风系统初见成效；电子计算机在通风计算和管理中开始发挥作用，总之，我国矿山通风技术取得了长足的进步，呈现出欣欣向荣的喜人景象。6.1.2我国金属矿山通风技术经验与发展方向总结我国金属矿山的成功经验与发展方向，其基本经验和发展趋势如下：1、选择合理的通风系统与通风方法矿体埋藏浅且相对分散的矿山，采用分区式通风系统，具有风路短，有效风量利用率高，风压损失少等特点，因而可起得良好的技术经济效果。而大多数矿山采用对角式进排风井布置方式或采用多路进风和多路排风的多井口、多扇风机布置方式，进风井和排风井布置方式趋于灵活和多样化。另外，在通风系统设计中，利用主扇不同的工作方式，形成通风网络中不同的压力分布状况，控制系统漏风和烟尘排出速度。对于深部开采或上部回风道破坏、外部漏风严重的矿山，将地表主扇搬至到井下，以提高有效风量、降低通风阻力、节约电耗。多级机站通风系统则是压抽混合式通风系统的新发展，它将多台风扇串、并联，利用整个风路各机站的风压进行调控，具有风量调节灵活、漏风少、有效风量率高的特点，是我国矿井通风的发展方向。2、建立中段通风网络，防止污风串联多中段同时作业时，为解决中段之间和采场之间的污风串联，保证做到“新风有来路，污风有去路”，提出了棋盘式、上下行间隔式、梳式、平行双巷式和阶段式等多种有代表性的通风网络结构，其共同特点是把专门的排风道一直延伸到各作业面，使每个作业面都有独立的进风道和回风道，从而有效的减少了井下污风串联问题。3、建立采场通风网络改进采场通风方法，关键在建立合理的采场通风网络。布置专用通风天井或上中段或分段专用回风巷，形成单独的采场通风网络。我国杨家杖子钼矿等许多矿山对于采场通风与采场通风网络积累了丰富的经验，可有效的改善和提高采场通风效果。4、防止矿井漏风，提高有效风量率采用抽出式通风方式，采取留保护矿柱，封闭天井口，充填或封闭采空区等措施，达到提高通风效果，减少矿井漏风的目的。对于压入式通风，则在进风石门与阶段沿脉平巷交叉口处，安设引导风流的导风板，利用风流动压的方向性，使风流分配效果改善。对于风门难以设置的矿井，采用空气幕技术控制风流，以减少漏风。5、采取措施，消除氡及其子体的危害对于非铀金属矿山存在的放射性危害，其基本方法与经验是采取均压通风方法，抑制氡的涌出，达到控制氡的渗流方向。其主要方法是采用以压入式通风为主的抽压混合式通风方式，使进风段和用风段均处于正压状态，从而有效控制氡的淅出，此外加强采空区的密闭以及在进风巷道壁上涂防护层，消除氡及其子体的危害。6、通风节能根据对国内外矿山的大量调查，通风能耗约占地下矿山总能耗的30%以上，降低通风能耗对于降低采矿成本、提高企业经济效益具有十分重要的意义与作用，因此，国内外通风节能是一项重要的任务与发展方向。目前国内主要是使用先进的低压K系列节能型风机；依据变频调速技术，在满足井下用风前提下进行主扇风量调控；定期对通风系统进行测定与分析，寻求通风网络与风机特性的合理匹配，达到风机降耗增能的目的。7、矿井通风自动化随着电子技术与自动控制技术的发展，国内外均在努力寻求矿井通风自动化。一方面象锡矿山一样，利用不同频率的电信号对井下主要风机、风门实现地面自动控制；另一方面依据井下随时改变的用风量与通风参数，对全矿井下各位置通风设施及通风构筑物进行控制与调节，实现通风效能最大化。另外，通风自动化监控技术也方兴未艾，它不仅可早期发现通风异常情况，发出危险信号与警报，而且可对井下通风及时进行调整。如法国广泛采用的CTT63/43型监控系统和矿山环境集中监控（CGA）系统，它由地面微机处理机和各种传感装置组成，可在屏幕上显示、记录和打印结果。英国的MINOS风机监控和控制系统，能对监控信息进行分析和危险性判断。南非金矿的深矿井制冷降温系统也采用自动控制系统。8、局部通风除尘装置与技术导致井下风质下降的主要原因是作业中产生的大量粉尘、柴油机尾气与爆破过程中产生的大量有毒有害气体。有效地减缓风质下降与空气恶化的手段是局部防尘、防毒与有毒有害气体浓度稀释。因此，国内外在局部防尘、防毒及炸药性能方面做了大量工作，如联邦德国在机械化掘进作业面安设吸尘系统和除尘器，当掘进机工作时，通过一套吸尘系统将含尘气流排入除尘器中处理；为避免作业面粉尘吹出，采用压入式通风加以限制，使出口射流不直接吹向作业面，而是通过“柯安达”（Coanda）风管从切向送出风流。南非金矿的深部冷却系统中，将原有直接喷雾空气冷却器改为风水混合型雾化器，重点研究喷嘴的声波雾化特性，借助声波雾化喷嘴产生的大量粒径小于20微米的微细水雾，达到冷却空气和除尘两种作用，使除尘效率达到70%。针对柴油机尾气污染，加拿大研究认为，采用低硫燃油时，使用装有小球型催化器的间接喷射型发动机是经济有效的。另外，美国矿业局匹兹堡研究中心研究了一种简便的空气质量监控方法，将CO2浓度作为整个空气质量的指示剂和监控参数，证明在独头作业巷道中特别有效。再者可控循环通风方法已开始在加拿大、南非等国家煤矿和金属矿山使用并得到实际应用。6.2矿山通风系统设计原则6.2.1三山岛金矿井下通风系统设计原则1、安全第一、技术先进。在满足井下环境质量符合安全要求的前提下，尽可能采用先进的通风方法、通风网络、通风监控与调节技术，确保系统稳定、安全可靠，同时便于通风管理与维护；2、充分利用现有井巷工程，减少通风基建成本。选择通风网络时，充分利用矿山现有开拓工程，尽量不新增井巷工程；3、选用节能风机或多级机站技术。矿山主扇应尽可能的选用新型节能型风机，条件允许时，考虑采用多级机站技术；4、矿井通风阻力小。通风网络要合理，进、回风线路要短，断面要选择适合，尽可能降低矿井通风总阻力。多阶段同时作业时，防止污风串联；5、内、外部漏风少。尽可能设计专用回风道，采完的采场与盘区要堵塞，设立通风构筑物和风流调节设施，减少内外漏风；6、安装必要的辅扇或局扇。对于通风困难地点或位置，要充分利用主扇风压通风，若有必要，安装辅扇与局扇，减少动力消耗，降低通风成本。6.2.2通风系统设计基本要求依据《冶金矿山安全规程》，三山岛金矿通风系统选择必须满足以下要求：1、至少有两个或两个以上通至地表的安全出口，且每个安全出口之间的距离不得小于30m；2、进风口要避免污风、粉尘等有毒有害气体侵入，且在当地历年洪水位最高标高以上；3、混合井不得兼作出风井，但可以考虑作进风井；4、要求采用机械通风，主扇和分区主扇必须安置在地表；5、各工作面回风在进入采区回风道之前，不得贯通；6、充分降低通风费用。6.3矿山通风设计原始资料6.3.1矿石特征及自然条件三山岛矿区矿石主要成分为二氧化硅，硫平均含量为3.79%（据科研报告资料），矿石中硫和放射性物质含量较低，氧化性和自燃性较弱。在矿山采掘爆破时，会产生大量的炮烟，炮烟中含有大量的CO、NOx气体柴油卡车的尾气等，使氧气含量降低。这些气体直接危害着人体健康而发生炮烟中毒。产生粉尘的主要场所为凿岩爆破、装载运输等，它对人的危害主要引起尘肺病、肺粉尘沉着症、呼吸系统肿瘤等病变。三山岛金矿地处渤海南岸的海滨平原，地面标高1~6米。区内属海洋性气候，年平均气温12.4°C,历年最高气温达38.9°C，最低-18.6°C。春季多东南风，冬季多西北风，年平均降雨量645.3mm。矿区正常涌水量500Om3/d，最大涌水量7000m3/do6.3.2矿井通风原始资料概述开拓系统：根据矿体的赋存条件，一期工程设计开采范围为-240m〜-60m，采用下盘中央竖井及辅助斜坡道联合开拓，并形成中央进风（即斜坡道进风）、两翼回风井出风的对角式通风系统。提升运输系统：前期-240m以上各中段采出的矿石和废石通过中段矿石溜井和废石溜井下放到-250m有轨运输中段，再用10t架线式电机车双机牵引数辆8m3底侧卸式矿车，将矿石运至竖井附近的卸载站。将矿石卸入井下破碎站，破碎后的矿石经装矿皮带装入箕斗由多绳提升机将矿石提升至地面矿仓。废石用14t电机车侧卸式矿车运至卸载站，不经破碎，直接用箕斗提至地面废石仓。后期-420m以上各中段采出的矿石和废石经矿石溜井和废石溜井下放到设在-420m和-340m处的固定装载点，然后用一台从瑞典引进的载重35t的架线式电动卡车，将矿石和废石从固定装载点分别运经-240m和-280m水平经过改造的矿石和废石系统，最后用前期工程原有的竖井提升系统将矿石和废石提至地表。凿岩：以MERCURY14单臂式凿岩台车为主，7655为辅进行凿岩，当矿体边界波动较大，上盘的基角处不便用台车凿岩时，用7655凿岩机进行辅助修边。炮孔水平布置，水平落矿，孔深3〜3.5m，7655施工时为2.2〜2.5m，孔径（p43mm~45mm。孔网0.8X1.0m，水平落矿。分段高度为13.3m，第一分层回采高度为3m，其余4个分层高2.6m。爆破：采用2#岩石炸药，人工装药（剪式升降台车辅助）。采用卷状炸药，非电导爆管分段微差爆破。通风排险：为确保凿岩和出矿的安全，爆破后要进行通风工作，确保通风良好后再进行顶板检查和撬毛作业，由工人站在爆堆或撬毛车上进行。检撬从采场口开始，由外向里，最后进行工作面的检撬。难以撬掉的浮石采取凿岩爆破等方法处理（多施工钻孔少装药）。检撬结束后对下道工序的作业人员进行详细的交代，顶板状况不良时，必须停止后续作业。出矿：使用ST-3.5柴油铲运机为主，配12t坑内卡车协助，经脉外出矿平巷，倒入出矿溜井。采场支护：每分层回采结束后，视矿体和围岩的稳固情况进行支护，采用长锚索与短锚杆联合支护。锚杆长度2m左右，网度（0.8〜1.5）mX（0.8〜1.5）m。长锚索长9〜16m，网度3mX2.5m。大块破碎：大块破碎工作有三种方式：块度大于1m3的矿石由凿岩爆破工就地破碎，再有就是集中到采场或选定的位置后由凿岩爆破工破碎，小于1m3的矿石运到溜矿井，由液压碎石机进入溜井破碎。空区充填：采场支护完毕后就可进行采场充填工作，充填管从措施井直接进入各分段巷道，经分层联络道进入采场，充填工作分两次进行，首先用铲运机将附近巷道掘进的废石铲装到采场，并架设泄水井和泄水笼子，继而进行尾砂充填，充填高度为2.2m。剩下0.4m用灰砂比1：4的充填料胶结充填，作为回采上一分层的底板。顶柱回采：当采矿回采到上中段采场的人工假底时，为保证人工假底的安全，使用进路法回采其人工假底下边一分层的矿体，进路垂直矿体走向布置，进路宽3m，分二步进行回采，一步进路隔一采一，采用灰砂比1：10的充填料胶结充填，并接顶。二步进路采用尾砂充填。6.3.3现有通风系统综述三山岛金矿现用中央进发两翼回风对角式通风方式，从矿区中央混合井和斜坡道进风，风流在风机作用下，新鲜风流由中段运输巷道进入盘区斜坡道，到达盘区各分段平巷，清洗采场后，污风流入采空区，再由上分段或中段回风平巷经矿床两翼的回风井排至地表。对于通风困难区，为避免循环风流，局扇安置在各个分段平巷与回风井连接处，污风由采场溜井回到上中段巷道或直接由塌落区排出地表。总进风井巷和回风井巷的布置方式及主辅、扇的选择：三山岛金矿原通风系统是一个典型的中间入风两侧回风的两翼对角式通风系统。-250m以上新鲜风流通过矿体下盘的竖井（井底至-250m）、斜坡道和服务井进入井下；-250m以下新鲜风流通过斜坡道、服务井和措施风井进入井下各作业阶段采场，清洗采场工作面后的污风在安装在北风井口和南风井井下（-75m处）的台主扇的共同作用下，经过南、北排风井排至地表。供风方式为集中供风。主辅、扇的选择、参数：通风系统共安装3台风机，总装机容量为741kW。其中，南风图例：一新鲜风流'一污浊风流-J风机井在-75m处安装了1台DK40-6-No21型主扇，装机容量为2x200=400kW；北风井在地表安装了1台DK45-6-No18型主扇，装机容量为2x132=264kW；在井下-375m南端安装了1台K45-6-No15型辅扇，装机容量为55kW；在井下-330m的北端还安装1台K40-6-No11型辅扇，装机容量为22kW。现用通风系统见图6-1。6.3.4现有通风系统面临的问题采掘运设备大量增加，井下废气污染加剧，机械与柴油燃烧放出大量的热量，引起井下温度增加；生产能力扩大，采掘面数量明显增加，需风地点增加，需风量增加，通风距离成倍增加；开采深度增加，除导致地热高温外，通风路线延长，风压增大，通风系统与通风网络复杂，通风管理难度增大；风机使用年限太长，风机老化。风机工况不佳，与新的通风系统不匹配，能耗过大，风量、风压均不能适用矿山通风要求；矿井风路过长，阻力大，深部通风量不足。通风网络不畅，局部地点无风流，粉尘浓度与有毒有害气体严重超标，通风构造物不健全，漏风、串风、短路现象严重。显然，若继续采用过去的通风系统，已经不能解决三山岛金矿深部大规模开采中存在的通风困难问题。因此必须认真深入地开展研究，详细而周全地设计出三山岛金矿矿井通风系统与通风方式，并认真组织和实施，以确保作业地点良好的空气质量，造成一个安全、舒适的工作环境，保证井下作业人员的安全和身体健康，并提高劳动生产效率。6.4全矿通风系统选择6.4.1通风系统方案初选依据对三山岛金矿井下开拓工程及矿山现有系统的了解与分析，其可供选择的通风方案有以下四种形式，分别是压入式、抽出式、压抽混合式及多级机站。压入式通风系统利用现有的井巷工程、斜坡道和混合井，对此进行刷大，然后在斜坡道和混合井井口位置安装压入式风机，两井作为新系统的进风井，利用其原有风道、通风构筑物等，合理调节风量，减少漏风或风流短路。两台压入式风机同时工作，提供井下所需的风量。抽出式通风系统维持原有的通风系统，利用斜坡道和混合井作为进风井及其原有风道、通风构筑物等，新鲜风流由此两井进入，清洗井下工作面后，污风分别由安装在南、北回风井地表井口位置的抽出式风机排出地表。压抽混合式通风系统利用现有的风机，另在斜坡道和混合井井口安装两台压入式风机进行通风，实行压抽混合式通风。（4）多级机站通风系统-300m以上沿用目前的通风系统，深部（-300m以下）充分结合三山岛金矿的实际情况，采用回风侧多级机站通风系统模式。在南北回风井地表位置各安装一台主扇，然后根据需要在-330m中段以下靠南北回风井位置各安装数台风机，形成多台多级抽出式接力通风系统。新鲜风流从斜坡道和混合井进入井下后，清洗工作面后，污风由各中段接力通风机站抽出后排至南北回风井，排至地表。图6-2到6-5为四种通风方案示意图。服务南风井~LVX斜服务南风井~LVX斜坡.道图例：新鲜风流—污浊风流风机竖井风井7-3307555图例：—新鲜风流•一污浊风流;I风机服务图例：一新鲜风流一污浊风流■-1风机南风井服务图例：一新鲜风流一污浊风流■-1风机南风井火药库施风井/斜坡道竖井图例：一新鲜风流一污浊风流：I风机各方案优缺点及适用条件见表6-1：表6-1四种诵风方案优缺点及活用条件比较项目方案一：压入式通风方案方案二：抽出式方案三：压抽混合式方案四：多级机站适1.回风段与地表沟通1.回风段易于维护，1.主要漏风区段在需1.开采深度较大、通风网络复多，难于密闭和维护的与地表通道少的矿风段，而进风段均易密用条件矿井；井；闭和维护的矿井；杂的矿井；2.矿体埋藏较浅的矿2.矿体埋藏较深的2.允许风流由崩落米2.开米长度大，体。1.可利用采空区等巷道回风，减少回风道工程矿井。可利用副井进风，进风段风速小，行人运输条件好；不需设专用进风空区出风的矿井。1.漏风小，且矿井漏风容易控制；多中段同时开采的矿井。风量调配方便，风量易于控制；可克服较大的量和维护费；井和在井口密闭；2.可克服较大的矿井优2.矿井风压处于正压、3.排烟速度快，且风通风阻力；矿井通风阻力；通风效果好，风流稳定，风质好；排烟速度快，污状态，可减少有毒有害流调节时不防碍行3.可结合井口密闭或点八、、气体的析出量；人运输，便于维护管专用进风巷预热空气，3.新鲜风通过主扇的腐理；解决进风井筒的防冻蚀性少。1.井口密闭难，漏风大，管理复杂，若掘专用进4.矿井风压呈负压状态，对矿井自燃防火有利。1.当工作面崩落或问题。1、进风段、回风段密闭量大，维护管理复杂。风不容易串联，口」取消大量通风构筑物。1.多级机站，通风机多，通风管理复风井，工程量大，基建存在空区时，地表新2、进、回风段风速大，杂；缺投资多。鲜风流进入采空区对行人、运输不利，劳2.风机投资大，运2.进风段风速大，对行或崩落区，风流难控动条件差。营费用高，成本人，运输不利，劳动条制，存在漏风；3、需要两套主扇设备，高；点八、、件差。3、污风通过主扇，投资多，管理复杂。3.污风通过风机，4.回风段风压低，排烟腐蚀大。4、与压入式的（1）相对风机有腐蚀作难。同用。从表6-2中可知，采用压抽混合式的通风系统漏风少、能解决进风井筒的防冻问题，但维修管理复杂、投资多。在三山岛金矿现有的开拓系统条件下使用压抽混合式需要增设大量工程，在三山岛尚无必要。因此我们对其他三种方法进行比较，得到最优的通风方案。6.4.2中央进风两翼回风压入式通风系统（方案一）具体布置如下：撤掉原来安装在南北回风井井口位置的抽出式通风机，并在斜坡道和混合井井口安装两台压入式通风机，利用现有的井巷工程、斜坡道和混合井，对此进行刷大，利用其原有风道、通风构筑物等，合理调节风量，减少漏风或风流短路。两台压入式风机同时工作，提供井下所需的风量。矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一，它不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资的多少，而且对矿井投入生产后的生产面貌和技术、经济效益也有长远的影响，因此矿井通风系统设计对矿山整体建设有很重要的影响。随着采矿工业的发展，矿床开采的规模越来越大，矿井通风系统的规模也随之不断扩大，复杂性随之提高，此方案在一定程度上与方案二比较相似，有一定的对比性，需谨慎考虑。6.4.3中央进风两翼回风抽出式通风系统（方案二）维持原有的通风系统，利用斜坡道和混合井作为进风井及其原有风道、通风构筑物等，新鲜风流由此两井进入，清洗井下工作面后，污风分别由安装在南、北回风井地表井口位置的抽出式风机排出地表。在原有的两翼对角式通风系统的基础上，去掉位于-375m南端和-330m北端的两台辅扇，对深部系统进行改造。在深部-330m中段以下，两侧回风井的每个中段内增加辅扇以加大深部风量、提高深部风压并使风流均匀分布和增大通风的灵活性。主要思路如下：南、北风井均已达到1000余米，主斜坡道已达到5600余米。由于风路长，阻力大，位于北风井井口和南风井-75m处的两台主扇风机难以直接作用到深部，致使深部风量明显不足。尤其在夏季自然风压反向时，深部通风更加困难，甚至于深部斜坡道内无风流或风量太小，柴油无轨设备排放的尾气难以有效地扩散到安全要求的标准，污染严重。随着开采深度的不断增加，风路的不断延长，在两翼大主扇风机的作用下，井下压力梯度过大，多个中段同时开采作业，密闭困难，漏风实难控制。自上而下多中段开采，全面开花，几乎是老矿山常见的问题，有时甚至给矿井通风工作造成难以克服的困难。由于主扇回风侧的负压梯度过大，造成靠近主扇浅部的采场和阶段通过的风量大于实际需风量；远离主扇深部的采场和阶段通过的风量小于实际需风量。形成矿井总的排风量大，有效风量少的现象。有效风量率为46%左右。部分工作面通风效果差，特别是位于深部的通风最困难采场温度已达到35°C。依靠大主扇通风的系统，如果生产布局发生变化（需风点发生变化）时，大多采用加强密闭、安装风门等增加阻力的调节方法。对于三山岛金矿从上到下，多阶段、多采场作业的不规则的情况，完全靠堵的办法调节采场的需风量已难以奏效。综上所述，改造深部通风系统十分有必要，6.4.4多级机站通风系统（方案四）在原有的两翼对角式通风系统的基础上，去掉位于-375m南端和-330m北端的两台辅扇，在采矿作业面的回风侧增加了1、11两级机站，形成III级机站通风系统。建立两翼分区回风侧多机站通风系统模式，用该模式解决井下风压平衡问题，以减少系统漏风，大幅度提高有效风量。其技术要点是：一级回风机站负责排除采场污风，克服采场阻力；二、三级回风机站克服矿井通风的阻力；二级回风机站负责排除各水平阶段的作业污风，两翼的三级回风机站通过南、北风井排除全矿生产作业的污风。多风机多级机站具有显著的优越性，它既可提高矿井有效风量率，又可节省电能消耗。我国自1983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，都取得了明显的社会效益和经济效益。所谓多风机多级机站，即是由几级（至少是二级以上）风机站接力地将地表新风直接送到井下作业区，将污风抽排到地表。其需风点的风量调节基本上由风机控制，尽量避免用风窗调节，以提高系统的可控性，使矿井通风系统真正做到按需供风。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。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。6.4.5全矿通风系统优化选择（1）各方案优缺点比较见下表。表6-2其他三种方案优缺点方案优点缺点方案一充分利用自然风压工程量小、成本低深不通风不足、风压达不到要求漏风大、风流不均匀方案二有利于减少自然风压的影响工程量小、成本低深不通风不足、风压达不到要求漏风大、风流不均匀方案四深部通风达到要求风量调配方便，风量易于控制通风机多，通风管理复杂；风机投资大，运营费用高，成本高；由表6-2可知，方案一和方案二深部通风困难，达不到矿山要求，方案四虽然管理复杂、成本高，但能满足矿山深部通风。（2）各方案技术比较见下表。表6-3各方案技术比较指标名称方案一方案二力案三施工安全性安全安全较安全施工难易较简单简单较困难对矿体适应性不适应适应适应由表6-3可知，方案一压入式利用原有井巷工程施工安全且简单，但受矿山自然风压影响大达不到通风要求；方案二抽出式通风系统利用原有井巷、通风设备等施工安全且简单，对矿体适应性较好；方案三多级机站虽然在井下安装多台风机施工较困难，但安全且适应矿体。（3）各方案经济比较方案一：改变风机安装地点，成本较低方案二：在原有基础上，基本不做任何改变，成本低;方案三：新购置多台风机且安装在井下，相对来说，成本最高。方案三相对来说成本最高，但满足深部通风要求，能使矿山开采矿石困难较少，速度增加，进而增加矿山利润，所以这些成本相对矿山投产之后的利润相比基本不作为不利条件来考虑。结合三山岛直属矿区的实际条件，以及各方案各定性、定量指标综合分析比较，最终确定回风侧多机站通风系统（方案四）为最佳方案。6.4.6全矿通风系统三山岛金矿应采取的回风侧多机站通风系统，建立了以回风侧为主的两翼分区多机站通风系统模式，完善了井下通风系统，解决了柴油设备开采的尾气污染问题，为矿山深部开采提供了良好的作业环境，社会效益和经济效益显著。由于具有漏风小、有效风量率高、节能显著、机动灵活、适应性强、井巷工程量少等特点，以回风侧为主的多机站通风技术适用于已开采多年无独立入风井的非煤金属矿山，三山岛金矿通风系统技改的研究及应用结果，具有较好的推广应用价值。因此三山岛的通风系统为：在原有的两翼对角式通风系统的基础上，去掉位于-375m南端和-330m北端的两台辅扇，在采矿作业面的回风侧增加了1、11两级机站，形成III级机站通风系统。-300m以上沿用目前的通风系统，深部（-300m以下）充分结合三山岛金矿的实际情况，采用回风侧多级机站通风系统模式。布置方式如下：I级机站布置于采场与上一阶段相通的回风联络巷内，负责克服采场的通风阻力，从下一阶段或采矿分段向采场引入新鲜风流，清洗采场工作面后排至上一回风阶段，形成棋盘式段通风网路，保证采矿作业面的新风供应；11级机站布置于回风阶段南北两端的回风联络道内，负责克服入风井巷和阶段巷道的通风阻力，排除本阶段由于掘进、采矿、出矿等作业产生的炮烟、粉尘、柴油尾气，保证阶段新风供应；I级机站延用原两翼对角式通风系统的南、北主扇，负责克服南、北风井的排风阻力，将全矿的污风排至地表，见下图6-6。6.5全矿所需风量的计算6.5.1全矿总通风量估算根据对国内矿山的统计，矿井所需风量可由（《采矿设计手册》下）进行简单估算，计算是如下：QAY（6-1）式中Q一矿井或坑口所需总风量，m3/s；A一矿井或坑口年产量，100t/a；Y—年产万吨耗风量，m3/s・万t；参照下表6-4选取。

矿井类型需风量Y(m3/s・万t)矿井类型需风量Y(m3/s・万t)小型矿井2.0~3.0大型矿井1.0~2.5中型矿井1.5矿井类型需风量Y(m3/s・万t)矿井类型需风量Y(m3/s・万t)小型矿井2.0~3.0大型矿井1.0~2.5中型矿井1.5~2.5特大型矿井(规模250万t/a以上)0.7~1.5表6-4年产万吨耗风量三山岛矿区设计年产量为100万吨，取年产万吨耗风量Y=2.5ms/s，则Q=250皿/s。6.5.2回采工作面风量计算根据三山岛金矿采矿工艺特点，盘区采场采用依赖联络道形成贯穿风流的通风方式，采场空间高度和宽度比联络道大得多，故认为是非偏平型桐室。回采工作面的风量可按排尘风量、排尘风速、排除炮烟，以及排除柴油设备废气，分别计算，并取最大值作为回采工作面的需风量。(1)按排尘要求计算风量Qs=Sv式中v——回采工作面要求的排尘风速，m/s，(6-2)S采场内作业地点的过风断面，m2。采场作业面，依靠贯穿风流通风，取排尘风速为0.25m/s，采矿内作业地点的过风断面为11.52m2，则回采工作面所需排尘风量为Q=11.52X0.25=2.88ms/s。s(2)按排烟要求计算风量二2.3r用迎

ktV(6-3)式中t通风时间，t=60分钟=3600s；A——次爆破的炸药量，A=95.22Kg；V——桐室空间体积，V=12X15X5=900ms；k——风流紊流扩散系数，其值按表6-5中选取。进风巷道为采场联络道，可以看成圆形射流，因aL_0.07x40/S<3.6x3.2=0.825(6-4)取k=0.556代入数据得出爆破通风的风量:=2.3x9000.556x3600xlg500x95.22900=1.78ms/s按柴油机设备需风量计算风量按单位功率计算风量：Q=q0N(6-5)式中q0—单位功率的风量指标，ms/minkw；q°3.6~4ms/minkwN一所用设备柴油机功率，Kw。井下主要采掘设备是柴油铲运机，设备最大功率为136kw，考虑到柴油设备是间歇式出入工作面，取时间利用系数为0.6，故柴油设备所需风量为：Q=q0N=3.6x136x0.6/60=4.90m3/s综合上面三个结果取最大值，故每个盘区回采作业面所需风量为Q=4.90m3/s，备用采场取2.45m3/s。表6-5紊流扩散系数圆形射流扁平型射流aLj加kaL/bk0.4200.3350.6000.1980.5540.3950.7000.2240.6050.4600.7600.2500.7500.5291.0400.3180.9450.6001.4800.4001.2400.6722.2800.4961.6800.7444.0000.6402.4200.8108.9000.7263.7500.8736.6000.925注：表中L——硐室的长度，m；S——引导风流进入硐室的巷道断面积，m2b——进风巷道宽度半，m；a自由风流结构系数，圆形射流a为0.07；扁平型射流a为0.1。6.5.3掘进工作面风量计算对于开拓、采准、切割所需的风量，为简化计算，均按独头工作面作业时计算风量。（6-6）（1）按排尘要求计算风量Qs=Sv（6-6）式中v——回采工作面要求的排尘风速，m/s，S采场内作业地点的过风断面，m2。采场作业面，依靠贯穿风流通风，取排尘风速为0.25m/s，采矿内作业地点的过风断面为11.52m2，则回采工作面所需排尘风量为Q=11.52X0.25=2.88m3/s。s（2）按排烟要求计算风量(6-7)500A(6-7)=2.3f一

ktV式中t通风时间，t=60分钟=3600s；A——次爆破的炸药量，A=95.22Kg；V——桐室空间体积，V=12X15X5=900m3；k——风流紊流扩散系数，其值同上取k=0.556代入数据得出爆破通风的风量：

CH9001500x95.22Q=2.3x0556~3600x1g^^^=1.78m3/s按柴油机设备需风量计算风量(6-8)按单位功率计算风量：(6-8)Q=q0N式中q。一单位功率的风量指标，m3/minkw；q°3.6~4m3/minkwN一所用设备柴油机功率，Kw；井下主要采掘设备是柴油铲运机，设备最大功率为136kw，考虑到柴油设备是间歇式出入工作面，取时间利用系数为0.5，故柴油设备所需风量为：Q=q°N=3.6x136x0.5/60=4.08m3/s综合上面三个结果取最大值，故巷道掘进时工作面所需风量为Q=4.08m3/s。6.5.4硐室风量计算井下炸药库一般要求独立的贯穿风流通风，其风流可取2m井下炸药库一般要求独立的贯穿风流通风，其风流可取2ms/s；水泵桐室所需风量可取2m3/s。维修桐室需风量取为2m3/s；电机车库需要时可取2m3/s；其他桐室(1)(2)(3)(4)(5)其余桐室(变电桐室、空压机桐室等)需风量取2.0m3/s。则Qr=2.0+2.0+2.0+2.0+2.0=10m3/s。6.5.5其他设备与用风点风量计算其他工作面指装卸矿点，锚杆支护工作面需风量等，以三山岛金矿实际情况主要指装卸矿点需风量，装卸矿点取12个，每个取2.0m3/s，共需风量24m3/s。6.5.6全矿需风量计算三山岛金库金矿设计的井下生产能力为100万t/a，矿山工作制度为年工作330天，故天生产矿石量3030t/d，假设附产矿石量占总矿量的15%，则盘区出矿量为2575.8t/d，依据目前三山岛采用的采矿方法知:采场生产能力为213.9t/d，盘区生产能力为1000~1100t/d计算可得三山岛金矿需要同时开采的盘区数为3个，考虑备采盘区数2个。三山岛金矿，开采靠近地表的矿体时，其所需风量少，通风阻力路线短，为通风设计的最容易时期。此通风设计针对三山岛金矿-615m以上矿体，因此当开采到-465至0-510中段时，属于深部开采，通风路线延长了，此时生产所需的风量最大，通风阻力路线最长，为通风设计最困难时期。针对矿山不同的开采时期，对井下需风量统计，各时期需风总量如表6-6、6-7所示：依据用风点数量及其所需风量，三山岛金矿全矿总需风量为：(6-9)Q=K(Qxn+Qxn+Qxn+Qxn+Q)T1ssbbxxkkc(6-9)式中Qt矿井总需风量，m3/s；K1——矿井漏风系数；气、nb——同时工作、备采的盘区数；n]nx——同时开拓、采准切割的工作面数；代入数据计算得到马路坪矿全矿需风量为：通风容易时期：105.74m3/s；最困难时期:173.71m3/s。表6-6最容易时期矿井总需风量计算表序号需风工作面名称需风量（m3/s）需风点个数风量小计（m3/s）1开拓4.0828.162采准、切割4.08624.483盘区采矿4.929.84备采盘区4.914.95中段运输212246服务性硐室2510合计81.34计入漏风系数（K=1.3）105.74表6-7最困难时期矿井总需风量计算表序号需风工作面名称需风量（m3/s）需风点个数风量小计（m3/s）1开拓4.08416.322采准、切割4.081040.83盘区采矿4.9314.74备采盘区4.929.85中段运输216326服务性硐室21020合计133.62计入漏风系数（K=1.3）173.71注：矿井风量备用系数k=1.25~1.40,取较大的值k=1.3。6.5.7矿井总风量的分配全矿总风量确定之后，应按各工作地点实际所需要的风量进行分配，并以此为依据，进行通风系统的阻力计算。A、风量分配的基本要求（1）回采工作面的风量应按照排炮烟或排尘风速计算出来的风量中取其较大者来进行分配；掘进工作面应按局部通风风量计算值进行分配；为保证风流质量个采掘工作面应避免串联通风。（2）井下炸药库、充电硐室、破碎硐室和主要溜井应独立通风，排风流应直接导入总排风道中，否则必须采取净化措施。

（3）矿井通风系统为多井口进风时，各进风风路的风量，应按风量自然分配的规律进行解算，求出各进风风路自然分配的风量。（4）一切需风点和有风量通过的井巷中，其风速必须符号安全规程的规定（见表6-8）。B、矿井总风量的分配一般情况下，压入式通风系统中，主要漏风地点在进风段；抽出式通风系统中，主要漏风地点在回风段。考虑到这种情况，故对压入式的漏风系数仅在进风网中考虑，对抽出式的漏风系数仅在回风网中考虑。表6-8井巷最高风谏井巷名称最高风速（m/s）专用风井、风硐15专用物料提升井12风桥10提升人员和物料的井筒、主要进风道、排风道、维修中的井筒8运输巷道、采区进风道6米矿场、米准巷道4B、矿井总风量的分配一般情况下，压入式通风系统中，主要漏风地点在进风段；抽出式通风系统中，主要漏风地点在回风段。考虑到这种情况，故对压入式的漏风系数仅在进风网中考虑，对抽出式的漏风系数仅在回风网中考虑。最容易时期通风线路见表6-9。表6-9最容易时期通风线路表巷道编号巷道名称结点号上结点号下结点号1混合井到-150中段122斜坡道到-150中段153混合井-150中段口到四盘区斜坡道口234四盘区斜坡道345-150中段混合井口到斜坡道口256-150中段斜坡道口到二盘区斜坡道口567二盘区斜坡道678一盘区斜坡道899-150中段二盘区斜坡道口到一盘区斜坡道口6810-195中段二盘区斜坡道口到一盘区斜坡道口7911-195中段四盘区斜坡道口到南回风井口41012-195中段一盘区斜坡道口到北回风井口910最困难时期通风线路见表6-10。表6-10最困难时期通风线路表巷道编号巷道名称结上结点号i点号下结点号1混合井到-465中段122斜坡道到-465中段163-465中段混合井口到四盘区斜坡道口234四盘区斜坡道345-510中段四盘区斜坡道口到南回风井4126-465中段斜坡道口到二盘区斜坡道口267-465中段二盘区斜坡道口到一盘区斜坡道口688二盘区斜坡道679一盘区斜坡道8910-510中段二盘区斜坡道口到一盘区斜坡道口7711-510中段一盘区斜坡道口到北回风井91012南回风斜井-555中段到地表91113北回风斜井-555中段到地表1011由表6-8可知，结合三山岛金矿的实际情况，进风井巷混合井和斜坡道按最大进风速为8m/s来计算，在通风最容易时期的南北回风井风量分别为：34.8m3/s和25.6ms/s，通风最困难时期的南北回风井风量分别为：81m3/s和51m3/s。6.6全矿自然风压和通风阻力计算6.6.1全矿自然风压计算井深超过100m时，自然风压就是进、回风井底的气压差，由下式计算：（11\H=0.465pZ—-—，毫米水柱（6-11）〃0区T2）式中Z——由井口到井底最深处的深度，m；P——井口气压，毫米汞柱；0T1——井筒1内空气平均温度，K；T2——井筒2内空气平均温度，K；、一一..ZK——校正系数，K=1+。10000出风井井底气温t3由下式计算:，H—H一一、t=t+hc—1.5（6-12）式中Hh——出风井深度，m；Hc——矿区地温常温层深度，m，一般Hc=25〜30m；Z——地温梯度，m/°c，一般Z=45〜50m/°C；tc——矿区常年大气平均气温，C；出风井井口气温14由下式计算：14=13-0.005Hh(6-13)在此Hh=615m，取Hc=30m,Z=45m/°C。匕=12.5°C；代入上面的公式得到出风井井底气温t=24C，出风井井口气温t=20.92C，则回风井平均气温T=JP=22.46C,3422则T2=273+22.46=295.46K。进风井筒副井的平均气温取最热月份的平均气温25C,则T1=273+25=298K；井口气压取为908mb,换算为毫米汞柱后p0=681毫米汞柱；校正系数ZK=1+=1+0.06=1.06。10000代入以上所得数值得自然风压：H=0.465p0Zr11:=0.465x1.06x681x615xr11)1TT\V12/"298295.46J=-5.54mmHO2=—55.4Pa6.6.2全矿通风阻力计算矿井通风总阻力是指风流由扇风机风桐到排风井口，沿任一风压路线流动途中所产生的摩擦阻力和局部阻力之总和。总摩擦阻力等于风流通过最大风压线路各个巷道摩擦阻力之和。对三山岛金矿通风系统来说，通风系统总阻力主要是由II、III级机站来克服，1级机站只克服采场的通风阻。最大风压线路选定为：南风井一石门一-420m阶段运输平巷一采场联络道一采场工作面一采场回风井一-375m至-330m回风井一-330m回风平巷一-330m至-285m倒段风井一-285m回风平巷一回风井石门一回风井。通风摩擦阻力计算巷道的通风摩擦阻力由下式计算：h=Rq2=aPLq2(6-14)iiiS3i式中七巷道通风摩擦阻力，Pa；R巷道的摩擦风阻，Ns2m8；S—一巷道的通风断面，山2，平巷、竖井均为净断面，但竖井净断面包括井筒结构件，梯子间断面在内；P巷道通风断面的周边长度，m；L一一巷道长度(指通过同一风量的相同断面和支护类型相同的巷道长度)，m；1一一巷道的通过风量，m3/s；a一一巷道的通风摩擦阻力系数，Ns2/m4。全矿的局部阻力可根据总摩擦阻力进行计算。一般认为，总局部阻力大致等于总摩擦阻力

的20%，全矿总阻力等于总摩擦阻力与局部阻力之总和。矿井阻力计算见表6-11。

表6-11诵.风阳力计算表井巷名称支护型式摩擦风阻a(X10-3)井巷长L(m)井巷周长P(m)通风断面S(m2)S3(m6)风阻R旦P(Pa)S3(X10-3)风速(m/s)南风井砼2052521.9838.4756911.134.0611.77-420m石门喷砼1030013.611.521528.8226.6910.13-420m运输巷道1030013.611.521528.8226.6911.38采场进风巷104013.611.521528.823.561.98用风点采场回风井104510.87.29387.4212.544.75上中段回风巷喷砼1030010.87.29387.4283.639.92倒段风井101808.485.72187.1581.566.40-285m回风中段沿脉喷砼1030013.611.521528.8226.6914.43回风井石门喷砼105258.485.72187.15237.8811.69回风井砼2018010.87.29387.42100.3611.77小计20%局部阻力合计6.6.3扇风机的选择1、一般选型原则（1）图解所得风机工况点的风量不得小于计算风量，但也不应多的太多，风机效率一般不应低于0.7；（2）为保证风机运转稳定，图解所得风机工况点应处于风机性能曲线风点的右侧。对于轴流式风机该工况点的风压不得超过风机性能曲线上最大风压的90〜95%（曲线平缓的取大值，反之，取小值）；（3）在满足风量的情况下，应选用轴功率最低的风机一实际耗能最低者；（4）风机的选型应以满足初、中期内某一特定的时间要求为主，经改变叶片角或叶轮转速后，即能兼顾较长一段时间矿井生产对风量和风压的要求；（5）当矿井通风等积孔变化较大或服务时间较长，一台风机不宜兼顾整个时期的工况要求，应考虑分期设置风机的合理性，为不影响生产，应在井口后风道上留有另接风道和修建新机房的空间；（6）主通风机应配备一台备用电机，有多台主通风机工作的矿井，相同的备用电机其台数应适当减少；（7）在同一风井中应尽量采用单一风机工作制，采用双机并联运转时以相同风机为好；（8）配置离心式风机时要注意风机出风口的角度，使机房和风道与所处的地形相适应。2、风机类型选择20世纪50年代初至70年代末，我国矿山几乎都使用仿苏BY型的2BY、70B2和K70等系列主扇，它们统称为70B2型风机。由于该机效率低高风压小风量的气动性能，难以与金属矿山低阻力大风量的通风网路相匹配，运行效率低、平均30%左右，个别低的还不到15%，电能浪费严重。此外，更为不利之处是70B2型风机只能搞大主扇统一通风，因无井下辅扇可用来分风与导向，只能靠密闭墙和风窗来调节风量，以致系统漏风大，风流可调性差，井下有效风量率低，一般仅有10%〜30%。尘毒危害严重，作业环境差，通风防尘工作难以开展。为改变这种状况，经反复试验，我国于1983年研制成功了DK45、K55、K45和K35等系列主辅扇和JK55系列局扇；1987年又推出了DK40、K40二系列主辅扇和JK58系列局扇，形成了第一代K系列矿用节能风机。K型单级风机的全压效率达92%，DK型对旋主扇的静压效率达84%，且高效区域宽广，能与金属矿山的通风网络相匹配，具有运转效率高，节能效果好等特点。1990年，经过对第一代产品进行优化叶型参数，改玻璃叶片为机翼型钢板叶片；改善叶片、叶柄的承力结构和材料;；主风筒敷设稳流环防喘振装置等一系列优化设计工作，成功地研制出第二代K系列矿用节能风机新产品。1994年，在第二代K系列风机基础上又推出了第三代新产品。通过系列产品的优化设计，淘汰了K55、K35系列，保留了DK45、DK40、K45和K40等4个系列。根据矿用风机向大型化发展的需要，加大了产品规格。系列最大机号扩展到No26,装机功率增大到500kW。目前新一代K系列矿用节能风机气动效率更高，结构更加合理，高效区域更为宽广，与矿山通风网络的匹配效果更好，是当前国内品种最全，性能覆盖最大的矿用节能风机系列群。该系列节能风机的主要性能、技术指标如下：系列机号：Nq7〜Nq26；系列转速：1450、980、730r/min；TOC\o"1-5"\h\z风量范围：2.0〜164.2m3/s；■,洛全压范围：38〜3819pa；功率范围：1.1〜500kW；-风机效率：k型单级全压效率n=94%,'DK型对旋静压效率n=86%；运行噪声：LAW85dB(A)。新一代K系列风机由DK40、DK45、K40、K45等矿用节能风机组成，K40、K45系列辅扇采用电机与叶轮直联的最简传动结构，由集流器、主机体和扩散器等部件组成。采用新型高效机翼型扭曲叶片，安装角度可调，敷设稳流环装置使气动性能曲线无驼峰，底座上可配带轴向移动的车轮。因此，具有高效低噪、高效区宽、性能稳定、结构简单、安装容易、使用方便等优点。DK40、DK45系列主扇采用同型号、同功率的2台K40、K45型风机对接在一起，两级叶轮互为反向旋转，构成对旋式结构。它们与长轴传动型主扇相比运行效率高、局阻低，土建投资省等优点，且节能效果显著。经过多方技术经济比较，我们选用K系列风机作为三山岛金矿井下主辅扇风机。根据工况点和厂家提供的《K系列矿用风机说明书》，选定的扇风机型号为：南回风井处主扇风机：DK40-6-NO.21，功率：2X200kW，最困难时期运行效率：75%。北回风井处主扇风机：DK40-6-NO.18，功率：2X132kW，最困难时期运行效率：75%。3、相应的扇风机特性曲线相应扇风机特性曲线见图6-7、6-8。

6.6.4风机选择与布置根据通风容易和困难时期扇风机风量和风压，在扇风机个体特性曲线上找出相应的工况点，该工况点应落在扇风机特性曲线的合理工作范围内，即效率0.6以上。容易时期和开采到-465m深的困难时期进行了布置，见表6-12和表6-13。表6-12容易时期风机配备计算结果安装地点风机型号叶片角（°）台数（台）容量(kw)备注I机风站个采场回风联巷中K40-6-No82682.2II机风站-330南端风联巷中K40-6-No1026(20)115-330北端风联巷中K40-6-No1225(20)230-375南端风联巷中K45-4-No936(36)115-375北端风联巷中K40-6-No1227(20)115-420南端风联巷中K45-4-No939(39)230-420北端风联巷中K40-6-No1232(30)115-465南端风联巷中K45-4-No940(40)118.5-510南端风联巷中K45-4-No1038(38)130III机风站南风井-75m处DK40-6-No2132(32)1200单段运行北风井地表处DK45-6-No1840(40)1160单段运行合计18546.1注:括号中的叶片角为系统调试后的实际叶片角。

表6-13困难时期风机配备计算结果安装地点风机型号叶片角（°）台数（台）容量(kw)备注I机风站个采场回风联巷中K40-6-No82682.2II机风站-330南端风联巷中K40-6-No1026(20)115-330北端风联巷中K40-6-No1225(20)230-375南端风联巷中K45-4-No936(36)115-375北端风联巷中K40-6-No1227(20)115-420南端风联巷中K45-4-No939(39)230-420北端风联巷中K40-6-No1232(30)115-465南端风联巷中K45-4-No940(40)118.5-510南端风联巷中K45-4-No1038(38)130III机风站南风井-75m处DK40-6-No2130(25)12x200双段运行北风井地表处DK45-6-No1842(35)12x132双段运行合计18850.1注:括号中的叶片角为系统调试后的实际叶片角。6.6.5矿井主要构筑物选