铁矿井下矿建竖井工程施工组织设计_浅谈我矿竖井通风系统的优化改造

　　一、矿井概况 　　 　　福建省潘洛铁矿洛阳矿区南矿段开采生产系统，于1992年建成投产，生产规模为25万吨／年，竖井开拓，主要开采4→14线问的131#、122#、23#等深部矿体。该竖井系统一期设计开采地质储量为514万吨，可采储量394万吨，开采至+1 00m中段：二期设计开采地质储量为589.61万吨，可采储量442.85万吨，开采至+40m中段。目前，一期工程的+160m、+130m中段已开采结束，+100m中段仅存局部矿块残采；现有的井下生产已部分接替到二期工程+70m、+40m中段。
　　
　　一、通风系统改造的原因
　　
　　福建省潘洛铁矿洛阳矿区南矿段竖井生产系统，采用单翼对角抽出式通风方式。回风井布置在13勘探线的矿体下盘围岩中，井口座标：X=2793461，Y=39559234，Z=278.5m，井简直径φ3m，井底标高+130m，井深149m；设计开采范围为8―14线，以开采131#、122#、23#号矿体为主，矿山年产原矿20万吨。经计算，坑内所需风量42m3/s，坑内前期负压637Pa，后期负压755Pa。漏风系数取1.15，则所需风机风量为48m3/s；取风机装置阻力之和196 Pa，则所需风机风压为833Pa(前期)和951 Pa(后期)；根据绘制的坑内通风网络特性曲线，在地表总回风机站安装有1台62A14―11N24型风机，其速转为600r／min，叶片安装角25°，电机功率1 15KW，额定电压220／380V，额定电流400／231A。经过10多年的生产实践，证实原通风系统满足了矿井安全生产的需要。
　　
　　1、矿井生产规模扩大 矿井一期开采工程揭露显示，洛阳矿区南矿段井下实际的涌水量比水文地质资料提供的涌水量小，为充分利用有限的不可再生的矿产资源，我矿在联合马鞍山矿山研究院开展“井下开采综合攻关研究”后，把洛阳南矿区4―8线的2#号矿体并入了矿井二期开采范围，矿井生产规模由原来的年产原矿20万吨提高到28万吨。
　　
　　2、西回风井、总回风机站受采动影响
　　矿井在2000年前后相继对回风井周围浅表的78#、84#、74#小矿体进行了开采。由于矿体近地表氧化程度高，并且部分矿体顶板为风化的覆盖岩层，开采后形成的采空区塌陷引起了西回风井筒及总回风机站的破坏。根据对现场监视的情况表明：西回风井、总回风机站地面塌陷尚未稳定，受旱季、雨季更替影响还会加剧变动，机站破坏程度有进一步恶化导致停机的可能。
　　回风井、地表总回风机站是坑采通风系统的重要设施，一旦破坏将引起坑采的停产：另外，矿井生产规模的提高，增加了矿井的总需风量。因此，必须对原矿井通风系统进行改造，以满足矿井安全生产的需要。
　　
　　三、通风系统改造优化方案
　　
　　通过对洛阳矿区南矿段竖井原通风系统及现有矿井实际开采情况进行分析、研究，以满足今后矿井安全生产需要为原则，提出方案如下：
　　
　　1、总回风机站设在井下+130m中段总回风巷中
　　原通风系统的地表总回风机站受周围浅部矿体开采影响，已无法正常运行，矿井通风系统改造首先考虑的是总回风机站迁移。本着改造要遵循安全可靠、技术可行、经济合理的原则，在综合分析洛阳矿区南矿段开采现状、地形地质及矿区工业场地布局，矿井通风系统的总回风机站设置在+130m总回风巷内。
　　
　　2、合理进行系统通风网络改造
　　通风系统参数改变后，在确保设计的风量满足矿井开采要求同时，应对通风网络进行改造，根据各中段或各坑道具体作用，及时增设通风构筑物使井下供风更趋合理。
　　
　　3、矿井总风量计算
　　正确计算矿井总风量是选择主要通风设备和布置通风工程的一个重要内容，矿井总风量供给不足，会使井下劳动条件恶化，达不到安全通风要求；盲目加大矿井总风量，不一定就能够达到预期的通风效果，而且会造成通风能耗浪费。
　　(1)按井下同时作业总人数估算风量
　　我矿竖井系统生产人员共450人，采用三班倒作业，工人出勤率按93％计，则井下同时作业人数为140人。根据规程井下每人每分钟供给风量不得少于4 m3，则要满足井下工人用风安全竖井生产系统风量不得少于560m3／分钟，折合9.33 m3/s。
　　(2)按矿井生产规模估算风量在估算风量时，可根据矿井或坑口的生产规模，按下式计算：
　　Q=A・Y.m3／s
　　式中，A一矿井或坑口的年采掘总量，万吨／年：
　　Y-万吨风量比，m3/s・万吨，参照表1选取。
　　万吨风量比受矿井采掘设备、矿井机械化程度、回采强度、矿体形态、矿井漏风情况等多种因素影响，因此在选取时应当综合考虑各种因素的影响。
　　
　　根据潘洛铁矿洛阳矿区南矿段矿井通风系统网络结构特点，考虑矿井的漏风、生产不均衡的适应性以及井下深部作业中段通风降温的要求，取万吨风量比为2.0，按照近几年潘洛铁矿洛阳矿区南矿段最大采掘总量29万吨／年估算，该通风系统矿井总风量为58m3／s。
　　根据以上风量计算比较，矿井总风量取值为58m3／s。
　　
　　4、风机型号选择
　　选择风机型号时，应根据矿井生产所需的通风系统风量、风压，机站设置条件及风机性能综合考虑。
　　a)系统通风阻力计算
　　通风摩擦阻力计算公式：H=(9.8a PL／S3)・(Q2)，Pa式中，H一通风摩擦阻力，Pa；
　　a―摩阻系数，Ku；
　　P―井巷周长，m；
　　L―井巷长度，m；
　　S―井巷断面，m2；
　　Q―风量，m3/s。
　　潘洛铁矿洛阳矿区南矿段矿井通风摩擦阻力计算结果见表2。
　　根据表2通风摩擦阻力计算结果，考虑通风局部阻力系数30％，及总回风机站局部阻力系数33％，则矿井总风量为58m3／s时的通风系统阻力为1037Pa。
　　(2)风机型号选用
　　地表总回风机站原有的62A1 4―11 N24型风机安装运行近20年，其性能已无法保证，该型号风机属淘汰型产品。通风系统改造方案选用K系列矿用节能通风机。
　　根据以上矿井通风系统总风量和系统通风阻力计算结果，总回风机站风机型号设计选用1台K40-6-N019风机，装机功率1 10KW，配置电机型号Y315LI―6，风量范围Q=40m3／s--86 m3／s，全压范围H=277 Pa―1280Pa，设计安装叶片角度29°。
　　
　　四、通风系统改造后效果测定
　　
　　井下新建抽风机站运行一周后进行通风效果测定，具体数据如下表：
　　测定数据显示：竖井总进风量59.07m3／s(不包括+130m上部采空区漏风量：1.95m3/s)，其中东区进风量21.30m3／s，中西区进风量37.77m3／s；而目前主要作业中段进风量为：+100m竖井石门进风量23.86m3/s，其中东区进风量6.84m3／s，中西区进风量17.02m3／s；+70m竖井石门进风量24.61m3／s，其中东区进风量10.72m3／s，中西区进风量13.89m3／s。
　　目前矿井开采正由一期工程的+100m中段向二期工程的+70mm中段过渡，以上两中段的年产量约各占竖井开采系统生产总量的50％；而改造后通风系统的风量分配符合了这一现状，井下通风效果良好。