長距離巷道掘進通風技術研究及其在金川礦山中的應用

長距離巷道掘進通風技術研究及其在金川礦山中的應用高啟波1，趙興福2（金川集團股份有限公司，甘肅金昌737100）摘要:金川礦區(qū)隨著深部開拓及周邊貧礦的開采,斜坡道等長距離獨頭巷道掘進較多，新鮮風流得不到保障，作業(yè)面風量、風速達不到現(xiàn)場施工需求，為了獲得良好的通風效果,在改善局扇性能,優(yōu)化風筒結構、風機串聯(lián),以及采取鉆孔通風方式等方面做了大量嘗試和研究,確保了長距離獨頭巷道掘進作業(yè)面風量、風速的基本需求，取得了較好的通風效果。關鍵詞:長距離；通風；風量；風阻ResearchandApplicationofVentilationTechnologyaboutLong-distanceRoadwayExcavationinJinchuan

GaoQibo1，ZhaoXingfu2（JinchuanGroupCo.LTD.,Jinchang,Gansu,China.737100）Abstract:Withdeepexplorationandthesurroundinglow-gradeoremininginJinchuan,andthenmoreandmorerampsandlong-distancedsingleentryborings,freshaircannotbeenoughtowork.Airquantityandwindspeedcannotyetmeetrequirementintheon-site.Alotofattemptandresearchhadbeendoneinimprovingthepartialfanfunction,optimizingthestructureofhairdryerandfanseries,takingthemeasureofdrillingventilationinordertogetbetterventilationeffect.What'smoreimportant，theseinsuretheessentialrequirementsofairquantityandwindspeedaboutlong-distancedsingleentryexcavationintheworkingsurfaceforobtainingbetterventilationeffect.Keywords:Long-distance；Ventilate；Airquantity；Windresistance1．引言金川鎳礦是世界著名的多金屬共生大型硫化銅鎳礦之一，采用斜坡道、豎井開拓，下向膠結充填采礦方法，礦區(qū)回采已有近五十年的歷史，隨著礦山大部分進入深部及周邊貧礦的基建和開采，井巷開拓工程的施工將面臨著諸多問題，如：深部巷道開拓中運輸、提升系統(tǒng)的保障、采空區(qū)的充填、深部巷道巷道支護、涌水等問題，尤其是長距離獨頭巷道掘進通風問題。如：金川貧礦開采龍首礦西二采區(qū)輔助斜坡道設計達到3800m。由于獨頭掘進空間有限，形不成貫穿風流，同時也不宜在巷道內布置風機和多趟風筒，導致獨頭掘進過程中產生的各種有毒有害氣體、粉塵等污染物聚集在掘進工作面，作業(yè)環(huán)境差。金川龍首礦區(qū)中西部開拓輔助斜坡道延伸、金川三礦區(qū)F17以東1150-1050斜坡道延伸等。由于巷道掘進較深，相鄰工程布置密集，返修作業(yè)頻繁，造成風流紊亂和污風串聯(lián)，新鮮風流得不到保障，掘進工作面風量不足，粉塵濃度極大，工人健康以及工程施工進度與質量受到極大影響。2．長距離巷道通風狀況金川礦區(qū)開拓以斜坡道，豎井為主，龍首礦西二采區(qū)貧礦開采輔助斜坡道采用鉆爆法施工、6m3鏟運機與24噸無軌運輸卡車出渣。前期，在斜坡道硐口安裝11KW*2軸流式風機，采取大功率通風機配合長風筒（￠600mm）壓抽混合式通風，由于巷道開挖斷面大（21m2），獨頭通風距離長（最長設計3800m），同時，采用無軌運輸出渣，內燃機械排放的氣體以及粉塵較大，斜坡道施工至800m時，已出現(xiàn)通風困難，加之設備油煙燃燒不完全，運轉效率低，現(xiàn)場通風量不足0.1m3金川三礦區(qū)F17以東1150-1050斜坡道延伸工程屬三礦區(qū)F17以東深部開拓，斜坡道延伸設計長度1200m，掌子面面毛石采用4m3鏟運機與8噸翻斗汽車無軌運輸出渣，屬長距離獨頭掘進。前期，斜坡道通風采用2×11KW局扇及φ600mm拉鏈式膠質風筒壓入式通風，局扇位于1130m斜坡聯(lián)絡道開口處，風筒進風口即壓入工作面的風量很小，風速小于1m/s,風筒出風口的風量小于1.5m3/s,通風效果不佳，隨著掌子面的下掘，通風條件越來越差，主要體現(xiàn)在氣溫高、濕度大，粉塵、炮煙和無軌設備尾氣濃度大，工作面溫度在通風并在運輸卡車出碴時達35℃。3．通風方案的選擇井下獨頭掘進工作面污濁空氣的成分主要是爆破后產生的炮煙及各種作業(yè)工序所產生的礦塵，包括機械化施工無軌設備產生的尾氣等，同時，局部通風應滿足作業(yè)人員、設備風量的需求［1］。以龍首礦西二采區(qū)輔助斜坡道為例：進行通風方式的確定。3.1獨頭作業(yè)風量確認根據現(xiàn)場施工作業(yè)人員、排出炮煙或粉塵、巷道排塵風速要求、以及無軌設備單位功率需風量等進行計算［2］，確定其最大值為風量需求值，見表1。表1掘進工作面風量需求值m3/sTable1Excavationfaceairflowdemandvaluem3/s因素作業(yè)人員炮煙粉塵巷道風速無軌設備風量0.674.64.833.45其中:施工作業(yè)人員的需風量為Q1,排出炮煙或粉塵的需求量為Q2,風速需風量為Q3,無軌設需風量為Q4,分別按以下方式求得Q1=0.067·nm3/sn：作業(yè)面人數Q2=19/t·（AL0S）1/2m3/st：通風時間A：—次爆破炸藥消耗量L0：巷道長度S：巷道斷面面積Q3=γ?Sm3/sγ：排塵風速，一般取0.15—0.25m3S：巷道斷面面積）Q4=qs·N/60m3/sqs：設備單位功率風量指標4.08m3/Kw.minN：各種設備按作業(yè)時間比例計算的功率總數50.58KW）由此可以得出：Qmax=4.83m3/s為最大工作面需風量。同時，由于風筒存在漏風，需確定局扇最后的供風量：Qs=φQmaxQs局扇供風量Q0：風筒末端風量φ：風筒漏風風量備用系數風筒的漏風量備用系數與風筒直徑、每節(jié)風筒的長度、風筒的總長度有關，其備用系數不盡相同，見表2。漏風量備用系數為：φ=100/（100-￠L）,對斜坡道掘進面采用全距離風筒架設和鉆孔+風筒兩種方式進行對比,其漏風系數分別為:12%、4%.表2柔性風筒百米漏風值（￠）Table2Flexiblehairdryerhundredmetersairleakagevalue（￠）風筒的直徑D（mm）300-600300-600每節(jié)風筒的長度L（m）10100普通接頭0.100.01雙反邊接頭0.050.005多反邊接頭0.030.003由此,斜坡道掘進面采用全距離風筒架設和鉆孔+風筒兩種方式所需風量分別為Qs1與Qs2.Qs1=1.12×4.83=5.41m3/s（全風筒）Qs2=1.04×4.83=5.02m3/s（鉆孔+風筒）3.2風阻及風壓的確認考慮到斜坡道長距離通風，并且受到巷道斷面及無軌設備運輸影響，采用φ600風筒進行通風，通風阻力大，不能達到快速、通暢，通過通風技術難題攻關，擬采用通風鉆孔進行通風，并對風阻和風壓一并進行了驗證［3］：風阻:R=R1+R2+R3=6.5aL/d5+n2ε2γ/2gs2+n3ε3γ/2gs2（1）R：風筒風阻，N·s2/m8R1：風筒摩擦風阻，N·s2/m8R2：風筒接頭局部風阻，N·s2/m8R3：風筒拐彎局部風阻，N·s2/m8L：風筒長度mD：風筒直徑mn2：風筒接頭數S：風筒斷面積m2a：風筒摩擦阻力系數。ε2：風筒接頭的局阻系數ε3：風筒拐彎局阻系數。風壓:hf=(R+γ/2gs2)Q2（2）hf：局扇風壓Paγ：空氣重率N/m3根據公式(1)與公式(2)分別計算出兩種通風方式的風量、風阻、風壓，見表3表3風筒、鉆孔通風的參數比較Table3Hairdryer,drillingventilationparameterscompare通風方式風量（m3/s）風阻N·s2/m8風壓（Pa）長距離風筒5.41182.24340鉆孔+局部風筒5.0225.68533.3局扇的選定采用長距離風筒壓入式通風，風機架設在硐口，距離為3500m，風筒選用風筒直徑D=600mm，每節(jié)風筒長度L=100m，。若風筒選用直徑D=600mm，每節(jié)風筒長度L=100m，根據Qmax=5.41m3/s=325m3/min和hf=4340Pa，查局扇特性曲線選定2×55KW，配用電機YBF225S-4局扇一臺進行壓送風；同時選用同型號風機和風筒進行吸出式混合通風，雖然計算結果基本能滿夠足通風需要，但上通風布置方式困難，同時,大功率風機與小直徑風筒不配套，風筒直徑應選擇D=1000mm-1200mm。采用通風鉆孔+風筒壓入式通風方式,根據Qmax=5.02m3/s=301m3/min和hf=853Pa，查局扇特性曲線選定2×22KWFBD局扇一臺。能夠充分滿足巷道通風需求，2×22KW軸流式風機，配備D=600mm風筒能完全滿足所需風量、風速要求，且通風費用較底。3.4通風方式的確定金川龍首礦西二采區(qū)輔助斜坡道的通風,通過計算和驗證,斜坡道通風最為困難處，在地表相對斜坡道位置打φ325mm×10mm大口徑通風鉆孔，采用選用BDJ60-11N06A礦用防爆對旋軸流式局扇(2×22KW)，把新鮮風流通過鉆孔，直接壓入井下斜坡道內，斜坡道內再通過600mm膠質風筒接至作業(yè)面，改善作業(yè)面通風環(huán)境，污風通過斜坡道自然排除。金川三礦區(qū)F17以東1150-1050斜坡道延伸工程經過認真分析，又對通風鉆孔方案與短距離通風小井進行了比較，通風小井方案通風斷面大、通風阻力小，施工通風小井的費用和雙通風鉆孔費用基本相當，新鮮風流得到保障，因此采用通風小井改善通風具有優(yōu)勢。最后在延伸斜坡道開口以下30m處附近向下施工一條Φ2000mm、深度35m的通風小井，通過通風小井聯(lián)絡道與1050中段下盤主沿脈道貫通。在延伸斜坡道的通風小井上部布置1臺22kw局扇，采用壓入式通風方式將1050中段的新鮮風通過通風小井和局扇送到斜坡道工作面。局扇開始運行后，新鮮風流從1050中段運輸道→1050東部沿脈道→通風小井→延伸斜坡道風筒→作業(yè)面；工作面污風由工作面→延伸斜坡道→主斜坡道→充填回風道→主回風井。4通風效果4.1降低風阻：在采用通風鉆孔的情況下，縮短通風距離，降底了風阻。在選擇合適斷面風筒時，又能夠完全保證設施和人員在長距離巷道的安全運行間隙，且風筒布置彎道少，懸掛時能夠達到平、直、緊、穩(wěn)，極大降底了通風阻力。4.2減少風筒漏風在減少風筒距離的前提下，盡量增加每節(jié)風筒的長度，減少了風筒的接頭數。同時采用配合適宜的黏合劑，確保接頭質量，減少風筒漏風［4］。局扇就會將足夠的新鮮風送到工作面，保證施工的需要。4.3新鮮風流的保障在礦區(qū)深部開拓時，采用鉆孔或者通風小井與聯(lián)絡道，完全與礦區(qū)主系統(tǒng)的通風網絡相連結，其貫穿巷道中的新鮮風量能夠完全滿足長距離巷道掘進需求，且不超過貫通巷道風量的60%。4.4風機效能充分發(fā)揮在滿足長距離巷道掘進所需局扇風量和風壓的前提下，能夠選用高效、節(jié)能的局扇，在龍首礦西二采區(qū)輔助斜坡道選用的22KWFBD局扇，最高效率達到80%。4.5改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，確保了工程施工質量與進度隨著掘進面的延伸，對通風方式進行改造，使得礦山深部開拓，長距離獨頭作業(yè)面的溫度下降，其中金川三礦區(qū)F17以東1150-1050斜坡道延伸工程，通過后期通風方式改造，工作面溫度在運輸卡車出碴時降低到25℃左右。即確保了施工人員的身心健康，又提高了無軌設備的運行效率，巷道施工質量、進度得到極大改善。5結論5.1采用對旋式高效局部通風機，其特性曲線比普通軸流式局部通風機特性曲線陡，即壓力增加較高，而風量變化較小，因此非常適合掘進工作面對風量的控制,并且高效、低噪、高風壓和安裝維修便利,能夠滿足長距離局部通風對風量的需求，克服長距離巖巷巷道的通風阻力，解決長距離巖巷掘進通風，通風效果良好。5.2選用較大直徑的風筒,增長每節(jié)風筒的長度,同時，風筒懸吊平直,提高風筒接頭質量,降低了風筒阻力，減少了漏風,充分發(fā)揮了單臺局扇的效能。5.3采用鉆孔通風，在降低通風阻力的前提下，解決了長距離掘進巷道通風的新鮮風流。新鮮空氣經鉆孔流入作業(yè)面，或者作業(yè)面的污風經鉆孔排出，使作業(yè)面經常保持了足夠的、合乎衛(wèi)生標準的