多機站串聯通風在銀茂鉛鋅礦的節能應用研究

黃 飛 任甲澤

(1.南京銀茂鉛鋅礦業有限公司;2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

南京銀茂鉛鋅礦始建于1957年，初期露天開采錳礦，20世紀70年代末轉入地下開采鉛鋅礦。目前，南京銀茂鉛鋅礦生產規模為33萬t/a，隨著開采深度的延伸和上部空區的增多，通風系統更加復雜，在增加1臺主扇后，通風能耗增加，但總回風量未有明顯改善。因此，對該通風系統進行優化研究，通過計算機模擬解算，選取了合理的通風方案及多機站配置，實施后在滿足風量要求的情況下，節能降耗效果顯著。

1 通風現狀及存在的問題

1.1 通風系統現狀

礦山采取平峒盲豎井開拓方式，平峒水平+14 m，盲豎井最深水平至－625 m。礦山采用上向水平分層膠結充填采礦方法開采，目前作業中段主要在－525和－575 m中段，－625 m中段正在采準及探礦作業，－475 m中段有個別采場在回采，即將結束。

近年來，為降低通風能耗，礦山將+14 m水平機站風機葉片改為國外節能葉片，同時葉片角度調整為28°，控制系統增設了變頻器，根據生產情況調節電流頻率來變化風流。隨著生產中段的進一步下移，2012年礦山對通風系統進行了調整，在－475 m增加了第三級回風機站，風機采用K45-4-№14風機，風機葉片角度為32°，同時配備變頻控制，工作頻率為44 Hz。

主要回風機站設置風機如下:①+14 m主回風巷，1臺K45-4-№14風機;②－325 m倒段回風巷，1臺K45-4-№14風機;③－475 m回風巷，1臺K45-4-№14風機;④－525、－575 m設置1臺18.5 kW 無風墻輔扇調配風流。

礦井上部已結束作業中段較多、風門較多，作業采場分散，為了分析通風系統存在的問題，對通風系統進行了測定。

1.2 各機站運行工況

通風系統測試時，分別對三級機站同時運行和一、三級機站同時運行的機站工況進行了測定。三級機站同時運行的機站工況見表1，總回風量為40.8 m3/s，實耗功率為228.6 kW，其中+14 m風機葉片角度28°，－325 m風機葉片角度32°，－475 m風機葉片角度32°(44 Hz)。

一、三級機站運行的機站工況見表2，總回風量為37.3 m3/s，實耗功率為148 kW，其中+14 m 風機葉片角度 28°，－475 m風機葉片角度 32°(44 Hz)，－325 m回風機站不開，同時將－325 m風機旁風門打開。

表1 三級運行各機站風機工況參數

表2 一、三級運行各機站風機工況參數

1.3 通風存在的問題

通過對通風系統的測定及分析，通風系統主要存在以下幾個問題:

(1)機站匹配不合理。三級機站同時運行時，+14 m風機風量為40.8 m3/s，－325 m風機風量為44.6 m3/s，－475 m 風機風量為61.2 m3/s。 +14 m回風機站作為一級機站，擔負著全礦的最終出風任務，但由于風機采用節能葉片后，風機能力減弱，風壓、風量不能滿足要求，造成總回風量下降，井下負壓不足，－325 m以上風門反向漏風。－475 m回風機站作為三級機站，風機能力較強，風壓較大，造成－325～－425 m風門反向，增加了漏風，污風從風門進入進風井，造成污風循環，同時有部分污風從上部采場回風天井返回到－475 m水平。

(2)總風量不足。在目前三級機站同時運行時，總回風量只能達到40.8 m3/s;一、三級運行，－325 m機站風門打開時，總風量為37.3 m3/s;總風量與礦井需風量48.6 m3/s有一定差距。風量不足最主要原因是+14 m機站葉片角調小后，一級機站克服系統阻力能力降低，總風量下降。

(3)污風循環嚴重。風門由于年久失修及風壓影響，測試時很多風門關閉不嚴，總漏風量達到14.2 m3/s，且都為污風漏入新鮮風流中。－475～－425 m回風井與－425m中段運輸巷相連，沒有風門，造成近10 m3/s污風通過－425 m運輸巷、回風天井到達－475 m中段循環。

(4)短路漏風。－475 m中段作業即將結束，在風機前運輸巷設置一道風門，位置不合理，存在短路漏風，－475 m運輸巷及上盤作為下中段的回風巷，風門應設置在靠近主副井的運輸巷及上盤巷。

2 通風系統優化方案

針對通風存在的問題，在核算風量的基礎上，對多機站串聯的風機參數匹配［1］、主回風機站性能、風門位置等進行優化，通過模擬解算，選擇合適的風機配置參數，增加總回風量，理順風路，減少污風循環、避免漏風等，滿足礦井開采通風需要。對通風系統進行節能優化改造應考慮盡量利用現有通風井巷及設備減少通風井巷工程量，要滿足現階段和下一步深部開采的需風量要求，并節省通風能耗。

2.1 礦井總風量

正確計算礦井總風量是選擇主要通風設備和布置通風工程很重要的一個內容［2］，根據采掘計劃及排塵要求計算，得出井下作業需風量為36 m3/s，考慮礦井通風系統存在難以避免的漏風，同時也包含有風量調整不準、調整不及時以及適應生產不均衡等備用風量因數［2］，取漏風系數 1.35，則重新計算校核的礦井總風量確定為48.6 m3/s，按年產量33萬t進行校核，萬噸風量比為1.47。

2.2 通風方案

根據通風系統現狀、存在問題及結合下部采礦對通風的需求，在了解礦井生產和通風基本情況的基礎上，研究可行的多機站串聯通風方案，并對通風網絡進行模擬解算。

現在井下三級機站風機均采用 K45-4-No.14型，額定功率為132 kW，理論上該風機葉片角度為30°～40°可調，但現場應用情況來看，該種風機葉片角度最大可調整到32°，否則電流過載。因此考慮可行方案時按葉片角32°考慮，盡可能發揮出風機能力。根據現狀考慮4種可行方案，各方案對比見表3。

表3 通風方案對比結果

由表3可知，在風門封閉良好的前提下，利用現有風機將葉片角調整為32°，三級同時運行，總回風量達到 43.6 ～44.2 m3/s，實耗功率為 201.2 ～259.2 kW;取消－325 m機站，兩級運行時，總回風量為42.5 m3/s，與三級運行時基本相等，功率為176.2 kW，比三級機站運行時降低25～83 kW，比現狀實耗功率降低52.4 kW。從解算結果及現狀分析，取消－325 m機站，風量基本不影響，且能耗下降顯著。

將+14 m機站風機更換為K45-4-№15型，風機葉片角32°，取消－325 m機站，－475 m機站風機頻率調為50 Hz，總實耗功率低于現狀，風量達到49 m3/s，滿足要求。因此，建議首先將+14 m機站風機葉片角度調整到最大，取消－325 m機站，－475 m機站風機運行頻率調整為50 Hz。上部風門完善后，對通風系統進行效果測評，如果通風效果不理想，在施工條件允許的情況下，選用方案4中K45-4-No.15 型風機。

2.3 通風構筑物

優化方案的實施及效果離不開通風構筑物的有效管理，對于該系統需做好以下工作:

(1)上部已設置的風門、風墻，尤其是 －225、－275、－325、－425 m水平風門漏風嚴重，需檢查整改，避免漏風和污風循環。

(2)－475 m中段需要在副井以西運輸巷及上盤沿脈設置風門。

(3)－425、－375 m回風井與中段運輸巷之間設置風門或風墻。

3 運行效果

在礦方調整+14 m機站和－475 m機站，拆除－325 m機站，同時對上部風門、風墻檢查整改后，對井下通風系統進行了測試。改造后風機工況參數見表4。

表4 改造后風機工況參數

由表4可知，改造后通風實耗總功率為184 kW，比改造前減少44.6 kW，按年工作7000 h計算，可節約電費約31萬元，同時有效進風量與回風量均顯著提高，滿足了井下通風需要。

4 結語

通過對銀茂鉛鋅礦通風系統優化，井下通風明顯改善，且節能顯著。對于類似銀茂鉛鋅礦等通風阻力較大的礦山，采取多機站串聯通風，可解決回風問題，避免大主扇機站效率低，能耗高等問題，但應結合采空區、開采中段等實際情況，合理選取風機及匹配運行參數，否則將出現機站不匹配、污風循環和短路漏風等問題，能耗增加而通風效果不佳。

［1］ 陳宜華，唐勝衛.冶金礦山礦井多級機站通風技術節能分析［J］.現代礦業，2011(10):100-102.

［2］ 王英敏.礦井通風與防塵［M］.北京:冶金工業出版社，2006.