金属非金属矿山通风设计及应用

金属非金属矿山通风设计及应用

王陈红1钱鸣2

1.安徽省池州市金森矿业有限公司安子山硫铁矿池州247155；

2.池州市正信安全技术咨询有限公司池州247100

摘要：国家对能源需求量的增多，使得金属矿和非金属矿企业的发展极为迅速，为此，人们对于金属矿和非金属矿开采的安全性要求也就更高。在我国的矿山开采过程中，是需要建立完善的矿井通风网络系统的，矿井通风作为矿山开采中的一个重要组成部分，我是矿井安全生产的重要保障，同时对于改善劳动环境也有着积极的作用。矿井通风的建立主要是为了保证井下用风地点有良好的新鲜风流、满足作业人员的需风要求，从而使井下工人的安全、健康得到保障，进而提升金属矿和非金属矿企业的生产效率和经济效益。基于此，本文将对金属非金属矿山通风设计进行详细的分析和探究，并采取科学合理的应用手段，从而促进矿山通风的安全。

关键词：金属非金属；矿山通风；设计与应用

金属非金属矿山的类别是多种多样的，其生产作业环节多，工作环境恶劣，对生产安全造成影响的因素数量众多，其中尤以通风安全事故发生的几率最多。每年发生通风安全事故的概率占各个行业事故发生概率的第三位，这极大的降低了各金属矿和非金属矿企业的经济效益，并造成了巨大的人员伤亡。为此，我么就需要拥有一套完善的金属非金属矿山通风设计，这样就可以减少通风安全事故发生的几率，同时要拥有良好的应用方案，这样才能提高通风系统工作效率，从而促进矿山生产质量的提高。

1、工程概况

安徽省池州市金森矿业有限公司安子山硫铁矿通风系统是随着矿山生产的发展及开采条件的改变逐步形成与完善的，现有中央多井进风、两翼排风的多级机站通风方式于1992年全部安装完毕并投入使用，随后公司自行组织了系统调整，于2001年对系统进行了优化改造，现有通风系统新鲜风流主要从中部的1#风井、老斜井、1#竖井、3#竖井以及1#盲斜井、3#盲斜井、4#斜井和5#斜井进入坑内，污风从两翼的4#回风井、2#回风井、3#回风井东支、西支、93#风井、东部风井等回风井排出地表。

2、矿山通风设计的内容与要求

矿山通风设计的内容包括矿山通风系统的确定，对矿井风量的计算和分配；对通风阻力的计算，对通风设备的选择以及对通风费用的大致估算。矿山的设计要求将足够的新鲜空气快速有效的输送到井下的工作场所，由此创造良好的生产和劳动的条件，矿山通风系统的设计应简单，具有稳定的风流且易于管理，具备一定的抵御灾害的能力，在事故发生时容易管理和控制，保证人员的安全撤出；具备符合通风规定的井下环境以及安全的质量监测系统或是检测措施体系，通风系统的基础建设投资节省，具有较低的运营费用，具有较好的综合经济效益。

3、矿山通风优化设计

3.1矿山通风设计支持系统研制

矿山通风系统的整体优化和设计的理论和方式还应以计算机为设计的工具，然而在当前的计算机硬件和软件水平状况下，自动化的设计模式相对困难，由此，矿山通风系统设计中的计算机软件应以设计决策的支持系统为中心。

3.2监测点的最优布局

随着采矿行业的发展，矿床的开发规模逐渐扩大，矿山的通风系统规模也随之扩大，通风系统的复杂性也在一定程度上得到了提高。尤其在矿山通风系统中多级机站的采用，致使通风系统的工作量逐渐增加。从而传统的人工经验的通风系统管理方式越来越难以满足人们对社会效益和经济效益的要求。由此应利用计算机以及相应的系统工程，建立矿山通风系统的优化管理和自动监控模式，保证矿山通风系统的安全可靠经济运行。由此应在矿山通风系统的适当位置安排相应数目的监测点，并提供必要的监测点的数量信息，从而实现对系统运行状况的有效反映，由此实现了计算机对通风系统的在线优化管理。由此可见，通过对矿山通风测量的监测点的最优化布局理论的研究具有实际的意义。

3.3矿山通风系统的设计

每一个金属非金属矿山都必须需拥有自身完整的独立通风系统。进风井囗的设计应该先分析好当地全年风向频率，进而布置在不受粉尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的位置。箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，若是想要用作回风井使用，我们就必须采取一些措施，保证通风系统的安全。多风机通风系统若是能够满足风量按需分配，则可以使各主要通风机的工作风压相接近。在矿山的每一个生产或采矿区，都应该布置回风巷，实行分区通风。矿井下的爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中，同时还要保证井下充电室也具有单独的新鲜风流通风。

4、实际工程的设计

4.1－56以下中段需风量计算

（1）回采工作面需风量计算。①按炸药消耗量计算消耗炸药需风量：Q回=25A回=336m3/min=5．6m3/s②按作业人员数量计算Q人=4×n=320m3/min综合上述两个结果取最大值，故采场所需风量为Q采=5．6m3/s

（2）掘进工作面需风量计算。①按排尘要求计算风量Q掘=S×V式中：S为采场作业过风断面积，m2；S=10．4m2（取主巷）；V为采场作业面排尘速度，m/s；取V=0．25m/s；代入数据计算得Q掘=10．4×0．25=2．6m3/s②按爆破后排烟要求计算风量中南大学公式Q掘=N×L×S/t式中：L为爆破后爆烟充满巷道长度，m；L=50m；S为巷道过风断面积，m2；S=10．4m2（取主巷）；t为通风时间，s；t=20min=1200s；N为采场中炮烟达到允许浓度时，风流交换倍数，试验得N=10～12，建议取大值；取N=12；代入数据计算得Q掘=5．2m3/s综合以上两个结果取最大值，故掘进工作面所需风量为：Q掘=5．2m3/s；

（3）硐（药）室需风量计算井下炸药库、变电硐室、破碎硐室和主溜井卸矿硐室需单独给风。计入矿井总风量，其他硐室虽分风，但回风可重新使用不计入矿井总风量中。具体按经验值直接选取。

（4）总需风量计算：Q需=（Q回+Q备+Q掘+Q硐）×K=86．02m3/s（k为矿井通风系统备用系数，取1．15～1．25。）

4.2准备设计进风量

Q设=ηSV=41．30m3/s配装扇风机风量计算Qf=ρQ设=1．1×41．3=45．43m3/s

4.3通风阻力

根据经验值，摩擦阻力一般占矿井通风阻力的90%，局部阻力一般只占矿井通风总阻力的10%。

（1）摩擦阻力。h=∑（a·L·P·Q2/S3）=ＲQ2式中：h为矿井通风总阻力，Pa；a为风巷摩擦阻力系数，kg·s2/m4；L为风巷长度，m；P为风巷净断面周长，m；Q为通过风巷的风量，m3/s；Ｒ为风巷摩擦风阻。将以上计算出来的各数值进行测算（其中表中的所列数值：空气为1．2kg/m3时的数值），1）困难时期的摩擦阻力H1=1031．97Pa.2）容易时期的摩擦阻力H2=261．07Pa

（2）通风阻力。沿着风路，将各区段的摩擦阻力叠加起来并考虑适当的局部阻力系数，即可算出通风容易和困难时期的井巷通风总阻力分别为：hrmin=∑hfmin+hrmin=1．1×261．07Pa=287．18Pahrmax=∑hfmax+hrmax=1．1×1031．97Pa=1135．17Pa

4.4矿井全风压

4.4.1自然风压

设计考虑自然风压，主井井筒深度522m，地面大气压力约为636mmHg，进风井日均温度310℃，出风井日均温度200℃出风流平均密度：Ρ1=0．003484P/T=0．003484×636×13．6×9．8&pide;（273+20）=1．0079（kg/m3）；进风流平均密度：Ρ2=0．003484P/T=0．003484×636×13．6×9．8&pide;（273+31）=0．9714（kg/m3）；自然分压为：Hn=HgΡ1－HgΡ2=522×9．8×（1．0079－0．9714）=186．72Pa

4.4.2全风压

根据以上计算，自然风压按186．72Pa，则考虑自然风压之后，通风容易时期全风压为：473．9Pa；通风困难时期全风压1321．89Pa

4.5等积孔

容易与困难时期的矿井总风阻和等积孔计算如下：Ｒmin=hmin/Q2=473．9/2064=0．2296N·S2/m8Ｒmax=hmax/Q2=1321．89/2064=0．6404N·S2/m8Amin=1．19/√Ｒmin=2．48m2Amax=1．19/√Ｒmax=1．48m2

4.6扇风机选型

按上述计算参数Q=45．43m3/s；Pq=1321．89Pa，参照设计手册，选取两台K40－6－NO17－75kW扇风机，一台备用。

结语

综上所述，我国现今的金属非金属矿山安全生产的稳定发展，主要是由于通风系统的设计合理，从而使矿山安全得到保障，而井下工作人员也拥有健康、安全的工作环境。为此，在对金属非金属矿山通风系统进行设计时，一定要根据实际的矿山情况，科学合理的制定设计方案，并加以实施，同时也要提高设计人员的设计水平和综合素养，并且提升其对通风安全重要性的认知，这样才能使矿山通风系统的工作效率提升，进而在应用中使通风系统的优势完全发挥出来，保障矿井下的通风安全。

参考文献

[1]矿井通风设备的选型探讨[J].朱建国.山西煤炭.2013（08）

[2]高职“矿井通风”课程的教学改革及探索[J].尚秀全，马艳.科技创新导报.2018（33）

[3]关于矿井通风管理的思考[J].赵川.居舍.2017（20）