一种竖井井筒施工通风降温方法
阅读说明：本技术 一种竖井井筒施工通风降温方法 (Ventilation and cooling method for shaft construction of vertical shaft ) 是由 陈成 王卫生 张弛 韩天恩 钱芳 于 2021-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大直径特深竖井井筒施工通风降温方法,包括如下步骤：步骤一：设计参数及选购设备设施；步骤二：井筒正规下掘后,在地表井口附近或风机硐室安装1台对旋式风机,在井筒安装1趟硬质保温风筒,风机只开二级电机或一、二级电机全开,将新鲜风压入到作业面,污风排出井筒；步骤三：当井筒施工到井深(L1+15)m时,在井深L1m位置安装1台对旋式风机,将污风排到地表,地表风机将新鲜风压入到作业面；步骤四：当井筒施工到一定深度L2时,在地表风机附近安装制冷系统,冷的新鲜风由地表风机经保温风筒压入到作业面,污风由井深L1位置处的风机排到地表,以上设备一直工作到井筒施工结束。本发明为大直径特深竖井井筒施工创造了安全而舒适的工作环境。(The invention discloses a large-diameter ultra-deep shaft construction aeration cooling method, which comprises the following steps: the method comprises the following steps: designing parameters and purchasing equipment and facilities; step two: after a shaft is dug normally, 1 contra-rotating fan is installed near a surface well mouth or a fan chamber, 1 hard heat-preservation air cylinder is installed in the shaft, the fan is only started by a second-stage motor or a first-stage motor and a second-stage motor are started completely, fresh air is pressed into an operation surface, and dirty air is discharged out of the shaft; step three: when a shaft is constructed to the well depth (L1+15) m, 1 counter-rotating fan is installed at the well depth L1m, dirty air is discharged to the ground surface, and fresh air is pressed into an operation surface by the ground surface fan; step four: when the shaft is constructed to a certain depth L2, a refrigerating system is installed near the surface fan, cold fresh air is pressed into the working surface by the surface fan through a heat preservation air cylinder, dirty air is discharged to the surface by the fan at the position of the shaft depth L1, and the equipment works until the shaft construction is finished. The invention creates a safe and comfortable working environment for the construction of the large-diameter ultra-deep shaft.)
技术领域
本发明涉及矿山通风设备技术领域，尤其涉及一种大直径特深竖井井筒施工通风降温方法。
背景技术
随着浅部矿藏资源的日渐枯竭及机械化程度的提高，矿山开采深度逐渐增加，矿山开采规模逐渐增大，相应地竖井井筒越来越深，井筒的直径也越来越大。目前国内的最深竖井净直径6.8米、井深1599.2米(在建)，最大直径竖井净直径10.5米、井深611.7米，即将施工的最深竖井净直径10.5米、井深2005米。预计国内净直径不小于10米、井深超过2000米的竖井会越来越多，将这种净直径不小于10米、井深超过2000米的竖井称为大直径特深竖井(国内将一次掘砌施工成井深度大于1200米的竖井称为超深竖井)。
目前国内井深超过1400米竖井井筒(净直径一般不超过8米)施工期间， 如图4所示，一般采用双硬质风筒压入式通风——在井口附近布置两台对旋式 风机，通过两趟硬质风筒将新鲜风压入到作业面，污风排出井筒；或如图5所 示，采用混合式通风——在井口附近布置一台对旋式风机，通过一趟硬质风筒 将新鲜风压入到井筒某一深度，风筒接到该位置，在再该位置以上大于10米处 安装一台对旋式风机，通过一趟硬质风筒将作业面污风吸到此处以排出井筒。
由于大直径特深竖井具有其特殊性，特殊性之一表现在井筒每次爆破炸药消耗量一般超过900KG，至少是非大直径特殊竖井每次爆破炸药消耗量的2-3倍，每次爆破产生的炮烟很多，井深又增加了排出炮烟的难度；特殊性之二表现在井深超过1400米后，1400米位置所处岩层地温一般超过40℃，在通风的同时还要考虑降温的要求。因此，上述通风方法不再适用于大直径特深竖井井筒施工时的通风，寻求一种大直径特深竖井井筒施工通风降温方法是十分必要的。
现有专利号CN201210106819.7公开了一种隧道通风竖井节能快速施工方法，解决了现有隧道通风竖井采用正井法施工存在上述不足之处的问题。a、测量定位竖井位置；b、对竖井口地质进行加固施工，与此同时，从竖井口向下开挖竖向排碴孔，且从隧道正洞向竖井位置掘进至与竖向排碴孔相通；c、采用钻孔与爆破结合的方法进行竖井掘进；d、当竖井掘进到一定深度后，竖井上部进行二衬施工，且二衬施工与竖井施工同步进行；e、安装竖井通风设备。在现有技术中的双硬质风筒压入式通风，虽然风量能满足大直径特深竖井掘砌施工通风要求，但是因井深超过2000米，风机的风压很难满足要求，同时风筒消耗量大，硬质风筒难以安装，则会导致工程的施工工期的延长；而混合式通风虽然能满足大直径特深竖井掘砌施工的通风要求，但是很难兼顾到大直径特深竖井掘砌施工的降温要求。因此这两中方式都无法很好的满足于对大直径特深竖井井筒的施工方案中去。
发明内容
本发明解决的一个技术问题是为解决背景技术中所提出的问题，适应矿山工程发展的需要，提供一种大直径特深竖井井筒施工通风降温的方法。
本发明采用的技术方案是：包括以下步骤：
S1：首先计算好第一段、第二段和第三段施工深度的距离，第一段施工深度为≤(L1+15)m，第二段施工深度为(L1+15)m～L2m，第三段施工深度则≥L2m；并要设计好风机、风筒和制冷机组的参数，并根据以上参数选购合适的风机、风筒和制冷机组；
S2:对第一段开始进行施工，将井筒正规下掘后，在地表井口附近或风机硐室安装一台地表风机，并在井筒设计位置安装一趟硬质保温风筒，其中风机硐室的位置处于地表下2m左右的位置，硬质保温风筒距离作业面要小于10m，并在距离作业面40m以内硬质保温风筒接胶质阻燃风筒；风筒随着井筒掘砌的进行不断向下延伸的同时，根据计算井筒内所需要的风量，来确定地表风机电机的打开程度，将新鲜风压入到作业面，并将污风排出井筒；
S3:当施工深度到达第二段施工深度时，即当井筒施工深度到井深(L1+15)m 时，在井深L1的位置安装1台对旋式风机，并利用在井筒设计位置安装的一趟风筒，将风筒与对旋式风机相连；风筒随着井筒的施工从地表逐渐向下安装到 L1的位置；对旋式风机一直处于工作状态，将污风排到地表，地表风机并将新鲜风压入到作业面；
S4:当施工深度到达第三段施工深度时，即当井筒施工深度达到L2时，此时深度的作业面湿球温度即将超过27℃，要在地表风机附近安装一套制冷系统，制冷系统制造的冷风由地表风机经保温风筒压入到作业面，污风则由井深L1位置处的对旋式风机排到地表，以上通风降温设备需一直处于工作状态，并直到井筒施工结束。
作为本发明的进一步改进，所述L1为不连续的几个数，即在施工深度不断向下的情况下，对旋式风机可以向下移动到适当的位置，同时连接风筒。
作为本发明的进一步改进，所述S2中地表风机电机的打开程度，为电机只开二级电机状态或一、二级电机全开状态。
作为本发明的进一步改进，所述S1中关于L1、L2距离的计算以及所需风量的计算和相关设备的设计等采用局部通风理论中的“絮流形变”理论。
本发明具有的有益效果：1、与现有技术相比，本发明从设计方案商采用的是分段式通风降温措施，优化通风降温结构，使得在使用过程中能够降低通风降温费用，发挥较好的经济效益；2、与现有技术相比，本发明解决大直径特深竖井井筒施工通风降温的所存在的井筒深、炮烟多且难排出以及地温高的难题，为大直径特深竖井井筒施工创造安全而舒适的工作环境；3、与现有技术相比，本发明引用范围较广，还能够适用于其他类型竖井井筒及巷道施工通风降温的需求，尤其是长距离、高温井巷工程施工的通风降温要求，只需修改相关数据即可；4、与现有技术相比，本发明施工方案建议，实施简单，使用设备种类较少，安装简易，有效缩短施工工期，提高施工效率，有利于资源的合理配置。
附图说明
图1为大直径特深竖井井筒在井深0～(L1+15)m段施工通风示意图。
图2为大直径特深竖井井筒在井深(L1+15)m～L2m段施工通风示意图。
图3为大直径特深竖井井筒在井深超过L2m段施工通风示意图。
图4为常用的超深井筒双硬质风筒压入式通风示意图。
图5为常用的超深井筒混合式通风示意图。
图中所示：1.地表风机，2对旋式风机，3.制冷系统，4.硬质风筒，5.胶质阻燃风筒，6.硬质保温风筒，7.风筒，8.新鲜风，9.污风，10.冷风。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的说明。
如图3所示，总体通风降温方案：在地表井口附近或风机硐室(处于地表下 2m左右位置)安装1台地表风机1，通过1趟硬质保温风筒6将新鲜风8压入到作业面，硬质保温风筒6距作业面小于10m，距作业面40m以内接胶质阻燃风筒5，根据计算所需风量确定地表风机1只开二级电机或一、二级电机全开(井深的不同或是否排除炮烟所需的风量不同)，污风9排出井筒；
如图2所示，当井筒施工到井深(L1+15)m时(L1≥1200m)，在井深L1位置(一般是马头门位置)安装1台对旋式风机2，将污风9通过风筒7排到地表，风筒7 可以是硬质风筒4或胶质阻燃风筒5,地表风机1将新鲜风8压入到作业面；
如图3所示，当井筒施工到一定深度L2(在该深度采取以上通风方法作业面湿球温度即将超过27℃)后，通过在地表安装的制冷系统3，制造出的冷风10由地表风机1经保温风筒压入到作业面，污风9由井深L1位置处的对旋式风机2排到地表。
具体工作方式，步骤一：根据井筒相关特征设计风机、风筒、L1、L2、制冷机组等参数，并选购风机、风筒及制冷机组；步骤二：井筒正规下掘后，在地表井口附近或风机硐室(处于地表下2m左右位置)安装1台所设计型号的风机，在井筒设计位置安装1趟所设计型号的硬质保温风筒，风筒距作业面小于 10m，距作业面40m以内接胶质阻燃风筒，风筒随着井筒掘砌的进行不断向下延伸，根据计算所需风量确定地表风机只开二级电机或一、二级电机全开，将新鲜风压入到作业面，污风排出井筒；步骤三：当井筒施工到井深(L1+15)m时，在井深L1位置安装1台所设计型号的风机，利用在井筒设计位置安装的1趟所设计型号的风筒(一般该风筒随着井筒的施工从地表逐渐向下安装到L1位置)，将风筒与风机相连，该处风机一直工作将污风排到地表；步骤四：当井筒施工到一定深度L2时，在地表风机附近安装所设计型号的制冷系统，制冷系统制造的冷的新鲜风由地表风机经保温风筒压入到作业面，污风由井深L1位置处的风机排到地表，以上通风降温设备一直工作到井筒施工结束。
进一步改进，L1为不连续的几个数，即在施工深度不断向下的情况下，对旋式风机可以向下移动到适当的位置，同时连接风筒。可以根据不同的施工条件和具体施工环境，做出不同的调整，能够有效将污风排出，给作业面下的工作人员提供一个良好的工作环境。
进一步改进，S2中地表风机电机的打开程度，为电机只开二级电机状态或一、二级电机全开状态。根据使用情况进行合理调控，有利于节省电的使用，满足绿色发展需求，合理配置资源。
进一步改进，S1中关于L1、L2距离的计算以及所需风量的计算和相关设备的设计等采用局部通风理论中的“絮流形变”理论。局部通风理论是本通风降温方法的理论依据，苏联B.H.沃洛宁博士根据“紊流形变”理论，导出的根据作业面炸药消耗量计算所需风量的公式(压入式通风式中Q——作业面所需风量，m3/min；A——同时爆破炸药量，kg；b——每公斤炸药爆破产生的一氧化碳量，m3/kg；S——井筒净断面积，m2；L——井筒深度或炮烟稀释安全长度，当井筒深度＜炮烟稀释安全长度时取井筒深度，m；Pq——风筒进出风量比；Cp——一氧化碳浓度允许值，b＝0.02％；t——通风时间，min)，是本方法的理论基础。每个爆破掘进作业面所需风量，应按瓦斯或二氧化碳涌出量、炸药消耗量、最小风速和作业面人数分别计算，取它们当中的最大值(不能超过最大风速要求)。大直径特深竖井的特点，决定了按炸药消耗量计算的所需风量最大，因此大直径特深竖井作业面所需风量由按炸药消耗量计算的风量确定，B.H.沃洛宁公式中A、b、S、Pq、Cp是定值，而t越小越好，要想降低作业面所需风量Q，只能想方法减小L，本发明采取在井深L1(L1≥1200m)位置增加1 台对旋式风机，将炮烟通过风筒排到地表，使得L＝(井筒深度-L1)m≤(井筒深度-1200)m，以达到降低作业面所需风量Q的目的。
本发明实施方案为国内某金矿即将施工的大直径极深竖井通风实施方案为例。该金矿竖井净直径10.5米、井深2005米，1200m处岩石温度36.8℃，1600m 处岩石温度47.5℃，2000m处岩石温度58.4℃。
设计参数及选购设备设施：L1＝1335m，L2＝1500m(预估，根据实际情况调整)，各通风参数《通风参数表》所示，地表风机1为SDF(B)-No12.0-2×90kw-1480 型对旋式风机，风机2为SDF(B)-No11.5-2×75kw-1480对旋式风机，风筒5为直径Φ1200mm的胶质阻燃风筒，风筒6为直径Φ1200mm的硬质风筒，风筒7为直径Φ1200mm的胶质阻燃风筒，制冷系统3应根据井筒施工到井深1300m左右位置时的实际情况进行设计及选型。
通风参数表
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了良好舒适的施工环境，并且能够适用于不同类型的井下施工方案，适用范围较广；并且能够有效缩短工期，提高经济效益，合理配置资源。
本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。
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