凡口鉛鋅礦井下通風系統可靠性分析及優化

李方波

（中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關市 512325）

凡口鉛鋅礦井下通風系統可靠性分析及優化

李方波

（中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關市 512325）

介紹凡口鉛鋅礦井下通風系統組成及其相互關系，闡述了通風系統的可靠性內涵。通過分析影響通風系統可靠性的各個因素，結合凡口鉛鋅礦的實際情況，對提高通風系統可靠性提出一些優化建議。以加強對井下通風系統管理，提高井下通風系統的可靠性，創造良好的井下作業環境，防止因通風系統原因造成安全事故。

通風系統；可靠性分析；系統優化；凡口鉛鋅礦

近幾年來，我國地下礦山發生中毒、窒息事故及死亡人數總體呈上升趨勢，井下通風問題成為礦山安全生產、職業健康的主要威脅之一。隨著凡口鉛鋅礦年產18萬t鉛鋅金屬量計劃的實施，井下開采強度進一步加大，井下通風系統的可靠性較以前顯得更加重要。本文結合凡口鉛鋅礦的實際情況，對影響井下通風系統可靠性的主要因素作出分析，對提高通風系統可靠性提出一些優化建議。

1 井下通風系統概述

凡口鉛鋅礦區處于曲江－仁化構造盆地北緣，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，礦石類型以塊狀黃鐵鉛鋅礦石為主，均為硫化礦。井下作業中段22個，中段南北走向最長在1700m以上，井深近900m。凡口鉛鋅礦由位于礦床中部的老副井、新副井、主斜坡道、獅嶺天井以及小斜井、東提升井進風，通過位于礦床東部的東風井、南部的老南風井、新南風井回風，屬于中央進風、兩翼抽風的對角式通風系統。中段采用平行雙巷式通風網絡，通過各中段回風巷及若干調配井接力回風，主要通過自然風壓和3個主回風井口的主扇風機抽出。

井下通風系統服務范圍較大，通風路線長，網絡復雜，風量分配調節困難。很多溜井、措施井、采場天井集中在一條川脈，分段平巷溜井、措施井相互交錯，回風井巷、通風設備、構筑物等較多，存在很多人為因素影響，監管困難。礦石含硫高，易氧化散熱，地壓、地熱影響十分明顯，無軌設備散熱大，導致工作面溫度極高。礦石轉運中倒礦沖擊極易產生礦塵，防塵難度大；盤區作業點過于集中，開拓與回采同時進行，放炮等作業關系協調困難，相互影響大，通風調節困難。深部區域風量不足，使得全礦的需風量很大，全礦通風能耗極大。另外通風系統經過多次擴產改造，整個通風系統相當復雜。

2 影響因素及可靠性分析

2.1 通風系統的可靠性內涵

井下通風系統的可靠性是指：井下通風系統在規定的條件下和時間內完成井下通風任務的能力。井下通風系統的可靠性高低，不僅與風流的穩定性相關，而且跟其他諸多因素相關。例如作業點的風量、風速、風流質量和溫度，防災救災能力等等。如果系統風流穩定，但不能給各個需風地點創造良好的井下氣候條件，或者某些需風點的風量不夠，則不能完成到井下通風的任務，這樣的通風系統是不可靠的。換句話說，井下通風系統是穩定的，它不一定是可靠的，但可靠的一定是穩定的。只有在規定的條件下和規定的時間內，各項指標都能達到，才能稱之為完成規定的功能，否則稱之為“故障”或者“失效”。

可靠度是系統在規定的條件下和時間內完成規定功能的概率，是時間t的函數，常用R（t）表示。

2.2 可靠性影響因素

根據以上可靠性內涵及定義來看，影響井下通風系統可靠性的因素主要有：通風方式，通風方法，通風網絡，風路的走向及變化，通風動力，扇風機的運行狀況，自然風壓的作用，通風構筑物性能，風流調節設施運行的穩定性，通風巷道的幾何形狀及尺寸，通風管理環境（通風系統的管理者、決策者、維護人員及接觸者，以及由他們所引起的行為結果，如組織管理和各種規章制度等），監控監測，災變時的應變能力，風流熱力學因子，風流含塵量及其分布情況，設備運行引起風壓的變化，以及井下這個大系統和外部環境影響等。

2.3 通風系統中“人”的可靠性

影響通風系統可靠性的人可以分為：負責實施通風系統維護的通風工，通風系統的直接管理者，通風系統的相關管理者，通風系統的接觸者。他們的行為結果都會影響通風系統的可靠性。

通風系統的日常檢查和維護主要由井下通風工直接承擔。如他們作業時的生理和心理狀態不佳，責任心不強，則對安排的工作會大打折扣，且由于操作熟練程度、技術水平等諸多因素，檢查發現問題未能及時處理，或者整改落實不到位，直接影響到他們對通風系統日常檢查和維護的效果。

通風系統的直接管理者主要承擔通風系統的管理以及通風工的管理。對通風工的管理，就是要通過各種管理手段提高通風工作業的效率；對通風系統的管理就是要做好通風系統檢查、調整分配和完善，確保通風系統的有效運行。

通風系統的相關管理者主要承擔通風系統的組織管理和各種規章制度制定和貫徹落實等。提高對井下通風安全的認識，加大井下通風管理投入，加大通風設施的優化配置、開發與更新，拓展技術培訓和實踐，不斷提高通風系統的可靠性。

通風系統的接觸者是指在日常作業活動中會接觸到通風系統的人，他們的行為動作會影響到通風系統的可靠性。例如通過風門沒有關閉，關停標明嚴禁停機的風機，撞壞風機、風墻等。

人的可靠性受心理、能力、素質、技能水平、管理等因素，還有人的大腦意識水平等因素，都會影響人的操作維護、判斷處理、管理決策，導致人的一些失誤，以及不安全的行為動作，進而影響通風系統的可靠性。

2.4 通風系統中“機”的可靠性

對于通風系統中的“機”，若將通風方式，通風方法，通風網絡，風路的走向及變化等各子系統的可靠度分別記為R1、R2、R3……Rn，對于串聯系統，通風系統的可靠度等于每個要素可靠度之積：

所以要努力提高通風系統中各子系統的自身可靠性，例如提高主通風機的穩定運行，保證風路的穩定，減小靈敏度，提高通風構筑物的砌筑質量，盡量減少通風設備、設施數量等。

所以對于部分對通風系統影響較大的關鍵設備設施，采取雙重保險措施。例如對易引起風流短路的風墻都砌筑兩道，部分區域采用局扇確保風向穩定等。通風系統是各子系統經過串并聯混合組成的復雜系統，當m個并聯系統構成n個串聯系統時，則系統可靠度為：Rm（t）＝［1－（1－R）m］n。

若用Rh表示人的可靠度，Rm表示機的可靠度，則通風系統的可靠度為：R風＝Rh×Rm。

由于可靠度都是小于1，由此可見，即使單純提高某一項的可靠度而另一項不變，那么系統的總體可靠性仍然得不到明顯改善；反之若其中一個可靠度降低，則系統的總體可靠度比任一個單項的可靠度更低。所以要提高系統的可靠性，就要找出薄弱環節，并且要綜合考慮，多管齊下，全面提高。

3 通風系統可靠性提高及優化措施

（1）根據國家有關規定計算井下生產最大需風量，由此安排每班井下供風點的個數，做好盤區回采的規劃及協調統籌。保證通風系統擁有滿足井下安全生產的足夠動力，確保主扇、輔扇風機長期可靠運行，并利用好自然風壓。

（2）優化、簡化通風網絡，理順進、回風風路，對一些穿脈、溜井、措施井進行規劃封閉和控制，減少新鮮風通過溜井、措施井形成有害角聯；保證進風盡可能從主巷和大斜坡道直接進入分段平巷，再進入采場，減少風路的調控難度和交錯影響。

（3）3個主回風井都是利用多段天井接力回風，回風段阻力大。合理利用好局扇與輔扇輔助通風，正確使用通風動力，平衡風壓；多裝輔扇，少裝局扇。對于深部或部分通風困難區域應采用多級扇接力，減少系統阻力，確保回風井、巷有足夠的負壓，減少系統反風，提高風流的穩定性，減小井下通風阻力。

（4）提高通風設備、設施的安裝質量及可靠性，減少因功能失效導致系統不穩定。合理布置通風設施和通風構筑物，對易引起風流短路的風墻都砌筑兩道；選擇可靠性高的設備，并做好日常檢查和維護保養；設施構筑要結構嚴密、堅固，提高阻斷風流構筑物的漏風率，減小通過風流構筑物的通風阻力，例如風橋兩邊風道變化要平緩，兩邊的臺階改成平滑面，中間留一條夠人員行走的臺階即可；增加調節風窗對風量的調控能力，同時盡量減少通風構筑物數量，有效減少跑風、漏風，并提高系統的穩定性。

（5）對部分開采強度較大、高硫采場、地熱大、柴油設備散熱、機電設備散熱大的作業點，供風量在計算及現場調控時應考慮適當高于規程要求，加大其通風，確保風流的質量及井下氣候條件。

（6）做好井下爆破作業管理、放炮協調及清崗、站崗，嚴控炮煙走向，杜絕炮煙等有毒有害氣體中毒；加大通風系統監管。對損壞通風設施、違反通風管理的要嚴肅處罰，以鐵的紀律保障通風系統的可靠性。

（7）實行精細化管理、標準化作業。哪怕是一點漏風都要去努力控制，風向的一點細微變化都應該將其風險最大化來對待；查漏補缺，居安思危，樹立憂患意識和高度的責任心，降低通風系統存在的風險。安全標準化作業就是要求日常工作制度化、標準化、規范化，減少人為因素造成的影響，制定各項通風管理、作業標準，將精細化管理的要求落實到具體的工作中。實行“PDCA循環”持續改進，不斷努力提高通風系統的管理效率。

（8）提高人員的素質和操作技能，定期組織理論和操作培訓，并制定考核標準。提高通風設備設施安裝、維護、檢查的質量，根據標準化、規范化要求切實落實通風系統的檢查、維護、調整控制。

（9）采取非嚴格形式的分區通風。根據幾個主要進、回風井的布置，可以將井下獅嶺上部、獅嶺深部、獅嶺南和金星嶺區域采取分區通風，回風子系統可以對目前3個主回風井負擔區域進行部分調整，形成非嚴格的獨立回風，盡可能采取獨立斷開控制，以減少相互之間的調控影響。例如在獅嶺南區域實行東、西回風巷分開做閘板門進行分別調控，減少3個主回風井中段石門的開放數量，例如金星嶺回風集中到－200m，東風井只要開放－200m一個石門給金星嶺區域回風即可。對于進風子系統，將各個進風井如同回風系統一樣實行負擔范圍劃分，可以考慮將新副井作為深部主要進風井，老副井作為東區和獅嶺盤區主要進風井，獅嶺天井作為獅嶺南區域主要進風井，小斜井、東提升井等主要作為東區進風井。大斜坡道因為運輸影響進風量只能到達－240m中段上下，－240m中段以下用來作為各個區域進風的平衡調節，盡可能減少大斜坡道長距離進風導致區域之間的相互影響，其他各個區域進風量盡量減少相互影響，以達到分區進風的目的。相互進回風不相互影響，一個子系統出現異常，不會影響到其他子系統，使影響最小化，可靠性最大化。

（10）增強通風系統的防災救災能力，定期檢驗防災救災應急能力。開展通風系統安全監控監測，防止因井下通風原因造成安全事故或擴大災情。完善落實通風防塵八字方針，做好井下主要產塵點的粉塵控制，合理設計局部凈化系統，采取防止風流污染的措施。

4 結 語

井下通風系統的可靠性研究是一項復雜的系統工程，不能只考慮“人”的因素或者“機”的因素，必須要找出薄弱環節，綜合各方面因素，采取多種措施，才能得到有效提高。通過分析研究影響通風系統可靠性的各因素，結合凡口鉛鋅礦生產實際和技術水平，針對性地采取一些可行的安全技術措施，對系統進行優化提升，實施合理科學的管理，提高井下通風的效率和通風系統的可靠性，創造良好的井下作業環境，防止因通風系統原因造成安全事故，保障井下安全生產的順利進行，無疑具有重要的現實意義。

［1］ 吳 超.礦井通風與空氣調節［M］.長沙：中南大學出版社，2008.

［2］ 歐陽文昭，廖可兵.安全人機工程學［M］.北京：煤炭工業出版社，2002.

［3］ AQ2013.金屬非金屬地下礦山通風技術規范［S］.

［4］ 陶樹銀，熊正明，程 哲，等.金屬礦山礦井通風系統優化研究［J］.礦業研究與開發，2012，32（2）：58－60，83.

2012－06－12）

李方波（1985－），男，貴州獨山縣人，注冊安全工程師，從事礦山井下通風安全管理工作。