某金礦深部通風系統優化改造

丁文軍　李廣輝　丁志浩

(1.招金礦業股份有限公司蠶莊金礦；2.煙臺市特種設備檢驗研究院)

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某金礦深部通風系統優化改造

丁文軍1李廣輝1丁志浩2

(1.招金礦業股份有限公司蠶莊金礦；2.煙臺市特種設備檢驗研究院)

摘要隨著生產規模的擴大及服務年限的延長，某金礦井下回風斷面小，工作面有效風量小，溫度高，工人作業環境差，影響井下安全生產。通過對通風系統檢測，確定對通風系統進行優化改造。投入300萬元、用時80 d全面完成了改造。經檢測，風量合格率、風質合格率及工作面溫度合格率均達到100%，且理順了風流通道，工人工作條件得到明顯改善。

關鍵詞通風系統風質風量優化改造

通風系統在礦山安全生產中起到至關重要的作用，是向井下各作業地點供給新鮮空氣、排出污染空氣的通風網絡和通風動力以及通風控制設施等構成的工程體系[1]。無論新舊礦井，都應把建立和完善礦井通風系統作為保護工人健康、提高勞動生產率的一項重要措施。

某金礦生產規模不斷擴大，開采朝著深部和周圍延伸。隨著作業面的增加，以及礦井作業面分布的變化，礦井總需風量以及各中段分風量不斷變化，礦井通風阻力及其分布也不斷變化，導致礦井通風系統復雜，總供風量不足，回風斷面小[2]。加之風流管理存在的問題，致使井下工作面有效風量小，有毒有害物質濃度高、溫度高，工人工作環境較差，給井下安全生產造成很大的不利因素。因此，急需對現有通風系統進行優化改造。

1　開采現況和通風系統

1.1開采現況

該礦目前日產礦量800 t，采用上向水平分層充填采礦方法，最低開采深度-860 m，主井地表標高30 m，采深達890 m，屬深井礦山。

1.2通風系統

礦井采用兩翼對角式通風系統，主豎井和徐家疃豎井為主要進風井，南風井為主要回風井。

1.2.1主要進風路線

(1)徐家疃豎井進風風流分為三部分:一部分直接進入徐家疃深部采區，另一部分由-620 m水平大巷送至上莊礦區深部采區，剩余部分由303盲豎井和導段天井送至上莊礦區的中部采區。

(2)380主豎井新鮮風經由九中段導段進入366盲豎井，再由366盲豎井送至-620 m水平，隨后進入大巷與徐家疃新風匯合，流至上莊礦區深部采區。

1.2.2主要回風路線

上莊礦區深部采區污風由401斜井送至-590 m 水平，再由各導段天井和351盲豎井送至-350 m水平;上莊礦區中部采區和徐家疃深部采區污風經由303盲豎井和導段天井送至-350 m水平。兩股污風在-350 m水平匯合，分別經由導段天井、輔助提升井、327盲豎井送至九中段再次匯合，由導段天井送至六中段，經南風井送至地表(見圖1)。

2　現有通風系統存在的問題

①隨著作業面的增加，總供風量遠低于生產能力需求；②深部采區工作面溫度高，沒有足夠風量降低溫度；③回風井巷斷面小，尤其是南風井回風量已接近極限風速；④礦井進、回風巷道風流紊亂，循環風、漏風嚴重。加之395盲豎井、401盲斜井將-590 m 水平與-620 m水平貫通，且未添加任何通風構筑物，導致污風經由395盲豎井再次進入深部礦區，形成循環風；⑤風流路線長，通風網絡復雜，通風構筑物不完善，以致風流控制不好，污染井下作業環境和人員健康；⑥放置于南風井處的風機風量較小，風壓較大，風機效率低，風機性能得不到有效利用[3]，造成資源浪費，增加了采礦成本，影響礦山效益；⑦同一分層前、后工作面污風串聯，存在中毒窒息事故的隱患。

圖1　上莊礦區改造前通風系統示意

2.1礦井總進、回風量評價

(1)經計算，該礦所需總風量為82.80 m3/s。而通風系統總進風41.80 m3/s，總回風47.62 m3/s，總供風量遠低于生產能力需求。

(2)該礦主要回風井為南風井和導段天井。其中南風井井筒直徑為2.50 m，斷面面積為4.91 m2，風速10.52 m/s；各導段天井規格為1.8 m×1.8 m，斷面面積為3.24 m2，風速15.95 m/s。而礦山安全規程規定，專用回風井風速不得超過15.00 m/s。

(3)上莊礦區深部采區的部分新風由徐家疃豎井經-620 m水平大巷輸送，風流路線過長，導致大量損失，風流溫度升高，無法達到深部通風降溫的效果[4]。同時徐家疃深部采區缺少專用的回風井巷，導致污風進入-620 m水平與新風混合，污染送往上莊礦區的新鮮風流，影響風流風質。

2.2礦井主要風機工作狀況評價

(1)按《金屬非金屬礦山通風技術規范》的要求，主力風機的全壓效率要達到70%，南風井風機全壓效率最高為60%，靜壓效率為59%,達不到標準要求。

(2)南風井井底風機型號為K40-6-No21，葉片安裝角35°，合理工作范圍內的風量為50～90 m3/s，風壓為889～2 666 Pa。經測定，本臺風機工況點風量為47.62 m3/s，風壓2 775.8 Pa。由風機特性曲線可知，這臺風機風量較小，風壓較大，風機效率未能達到規范要求，風機性能得不到有效利用。

3　通風系統改造

該礦上莊礦區目前采用統一通風系統，為了解決井下空氣溫度高和可靠性，將現有的統一通風系統改造成兩個分區通風系統，即東采區分區通風系統和西采區、中采區分區通風系統。東部分區通風重點解決井下空氣高溫和風量不足問題，考慮到中部采區2～3 a即將結束，西、中部分區通風系統暫不做大的變動。

3.1風量計算

由于東部采區采深已達到900 m，為深井開采，宜采取加大工作面風速的方法實現降溫[5]。依據《金屬非金屬地下礦山通風技術規范》(通風系統)規定，東部采區采深最大，每個掘進工作面風速暫取1 m/s，每個采場風量暫取7 m3/s；西部采區每個掘進工作面風速暫取0.5 m/s，每個采場風量暫取5.5 m3/s；中部采區工作面深度不大，每個掘進工作面風速選取0.25 m/s，每個采場風量取2 m3/s。

由于礦井通風系統是由相互關聯、相互制約的眾多因素構成的動態復雜系統[6]，存在內外漏風、分風不均衡等多種不可準確估計的因素，優化方案中風量備用系數取1.1。經計算:東部采區風量合計55 m3/s；西部和中部采區風量合計60 m3/s。

3.2通風網絡優化

3.2.1東部采區

東部采區工作面新風由380主豎井輸送至六中、九中，經366盲豎井送至-620 m平巷，再經395盲井送至工作面。污風經回風斜井送至-590 m平巷，經導段天井到達-500 m平巷，再依次經過351盲豎井、十三中平巷、輔助提升井、九中平巷、導段天井和主斜井，排至地表(圖2)。

圖2　東部采區通風系統示意通風線路為：1—2—3—5—6—7—8—9—10—11—12—13—14—15—16—17—18

3.2.2西部、中部采區

目前西部采區主要集中在290盲豎井深部，中部采場主要分布在-470，-500，-530，-560 m 4個中段，中部新鮮風流由297豎井進風。在現有通風網絡的基礎上，為了不使西部采區的污風污染中部各分段，設計風路如下：

西部風流由297豎井進至-760 m水平后，由粉礦回收巷、290天井進到西部各深部采區，污風經采場天井、-590 m水平巷道、303盲豎井、上部中段天井到達六中后，由南風井送至地表。

中部采區的新鮮風流由297豎井進至-620 m大巷后，再經中段天井到達-560，-530，-500，-470 m 各中段采場內，污風由-470 m大巷回至303盲豎井，最后由南風井排出，其中-470 m工作面的新風和污風由局部通風解決(見圖3)。

為了防止污風串聯，上莊礦井各水平需進行后退式開采，這對中部采區的-470，-500，-530，-560 m 水平開采更為重要，而且要保持上部水平的回采超前下部水平。為了解決-530 m水平的新風供給問題，需將該水平的平巷掘通到316線的導段天井處。

3.3井巷風速校核

根據通風設計風量要求，凡風速不合格的巷道均需擴幫。

東部采區通風系統井巷中-620 m平巷和九中至七中回風天井井巷風速不符合,需校核。西部及中部采區通風系統井巷中南風井六中聯絡巷處風速正好處于極限風速的邊緣，從經濟角度出發，應對其進行擴幫。

圖3　西部、中部通風系統示意

第一條通風線路風流節點：1—3—4—5—6—12—13—19—20—21—22—23—24—25—26—27—28；第二條通風線路風流節點：1—2—10—14—15—16—17—18—19—20—21—22—23—24—25—26—27—28。

4　通風系統改造

4.1工程量及費用

東部采區，西部、中部采區通風系統改造實際施工工程量及費用見表1。

4.2通風構筑物

為了保證風流沿設計路線流動，需要添加相應的通風構筑物[7]。由于主斜井出口段在工業區內，應采取密閉措施進行高空排放。共需構筑27個雙層風門，7個單層風門，43個風門需要封閉(見圖4)。修建各種通風構筑物共需費用20.6萬元。

表1　東部、西部、中部采區通風系統工程量及費用

5　改造后系統測評

5.1通風系統實施情況

優化后的通風系統實現了分區通風，西部和中部為一個分區，東部為一個分區。東部采區對-620 m 進行了擴幫，對部分回風天井進行疏通，并按照設計施工了通風構筑物。在9中安裝了一臺FDCZ(A)-6-No20 2×250 kW風機。

(1)東部分區通風系統。380主豎井進風，風流經六中和九中兩個水平進入366盲豎井，經-620 m水平至395盲豎井進入-740和-780 m工作水平。污風經采場天井回至-590 m，經導段天井進入351盲井、341盲井，經斜井排至地表。風流按照設計有序流動，尤其是366盲豎井由改造前回風變為進風，該處的溫度明顯降低，氣溫明顯改善。

(2)西部、中部分區通風系統。西部風流由徐家疃豎井進至-760 m中段后，經290天井進到西部各深部采區，污風經采場天井、-590 m水平巷道、303盲豎井、上部中段天井到達六中、再經風機、南風井送至地表。

圖4　上莊礦區改造后通風系統示意

中部采區的新鮮空氣也由徐家疃豎井進入，至-620 m大巷后，經中段天井到達-560,-530,-500,-470 m各中段采場內。污風由-470 m水平大巷回至303盲豎井，與西部污風匯合，最后再經南風井排出。

5.2通風系統改造效果

(1)東部采區通風系統測定。系統改造前366盲豎井回風，東部通風系統改造后366盲豎井變為進風，則盲豎井提升和該井上、下部石門的行人都處于新鮮風流中，避免了污風的危害。

東部通風系統改造前，-620 m水平的395石門的風流主要來自徐家疃及-590 m循環風，風流溫度28.4 ℃，體感溫度高，人員舒適度差。系統改造后，流經395石門的是新鮮風流，其溫度降低為24.7 ℃，風量也加大至22 m3/s，人員舒適度明顯改善。

系統改造前，-780 m水平395石門風流溫度達到30.7 ℃。系統改造后，風流溫度已經降到26.5 ℃。

(2)西部和中部采區通風系統測定。經測定，西部、中部通風系統的風質合格率100%，氣溫合格率93.8%,均達到改造要求。

5.3系統分析與評價

(1)上莊礦區通風系統分為兩個通風系統，東部一個系統，西部和中部一個系統，不僅減少系統間相互干擾，而且便于通風管理。

(2)風流由東部井巷直接送到東部深井開采區域，不僅減少了風流流經的長度，降低了供風溫度，而且可以減小阻力，節能降耗。

(3)入風風流在-108 m和-198 m流經長度長，雖然增大了阻力，但對調節風流溫度有利。尤其是夏季氣溫高時，風流通過該段巷道，可以降低入風氣流溫度[8]。

(4)366豎井實現了進風，通風系統符合礦山安全規程要求。原有系統的風流在-590～-620 m循環，致使進入-780 m工作面風流溫度高。改造后的系統，解決了該部分風流循環問題，不僅風量提高，而且工作面風流溫度顯著降低，工人作業環境得到明顯改善，有利于保證工人健康和勞動生產率的提高。

6　存在問題及改進方向

(1)礦山在進行開拓設計時，不僅要考慮運輸，還要兼顧通風系統，巷道規格一定要全面論證，避免以后對巷道二次擴幫。

(2)在日常通風管理中加大通風管理力度，對通風構筑物要制定專項的管理制度，減少漏風及污風循環的出現，提高有效風量和風質。

(3)在東部采區通風系統中，由于工期短，通風阻力還是較大，將351盲豎井從十三中連接至九中(施工一條300 m的斜井)，再對-590 m水平擴幫(由2.4 m×2.3 m擴至3.8 m×2.7 m),東部采區通風阻力則會降至2 758 Pa,則風機功率從2×250 kW降到了2×110 kW,年可節約電費100萬元,這是東部通風系統下一步改造的問題。

(4)西、中部采區通風系統沒做大的變動，除增加必要的通風通道和天井擴幫外，維持現有的主扇運轉，相應調整主扇工況，按現有主扇能力，理順通風風路，投入的工程較少。

(5)考慮到東部采區深部開采在未來4～5 a將延伸至-860 m水平以下，如果將來深部開采通風不能滿足的情況下，一旦條件具備，應將351盲豎井掘通至地表，取代主斜井回風，形成東部較完善的分區通風系統。

參考文獻

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(收稿日期2016-05-03)

丁文軍(1966—),男，高級工程師，265402 山東省招遠市蠶莊鎮。