分區聯合通風方案在深部礦山開采中的應用

馮 壹，肖旭峰，陳 偉

(湖南黃金洞礦業有限責任公司， 湖南岳陽市 410400)

分區聯合通風方案在深部礦山開采中的應用

馮 壹，肖旭峰，陳 偉

(湖南黃金洞礦業有限責任公司， 湖南岳陽市 410400)

由于黃金洞金礦金塘礦段逐步轉向深部開采，原有的自然通風系統已不能滿足生產需求。通過研究分析原有通風系統存在的問題，在充分利用原有通風井巷工程的基礎上，提出了分區聯合通風方案，并確定了通風參數和主扇風機的型號。生產實踐表明，通風系統經過改造后，大大改善了礦井通風效果，滿足了生產對通風的需要。

通風系統；分區聯合通風；通風改造；應用效果

0 引 言

礦井通風系統是井下安全生產的重要保障，是確保井下作業人員生命安全、促進企業高效生產的先決條件[1-3]。隨著礦井向深部開采，許多礦山企業原有的通風系統已經不能滿足安全生產要求[4-5]。

湖南黃金洞礦業有限責任公司位于湖南省平江縣黃金洞鄉境內，是集采、選為一體的大型礦山企業，主要產品為金精礦[6]。公司所屬金塘礦段已有較長的開采歷史，之前一直利用主、副斜井及與地表相通的采空區高差形成的自然通風系統服務于井下生產，隨著礦井向深部延展，自然通風系統已經越來越不能滿足安全生產對通風的需求。本研究在剖析原有通風系統問題的前提下，提出了適用于本礦井的分區聯合通風系統改造方案，并在生產實踐中取得了良好的效果。

1 礦山原通風系統和存在的問題

黃金洞金礦金塘礦段自投入生產以來，一直未建立完整的機械通風系統，僅利用原有的主斜井、盲副斜井及與地表貫通的采空區形成的受氣候條件影響大的自然通風系統，工作面通風則采用局扇將風送入工作面。經測定，總進風量為15 m3/s，該風量已遠不能滿足生產需求，近來，井下已多處出現通風不良現象。同時，自然通風系統不能控制系統內穩定的風流流向，隨氣候變化，還出現風流反向現象，原有通風系統已不能適應礦山安全生產要求。

原通風系統存在的主要問題有:

(1)簡易的自然通風系統通風風量少，且不穩定，隨天氣變化而變化，當春夏或秋冬地面溫度和井下溫度基本一致時，井下自然通風的風量將很少，遠不能滿足通風降塵和排炮煙的要求。

(2)自然通風隨天氣變化，其風壓大小、風流方向也隨之發生變化，導致風流、風量難以控制。

(3)采場大都采用局扇通風，污風有時又回到進風道，在自然風壓作用下風流無序流動，常形成循環風流，污風亂串，致使風質差，無法形成有組織的進回風系統。

2 通風系統改造

2.1 通風系統改造方案

根據礦井通風改造遵循的原則并結合礦山實際，提出并實施了新的通風系統改造方案。

(1)該礦井當前的自然通風方式不能滿足安全生產對通風要求，必須采用機械通風，為了便于管理，減少入風井漏風，宜采用抽出式通風系統。

(2)充分利用3條礦脈已形成的井巷工程布置和通風井巷工程，同時為確保主要運輸巷道不受污染，采用分區聯合通風方案，即3號脈為一個通風分區(1號通風分區)，1號脈為一個通風分區(2號通風分區)，301號脈為一個通風分區(3號通風分區)，3號脈的東部和301號脈的西部共用通往地表的回風系統，3號脈的西部和1號脈共用通往地表的回風系統，3號脈和301號脈共用進風系統。采用分區聯合通風系統具有風路短、阻力小、網絡簡單、風流易于控制等優點。

(3)在保證完成采掘計劃的前提下，盡可能縮短生產戰線，生產中段集中在2～3個中段進行作業，以利于礦井安全生產、通風管理和風量的合理調配。

(4)在充分利用原有井巷的基礎上，中段通風網路在嚴格遵守采礦順序基礎上確定為上行階梯式通風網路，當采用多中段作業不能形成上行階梯通風網路時，可結合礦山生產實際采用上下行間隔式通風網路。

(5)為了搞好通風安全技術管理，必須建立通風安全管理機構，配備必要的儀器設備、通風安全管理人員。

(6)根據本礦的具體情況，為了應急處理意外安全事故，需要配備礦井安全救護器材，完善事故應急救援預案和相關設施。

分區聯合通風方案示意圖如圖1所示，新鮮風從斜井或者盲斜井進入各中段，流經采場后形成污風，污風匯聚到回風井，最后利用風機抽出回風井中的污風，將其排到地表外。

圖1 分區通風方案

2.2 通風參數計算

(1)總風量。礦段所需風量采用分項計算得出，總風量計算公式為:

式中，Qt為礦井總風量，m3/s；QS為采場所需風量，m3/s；QC為備用采場所需風量，m3/s；Qd為掘進工作面所需風量，m3/s；Qr為各類硐室所需風量，m3/s；k為礦井風量備用系數，取k＝1.25，考慮漏風系數取1.25。3個通風分區的總有效風量和總風量見表1。

表1 3個通風分區的總有效風量和總風量

(2)通風阻力。風流流經的線路為:入風口——斜井或通風平巷——中段石門——脈外通風運輸大巷——穿脈——順路天井——采場工作面——回風天井——回風穿脈——中段回風道——通風天井——地表。通風阻力計算中其摩擦阻力按下式計算:

式中，hf為井巷摩擦阻力，Pa；α為井巷摩擦阻力系數，N·s2/m4；L為井巷長度，m；P為井巷周邊長度，m；S為井巷斷面積，m2；Q為井巷中流過的風量，m3/s。

總局部阻力和正面阻力按摩擦阻力的20%進行計算。計算得出通風容易時期和困難時期3個通風分區的通風阻力如表2所示。

表2 不同時期3個通風分區的通風阻力

(3)自然風壓。因容易時期自然風壓不可忽略，故須計算困難時期和容易時期的自然風壓，因H＞100 m，按等溫過程計算:式中，K為校正系數，為當地井口大氣壓力，Pa，取750 mm Hg柱；T1，T2為進風井、排風井空氣柱平均絕對溫度，K；Z為井的深度，m。

在通風容易時期，1號脈井深344 m，3號脈1號斜井以西部分井深394 m，3號脈1號斜井以東部分井深400 m，301號脈井深440 m；在通風困難時期，1號脈井深404 m，3號脈1號斜井以西部分井深514 m，3號脈1號斜井以東部分井深520 m，301號脈井深520 m。通風容易和困難時期的自然風壓計算結果如表3所示。

表3 不同時期自然風壓計算結果

2.3 主扇風機選擇

(1)風機風量的計算公式為:

式中，Qt為風機風量m3/s；Q為礦井所需風量m3/s；k為通風裝置的風量備用和漏風系數，取k＝1.1。

(2)主扇風機全壓的計算公式為:

式中，hf為扇風機全壓，Pa；ht為礦井總阻力，Pa；Hn為與扇風機作用相反的自然風壓，Pa；hr為扇風機裝置阻力之和，取hr＝150 Pa；hv為風流到大氣出口的動壓損失(作用很小可忽略)，Pa。

由于3個通風分區的困難時期的風量較大，風機選擇時均以通風困難時期阻力計算結果為依據，3個通風分區在容易時期和困難時期的風機風量和風機全壓見表4。

表4 不同時期的風機風量和風機全壓

(3)主扇風機確定。根據3個通風分區主扇風機計算的風量和風壓，3個分區的風量雖然不同，但通風阻力基本相同，為便于管理和風機工況一致，避免風機相互干擾，取3個分區的風機型號一致，為DK45-6-No16型礦用節能通風機，轉速為980 r/min。

3 通風系統改造后的應用效果

本次通風系統改造采用高效節能軸流風機，有效提高了礦井風量和控制風流方向，徹底消除了自然通風帶來的風流控制困難、風量小、有害氣體排出緩慢的問題，能適應礦井不同生產時期的需要。通風系統改造后井下各工作面空氣中CO、CO2有毒有害氣體濃度為國家標準規定限制以下，消除井下生產的安全隱患。粉塵濃度達到標準限制以下的合格率超過80%，降低礦工職業病發病率，保障礦工的生命和身體健康，提高作業效率，具有較好的社會效益和間接的經濟效益。

4 結 論

針對金塘礦段原有礦井通風網絡和生產狀況，對其進行通風系統改造。為了充分利用已經形成的井巷工程和通風井巷工程，確定采用分區聯合通風方案，各分區的風機均為DK45-6-No16型軸流風機。通風系統改造完成后，通風量能滿足排塵和排炮煙的要求，礦井通風質量得到改善，通風系統能適應礦井不同時期通風安全的需要。該方案有效減少新掘專用通風工程，取得了良好的經濟效益，同時，也為類似礦井的通風系統改造提供新的思路。

[1]詹 俊，劉祖文，朱易春，等.某金屬礦礦井通風系統測定與評價[J].有色金屬(礦山部分)，2015(01):74-76，94.

[2]羅俊杰，周建庭.錫礦山南礦礦井通風特點及面臨的問題與對策[J].采礦技術，2008，8(01):81-83.

[3]吳嗣興，吳 煒，焦 鋒.礦山通風系統改造的探討[J].山東工業技術，2015(11):81，149.

[4]康寶偉，王貽明，吳愛祥，等.某礦深部開拓復雜通風系統優化[J].礦業研究與開發，2013，33(01):80-83.

[5]安文杰，贠建林.龍首礦主扇通風方式的選擇[J].采礦技術，2012，12(01):30-31，56.

[6]馮 壹，劉方求，鄭劍洪.難采厚大破碎礦體采礦方法試驗研究[J].采礦技術，2011，11(06):9-10，29.

2016-03-04)

馮 壹(1973-)，男，湖南衡陽人，高級工程師，主要從事礦井通風和金屬礦采礦技術研究，Email:365072057 @qq.com。