深井開采通風系統優化改造方案研究

石乃敏，黃世頂

(1.廣西現代職業技術學院， 廣西 河池 547000； 2.廣西高峰礦業有限責任公司， 廣西 南丹 547205)

深井開采通風系統優化改造方案研究

石乃敏1，黃世頂2

(1.廣西現代職業技術學院， 廣西 河池 547000； 2.廣西高峰礦業有限責任公司， 廣西 南丹 547205)

某金屬礦山開采深度近1 000m，由于通風工程未能及時進行優化改造，在開采深礦體時，出現深部風量小、能耗高、氣溫高等通風問題，嚴重影響深部資源開發和安全生產。通過對通風系統實際測量和數據分析，提出了4個通風系統優化改造方案，經技術經濟比較，最終確定方案二為最優通風系統改造方案。

深井開采； 通風系統； 優化改造

1 礦山概況

某礦為地下開采的金屬礦山，為錫石～硫化物多金屬礦床，礦體埋藏深度800～1 200m，屬于深井開采。礦山采用機械化上向水平分層充填法采礦，生產能力30萬t/a，采用豎井、斜井聯合開拓。礦山從1990年開始主要開采-79m標高以上的100號礦體，已基本采完，僅剩下零星部分礦體。目前，礦山轉入深部105號礦體的開采，井下有回采工作面9個、備采工作面3個、掘進工作面14個，回采主要集中在-151、-200m中段，正在進行-250m中段開拓。按各生產中段需風量要求進行計算，-60m以上中段總需風量為44.8m3/s，-60m以下中段總需風量為139.51m3/s，總需風量為184.31m3/s，風流需求量大，且主要用風點集中在-60m以下中段。

2 礦井通風系統及現狀

2.1 通風系統

礦井通風系統采用“兩進三回”的中央進風兩翼回風的對角式通風系統，“兩進”即將田角鋅窿與下拉甲窿作為深部主要進風井，同時利用豎井、探采斜井作為輔助進風井，“三回”即將恒源隆、華星窿、龍山窿作為回風井。采用多風機多級機站抽壓結合的通風方式。

礦井通風系統由100號礦體通風系統和105號礦體通風系統兩個相對獨立的系統組成，其中100號礦體通風系統主要為-70m標高以上原100號礦體開采服務，105號礦體通風系統主要為-70m標高以下105號礦體開采服務，現有通風系統(100號+105號)是進行105號礦體詳查施工時建設的通風系統。通風系統示意圖如圖1所示。

圖1 通風系統示意圖

2.2 通風系統現狀

礦山經過20多年的開采，開采深度不斷增加，通風系統變得復雜，漏風嚴重，風流絮亂。通過對礦井通風系統進行實際測量及數據統計，得出深部105號礦體的進風量僅為71.58m3/s，到達深部風量小，導致井下部分區域氣溫偏高，空氣悶熱，采場溫度高達32℃以上，不能滿足井下生產通風要求。因此，必須對現有礦井通風系統進行優化，對礦井進風線路進行改造。

3 礦井通風系統優化方案

3.1 通風系統優化原則

(1)根據礦山具體條件，結合礦井開拓方式、采礦方法、礦井生產能力和礦區地形地貌等因素，確定合理的通風系統。

(2)減少礦井內部漏風，提高有效風量率，形成完整的中段通風網絡和采場通風網絡是建立一個完善的礦井通風系統的重要措施。

(3)在保證正常、良好通風效果的前提下，盡量降低通風費用。通風系統以不開拓通達地表的新進風井和回風井為宜，盡量利用現有的通風井巷，以減少專用通風井巷的工程量和工程費。

3.2 不可選方案

(1)方案一：田角鋅窿改造。田角鋅窿巷道長度達3 539m，斷面僅3.5m2，偏小；如果將其改造為進風井，不僅工程量大、費用高、工期長，較難盡快為礦井深部服務，而且改造后管理難度大，通風耗能大。因此，不再對田角鋅窿進行改造和使用，排除此方案。

(2)方案二：延伸豎井改造。如果將豎井按原中心坐標進行延伸至-200m以下，則-200、-151、-103、-60m各中段6#馬頭門距延伸豎井水平距離最短為846.9m，最長為936.6m，與200m水平豎井馬頭門至4#盲斜井口的運輸平巷距離544m相比要長很多。這種改造無論對運輸還是行人都是費時費力。因此，不將豎井按原井筒中心坐標延伸，排除此方案。

3.3 可選方案

根據礦井通風系統現狀、存在問題及今后生產對通風的需求，在反復深入現場調查研究、收集相關圖紙和資料、了解礦井生產和通風系統詳細情況的基礎上，提出以下4個通風系統優化改造方案。

(1)方案一：進風井為豎井+探井+下拉甲窿，回風井為黃瓜洞回風斜井。通風網絡見圖2。

圖2 方案一通風網絡流程圖

從圖2可以看出，下拉甲窿是深部礦體新鮮風流的主要來源，進風量需達到100m3/s，目前所測得的下拉甲窿口進風量僅有41.245m3/s，需要對下拉甲窿巷道進行刷幫至10m2。

在進風井風量達到要求之后，為了確保新鮮風流能夠沿人員提升井流動，將-22～-166m斜井改為進風斜井，并在斜井井身-83m標高處堵截，使下拉甲窿的新鮮風流進入-83m分層，然后新鮮風流再經過一段-83m分層聯絡巷道進入6#盲斜井，最終將風流按需送入各中段和分層。

在-60m中段6#盲斜井口加設風門，以將4#盲斜井下來的熱風和下拉甲窿新鮮風流隔開；將4#盲斜井下至-60m中段的熱風通過新掘聯絡巷道導入-60～-151m回風井，匯入回風風流排出地表。在下拉甲窿-21m中段需安裝一臺DK45- 6- NO20/2×250風機，此風機不需要新購置，將-60m田角鋅窿口的此型號風機移到此處即可。

(2)方案二：進風井為豎井+探井，回風井為黃瓜洞回風斜井。通風網絡見圖3。

圖3 方案二通風網絡流程圖

從圖3可以看出，地表新鮮風流進入探井后，大部分風流要求通過1#盲斜井到達200m中段，因此應將1#盲斜井改造成專用進風斜井，并保證井身壁面光滑，減少沿程風阻。新鮮風流從200m中段分兩路下至-60m中段，一股風流按原線路，即經過4#盲斜井至-60m中段；另一股風流選為從距豎井馬頭門較近的11#A盲斜井至10m中段，再通過7E#盲斜井至-60m中段。同時密閉這兩個斜井的所有漏風點，保證新鮮風流全部到達-60m中段。

另外，不再將11A#盲斜井和7E#盲斜井作為提礦(廢)井，而是作為專用進風斜井。根據風量及風速要求，將斷面面積刷大至13m2；采取措施阻止11A#盲斜井井口不能使鏟車聯道污風風流混入。

(3)方案三：進風井為豎井+探井+新打豎井，回風井為黃瓜洞回風斜井。在8#盲斜井井口附近選擇確定適宜的新豎井中心坐標位置，新豎井從地表直通至深部，與105號礦體每個中段相聯通，并隨礦體開采進度而延深。新打豎井既承擔105號礦體人員、材料和礦石的提升，還作為105號礦體的進風井。在105號礦體每個中段南端和北端與回風天井相聯處裝設可調節輔扇，以便于按中段風量所需進行調節。

(4)方案四：進風井為豎井+探井+盲豎井(從200m水平至深部)，回風井為黃瓜洞回風斜井。在8#盲斜井井口附近選擇確定適宜的新盲豎井中心坐標位置，然后在200m中段從距離較近位置掘平巷至選定坐標位置，并按選定坐標位置打新盲豎井，垂直貫通至深部，與105號礦體每個中段相聯通，并隨礦體開采進度不斷向下延深。新打盲豎井主要承擔人員、材料和廢石的提升，同時作為深部進風井。在105號礦體每個中段南端和北端與回風天井相聯處裝設可調節輔扇，以便于按中段風量所需進行調節。

3.4 方案技術經濟比較

對礦井通風系統4種方案進行技術比較，見表1。對礦井通風系統4種方案的井巷工程、設備投資估算進行比較，見表2。

表1 礦井通風方案技術比較

3.5 方案確定

通過對4種方案進行技術和經濟比較，方案一和方案二井巷工程和設備投資費用相差不多，而且能夠盡快投入礦井生產服務；方案三和方案四投資額度大，無法較快地投入礦井生產服務，但建成后礦井通風系統簡單、高效、節能、可靠，比方案一和方案二可減少電耗約400kW，年節約電費約280萬元，而且對礦山開拓、采礦、運輸等效益都有很大提高，礦石單位成本將會有較大幅度下降。鑒于該礦山通風系統存在的問題，結合礦山現狀和未來發展需要，經綜合分析、對比論證，最后確定采用方案二進行通風系統優化改造。

4 結語

(1)新鮮風流在進入100號礦體通風系統后，運行線路較長且復雜，漏風嚴重。實測深部進風民窿斜井井口進風量為57.412m3/s，到達井下的有效風量為 29.415m3/s，占井口進風量的51.23%。深部風量小是造成深部通風困難、高溫的主要原因。

(2)根據該礦井實際情況，從風量、風阻、技術、經濟等方面綜合考慮，對提出的4個改造方案進行對比分析，確定方案二優于其他方案，也優于原通風系統，建議采用方案二對現有通風系統進行改造。

(3)在采取方案二進行通風系統優化改造同時需對主要進風路線、 回風路線上的所有漏風點，以及已結束作業的廢棄井巷、空區采取密閉措施。減少漏風，提高礦井有效風量率，使井下各作業地點及各中段按需分風，使風流按生產需要和已設計的通風線路流動。

表2 井巷工程和設備投資估算比較

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Study on optimization and transformation of ventilation system in deep mining

The mining depth of a metal mine is nearly 1 000m. Due to the ventilation project can not be carried out in time, there were ventilation problems in the mining of deep ore bodies, such as insufficient air volume supplied, high energy consumption and high temperature, which seriously affected the development of deep resources and safe production. Through the actual measurement and data analysis of ventilation system, four optimization schemes of ventilation system were put forward. By technical and economic comparison, it was concluded that the second scheme was the optimum reconstruction scheme.

deep mining; ventilation system; optimization and reconstruction

TD724

A

2016-12-16

2017-01-18

石乃敏(1965-)，男，廣西河池人，副教授，主要從事礦業工程方面的教學與科研工作。

1672-609X(2017)03-0010-05