湖北銅綠山礦井下通風系統優化

王　潔　曹　斌　周述峰

(1.大冶有色設計研究院有限公司；2.大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦；3.東北大學資源與土木工程學院)

銅綠山礦自1971年投產至今，已由露天-地下聯合開采轉為地下開采[1]。由于井下承擔的生產任務極其繁重，致使礦井年下降速度較快，而上部中段處于殘礦開采階段，短時間難以結束，銅綠山礦尚在生產的中段有-185，-245，-305，-365，-425，-485 m中段，-545，-605，-665，-725，-785，-845 m中段進入開拓階段。因主要開采開拓中段下移，以往安裝的一些通風設備、建(構)筑物已經無法完全適應變化了的開采狀況，無法有效滿足井下通風要求，下部有效風量減少，在放炮時，排煙緩慢，并且多中段作業導致污風串聯嚴重；北風井兼作提升井，致使風門常開，-305 m中段出現污風回流現象[2-3]。為改善該礦井下通風現狀，有必要對礦井通風系統進行優化。

1　礦井通風系統現狀

1.1　現有通風系統

目前，銅綠山礦井下采用中央進風、兩翼抽風的通風方式。進風井為礦體上盤的新主井、新副井以及礦體下盤的管纜井，均位于礦床中部。管纜井底部僅達-245 m水平，-305 m以下深部主要由新主井、新副井和輔助斜坡道進風。南翼回風井原有南風井，因防治水而被充填封閉，改由老主井承擔南翼回風；北翼回風由北風井承擔，北風井已延深至-425 m 水平，但風井安裝有在用提升設施(落地式雙罐提升系統)。

南主扇安裝于Ⅲ#礦體下盤，在近礦體端部的-245 m 中段原斜坡道口新增回風上山連通老主井。北主扇首先由-185 m水平移至北風井-245 m 回風石門邊，后因中段開拓、生產增加過快，-425，-365 m中段迅即投入開拓和生產，而上部中段生產遲遲未結束，因而在-365 m中段北風井回風石門邊再增加1臺主扇，為-365 m北主扇。南部原設計增加1臺輔扇，因-365 m南回風巷及其附近的穿脈、下盤沿脈均堵塞或垮塌，而未安裝。

新鮮風流從新副井等流入，按通風構筑物調整后的通風阻力大小自然分配風量，分別經各中段石門、斜坡道、運輸巷道、穿脈進入采場，經采場天井至上中段或下中段穿脈、運輸平巷，與該中段新鮮風流混合后，進入本中段采場，再經采場天井至上中段或下中段穿脈、運輸平巷，如此逐中段上行或下行通風至主回風中段平巷、回風石門和南北回風井排出地表。

1.2　問題分析

經過現場調查分析，發現該礦現有的礦井通風系統污風串聯現象比較嚴重。目前生產中段主要為-365，-425，-305 m中段(底柱回采)以及-245，-185 m 中段(殘礦回采)，井下多中段作業，易產生污風串聯。

系統風機的通風效率比較低，主扇風機動力方向紊亂，由于歷史原因，北風井兼作提升井，人行頻繁，關閉風門不利于作業，導致風門常開，-305 m中段出現污風回流現象。此外，該礦井下通風系統存在短路現象，管纜井原本作為上部通風系統的進風井，本研究調查發現管纜井風流方向反向，獨頭巷道通風距離較長，通風效果不佳；周邊小礦體開采，通風線路長，未形成有效的通風回路；南部倒段南風井斷面較小，-365 m中段以下的回風阻力較大。

2　礦井通風系統優化方案設計及優選

2.1　礦井通風系統優化方案

由于該礦分多期建設，各期開拓工程并非完全獨立，相互之間有一定關聯，在通風系統設計時需考慮該因素。礦井通風系統一般有統一通風、分區通風和單元通風等方式[4-7]。從該礦開拓工程布置來看，采用統一通風方式難以有效對多中段多翼大量用風點的風量進行調節，通風困難；采用分區通風方式無法形成數個獨立的通風區域。該礦井下進風井筒都布置于礦體中部，南北風井和東回風井布置于礦體端部，多中段開拓生產，該類格局較適合選擇單元通風方式對通風系統進行優化[8-10]，本研究設計出了如下3種通風方案。

(1)方案Ⅰ，統一進風，單元回風。各中段由管纜井、新主井、新輔井或混合井進風，分段由斜坡道進風，到達用風點，由北風井、老主井和回風井回風。

(2)方案Ⅱ，上部單元進風，三期和深部統一進風單元回風。-245 m中段以上由管纜井和斜坡道到達各中段，經中段運輸平巷到達用風點，南北翼分別經-245 m中段南、北部風機從老主井和北風井排出地表。-245 m中段以下由新副井和混合井進風，經中段運輸平巷到達用風點，南北翼分別經-365 m 中段東部、北部風機從東風井和北風井排出地表。-605 m中段以下的污風經-605 m中段風機從東回風井排出地表。

(3)方案Ⅲ，單元進風，單元回風。-305 m中段以上，由管纜井和斜坡道到達各中段，通過中段運輸平巷到達各用風點，南北翼分別經-245 m中段南部、北部風機從老主井及北風井排出地表。 -365～-485 m中段由新副井進風，經中段運輸平巷到達各用風點，南北翼分別經-365 m中段東部、北部風機從東回風井和北風井排出地表。-485～-605 m 中段由新副井進風，經中段運輸平巷到達各用風點，南翼經-605 m中段風機從東回風井排出地表；北翼經新增的-545 m中段北部風機，延伸北風井到-545 m中段從北回風井排出地表。-605 m 以下中段由混合井進風，經中段運輸平巷到達各用風點，污風經-605 m中段風機從回風井排出。

2.2　方案優選

經過詳細的方案比選，認為方案Ⅰ工程投資費用最低，風門等調控裝置安裝最少，全礦總阻力較小，但存在各生產中段污風易串聯、深部開拓中段通風效果差以及風量調節困難等不足；方案Ⅱ可以有效減少污風串聯、提高深部有效風量，且風流管理比較方便，有利于-425 m以下中段通風，特別是對于-365 m中段以上的風量調節比較容易，但需要新增的控風構筑物較多，費用較高，深部風量調節困難，通風管理要求較高，利用原有巷道進行通風，巷道維護費用較高；方案Ⅲ不僅可以減少污風串聯，提高深部有效風量，還可以方便對風流進行管理，有利于-425 m以下中段通風，局部通風易找到污風排放口，有利于對全礦風量進行調節，并且巷道維護費用較少，環境效益好，但新增的控風構筑物費用最高，通風管理要求高。

經過比選，本研究認為方案Ⅲ可以更有效地改善井下通風效果，提高井下空氣質量。該方案實施后，通風系統中的機械通風動力將被分為3級：Ⅰ級風機為-245 m南主扇、-245 m(-545 m)北主扇、-365 m 北主扇、-365 m東主扇(從東回風井回風)以及-605 m主扇；Ⅱ級風機為各個需要增大風量的中段設置的不帶風墻的集污輔扇；Ⅲ級風機為作業面的壁扇、局扇，如此設計有效保證了整個通風系統的使用效果。

3　結　語

針對銅綠山礦井下通風系統存在的問題，設計了3種優化方案，并進行了方案比選，認為單元進風、單元回風的通風方案最有利于改善該礦井下通風效果，同時結合井下配置的監測監控系統，可以對有毒有害氣體進行實時監測，有助于實現井下通風效果最優化。

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