礦井多級(機)站通風系統反風方法研究*

李衛國 任甲澤 賈敏濤

(1.海南山金礦業有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

礦井通風系統反風是礦井發生災變時(特別是火災)一項重要的控制風流的減災、救災措施。根據相關統計，地下礦山災害發生頻率較高的是透水、火災和中毒窒息事故[1-5]。為盡可能避免發生礦井火災和中毒窒息事故，礦井每年應至少進行2次反風試驗，并測定主要風路反風后的風量。由于地下礦山井巷工程復雜，風流方向受到風機壓力、自然風壓和火災發生時產生的火風壓等多種因素影響，一旦井下發生火災，須在預判風流可能的流動方向后，方可進行通風系統反風操作[6-9]。本研究對礦井多級(機)站通風系統反風方法進行探討，供相關工程實踐借鑒。

1 通風系統反風技術概述

礦井反風方法主要有反風道反風、無反風道反風和反轉反風等，各種反風方法、方式的使用條件見表1[6]。

表1 通風系統反風方法和反風方式

對傳統大主扇通風系統和單一的“一進一回”通風系統進行反風試驗時，主要通過預先修筑的專用反風道或并聯安裝的備用風機作為反風道反風。文獻[8]介紹了2種大主扇通風系統的反風試驗方法，其一是在大主扇(軸流式或離心式)安裝巷道一旁修建專用反風道，反風試驗時將風機的出風口與反風道相連，風流由風硐壓入總回風道，實現礦井反風；其二是軸流風機并聯安裝(一用一備)時，利用備用風機作為反風道，實現礦井反風。上述2種方法需要修筑專用反風道或現場安裝有備用風機，通風系統建設初期投資大，由于現階段金屬礦山井下機站很少安裝備用風機，故而上述反風試驗方法難以適用于多級機站通風系統。

金屬礦山通風系統自20世紀末從大主扇通風方式逐步發展到現階段的多級機站通風方式，目前地下金屬礦山多采用多級(機)站通風方式。與大主扇通風系統相比，多級(機)站通風系統風機數量多，風機位置分散。隨著地下礦山產能逐步提升，千萬噸級地下金屬礦山開始出現，相應的通風系統已由“一進一回”相對單一的系統發展到“多進一回”，甚至“多進多回”的復雜通風系統。文獻[10]介紹了多風井多主通風機礦井反風技術，采用了部分主要通風機保持正常運行，部分主要通風機停止運行，各主要通風機依次進行反風的操作思路。由于金屬礦山回風機站位置相對較近，在1條風井的上下不同中段石門，甚至同一水平的2條石門內，機站間隔一般不超過100 m，風機在依次進行反風操作時，受到附近風機負壓影響，停機后難以正常反轉啟動反風。因此，該技術在未修筑反風道的金屬礦山適用性不強。

2 多級(機)站通風系統反風方法

2.1 多級(機)站通風系統構建

通風系統反風是井下發生火災后的一種快速有效的減災、降災技術措施，因此反風方案設計須與通風系統的布置方式和火災發生地進行綜合分析。某典型的礦山多級(機)站通風系統如圖1所示。

圖1 多級(機)站通風系統示意

圖1中通風系統的特點是：在上中段水平巷中先后設置上中段進風風機、上中段水平風門、下中段回風風機，從而將上中段水平巷分割為上中段進風機站巷、上中段用風巷以及下中段回風機站巷；在下中段水平巷中先后設置下中段進風風機、下中段水平風門，從而將下中段水平巷分割為下中段進風機站巷、下中段用風巷；在下中段用風巷和下中段回風機站巷之間設有下中段回風天井；在上中段水平巷上部設有上中段回風機站巷，上中段回風風機安裝于上中段回風機站巷中，上中段回風機站巷的一端與回風井聯通，上中段回風機站巷的另一端與上中段回風天井上部聯通，上中段回風天井下部與上中段用風巷聯通。

本研究認為反風方式選擇的依據為最大限度縮小災害影響范圍和發生強度，將災變發生的地點依據所處的環境不同分為進風側和回風側兩大區域。當災變發生于進風側時，災變產生的有害因子將隨著風流進入采區，導致災變進一步擴大，可采用進風風機和回風風機反轉運行的全礦反風方式；當災變發生于回風側時，災變產生的有害因子將隨風流直接進入回風井巷，其影響范圍不會進一步擴大，可采用進風風機和直接作用于災變點的回風風機正常運行，其他回風風機關閉的通風方式。

2.2 通風風路確立

在圖1所示的通風系統中關閉上中段水平風門、下中段水平風門，將所述的反風試驗系統的風路分為：風路A(①-②-③-④-⑤-⑥--)和風路B(①-②-⑦-⑧-⑨-⑩----)。檢測并繪制出風路A的相對靜壓分布圖、風路B的相對靜壓分布圖和2條風路的正負相對靜壓分界線，在中段平面圖和井下現場分別標記出上中段水平巷正負相對靜壓分界點和下中段水平巷正負相對靜壓分界點。對于已經建立了相對穩定的通風系統的礦井而言，該類分界點相對固定，僅在某一小段巷道內移動。

根據圖2，可將風路A中節點④的上風向劃分為風路A進風側，即①-②-③-④風路；節點④的下風向劃分為風路A回風側，即④-⑤-⑥--風路；將風路B中節點⑧的上風向劃分為風路B進風側，即①-②-⑦-⑧段風路；節點⑧的下風向劃分為風路B回風側，即⑧-⑨-⑩----風路。

圖2 風路相對靜壓分布示意

2.3 反風試驗

2.3.1 不同災變點的反風方式

根據著火點不同，相應的反風試驗方案為：①火災發生于風路A或B進風側，反風是出于降災減災的目的，當火災發生于風路A或風路B的進風側時，可采用上中段進風風機、下中段進風風機、上中段回風風機和下中段回風風機反轉運行的全礦反風方式；②當災變發生于風路A回風側時，打開上中段水平風門，關閉下中段回風風機，采用上中段進風風機、下中段進風風機和上中段回風風機正常通風的方式；③當災變發生于風路B回風側時，打開上中段水平風門，關閉上中段回風風機，采用上中段進風風機、下中段進風風機和下中段回風風機正常通風的方式。

2.3.2 通風系統遠程控制系統

通風系統反風作為一種發生災害時的應急救災、減災措施，須能夠快速實現(10 min以內)[5]。多級(機)站通風系統風機數量多，位置分散，且風機大多位于井下，為確保發生災變時能夠快速反應，以及能夠方便、快捷、高效地對風機、風門進行控制，礦井多級機站通風系統須建立通風系統遠程集中監控平臺，通過風機和風門的遠程集中監控平臺實現上中段進風風機和下中段進風風機、上中段回風風機和下中段回風風機的開啟、停止和反轉操作，并通過風機遠程集中監控平臺實現上中段水平風門、下中段水平風門的開啟與關閉。

2.3.3 反風試驗案例

以圖1所示的通風系統為例，若該系統的災變發生于風路A進風側，可采用上中段進風風機3、下中段進風風機3′、上中段回風風機5和下中段回風風機5′反轉運行的全礦反風方式。具體實施步驟如下：

(1)檢測正常通風狀態下通風系統的運行工況，包括上中段進風風機3和下中段進風風機3′的進風量、上中段回風風機5和下中段回風風機5′的回風量、上中段用風巷4和下中段用風巷4′的風速、風量以及風向。

(2)檢查上中段進風風機3、下中段進風風機3′、上中段回風風機5和下中段回風風機5′的反風門，固定上中段進風風機3、下中段進風風機3′、上中段回風風機5和下中段回風風機5′的出口反風風門，將風機遠程集中監控平臺設置為遠控狀態。

(3)在風機遠程集中監控平臺上依次關閉上中段進風風機3、下中段進風風機3′、上中段回風風機5和下中段回風風機5′。

(4)步驟(3)操作完畢3～8 min后，在風機遠程集中監控平臺上依次反轉開啟上中段進風風機3、下中段進風風機3′、上中段回風風機5和下中段回風風機5′。

(5)進行反風狀態通風系統運行工況檢測，包括上中段用風巷4和下中段用風巷4′風流穩定距離步驟(4)操作完畢后的時間，檢測上中段用風巷4和下中段用風巷4′的風速、風量以及風向；檢測上中段進風風機3和下中段進風風機3′的回風量、上中段回風風機5和下中段回風風機5′的進風量(圖3)。

(6)在風機遠程集中監控平臺上依次關閉上中段進風風機3、下中段進風風機3′、上中段回風風機5和下中段回風風機5′，5 min后依次正轉開啟上中段進風風機3、下中段進風風機3′、上中段回風風機5和下中段回風風機5′，反風結束。

圖3 反風前后通風系統的排煙風路

3 結 論

(1)礦井通風系統反風作為一種礦山井下發生事故后的應急減災救災措施，在一定范圍內能夠有效降低事故危害，但針對具體的礦井通風系統而言，有必要結合自身通風系統特點和災害發生地點合理選擇最佳的反風方案，以最大限度地減小災害的影響范圍和發生強度。

(2)礦山應該按照相關規范要求定期進行通風系統反風試驗，掌握礦井通風系統反風風路，以便災害發生后能夠快速反應，制定出具體的反風方案。

(3)如需確保多級(機)站通風系統能夠實現快速、可靠反風，須對主要通風風機和反風風門實現遠程集中控制。

參 考 文 獻

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