河南省桐柏縣銀洞坡金礦通風系統優化

吳冷峻 周 偉 魯智勇 王 廣 山正紅 王新明

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.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；4.桐柏銀洞坡金礦有限公司)

河南省桐柏縣銀洞坡金礦隨著多年持續開采和開采范圍的變化，采空區漏風干擾了通風系統的正常運行，尤其是近年來進入西區(小高尖豎井)-205 m 中段及以下水平開采，-245 m空壓機硐室產生的熱源導致采區作業中段進風段風溫偏高，中段采場作業環境較差，供人員、材料及礦石提升的小高尖豎井出風存在嚴重的安全隱患。2018年1—5月，本研究通過對銀洞坡金礦通風系統進行技術改造，確保礦井安全生產。

1 礦山概況

銀洞坡金礦是我國首次發現的以銀金為主的大型層控變質熱液型礦床，礦區分為東、西兩段，東段為露天開采，1997年轉為斜井開采，西段為“89.2”工程探建結合項目，籌建于1992年。礦山采用中央主井、盲豎井、兩翼風井的下盤豎井開拓方式，采用地下開采模式[1]。該礦山礦體傾角大多為35°～85°，厚度為0.63～2.03 m，屬傾斜—急傾斜礦體，礦巖較穩固，從安全、高效、節約成本的角度考慮，選用淺孔留礦法開采[2-4]。依據采礦許可證劃定的生產能力，礦山生產規模為23.1×104t/a。到2017年，礦區東段已經基本開采完畢，今后開采范圍將集中于礦區西段小高尖-205 m及以下中段。

銀洞坡金礦設計采用單翼對角布置的集中式通風系統[5-7]，設計礦井總風量為47.40 m3/s，中央豎井(東區)及小高尖豎井(西區)進風，東風井回風，東風井地表設置回風機站，安裝1臺K45-4-№13型風機，電機功率為90 kW，采用抽出式通風方式。 后期經調整， 在 -165 m水平16#線增設了1個回風機站，安裝了1臺K45-4№13型風機，電機功率為90 kW，該通風系統服務于-205～-365 m 5個生產作業中段。

表1 銀洞坡金礦開拓工程各井筒參數

經過現場勘查、設計資料分析及通風系統現狀監測，銀洞坡金礦西區(小高尖豎井)通風系統存在的問題如下：

(1)礦井通風系統可靠性較差。受到采空區漏風影響，東風井地表主扇無法發揮系統總回風的作用，井下熱風及采區污風無法沿設定路線排出地表，小高尖豎井實際成為回風井。根據相關監測數據，西區(小高尖豎井)出風量為48.63 m3/s，其中-205 m 水平(1中段)、-245 m水平(2中段)、-285 m 水平(3中段)的出風量分別為20.82，16.79，11.02 m3/s。小高尖豎井為人員上下、設備材料運送及礦石提升的綜合井，該豎井出風存在嚴重的安全隱患。

(2)采場開采完畢后未及時充填，西區(小高尖豎井)-205 m水平以上的采空區漏風及風流紊亂問題開始顯現，局部作業環境較差。-165 m中段以上上部采空區漏風通過-165 m東部10#線、11#線采區天井和西部16#線、19#線、20#線采區天井下到小高尖-205 m及以下中段的風量達27.19 m3/s。

(3)通風系統風流串聯，污風循環。-245 m水平(2中段)19#線空壓機硐室熱源擴散(硐室內設備溫度高達90 ℃)造成-205，-245，-285 m水平局部高溫問題明顯，-205 m水平19#線倒段通風天井聯絡巷溫度達到46 ℃。小高尖豎井地表井口溫度為-3 ℃時，-325 m水平(4中段)主巷獨頭掘進溫度高達33～35 ℃。

2 通風系統優化改造

2.1 方案設計

(1)礦井通風系統風壓平衡。為有效減少地下礦山采空區漏風對礦井通風系統的影響，可以從降低漏風巷道兩端的壓差來考慮，即均衡漏風通道進、出口兩端的風壓。通過網絡風壓平衡控制漏風量，其實質是通過設置調壓裝置或調整通風系統局部阻力來降低漏風巷道兩端的風壓差[8]；風量平衡控制漏風量則是通過設置通風設備以保證生產中段進風量和回風量相當，達到減少或避免系統外部漏風(采空區漏風)及內部多中段作業污風循環的目的。

(2)通風網絡優化。通過對銀洞坡金礦通風網絡結構合理性進行分析、評價，本研究設計了“兩進一回”的通風方案，即小高尖井下采用壓、抽混合式通風系統，形成西部小高尖豎井、中央豎井進風；東部16#線采區回風井(斷面規格由現有的1.5 m×1.8 m 擴大至φ3.5 m或3 m×3 m)及-165 m水平以上至35 m采區的回風井、東回風井出風。-245 m 中段(2中段)19#線空壓機硐室熱源通過19#線天井回至-165 m水平，以解決熱風在采區中段擴散的問題。

(3)礦井總風量合理分配調控。改造后的通風系統前期服務于-205，-245，-285 m 3個中段，根據井下各中段風量需求，對系統風量進行了合理分配，系統回風機站控制總風量，各中段進風機站調控中段進風量并減少采空區漏風。

(4)機站設置優化。增設3個無風墻進風機站，分別在-205，-245，-285 m中段小高尖豎井車場石門安裝了1臺同型號風機(型號為K45-6№12,電機功率為18.5 kW)，控制小高尖豎井進風量，克服進風段通風阻力及采空區漏風影響；-165 m 水平已有的16#線回風機站(風機型號為K45-4№14,電機功率為132 kW)不變，采用變頻控制方式。

(5)通風網絡局阻、機站局阻優化。對小高尖礦井通風網絡局阻、無風墻機站及有風墻機站局阻進行優化，結合系統風量及風壓(含自然風壓)要求，運用通風系統三維動態模擬及風機優選等技術，優選風機，確保礦井通風系統處于安全、可靠、高效、節能的工作狀態。

(6)通風構筑物設置。通風構筑物合理設置對礦井風流調控及安全生產具有重要意義。當前井下-165 m水平與-205 m水平相通，采空區漏風問題較大，需要對井下通風構筑物進行優化布置。

2.2 通風系統優化改造效果

根據小高尖礦井通風系統技術優化改造方案，經過3個多月的現場實施，完成了小高尖礦井通風系統改造工作，并對改造后的通風系統和反風試驗結果進行了監測分析，結果如下。

(1) -165 m 水平主回風機站運行1臺K45-4-№14型風機(電機功率為132 kW)，運行頻率為45 Hz，礦井總風量為61.04 m3/s，達到設計的47.4 m3/s 總風量要求。該風機實耗功率為101.32 kW，全壓1 325 Pa，風機工作效率為79.82%。

(2)小高尖豎井進風量為34.46 m3/s，其中-205，-245，-285 m中段分別進風14.08，12.76，7.62 m3/s，-245 m中段16#線以東采空區漏風量為9.75 m3/s(有效)，-205 m中段16#線西側穿脈巷采空區漏風量為10.21 m3/s(無效)，通風系統有效風量率為72.43%。

(3)采空區漏風量為26.58 m3/s，其中-245 m中段回風巷(16#線以東)漏風量為9.75 m3/s，-205 m 中段回風巷(16#線以西)漏風量為10.21 m3/s。

(4)小高尖豎井進風側溫度為28～30 ℃，為小高尖豎井長期處于回風狀態井筒內集熱所致，通風系統正常運行后，進風風溫將與地表溫度保持一致。

(5)通風系統反風試驗時實現-165 m水平主回風機站風機反轉運行，各進風輔扇停機，系統反風量為48.89 m3/s，為系統正常運轉時風量的80.10%。系統反風后5～10 min內，井下風流流向穩定，通風系統各監測點的主要巷道風流均已反向。

3 結 論

(1)通過采用系統風壓平衡原理、通風網絡優化及機站優化技術，對銀洞坡金礦通風系統采用壓、抽混合式通風方式進行優化改造，有效解決了采空區漏風、小高尖豎井出風、采區中段污風串聯的技術難題，并建立了穩定可靠的通風系統。

(2)礦井總風量為61.04 m3/s，達到設計的47.4 m3/s總風量要求。-165 m水平主回風機站風機運行效率為79.82%，系統有效風量率為72.43%。

(3)生產中段采用無風墻進風輔扇，對各中段風量進行合理調節控制。小高尖豎井進風量為34.46 m3/s，其中，-205，-245，-285 m中段分別進風14.08，12.76，7.62 m3/s。

(4)通風系統反風風量為48.89 m3/s，為系統正常運轉時風量的80.10%。系統反風后5～10 min 內，井下風流流向穩定。