多分區復雜礦井通風系統優化研究及對策

黃旭利

（湖南有色新田嶺鎢業有限公司，湖南 郴州 423000）

新田嶺鎢礦在80年代初探明的特大型接觸帶矽卡巖型鎢礦床。早期該區建成了13個以鉛、鋅、鉬、鉍等為主采礦種的零星分散礦產資源采礦權，礦區內設置的采礦權數達到14個，實際建成礦山14座，后來進行整合成五個礦段三個工區。2013年為解決五個采礦權不能越界開采的問題，湖南有色新田嶺鎢業有限公司將五個采礦權合為一個采礦權進行整體開發利用，現已完成驗收。

1 礦井通風系統現狀

礦區內地貌受巖性分布、地質構造及地表水切割等因素控制，地形變化復雜，屬侵蝕構造成因的低山丘陵地貌。本區具亞熱帶與溫帶過渡型氣候特征。全年較溫暖，年平均氣溫17.6～19.2℃。以二月氣溫較低，月平均5.8～10.2℃，最低為-6℃。7～8月氣溫較高，月平均28.9～30.6℃，并常出現短期酷暑，最高可達37.2～38.8℃。

新田嶺鎢礦經過整合完成后，形成了多井筒、多水平、多分層開采的大型礦井。建立了多風井進風、多風井回風的分區通風系統，主要為南區340以下、南區340以上和北區等三個分區通風系統。分區通風系統相對獨立，但又保持一定的聯系。分區之間除負責本區主要的進回風外，還需負責其他少量的進回風。

井下主要服務范圍為+160m、+200m、+250m、+310m、+340m、+256m、+285m、+318m、+347m、+365m、+480m、+395m、+415m、+435m、+445m 和+468m等中段。在340南回風井、+340m基建回風井和瑞輝回風斜井都安裝風機，其主扇型號和功率分別為K45-6-№18（160kW）、K40-6-№16（55kW）和K40-6-№18（90kW），另外在+250m中段回風道安裝K40-6-№17（75kW）風機，將部分污風通過南區回風斜井排出至地表。北區為對角抽出式通風系統，在宏源斜井、+490m回風斜井和+480m西風井各安裝一臺風機，風機型號分別為K40-6-№.17（75kW）、K40-4-№.13（55kW）和K45-6-№.18（160kW）。+480m西風井風機主要+415m北區作業區域及+480m的部分污風。南區+340以上為對角抽出式通風系統，在+415m中海南斜井井底安裝一臺型號為K40-6-№17（75kW）的風機以及在+468m回風巷道中安裝型號為K45-6-№16（90kW）的風機。井下裝機總容量為835kW。

整合完成后，新田嶺鎢礦通風系統具有如下幾個特點：

1）整合完成后，形成新的通風系統，該礦井也進行提產擴能改造。井下需增加更多的作業面，作業范圍變廣，通風系統服務范圍也變的更廣，井下通風系統變得越加復雜。原有的那種通風系統分區管理模式已經不適應整合后的通風管理[1]。

2）整合完成后，原本三個相對獨立簡單的通風網絡變成一個比較復雜的通風系統。系統通風網絡比較復雜，原有的通風調控措施不在適合現有通風條件以及部分區域缺少通風調控措施等，導致污風串聯，新風短路和有效風量率不高等問題。

3）新建立了南風井和西風井，在原有通風動力的基礎上，增加了兩風井風機總功耗為395kW，存在通風動力系統與通風網絡不匹配的問題。因此，對通風動力系統進行進一步優化十分必要。

2 礦井通風系統存在的問題

經過現場調查及通風系統測試可知，新田嶺鎢礦整合后通風系統存在的主要問題如下：

（1）經測定，井下各主扇裝置效率均未達到規范要求，主扇總裝置效率為45.7%，明顯低于70%的要求，所有風機裝置效率維持在45%左右。如，+480m西回風系統和+340南回風系統K45-6-№18型160kW風機的風壓偏低；宏源回風系統K40-6-№18型75kW風機風量低于風機額定技術參數等。

（2）+480m西風井回風阻力大

對+480風機風量測定時，分兩次進行了測定，一次是當兩邊調節風窗全部關閉后測量，總風量為34.2m3/s（即+415至+480風井）；第二次測定為西邊調節風窗打開一半，總風量為61.72m3/s（西風窗為27.52m3/s，+415至+480風井為31.8m3/s）。裝置效率45.5%，低于規定70%（全壓效率）的要求。兩邊風窗都關閉時，總風量為34.2m3/s，說明+480下部回風道阻力大。經現場調查發現，主要原因是+415至+480風井斷面過小，采用天井鉆機掘進，井筒直徑只有1.5m，面積為1.77m2，風速已經超限。+415m至+480m風井在風井底部安裝有一臺30kW風機，風機通風量為34.2m3/s，已經超出30kW風機的風量范圍，無形中增加系統的通風阻力，不利于系統通風。

（3）+160m至+310m斜坡道反風嚴重

現場調查測定發現，+160m至+310m斜坡道反風嚴重，導致斜坡道上霧氣和污風彌漫，并反風進入+250m和+310m中段，斜坡道反風不符合安全規程。其測定具體數據如下表1所示：

斜坡道反正主要原因為+200m至+310m之間南回風井斷面小，回風阻力大，且中段風門調控措施不到位，大部分時間處于打開狀態，特別是+310m南回風井風門。南回風井風機產生的負壓集聚在+310m中段，+340m盲斜井、曾家壩斜井和斜坡道新鮮風大量進入至+310m中段，從而導致下部中段反風嚴重。

表1 斜坡道反風測定統計表

（4）通風構筑物管理不善

安和工區+365m中段天福斜井連道風門未關閉，天福斜井大部分新鮮風進去+365m中段，從而導致下部中段進風減少；+480西風井和+340南回風井調節風窗管理不到位，人員進出沒有及時恢復調節風窗，導致新鮮風短路，且由于上部回風增大而導致下部回風減少；由于+75m、+100m和+125m安裝的局扇無法抵擋箕斗井的下風，導致+160m中段箕斗井粉礦回收斜井反風等。

3 多分區通風系統優化研究

3.1 多分區通風系統整合優化的必要性

（1）每個分區均獨自構建專用的進風、用風和回風井巷，擁有一套專為本分區服務的通風動力與調控設施，使得各分區獨立進風、獨立回風，各分區之間風流互不聯通，互不干擾[2]。分區整合完成后，分區之間建立了通道，打破原有分區的通風平衡，對于整體通風系統而言，勢必會造成一定的影響。

（2）分區通風系統整合完成后，可能導致通風動力系統可能會存在能耗的浪費；通風網絡變得越加復雜化，通風線路增長，通風阻力增加；通風構筑物不夠完善，導致漏風、短路和污風串聯等現象，最終有效風量率偏低[3]。

（3）該礦進行整合完成后，新建立了西風井和南回風井，掘進斜坡道從地表貫通至+160m中段等。井下+318m、+356m等中段風量比較富足，小坂垅工區下部中段斜坡道反風嚴重，部分區域風量不足、污風循環以及漏風等情況較多。

3.2 多分區通風系統優化方案

針對新田嶺鎢礦整合后通風系統現狀及存在的問題，對現有通風系統從通風網絡、通風動力和通風構筑物等方面進行優化研究。進一步簡化通風網絡，優化風路，減少通風阻力；優化通風動力，達到節能減耗的效果，為礦山增加經濟效益；優化通風構筑，減少漏風、短路等，增加有效風量率[4]-[5]。通過有針對性的采取優化措施，解決多分區整合后存在的通風問題，具體方案如下：

（1）優化+480西風井回風系統

將+490m回風斜井K40-4-№.13型55kW風機撤除，將+490回風系統納入到+480西風井系統，+415m22#穿30kW風機和風墻都拆除，減少通風能耗。將+415m中段22#穿回風道內的雜物清理干凈。在+490m回風斜井井口設置密閉，斜井污風通過+480至+490天井進入+480回風道，并將天井頂部的門框拆除，減小回風阻力；在+480m3#主巷北部設置風門，將+490回風斜井聯道的臨時密閉改為風門，便于日后的維護工作。將+480西風井西側的調節風窗安裝三塊擋板進行調節。

（2）優化小坂垅工區深部回風系統

將原安裝在+250m南回風井的75kW風井撤除，減少通風能耗。在+160m中段粉礦回收斜井頂部聯道設置風門，控制新豎井底部粉礦回收斜井的反風。將將平安斜井改建為回風井，選定安裝一臺55kW主扇風機。風機型號為K40-4-№13（55kW）風機，風量Q=18.7-40.8m3/s，風壓H=284-1312Pa，解決+160m和+200m回風及斜坡道反風問題。同時，在平安斜井+200m回風連道設置調節風窗調節回風量。將+250m至+310m回風井斷面擴刷至5m2，或在250-310開采時候另外掘進一條回風井，減小回風阻力。在+250m和+310m斜坡道連道處設置風門，控制斜坡道風量進入+250m和+310m中段，引導新鮮風進去下部中段。將老豎井地表井口密閉，控制老豎井進風。

（3）優化宏鑫回風系統

通過現場的調查，將瑞輝304礦體污風排放納入宏鑫回風系統，可以較好的解決瑞輝304礦體的通風問題，還可以避免宏鑫回風系統90kW風機的能耗浪費。

瑞輝304礦體污風通過通風井進入+415平面的304N采場，由穿脈進入石門六，由石門六南段附近的排水天井排至+435m中段，污風通過2#斜井、+468m回風道及宏鑫回風平硐排出地表。

將回風道上原有的11kW輔扇拆除，為更好的加強此區域的回風，在+415中段石門六南段排水天井南側安裝一臺30kW輔扇以及在+355回風井下安裝一臺15kW輔扇，加強深部304礦體的回風動力。

（4）在優化上述措施的基礎下，進一步簡化通風網絡，減少不必要的漏風、串聯風等問題，提高通風效率，在設計回風線路上設置相應的構筑物。

優化后通風立體圖見圖1，并對優化措施完成施工后，進行一次完整的測定，得到各進回風井數據如表2所示。最終結果顯示，比原先能耗下降較多，為礦山節能減耗，創造了一定的經濟效益[6]。同時，新鮮風能充分利用，提高了有效風量率。

表2 優化后通風系統各進風井、回風井及總風量統計表

4 結論

（1）多分區整合型礦山，其通風系統會變得越來越復雜，會不斷的出現新情況新問題。開采深度增加，通風線路增長、阻力增大等特點。對通風系統進行全面的調查分析，全面掌握井下通風系統存在的問題及原因，對通風系統進行優化是十分必要的工作。

（2）通風系統優化工作包括對通風網絡、通風動力和通風構筑物的優化。優化通風網絡可以簡化通風網絡和通風路線，減少通風阻力；優化通風動力，一方面可以更好的使風機服務于礦山，一方面可以達到節能減耗的目的；優化通風構筑物可以引導風流，減少漏風、短路等問題，提高有效風量率。

（3）對通風網絡、通風動力和通風構筑物的優化是通風系統優化的一項基本工作，不能一勞永逸。礦山通風系統管理工作是對通風系統是否持續安全、可靠和穩定的基本保障。因此，日常的通風管理工作對井下通風非常重要。