多分區(qū)復(fù)雜礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究及對策

黃旭利

（湖南有色新田嶺鎢業(yè)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(qū)建成了13個以鉛、鋅、鉬、鉍等為主采礦種的零星分散礦產(chǎn)資源采礦權(quán)，礦區(qū)內(nèi)設(shè)置的采礦權(quán)數(shù)達(dá)到14個，實際建成礦山14座，后來進(jìn)行整合成五個礦段三個工區(qū)。2013年為解決五個采礦權(quán)不能越界開采的問題，湖南有色新田嶺鎢業(yè)有限公司將五個采礦權(quán)合為一個采礦權(quán)進(jìn)行整體開發(fā)利用，現(xiàn)已完成驗收。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

礦區(qū)內(nèi)地貌受巖性分布、地質(zhì)構(gòu)造及地表水切割等因素控制，地形變化復(fù)雜，屬侵蝕構(gòu)造成因的低山丘陵地貌。本區(qū)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(xiàn)短期酷暑，最高可達(dá)37.2～38.8℃。

新田嶺鎢礦經(jīng)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(fēng)井進(jìn)風(fēng)、多風(fēng)井回風(fēng)的分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，主要為南區(qū)340以下、南區(qū)340以上和北區(qū)等三個分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)。分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)相對獨立，但又保持一定的聯(lián)系。分區(qū)之間除負(fù)責(zé)本區(qū)主要的進(jìn)回風(fēng)外，還需負(fù)責(zé)其他少量的進(jìn)回風(fēng)。

井下主要服務(wù)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(fēng)井、+340m基建回風(fēng)井和瑞輝回風(fēng)斜井都安裝風(fēng)機(jī)，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(fēng)道安裝K40-6-№17（75kW）風(fēng)機(jī)，將部分污風(fēng)通過南區(qū)回風(fēng)斜井排出至地表。北區(qū)為對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，在宏源斜井、+490m回風(fēng)斜井和+480m西風(fēng)井各安裝一臺風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號分別為K40-6-№.17（75kW）、K40-4-№.13（55kW）和K45-6-№.18（160kW）。+480m西風(fēng)井風(fēng)機(jī)主要+415m北區(qū)作業(yè)區(qū)域及+480m的部分污風(fēng)。南區(qū)+340以上為對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，在+415m中海南斜井井底安裝一臺型號為K40-6-№17（75kW）的風(fēng)機(jī)以及在+468m回風(fēng)巷道中安裝型號為K45-6-№16（90kW）的風(fēng)機(jī)。井下裝機(jī)總?cè)萘繛?35kW。

整合完成后，新田嶺鎢礦通風(fēng)系統(tǒng)具有如下幾個特點：

1）整合完成后，形成新的通風(fēng)系統(tǒng)，該礦井也進(jìn)行提產(chǎn)擴(kuò)能改造。井下需增加更多的作業(yè)面，作業(yè)范圍變廣，通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)范圍也變的更廣，井下通風(fēng)系統(tǒng)變得越加復(fù)雜。原有的那種通風(fēng)系統(tǒng)分區(qū)管理模式已經(jīng)不適應(yīng)整合后的通風(fēng)管理[1]。

2）整合完成后，原本三個相對獨立簡單的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變成一個比較復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)。系統(tǒng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，原有的通風(fēng)調(diào)控措施不在適合現(xiàn)有通風(fēng)條件以及部分區(qū)域缺少通風(fēng)調(diào)控措施等，導(dǎo)致污風(fēng)串聯(lián)，新風(fēng)短路和有效風(fēng)量率不高等問題。

3）新建立了南風(fēng)井和西風(fēng)井，在原有通風(fēng)動力的基礎(chǔ)上，增加了兩風(fēng)井風(fēng)機(jī)總功耗為395kW，存在通風(fēng)動力系統(tǒng)與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不匹配的問題。因此，對通風(fēng)動力系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化十分必要。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查及通風(fēng)系統(tǒng)測試可知，新田嶺鎢礦整合后通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題如下：

（1）經(jīng)測定，井下各主扇裝置效率均未達(dá)到規(guī)范要求，主扇總裝置效率為45.7%，明顯低于70%的要求，所有風(fēng)機(jī)裝置效率維持在45%左右。如，+480m西回風(fēng)系統(tǒng)和+340南回風(fēng)系統(tǒng)K45-6-№18型160kW風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓偏低；宏源回風(fēng)系統(tǒng)K40-6-№18型75kW風(fēng)機(jī)風(fēng)量低于風(fēng)機(jī)額定技術(shù)參數(shù)等。

（2）+480m西風(fēng)井回風(fēng)阻力大

對+480風(fēng)機(jī)風(fēng)量測定時，分兩次進(jìn)行了測定，一次是當(dāng)兩邊調(diào)節(jié)風(fēng)窗全部關(guān)閉后測量，總風(fēng)量為34.2m3/s（即+415至+480風(fēng)井）；第二次測定為西邊調(diào)節(jié)風(fēng)窗打開一半，總風(fēng)量為61.72m3/s（西風(fēng)窗為27.52m3/s，+415至+480風(fēng)井為31.8m3/s）。裝置效率45.5%，低于規(guī)定70%（全壓效率）的要求。兩邊風(fēng)窗都關(guān)閉時，總風(fēng)量為34.2m3/s，說明+480下部回風(fēng)道阻力大。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主要原因是+415至+480風(fēng)井?dāng)嗝孢^小，采用天井鉆機(jī)掘進(jìn)，井筒直徑只有1.5m，面積為1.77m2，風(fēng)速已經(jīng)超限。+415m至+480m風(fēng)井在風(fēng)井底部安裝有一臺30kW風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)通風(fēng)量為34.2m3/s，已經(jīng)超出30kW風(fēng)機(jī)的風(fēng)量范圍，無形中增加系統(tǒng)的通風(fēng)阻力，不利于系統(tǒng)通風(fēng)。

（3）+160m至+310m斜坡道反風(fēng)嚴(yán)重

現(xiàn)場調(diào)查測定發(fā)現(xiàn)，+160m至+310m斜坡道反風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致斜坡道上霧氣和污風(fēng)彌漫，并反風(fēng)進(jìn)入+250m和+310m中段，斜坡道反風(fēng)不符合安全規(guī)程。其測定具體數(shù)據(jù)如下表1所示：

斜坡道反正主要原因為+200m至+310m之間南回風(fēng)井?dāng)嗝嫘。仫L(fēng)阻力大，且中段風(fēng)門調(diào)控措施不到位，大部分時間處于打開狀態(tài)，特別是+310m南回風(fēng)井風(fēng)門。南回風(fēng)井風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓集聚在+310m中段，+340m盲斜井、曾家壩斜井和斜坡道新鮮風(fēng)大量進(jìn)入至+310m中段，從而導(dǎo)致下部中段反風(fēng)嚴(yán)重。

表1 斜坡道反風(fēng)測定統(tǒng)計表

（4）通風(fēng)構(gòu)筑物管理不善

安和工區(qū)+365m中段天福斜井連道風(fēng)門未關(guān)閉，天福斜井大部分新鮮風(fēng)進(jìn)去+365m中段，從而導(dǎo)致下部中段進(jìn)風(fēng)減少；+480西風(fēng)井和+340南回風(fēng)井調(diào)節(jié)風(fēng)窗管理不到位，人員進(jìn)出沒有及時恢復(fù)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，導(dǎo)致新鮮風(fēng)短路，且由于上部回風(fēng)增大而導(dǎo)致下部回風(fēng)減少；由于+75m、+100m和+125m安裝的局扇無法抵擋箕斗井的下風(fēng)，導(dǎo)致+160m中段箕斗井粉礦回收斜井反風(fēng)等。

3 多分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

3.1 多分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)整合優(yōu)化的必要性

（1）每個分區(qū)均獨自構(gòu)建專用的進(jìn)風(fēng)、用風(fēng)和回風(fēng)井巷，擁有一套專為本分區(qū)服務(wù)的通風(fēng)動力與調(diào)控設(shè)施，使得各分區(qū)獨立進(jìn)風(fēng)、獨立回風(fēng)，各分區(qū)之間風(fēng)流互不聯(lián)通，互不干擾[2]。分區(qū)整合完成后，分區(qū)之間建立了通道，打破原有分區(qū)的通風(fēng)平衡，對于整體通風(fēng)系統(tǒng)而言，勢必會造成一定的影響。

（2）分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)整合完成后，可能導(dǎo)致通風(fēng)動力系統(tǒng)可能會存在能耗的浪費；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變得越加復(fù)雜化，通風(fēng)線路增長，通風(fēng)阻力增加；通風(fēng)構(gòu)筑物不夠完善，導(dǎo)致漏風(fēng)、短路和污風(fēng)串聯(lián)等現(xiàn)象，最終有效風(fēng)量率偏低[3]。

（3）該礦進(jìn)行整合完成后，新建立了西風(fēng)井和南回風(fēng)井，掘進(jìn)斜坡道從地表貫通至+160m中段等。井下+318m、+356m等中段風(fēng)量比較富足，小坂垅工區(qū)下部中段斜坡道反風(fēng)嚴(yán)重，部分區(qū)域風(fēng)量不足、污風(fēng)循環(huán)以及漏風(fēng)等情況較多。

3.2 多分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

針對新田嶺鎢礦整合后通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題，對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)從通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動力和通風(fēng)構(gòu)筑物等方面進(jìn)行優(yōu)化研究。進(jìn)一步簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化風(fēng)路，減少通風(fēng)阻力；優(yōu)化通風(fēng)動力，達(dá)到節(jié)能減耗的效果，為礦山增加經(jīng)濟(jì)效益；優(yōu)化通風(fēng)構(gòu)筑，減少漏風(fēng)、短路等，增加有效風(fēng)量率[4]-[5]。通過有針對性的采取優(yōu)化措施，解決多分區(qū)整合后存在的通風(fēng)問題，具體方案如下：

（1）優(yōu)化+480西風(fēng)井回風(fēng)系統(tǒng)

將+490m回風(fēng)斜井K40-4-№.13型55kW風(fēng)機(jī)撤除，將+490回風(fēng)系統(tǒng)納入到+480西風(fēng)井系統(tǒng)，+415m22#穿30kW風(fēng)機(jī)和風(fēng)墻都拆除，減少通風(fēng)能耗。將+415m中段22#穿回風(fēng)道內(nèi)的雜物清理干凈。在+490m回風(fēng)斜井井口設(shè)置密閉，斜井污風(fēng)通過+480至+490天井進(jìn)入+480回風(fēng)道，并將天井頂部的門框拆除，減小回風(fēng)阻力；在+480m3#主巷北部設(shè)置風(fēng)門，將+490回風(fēng)斜井聯(lián)道的臨時密閉改為風(fēng)門，便于日后的維護(hù)工作。將+480西風(fēng)井西側(cè)的調(diào)節(jié)風(fēng)窗安裝三塊擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）優(yōu)化小坂垅工區(qū)深部回風(fēng)系統(tǒng)

將原安裝在+250m南回風(fēng)井的75kW風(fēng)井撤除，減少通風(fēng)能耗。在+160m中段粉礦回收斜井頂部聯(lián)道設(shè)置風(fēng)門，控制新豎井底部粉礦回收斜井的反風(fēng)。將將平安斜井改建為回風(fēng)井，選定安裝一臺55kW主扇風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)型號為K40-4-№13（55kW）風(fēng)機(jī)，風(fēng)量Q=18.7-40.8m3/s，風(fēng)壓H=284-1312Pa，解決+160m和+200m回風(fēng)及斜坡道反風(fēng)問題。同時，在平安斜井+200m回風(fēng)連道設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗調(diào)節(jié)回風(fēng)量。將+250m至+310m回風(fēng)井?dāng)嗝鏀U(kuò)刷至5m2，或在250-310開采時候另外掘進(jìn)一條回風(fēng)井，減小回風(fēng)阻力。在+250m和+310m斜坡道連道處設(shè)置風(fēng)門，控制斜坡道風(fēng)量進(jìn)入+250m和+310m中段，引導(dǎo)新鮮風(fēng)進(jìn)去下部中段。將老豎井地表井口密閉，控制老豎井進(jìn)風(fēng)。

（3）優(yōu)化宏鑫回風(fēng)系統(tǒng)

通過現(xiàn)場的調(diào)查，將瑞輝304礦體污風(fēng)排放納入宏鑫回風(fēng)系統(tǒng)，可以較好的解決瑞輝304礦體的通風(fēng)問題，還可以避免宏鑫回風(fēng)系統(tǒng)90kW風(fēng)機(jī)的能耗浪費。

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

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

（4）在優(yōu)化上述措施的基礎(chǔ)下，進(jìn)一步簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，減少不必要的漏風(fēng)、串聯(lián)風(fēng)等問題，提高通風(fēng)效率，在設(shè)計回風(fēng)線路上設(shè)置相應(yīng)的構(gòu)筑物。

優(yōu)化后通風(fēng)立體圖見圖1，并對優(yōu)化措施完成施工后，進(jìn)行一次完整的測定，得到各進(jìn)回風(fēng)井?dāng)?shù)據(jù)如表2所示。最終結(jié)果顯示，比原先能耗下降較多，為礦山節(jié)能減耗，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益[6]。同時，新鮮風(fēng)能充分利用，提高了有效風(fēng)量率。

表2 優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)各進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井及總風(fēng)量統(tǒng)計表

4 結(jié)論

（1）多分區(qū)整合型礦山，其通風(fēng)系統(tǒng)會變得越來越復(fù)雜，會不斷的出現(xiàn)新情況新問題。開采深度增加，通風(fēng)線路增長、阻力增大等特點。對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的調(diào)查分析，全面掌握井下通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題及原因，對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是十分必要的工作。

（2）通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化工作包括對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動力和通風(fēng)構(gòu)筑物的優(yōu)化。優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可以簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和通風(fēng)路線，減少通風(fēng)阻力；優(yōu)化通風(fēng)動力，一方面可以更好的使風(fēng)機(jī)服務(wù)于礦山，一方面可以達(dá)到節(jié)能減耗的目的；優(yōu)化通風(fēng)構(gòu)筑物可以引導(dǎo)風(fēng)流，減少漏風(fēng)、短路等問題，提高有效風(fēng)量率。

（3）對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動力和通風(fēng)構(gòu)筑物的優(yōu)化是通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的一項基本工作，不能一勞永逸。礦山通風(fēng)系統(tǒng)管理工作是對通風(fēng)系統(tǒng)是否持續(xù)安全、可靠和穩(wěn)定的基本保障。因此，日常的通風(fēng)管理工作對井下通風(fēng)非常重要。