某銅礦通風系統優化與改造研究

陳慶剛，葛啟發，2，楊卓明，汪浩浩

(1.中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038；2.北京科技大學，北京 100083)

0 概述

當前，大多數礦山生產任務繁重，普遍存在著多中段同時回采，甚至一個中段內多分段同時回采的現象，導致礦山用風地點分散、上下污風串聯污染、通風效率低下以及通風能耗高等問題。同時，采場開采完畢后，部分礦山并未重視采空區及廢棄巷道的治理，導致井下漏風地點數量多、分布廣，通風管理復雜，通風網絡不穩定等問題。因此分析礦山通風系統現狀，找出主要影響因素，提出通風系統優化改造方案，對井下開采礦山的安全生產和經濟效益具有重要意義[1-2]。

1 礦山通風系統概況

1.1 通風系統現狀

某銅礦采用抽出式通風系統，當前礦山上部礦體通風系統已經形成，正在進行單中段回采作業，同時生產4 047 m中段的4 097 m、4 059 m共計兩個分段。礦山新鮮風流經副井、4 122 m主進風平硐、4 047 m主運輸平硐和輔助斜坡道進入井下，通過沿脈、穿脈進入各中段采場等用風點，污風匯入4 122 m主回風平硐，最后由主扇排出地表。當前生產所需風量為132.0 m3/s。

礦山目前在4 122 m主回風平硐內安裝2臺主扇，主扇并聯布置，當前一臺工作，一臺備用。同時礦山在4 097 m分段的9線附件施工一條9線回風井，作為4 097 m分段的主要回風通道，并在9線回風井井口安裝一臺主扇，將4 097 m分段的污風引至4 122 m回風平硐。此外，在4 059 m分段安裝一臺輔扇，用于控制該分段的風量和風流走向，4 059 m分段的污風向上經充填回風井回至4 097 m分段通風網絡，向下經充填回風井回至4 047 m中段，通過2#回風井匯入4 122 m主回風平硐。

1.2 通風系統存在問題

(1)通風系統漏風嚴重

該礦山自投產以來，一直采用淺孔留礦嗣后充填法進行開采，經過多年的生產，在礦山上部開采結束后留有采空區，采空區數量多、分布廣，部分采空區已經貫通地表。此外，礦山上部還留有大量連通地表的平硐。通過通風系統檢測和分析，無論整個礦山還是單個水平，漏風現象均很嚴重，當前礦井總回風量為133.5 m3/s，而4 122 m主進風平硐、4 047 m主運輸平硐、輔助斜坡道、副井等主要進風通道的總進風量僅為31.93 m3/s，總回風量遠大于總進風量。

表1 當前礦井主要進回風通道通風狀況

(2)污風串聯問題突出

礦山同時生產4 047 m中段的4 097 m、4 059 m共計兩個分段，根據通風現狀，4 097 m分段的污風主要經9線回風井直接進入到4 122 m回風水平，而4 059 m分段的污風通過溜井以及充填回風井分別進入到4 047 m與4 097 m水平。因此4 097 m分段和4 059 m分段的污風主要在4 097 m分段匯集，造成該分段通風質量差，上下分段污風串聯問題突出。

(3)通風網絡效率低

圖2 礦山漏風通道示意圖

井下生產用風點風量低，主要進風通道存在著無風、微風以及風流反向的現象，通風系統不穩定。整個礦山的回風動力均位于北側，即最低氣壓點集中位于北側，而礦山設計的總進風通道位于南側，在存在眾多漏風通道的情況下，4 059 m分段與4 097 m分段的進風均通過漏風通道直接進入到其北側通風系統，導致南側與東側風量嚴重不足，通風網絡效率低[3-4]。

2 礦山通風系統優化改造

2.1 漏風通道治理

當前礦山的漏風通道，嚴重影響了副井、輔助斜坡道、4 047 m運輸平硐以及4 122 m進風平硐等主要進風通道的風量穩定性，為保證井下作業安全，簡化通風管理，必須首先對礦山現有漏風通道進行治理。

根據現場風量檢測，在4 122 m回風平硐9線回風井外密閉風門關閉的情況下，密閉風門外側的4 122 m回風平硐巷道的風量波動不大，因此4 122 m水平以上存在漏風點，風量經漏風點繞過4 122 m平硐直接進入井下4 097 m和4 059 m生產水平，導致設計的主要進風通道出現無風，甚至反風的情況。

4 122 m水平以上有5個生產分段，且均已開采完畢，存在通往地表的平硐口共有10個，需要對各平硐口進行密閉處理，針對已經布置密閉設施但是存在漏風的進行密閉改進處理，沒有布置密閉設施的增設密閉通風構筑物。同時采取措施對貫穿地表的采空區進行密閉，阻斷采空區與井下的聯系。

2.2 通風網絡優化

根據礦山現有通風網絡，4 097 m分段和4 059 m分段的污風主要在4 097 m分段匯集，井下污風串聯問題嚴重，作業環境差，因此需要優化現有通風網絡。

將4 122 m水平完全作為回風水平，與4 122 m進風平硐進行隔斷。將充填回風井作為主要回風通道，4 097 m分段和4 059 m分段的污風均通過充填回風井直接回至4 122 m主回風平硐[5-6]。

2.3 通風構筑物優化

根據通風網絡優化方案，9線回風井與2#回風井不再作為當前井下的主要回風通道，因此針對性取消4 122 m主回風平硐于9線回風井處的密閉風門，同時相應在9線回風井4 097 m分段聯絡道和2#回風井4 047 m中段聯絡道新增加調節風門，用于中段和分段運輸巷道的回風控制。

2.4 通風設備優化

4 122 m主回風平硐口的主扇作為整個井下通風的主要動力源，服務于全礦通風。同時取消9線回風井井口處的主扇，將其挪至南側進風天井4 047 m聯絡道處，增加礦山南側的動力源，克服井下漏風導致南側風量不足的問題。此外，在充填回風井井口設置局扇進行采場風量調節。

3 通風優化方案模擬

3.1 Ventsim VisualTM三維通風仿真系統介紹

Ventsim VisualTM三維通風仿真系統是一款國際比較流行和廣泛認可的礦井通風軟件工具，基于獨立平臺開發，兼容性強。軟件可以用于風流模擬、熱模擬、污染物模擬和通風經濟性分析，并且預測礦井串聯通風和循環風，準確解算礦井通風網絡，解算結果不僅可視化效果好，操作簡便，而且能夠反映礦山通風現狀，對礦山通風系統優化改造具有重要的指導意義[7-9]。

3.2 通風方案模擬

在礦山井下漏風通道治理基礎上，對方案一現有通風網絡結構和本論文提出的方案二通風優化改造方案進行分析和比較。

3.2.1 方案一現有通風系統

方案一的通風網絡結構如圖1所示，通風仿真結果如表2、表3所示。

圖1 礦山現有通風網絡結構示意圖

表2 方案一通風網絡解算結果

表3 方案一主要通風巷道風量分配表 m3/s

3.2.2 方案二通風優化改造方案

方案二的通風網絡結構如圖3所示，通風仿真結果如表4、表5所示。

圖3 通風優化改造方案通風網絡結構示意圖

表4 方案二通風網絡解算結果

表5 方案二主要通風巷道風量分配表 m3/s

3.3 通風方案比較結果

根據Ventsim VisualTM三維通風仿真系統的模擬結果可知，在完成漏風通道治理的基礎上，方案一和方案二的整個通風網絡均能滿足井下作業需求。

雖然方案二在初期需要新增調節風門，同時需要將9線回風井的輔扇移至礦山南側，初期投資和對生產的影響程度均大于方案一，但是結合仿真模擬結果分析，優化后的方案二通風網絡較方案一更加穩定，通風網絡效率更高，同時解決了4 097 m分段和4 059 m分段污風串聯問題，能夠顯著改善井下作業通風環境。此外，方案二通風網絡年功耗成本每年較方案一減少電費支出約31萬元(45 797美元)。綜上分析，從長期來看，在通風系統穩定性、網絡效率以及經濟效益等方面，方案二具有明顯的優勢。

4 結語

通過對某銅礦通風系統存在的問題進行分析，指出了亟需采取的治理措施，同時提出了通風優化改造方案，并在漏風通道治理的基礎上，將優化改造方案與礦山現有通風網絡系統進行了對比。通過利用Ventsim VisualTM三維通風仿真系統對兩個方案均仿真模擬可知，方案二能夠顯著改善井下作業環境，簡化通風管理，提高通風系統穩定性，經濟效益突出，因此方案二較方案一優勢明顯，為礦山通風系統優化和改造提供了重要的指導意義。