紅嶺鎢礦礦井通風系統方案優化研究

鄧玉彬，周益龍，林永生，曹嘵平

（1.廣晟有色金屬股份有限公司，廣東 廣州 510610；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；3.翁源紅嶺礦業有限責任公司，廣東 韶關 512638；4.湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

礦井通風系統通過建立通風網路、配置通風動力設備和風流調控設施實現井上新風和井下污風的交換，改善井下氣候狀況，形成良好的勞動環境，對于勞動人員的身心健康的保障不可或缺，同時有效促進作業效率［1］。紅嶺鎢礦當前礦井生產中，存在的通風問題較大，＋190 m及以下中段通風網絡尚未形成，目前專用回風井（＋100 m～＋190 m）尚未貫通。由于多年擴產，開采深度和作業點增加，但井下通風系統更新未及時跟進，井下風流質量不能滿足安全作業要求。更關鍵的是，專用回風道的缺失，導致新風和污風混合，形成污風循環現象。隨著擴產計劃的進一步推進，井下作業點逐漸形成，通風的困難和出現的問題就會更加嚴重［2］。因此，紅嶺鎢礦現有的礦井通風系統，已不能匹配當前礦井生產的需要，當然更無法適應和滿足生產中段下降到＋100 m中段時，礦井安全回采的要求，有必要對紅嶺鎢礦進行通風系統改造設計研究。

1 礦井通風系統設計方案

紅嶺鎢礦現礦井通風系統為＋324 m平硐進風，＋370 m中段北回風平硐口出風的單翼對角抽出式通風系統。

紅嶺鎢礦通風系統方案是依據礦井年產量13萬t、采礦作業面4個（2臺鉆／個）、備采3個、采切作業面7個、開拓作業面3個及運輸作業面3個，主扇設置在地表或井下、開采范圍為＋100 m～＋242 m礦體等條件提出的。根據礦井通風總出口位置及主扇安裝位置的不同，推薦三個整體方案。具體方案如下［3，4］：

方案一：采用單翼對角式抽出式通風系統。封閉＋477 m、＋416 m窿口及＋370 m南進風巷窿口，隔斷＋282 m南北運輸巷，僅利用＋324 m窿口進風，主扇安裝在＋370 m北回風平硐內風機硐室。新鮮風流由＋324 m窿口進入，經過1＃、2＃及3＃盲斜井到達各作業中段，污風經由各中段回風巷經由南、北兩翼倒段回風井進入＋282 m中段，再經過＋282 m中段回風巷由2?；仫L井排入＋370 m中段總回風巷，最后由安裝在＋370 m中段北回風硐內的主扇排出地表。

方案二：采用單翼對角式抽出式通風系統。封閉＋477 m、＋416 m窿口，隔斷＋282 m南北運輸巷，密封＋370 m北盲豎井與＋370 m中段相通處，僅利用＋324 m窿口進風，主扇安裝在＋282 m中段2＃回風井底風機硐室內。新鮮風流由＋324 m窿口進入，經過1＃、2＃及3＃盲斜井到達各作業中段，污風經由各中段回風巷經由南、北兩翼倒段回風井進入＋282 m中段，再經過＋282 m中段回風巷由安裝在＋282 m中段2＃回風井底風機硐室內的主扇經由2?；仫L井排入＋370 m中段總回風巷，最后由＋370 m中段南、北硐口排出地表。

方案三：采用兩翼對角式抽出式通風系統。封閉＋477 m、＋416 m窿口及＋370 m南進風窿口，僅利用＋324 m窿口進風，主扇分別安裝在＋370 m北回風平硐內風機硐室以及＋282 m中段1＃南側回風井底風機硐室內。新鮮風流由＋324 m窿口進入，經過1＃、2＃及3＃盲斜井到達各作業中段，污風經由各中段回風巷經由南、北兩翼倒段回風井進入＋282 m中段，南翼回風通過安裝在＋282 m中段1?；仫L井南側平巷風機硐室內的主扇經由南組巷道由南組回風井口排出地表。北翼回風由安裝在＋370 m北回風平硐內風機硐室內的主扇經由2?；仫L井排入＋370 m中段總回風巷，最后由＋370 m中段北硐口排出地表。

2 通風系統設計優選

對上述三種通風系統方案分別進行技術經濟比較，同時對該三種方案分別進行計算，比較礦井三種情況下的通風系統方案，為選擇最佳的整體通風系統方案提供理論依據。

2.1 新增施工量對比

針對該三個方案，均沒有增加過多的掘進及施工費用。三個方案不同的施工情況，見表1。由表1可知，新增施工量方面方案三相對具有優勢。

表1 不同方案的施工情況表

2.2 礦井通風阻力對比

礦井主扇的選擇必須依據礦井通風阻力進行相關計算，礦井通風阻力隨開采的面積和深度增加而增加，礦井通風阻力又分為困難時期的通風阻力和容易時期的通風阻力，主扇的選型分別根據困難時期和容易時期進行驗算，選擇最長一條通風線路計算礦井通風總阻力［4，5］。

Ventsim網絡仿真系統是專業的通風網路解算軟件，可利用該軟件進行不同時期礦井通風系統總阻力的計算［6，7］。

Ventsim系統通風網絡系統圖如圖1所示。

圖1 Ventsim系統通風網絡系統圖

由于礦山2013年已經購買并安裝了FKCDZ-6NO17對旋風機于＋370 m地表風機硐室內，為了更好地利用現有的新風機，故本次通風系統優化方案不考慮方案二，網絡解算僅考慮方案一和方案三，并盡可能地利用現有的新風機。

對于通風系統方案一，全礦總回風量Q1礦＝41.37 m3／s，通風容易時期的總通風阻力為1 408.4 Pa，通風困難時期的總通風阻力為1 850.7 Pa。

對于通風系統方案三，＋370 m風機：通風容易時期，回風量Q3礦＝23.4 m3／s，總通風阻力為785 Pa；通風困難時期，回風量Q3礦＝29.1 m3／s，總通風阻力為940.6 Pa。＋282 m風機：通風容易時期，回風量Q3礦＝21.5 m3／s，總通風阻力為625.3 Pa；通風困難時期，回風量Q3礦＝16.5 m3／s，總通風阻力為864 Pa。

將上述計算所得到的礦井總風量和通風總阻力的數據代入礦井等積孔計算公式可得，紅嶺鎢礦通風系統方案一及通風系統方案三礦井通風的等積孔分別為1.14 m2及1.63 m2。上述結果說明，優化設計之后最終確定的紅嶺鎢礦礦井通風的等積孔均為中阻力礦，擺脫了通風極為困難的大阻力礦的狀態。方案三等積孔更大，礦井通風阻力也更小，這是由于在優化設計過程中，方案三采用了兩翼對角式回風模式，有效降低了礦井的通風阻力。

礦井自然風壓的結果是：針對方案一，容易時期為＋72.74 Pa，困難時期為-14.70 Pa；針對方案三，容易時期為＋92.42 Pa，困難時期為-12.94 Pa。負號說明自然風壓的方向與礦井主扇造成的風流方向是相反的，即紅嶺鎢礦高溫季節的礦井自然風壓是反抗（阻礙）主扇工作的。因此克服反向的自然風壓的作用是主扇選型時必須考慮的。上述計算結果說明，方案三在礦井自然風壓方面是優于方案一的。

2.3 礦井通風成本對比

主扇選型思路如下：根據礦井通風容易時期和困難時期所計算出的兩組風量Qf與風壓Hf數據選出合適的風機，然后利用全礦總風阻R，在H～Q特性曲線上畫出工作風阻R曲線，最后確定風機工況點和葉片安裝角。根據Ventsim系統通風網絡解算選取合適的通風主扇型號，考慮深部開拓的風機富余量，容易時期選擇葉片安裝角最小的吻合曲線，困難時期選擇葉片安裝角位于中后部的吻合曲線。在進行選擇的同時，考慮盡量使用礦山原有風機，最終選定的扇風機型號如下：通風系統方案一選擇FKCDZ-6NO17；方案三選擇FKCDZ-6NO17（僅開一臺）。

對于選定的通風主扇型號，根據Ventsim系統通風網絡解算結果可知，對于通風方案一，在容易時期風機靜壓為1 408.4 Pa，風量45.6 m3／s，效率為82.4%，功率為81.0 kW，電機軸功率為85.3 kW，年通風電耗成本為54.05萬元；在困難時期風機全壓為1 850.7 Pa，風量45.6 m3／s，效率為77.4%，功率為112.3 kW，電機軸功率為118.2 kW，年通風電耗成本為74.89萬元。

對于通風方案三，在通風容易時期＋370 m風機全壓為773 Pa，風量24.1 m3／s，效率為62.7%，功率為29.7 kW，電機軸功率為31.2 kW，年通風電耗成本為24.71萬元；＋282 m風機靜壓為625.3 Pa，風量21.5 m3／s，效率為85.3%，功率為15.8 kW，電機軸功率為16.6 kW，年通風電耗成本為13.15萬元；在通風困難時期＋370 m風機全壓為940.6 Pa，風量29.1 m3／s，效率為60.9%，功率為45 kW，電機軸功率為47.3 kW，年通風電耗成本為37.46萬元；＋282 m風機全壓為864 Pa，風量16.5 m3／s，效率為70.5%，功率為20.2 kW，電機軸功率為21.3 kW，年通風電耗成本為16.87萬元。

經過對方案一和方案三兩個方案的全面詳實計算、分析、經濟技術比較，最后確定采用方案三作為最終優化實施方案。

3 結 論

1.紅嶺鎢礦多年擴產導致井下各主要作業地點所需的新風，無法滿足作業地點的通風要求，基于當前通風系統現狀，推薦了包括單翼對角式抽出式及兩翼對角式抽出式等三種通風系統優化設計方案。

2.從新增施工量、礦井通風阻力、通風成本等三大方面對推薦的三種方案進行了對比，其中對方案一和方案三兩個方案的全面詳實計算、分析、經濟技術比較，最后確定采用方案三作為最終優化實施方案。