高海拔多中段金屬礦通風(fēng)方案優(yōu)選

王 志 黃生福 郭元華 李亞俊

（1.湖南有色冶金勞動保護研究院；2.非煤礦山通風(fēng)防塵湖南省重點實驗室；3.會東大梁鉛鋅礦業(yè)有限公司）

礦井通風(fēng)是礦山安全生產(chǎn)的重要組成部分，隨著礦山向深部延伸，礦井通風(fēng)問題將會越來越嚴(yán)重，會東鉛鋅礦由于其地理位置屬典型的高山采礦，又處于高海拔，礦山地下開采前為露天開采，遺留了大量通達地表的窿口，自然風(fēng)壓大造成風(fēng)向和風(fēng)量不穩(wěn)定，并且井下多中段同時作業(yè)，風(fēng)量分配不合理，存在風(fēng)流短路、污風(fēng)難以排出地表等問題，嚴(yán)重影響井下作業(yè)人員的健康。為改善井下作業(yè)環(huán)境，須對通風(fēng)系統(tǒng)進行綜合技術(shù)優(yōu)化［1］。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

礦山的開拓方式為平硐+斜坡道聯(lián)合開拓，開采規(guī)模為66萬t/a。井下現(xiàn)主要的開采中段為2 064、2 004、1 944、1 884 m共4個中段，1 824 m為開拓中段，中段間隔12 m設(shè)分段。礦山原通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計采用兩翼對角壓抽混合方式，東翼回風(fēng)系統(tǒng)負擔(dān)11線以東2 004～1 884 m中段礦體開采的通風(fēng)；西翼回風(fēng)系統(tǒng)負擔(dān)11線以西2 064～2 004 m中段礦體開采的通風(fēng)，東、西翼回風(fēng)系統(tǒng)均采用K40-6No18-90 kW型主扇（圖1）。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

根據(jù)對會東鉛鋅礦井下現(xiàn)場調(diào)查、測定及資料收集等工作，分析評價井下通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題如下。

（1）系統(tǒng)風(fēng)量為75.83 m3/s，與設(shè)計風(fēng)量120 m3/s相差較大，滿足不了井下2 064～1 884 m中段66萬t/a產(chǎn)量的通風(fēng)需求。

（2）東部回風(fēng)系統(tǒng)2 004～2 064 m中段與1 884～2 004 m中段無專用回風(fēng)井；西部回風(fēng)系統(tǒng)1 884～2 004 m中段無專用回風(fēng)井；通風(fēng)系統(tǒng)不完善。

（3）會東鉛鋅礦通風(fēng)系統(tǒng)屬于典型高山采礦通風(fēng)類型，系統(tǒng)主扇設(shè)備陳舊，風(fēng)壓低，各中段風(fēng)流不受通風(fēng)系統(tǒng)控制，受自然風(fēng)壓影響大。

（4）系統(tǒng)通風(fēng)構(gòu)筑物不完善，風(fēng)流紊亂，風(fēng)量主要集中在2 064、2 004 m中段，下部1 944、1 884 m中段風(fēng)量較小，井下各中段風(fēng)量分配不合理。

（5）西翼主回風(fēng)平巷斷面尺寸小（2 m×2 m），巷道長約80 m，此段通風(fēng)阻力達216.84 Pa，占西翼通風(fēng)井巷沿程阻力的27%，造成系統(tǒng)局部阻力偏大。

2 通風(fēng)方案

2.1 方案制定原則

根據(jù)高海拔地理特性，礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案必須考慮以下方面的內(nèi)容［2］。

（1）高原礦井內(nèi)單位空氣中氧氣含量減少，造成礦井總需風(fēng)量要相對增加。因此，在計算礦井的實際需風(fēng)量時，需對其進行修正，以滿足高海拔礦井的風(fēng)量需求。

（2）扇風(fēng)機配套的電機在高海拔地區(qū)運行時，由于高海拔環(huán)境含氧量相對較低，造成電機的有效輸出功率降低，所以在選取配套電機時應(yīng)選擇相應(yīng)的高原電機。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)在選擇主扇時，需對實際計算得出的礦井通風(fēng)阻力進一步的修正，保障主扇選擇的類型符合現(xiàn)場實際情況。

根據(jù)礦山通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，依照相關(guān)規(guī)程擬定3種通風(fēng)方案。

2.2 主平硐及盲斜坡道進風(fēng)，東、西兩翼回風(fēng)壓抽混合式通風(fēng)（方案一）

礦井通風(fēng)系統(tǒng)分為東、西兩區(qū)，東翼回風(fēng)系統(tǒng)負擔(dān)11線以東2 004～1 824 m中段礦體開采的通風(fēng)；西翼回風(fēng)系統(tǒng)負擔(dān)11線以西2 064～1 824 m中段礦體開采的通風(fēng)（圖2）。為保障通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量滿足生產(chǎn)需求，須增大系統(tǒng)主扇裝機容量，在斜坡道增設(shè)壓入式主扇，其型號為DK40-6NO.16-2×55 kW，東西部主扇型號為DK40-6NO.18-2×90 kW，排塵風(fēng)機型號為K40-6NO.18-90 kW。

2.2.1 技術(shù)措施

（1）新掘東翼2 004～2 064 m回風(fēng)井，保證東翼2 004～2 064 m回風(fēng)暢通，同時東翼除塵風(fēng)機除擔(dān)負2 064～1 884 m中段通風(fēng)排塵外，還兼顧東翼2 064～2 004 m中段礦體開采通風(fēng)。

（2）2 004～1 884 m中段東翼主回風(fēng)井下延至1 824 m中段，且僅通各主中段，不通分層。中段主回風(fēng)巷設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物，保留原2 004～1 944 m中段302管路井及1 944～1 884 m中段101管路井的輔助回風(fēng)。

（4）西翼端部需新掘主回風(fēng)井至2 064～1 824 m中段，且僅通各主中段，不通分層。

2.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)進回風(fēng)線路

（1）進風(fēng)線路。東、西翼新鮮風(fēng)流均由2 064 m水平透地表穿脈進入，由2 004、1 944、1 884 m主平硐進入礦井，再經(jīng)盲斜坡道、進風(fēng)井進入各中段、分層，再經(jīng)各中段、分層運輸巷、穿脈進入采場工作面。

（2）東翼回風(fēng)線路。2 004～2 064 m東翼上部各中段、分層采場污風(fēng)經(jīng)由回風(fēng)巷、端部回風(fēng)井匯至2 064 m中段，在2 064 m中段排塵風(fēng)機作用下，經(jīng)1號平硐口排至地表。1 824～2 004 m東翼下部各中段污風(fēng)通過中段回風(fēng)巷，經(jīng)東風(fēng)井在主扇的作用下排至地表。

（3）西翼回風(fēng)線路。西翼各中段、分層采場污風(fēng)經(jīng)各中段分層回風(fēng)井匯至西回風(fēng)井，在西翼主扇作用下排至地表。

2.3 進風(fēng)井與主平硐進風(fēng)，東、西兩翼回風(fēng)壓抽混合式通風(fēng)（方案二）

2.3.1 技術(shù)措施

（1）將2 004～1 884 m進風(fēng)井向下延伸至1 824 m中段，選擇適宜的風(fēng)機安裝在1 824 m中段主進風(fēng)井聯(lián)巷，壓入至上部各中段。

（2）1 824 m主平硐作為主要的進風(fēng)入口，由于該中段主要為汽車礦石運輸中段，會產(chǎn)生揚塵，需在進風(fēng)井入口處對風(fēng)源進行凈化。

（3）其余措施與方案一相同。

2.3.2 通風(fēng)系統(tǒng)進回風(fēng)線路

（1）進風(fēng)線路。東、西翼新鮮風(fēng)流均由1 824、1 884、1 944、2 004 m主平硐進入，1 824～2 004 m中段新鮮風(fēng)在壓入式主扇作用下，經(jīng)進風(fēng)井進入各中段，2 004 m以上中段通過2 004 m中段人行通風(fēng)井至以上各中段（分層），再經(jīng)各中段、分層運輸巷、穿脈進入采場工作面。

（2）回風(fēng)線路與方案一相同（圖3）。

2.4 兩翼對角進風(fēng)中央回風(fēng)通風(fēng)（方案三）

2.4.1 技術(shù)措施

（1）將東翼主回風(fēng)井下延至1 824 m中段，作為東翼進風(fēng)井。

（2）新掘西翼2 064～1 824 m進風(fēng)井。

（3）將東翼7線2 064～2 004 m中段人行通風(fēng)井向下延伸至1 824 m中段，與各中段連通，作為礦山主回風(fēng)井。

2.4.2 通風(fēng)系統(tǒng)進回風(fēng)線路

（1）進風(fēng)線路。2 004 m以上各中段新鮮風(fēng)流經(jīng)2 004 m中段各平硐口進入，經(jīng)5線電梯井、斜坡道通至各中段作業(yè)面；2 004 m以下各中段新鮮風(fēng)流經(jīng)進風(fēng)井分風(fēng)至各中段作業(yè)面。

（2）回風(fēng)線路。東、西翼各中段（分層）污風(fēng)經(jīng)作業(yè)面匯至主回風(fēng)井，經(jīng)2 064 m中段透地表穿脈排出 地表（圖4）。

3 通風(fēng)方案對比分析

根據(jù)井下礦體開采的特點，提出以上3個通風(fēng)技術(shù)方案都有較大的可操作性，各有優(yōu)劣。為從中選出一個經(jīng)濟技術(shù)最符合礦山實際情況的方案，分別對3個方案的通風(fēng)阻力、設(shè)備購置與運行費用、工程量大小進行比較，得出最優(yōu)的井下通風(fēng)系統(tǒng)方案［1-3］。

從表1可以看出，通風(fēng)系統(tǒng)方案一與方案二東、西翼的通風(fēng)阻力相差不大，但方案三的通風(fēng)阻力均大于方案一與方案二。

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從表2可以看出，3個方案的通風(fēng)系統(tǒng)成本投入中，方案一優(yōu)于方案二及方案三。

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從表3可以看出，3個方案的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化工程量中，方案一要優(yōu)于方案二及方案三。

4 通風(fēng)方案選擇

針對3個方案的技術(shù)特點，通過表1～表3的對比結(jié)果，根據(jù)礦山的實際情況，可得出3個方案的詳細優(yōu)缺點［4］，見表4。

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綜合以上，方案一和方案二通風(fēng)阻力相當(dāng)，方案三通風(fēng)阻力較大；方案一與方案二采用壓抽混合式通風(fēng)方式，較方案三通風(fēng)效果更為可靠，但方案二的投資工程量較方案一大［5-6］。所以，選擇方案一主平硐及盲斜坡道進風(fēng)及東、西兩翼回風(fēng)的壓抽混合式通風(fēng)方案，作為礦山通風(fēng)系統(tǒng)的最終方案。

5 結(jié)論

（1）高海拔礦山的通風(fēng)因單位空氣中氧氣含量減少，在計算礦井的實際需風(fēng)量時，需對其進行修正，修正系數(shù)根據(jù)空氣密度進行折算，以滿足高海拔礦井的通風(fēng)需求。

（2）高海拔礦山因地處高原，氣壓降低，在選擇通風(fēng)方式上宜采取壓抽混合的通風(fēng)方式，若僅采用抽出式通風(fēng)，礦井內(nèi)壓力進一步降低，造成礦井空氣中的氧分壓與氧氣的質(zhì)量密度降低，若采用單純的壓入式通風(fēng)，僅適用于開采深度較淺的礦山。

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（3）通過對通風(fēng)系統(tǒng)不同方案的通風(fēng)阻力、設(shè)備與運行費用的投入、工程量大小進行詳細比較，得出了礦山最優(yōu)的通風(fēng)系統(tǒng)方案；同時，在選擇方案時，盡量利用現(xiàn)有的井巷工程，以減少改造工程量，縮短建設(shè)周期。