臘子溝金礦通風系統優化及可靠性分析

林喜村 紀旭波 初 嶸 劉曉通 許 峰 吳冷峻3

（1.山東恒邦冶煉股份有限責任公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

通風系統作為礦山生產八大系統之一［1-2］，在保障井下人員呼吸的同時，還承擔井下作業面有毒有害氣體及粉塵的凈化，保障人員職業健康及礦山生產正常進行［3-4］。通風系統服務于井下生產，應該隨著生產的變化而進行調整［5-6］。

目前主要采用最優斷面理論、風量和風質測定及計算機網絡解算技術對通風系統進行優化，優化的內容包含礦井總風量、中段分配風量、空氣環境質量、有毒有害氣體含量及風機工況等［7-10］。臘子溝金礦淺部資源開采基本完畢，生產重心調整至-360 m水平以下，由于生產重心的調整，礦山通風系統與井下生產需求不匹配。為使通風系統匹配井下生產，從礦井總風量核算、通風方式、機站設置及風機選型等方面對臘子溝金礦通風系統進行優化及改造。

1 通風系統現狀

1.1 通風方式

臘子溝金礦開拓有主豎井、輔助井、南風井和北風井，采用兩翼對角分區抽出式通風。新鮮風流從主豎井和輔助井流入井下，經各中段主豎井石門進入各中段采場作業面，污風經中段間天井分別返回至南北區回風水平，經南北回風井排至地表。臘子 溝通風系統見圖1。

1.2 機站設置及風機選型

礦井設置2個主回風機站，1個輔助通風機站。-240 m水平作為北區主回風水平，設置主回風機站于北風井二級倒段井口石門處，風機類型為K40-4-№15。-320 m水平作為南區主回風水平，設置主回風機站于南風井三級倒段井聯絡巷內，風機類型為K40-6-№13。輔助回風機站設置于-280 m水平99線回風井聯巷，風機類型為K40-4-№15。

1.3 通風現狀分析

臘子溝金礦采用上向水平分層尾砂充填采礦法，生產規模為12×104t/a，設計礦井總風量60 m3/s。以主豎井為分界線，主豎井以北為北區，以南為南區。目前生產重心調整為北區-360 m水平以下，南區無生產作業點。由于生產重心的調整，其通風系統面臨以下問題：①-240 m主回風機站風機安裝及選型不合理，風機漏風嚴重，礦井總風量僅18.45 m3/s，無法滿足生產需求；②主豎井風流紊亂；③-360 m水平以下新風和污風串聯現象嚴重，污濁風流循環利用。

2 通風系統優化方案

2.1 礦井需風量核算

臘子溝金礦初步設計南北區共同開采，由于礦物賦存條件的限制，現調整為北區獨立生產。根據生產重心的調整，對臘子溝金礦需風量重新核算。有多種方法核算礦井需風量，使用排塵風速核算礦井需風量，要求采場最低排塵風速不低于0.25 m/s。本次取排塵風速0.25～0.30 m/s核算礦區總風量，結果表1。

經核算，礦井總需風量為33.6 m3/s，考慮漏風系數1.35，則礦井總需風量為45.36 m3/s。后期南區恢復作業后，南區通風系統困難時期核定總風量為45.36 m3/s。

2.2 通風方式優化

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現階段南區無作業點，-320 m主回風機站風機不開啟，臘子溝金礦兩翼對角抽出式通風系統調整為單翼對角抽出式通風系統（圖2）。南風井由回風變成進風，增加一條進風通道，降低通風阻力，節約能耗。

輔助井通-200、-240和-280 m水平，新鮮風流從輔助井流出，經-200、-240和-280 m水平大巷流入主豎井。主豎井承擔-360 m水平以下進風。

在主輔扇風壓作用下，-360 m水平以下污風經99線盲風井回風至-280 m水平，-280 m水平污風經北回風井回風至-240 m回風系統，最終經北風井排至地表。為避免新鮮風和污風混合，在-240 m水平北風井以南大巷設2道風門，99線盲風井以南設2道風門。

2.3 風機優選

南區延用現有回風機站風機K40-6-№13，后期恢復生產后考慮更換性能更佳的風機。北區通風為主輔扇通風系統，原-240 m水平主回風機站K40-4-№15型風機葉片變形，滿足不了礦井總風量45.36 m3/s。經驗算，主扇更換為DK45-6-№16型風機。

淺部資源開采結束，采空區封堵不嚴實，漏風和串風現象嚴重，為保障-360 m水平以下通風量滿足設計要求，在99線風井口設輔助通風機站，實現-280 m水平采空區風壓平衡和-360 m水平以下風量守恒。輔助通風機站風機延用現有K40-4-№15型風機。

3 優化方案效果檢測

3.1 礦井風量可靠性分析

-240 m水平北風井井口主回風機站風機滿頻率運行；-280 m水平99線盲風井井口輔助回風機站風機以35 Hz頻率運行；南區-320 m水平主回風機站風機不開啟。-240 m水平主回風機站聯絡巷內2道風門保持關閉；-280 m水平99線以南3道風門均關閉；-320 m水平以下南巷風門均開啟。利用風速儀和激光測距儀在各中段主豎井石門和南巷測得各中段風量見表2。

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由表2檢測結果可得：①北區-240 m水平主扇滿頻率運行時系統總回風量60.37 m3/s，滿足礦井核算總風量45.36 m3/s的同時還富余15.01 m3/s，提高了系統風量可靠性。②臘子溝金礦-200～-280 m水平間無作業點，通風不作特別要求；-320 m水平炸藥發放庫通風量為4.39 m3/s，回風引入-320 m回風大巷；-360 m及以下水平為主要生產水平，進風總量為48.35 m3/s，各個中段的進風量均在9 m3/s以上，系統有效風量率為80.09%，工作地點用風量滿足設計要求。③-280 m水平99線盲風井聯絡巷設置輔助回風機站，風機運行頻率35 Hz，-360 m水平以下深部回風量為34.57 m3/s，風機運行頻率還有上調空間，深部回風量富余。④-280 m水平北回風井北側采場與地表和下部-320 m采場貫通，-280、-320 m水平北回風井北側采空區采取密封墻封堵，密封墻頂部與巷道接頂處密封不嚴實，在-240 m水平主扇風壓作用下，漏風風量為4.74 m3/s。

3.2 礦井風質分析

礦井風溫、粉塵含量及有毒有害氣體含量影響礦井風質。有毒有害氣體主要是井下爆破作業產生的炮煙。進行通風系統檢測時距離放炮時間較長，有毒有害氣體未檢出。新鮮風流粉塵含量低于0.5 mg/m3，放礦溜井處布置有密閉噴霧降塵措施，作業環境內粉塵濃度不高于10 mg/m3。

圖3為井下溫度檢測結果，分析可得：①井下51個測點中，最低溫度為18.4℃，最高溫度為25.1℃，未超過28℃，符合規范要求。②圖中8條曲線代表臘子溝金礦8個中段，曲線的前半段測點為進風側測點，后半段為回風側測點。各中段的溫度變化趨勢為進風側溫度低于回風側溫度。-280 m中段進風側與回風溫差為5℃，99線盲風井井口聚集大量霧氣，影響視野。③中段溫度隨著開采深度的增加而增加，-200 m水平平均氣溫為19.3℃，-480 m水平平均氣溫為23.3℃，每延深一個中段，進風側氣溫增加約0.6～1.6℃，回風側氣溫增加約1.0～1.6℃。

3.3 主輔扇性能評估

臘子溝金礦采用主輔扇通風系統，主扇位于-240 m水平北風井井口，風機型號為DK45-6-№16，輔扇位于-280 m水平99線盲風井聯絡巷，風機型號為K40-4-№15。主輔扇工況見表3。

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系統裝機功率290 kW，實耗功率134.91 kW，主扇運行效率71%，輔扇運行效率60%，系統風機平均效率為65.5%。

4 結論

（1）根據最低排塵風速及獨立硐室通風要求，對井下作業面風量進行定量優化，優化后的礦井總風量由60 m3/s降低為45.36 m3/s，在滿足作業面通風要求的同時，還降低了礦井通風總能耗。

（2）根據采場的空間位置分布及井巷的通風能力，臘子溝金礦通風方式調整為單翼對角抽出式通風。與中間對角式通風方式相比，優化后的通風系統北區回風不變，南區回風變為進風，增加井下進風通道，降低通風阻力，節約能耗。

（3）利用通風網絡解算技術，臘子溝金礦主輔扇通風系統主扇型號為DK45-6-№16，輔扇型號為K40-4-№15。經實測，主扇滿頻率運行時系統總風量為60.37 m3/s，與設計相比，風量富裕15.01 m3/s。輔扇運行頻率為35 Hz，-360 m及以下水平總進風量為48.35 m3/s，系統有效風量率達到80.09%，主要生產區域通風效果得到保障。

（4）經實測，優化后的通風系統，能有效迅速排出井下爆破作業產生的有毒有害氣體，放礦溜井處均采取了噴霧降塵措施，粉塵濃度小于10 mg/m3，井下最高風溫為25.1℃，風速、風溫和風質均滿足礦山安全規程要求，優化后的通風系統安全可靠。