某銅礦山8#礦體通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐

譚文兵，杜俠飛，馮鈺煒，李 可

（1.成都新茂啟源礦業(yè)有限公司，四川 成都 610051；2.廣安交投建材有限公司，四川 廣安 638000）

對(duì)于地下礦山而言，礦井通風(fēng)在礦山掘、采、供、充、提升、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，通過風(fēng)機(jī)、管道、風(fēng)門、風(fēng)墻等通風(fēng)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)源源不斷向井下各用風(fēng)作業(yè)點(diǎn)供給新鮮空氣，滿足人員呼吸、稀釋有毒有害氣體和粉塵，確保礦山安全生產(chǎn)。隨著礦山采礦活動(dòng)不斷向深部延伸拓展，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)漸趨復(fù)雜、風(fēng)流調(diào)控能力不足、風(fēng)量分配不合理、回風(fēng)阻力增大、通風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)管理能力不足等問題逐漸凸顯[1]，就必須立足礦山實(shí)際對(duì)原有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。李亞俊等[2]針對(duì)主要生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)移、原有通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量分配不合理的問題，提出新建分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)加以解決；程力等[3]在計(jì)算三山島金礦西山礦區(qū)需風(fēng)量的基礎(chǔ)上，運(yùn)用軟件模擬解算確定了優(yōu)化方案；胡勇等[4]針對(duì)漏風(fēng)嚴(yán)重、總風(fēng)量不足等問題，采用Ventsim三維模擬軟件對(duì)提出的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進(jìn)行了比選；林敏[5]根據(jù)礦山現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)評(píng)結(jié)果，通過調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率、設(shè)置專用回風(fēng)水平等措施進(jìn)行改進(jìn)調(diào)整；王海寧等[6]利用迭代解算法對(duì)井下風(fēng)流狀態(tài)進(jìn)行了模擬分析；賴明照等[7]利用仿真模擬軟件對(duì)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式模擬研究。

由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要由進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段三部分構(gòu)成，在分析通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀時(shí)，可從進(jìn)風(fēng)總量、中段及分層通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)施、回風(fēng)主扇風(fēng)機(jī)布置等方面入手。

1 8#礦體通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

某銅礦新區(qū)8#盲礦體分布在6#～12#勘探線之間，礦體群產(chǎn)于F55斷層組控制的刺穿體與白云巖接觸帶的兩側(cè)，受刺穿構(gòu)造、斷裂構(gòu)造控制。礦體走向近SN，傾向W，傾角50°～80°，主要采用淺孔留礦法、小分段深孔崩落法、淺采回采區(qū)域突變部分輔以深孔崩落等進(jìn)行礦體回采。

地表新鮮風(fēng)流通過143風(fēng)井進(jìn)入十二中段（863m水平），再由中段進(jìn)風(fēng)井、十四斜井等分別進(jìn)入十三中段（812m水平）、十四中段（782m水平）各用風(fēng)作業(yè)點(diǎn)。污風(fēng)則通過14-13回風(fēng)井、13-12回風(fēng)井以及采區(qū)內(nèi)天、溜井等統(tǒng)一經(jīng)十二中段1249回風(fēng)道、獅山段盲井、南回風(fēng)井回至地面，如圖1所示。

圖1 8#礦體通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀示意圖

然而，隨著十三中段探采工程的全面展開，上部分層與之貫通的人行、溜礦井?dāng)?shù)量急劇增多，導(dǎo)致十三中段內(nèi)進(jìn)回風(fēng)混亂，漏、循環(huán)、串聯(lián)現(xiàn)象嚴(yán)重。且在十四中段開拓工程穩(wěn)步推進(jìn)，尚未形成有效的通風(fēng)系統(tǒng)的情況下，導(dǎo)致十三、十四中段通風(fēng)不暢，炮煙、粉塵等有毒有害物質(zhì)無法及時(shí)排出，一方面職工勞動(dòng)效率下降，影響生產(chǎn)進(jìn)度，另一方面也存在威脅職工身心健康和人身安全的隱患。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

2.1 優(yōu)化思路

總的來說，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化需遵循“系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理”的原則。針對(duì)該銅礦8#礦體通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，工程技術(shù)人員在實(shí)地調(diào)查、測(cè)量的基礎(chǔ)上，擬按照“單翼對(duì)角式通風(fēng)形式”的思路進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造。

（1）獅山十三中段由百米風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)十三中段各穿脈大巷回到上沿大巷儲(chǔ)沙井后，歸入十二中段1249回風(fēng)道。

（2）獅山十四中段由新斜井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)十四中段各穿脈大巷后回到1402大巷的3#回風(fēng)井后，直接回到十二中段1249回風(fēng)道。

2.2 需風(fēng)量計(jì)算[8]

（1）按井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算：

（2）按排塵風(fēng)速計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。8#礦體十三、十四中段作業(yè)面所需排塵風(fēng)量為16.33m3/s，遠(yuǎn)大于同時(shí)作業(yè)最多人員需風(fēng)量2m3/s，故需風(fēng)量按16.33m3/s進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上，再按一般礦井進(jìn)行選取1.2的總需風(fēng)量備用系數(shù)，則十三、十四中段總需風(fēng)量為19.6m3/s。

表1 按排塵風(fēng)速計(jì)算需風(fēng)量結(jié)果表

2.3 8#礦體通風(fēng)阻力計(jì)算[9]

井巷通風(fēng)阻力按其產(chǎn)生的地點(diǎn)、性質(zhì)可分為摩擦阻力、局部阻力兩類，其中摩擦阻力可根據(jù)式1、式2計(jì)算得出，而在一般情況下局部阻力較小，僅占礦井總阻力的10%～20%，故本文取摩擦阻力的15%作為局部阻力估算值。

式中：R摩為井巷摩擦風(fēng)阻（N·s2/m8）；

α為通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)（N·s2/m4）；

L為巷道長(zhǎng)度（m）；

P為巷道斷面周邊長(zhǎng)度（m）；

S為巷道斷面面積（m2）；

Q為巷道通過風(fēng)量（m3/s）；

h摩為巷道通風(fēng)摩擦阻力（Pa）。

按進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段、回風(fēng)段分別計(jì)算8#礦體十三、十四中段通風(fēng)阻力，見表2。根據(jù)文獻(xiàn)[9]附錄一，通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)α取值為0.0008。

表2 8#礦體十三、十四中段通風(fēng)阻力計(jì)算表

根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)，選用K40-6-12輔助扇風(fēng)機(jī)（理論風(fēng)量9.9～21.7m3/s，全風(fēng)壓111～510pa，功率為15kw）分別安裝于十三回風(fēng)井井口、十四中段回風(fēng)井井腳，采用抽出式通風(fēng)，可滿足通風(fēng)要求。

2.4 優(yōu)化方案 （見圖2）

圖2 8#礦體通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造系統(tǒng)圖

2.4.1 優(yōu)化十三中段通風(fēng)系統(tǒng)

（1）在1302大巷做一扇木制密閉風(fēng)門，避免新風(fēng)直接從材料井回走。

（2）在1350大巷與十三中段下沿大巷彎道處做一道金屬風(fēng)門迫使新鮮風(fēng)流經(jīng)1364—1361穿脈大巷后回走。

（3）分別在1360—1354穿脈大巷與上沿大巷交匯端做好密閉，在上沿大巷與820水平各采場(chǎng)相通的小井處作好密閉，避免廢風(fēng)進(jìn)入上水平采場(chǎng)。

（4）打開1350大巷內(nèi)上通十二中段1249巷道的儲(chǔ)沙井作為十三中段的總回風(fēng)井來統(tǒng)一回風(fēng)，并在井口安裝一臺(tái)K40-6-12的15KW輔扇克服回風(fēng)阻力，在增加回風(fēng)量充分利用風(fēng)機(jī)有效功率的同時(shí)做好相關(guān)巷道的密閉工作。

（5）834、820水平各作業(yè)面統(tǒng)一由1279-2#進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，1#回風(fēng)井回風(fēng)。

2.4.2 優(yōu)化十四中段通風(fēng)系統(tǒng)

（1）在十三中段1368大巷1#措施小井口安裝一臺(tái)壓入式局扇，把新鮮風(fēng)壓入十四斜井后再流入十四中段大巷。

（2）十四中段3#風(fēng)井作為十四中段專用回風(fēng)井，并在3#風(fēng)井井腳安裝一臺(tái)K40-6-12的15KW輔助扇風(fēng)機(jī)。

（3）在十三中段1355大巷2#探井外作一道密閉風(fēng)門，使2#探井與十四中段3#風(fēng)井連通形成專用回風(fēng)井，污風(fēng)通過2#探井回到846水平專用風(fēng)道內(nèi)再進(jìn)入1249巷道。

（4）在846水平2#探井口安裝隔篩、圍欄滿足人行、通風(fēng)要求。

3 優(yōu)化效果分析

3.1 通風(fēng)效果

方案實(shí)施后十三中段總進(jìn)風(fēng)量增加57%，回風(fēng)量提高了54%。改造后十三中段有效風(fēng)量率為85.7%較改造前提高了25.8%，粉塵合格率提升到94%，風(fēng)速合格率為86%；十四中段總進(jìn)風(fēng)量增加68.7%，回風(fēng)量提高了74.9%。十四中段有效風(fēng)量率為85.7%較改造前提高了20.5%，粉塵合格率提升到95%，風(fēng)速合格率為87%，見表3。通風(fēng)防塵各項(xiàng)指標(biāo)比改造前均有較大幅度提高，及時(shí)消除因8#礦體通風(fēng)不利造成的安全隱患，達(dá)到了預(yù)期效果。

表3 8#礦體十三、十四中段巷道通風(fēng)狀況統(tǒng)計(jì)表

3.2 經(jīng)濟(jì)效果

經(jīng)優(yōu)化改造后，8#礦體十三、十四中段進(jìn)、回風(fēng)風(fēng)速的提高，大大減少了局部扇風(fēng)機(jī)的使用數(shù)量。其中十三中段1368、1364、1362、1361大巷內(nèi)，為強(qiáng)化通風(fēng)而使用的11Kw局部扇風(fēng)機(jī)4臺(tái)，1362-2材料井口7.5KW局部一臺(tái)；十四中段1403、1404、1405、1406、1407大巷應(yīng)用的5臺(tái)11Kw局部扇風(fēng)機(jī)，3#進(jìn)風(fēng)井井腳7.5Kw的輔助扇風(fēng)機(jī)，在改造項(xiàng)目實(shí)施后逐一撤除。共撤除11Kw局部扇風(fēng)機(jī)9臺(tái)、7.5Kw局部扇風(fēng)機(jī)2臺(tái)。則因通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后撤除的局扇風(fēng)機(jī)功率114Kw，年可節(jié)約用電費(fèi)用35.2萬元。

4 結(jié)語

8#礦體十三、十四中段探采過程中，工程技術(shù)人員采用單翼對(duì)角式布置的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造思路，通過增設(shè)密閉風(fēng)門、調(diào)整進(jìn)回風(fēng)井巷等措施對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在提升巷道內(nèi)風(fēng)速、風(fēng)量的同時(shí)，有效降低了巷道內(nèi)空氣溫度和粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)流不串聯(lián)、不擴(kuò)散污染。此外還通過減少中段大巷內(nèi)局扇風(fēng)機(jī)數(shù)量達(dá)到了節(jié)能的效果。單翼對(duì)角式布置方式，使得風(fēng)流總體上流動(dòng)路線為直向行，它具有風(fēng)流路線短，阻力小、漏風(fēng)少、生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)風(fēng)壓穩(wěn)定，風(fēng)量分配均勻，出風(fēng)井遠(yuǎn)離工作區(qū)，污染小等優(yōu)點(diǎn)，為同類金屬礦山局部區(qū)域礦體規(guī)模較小、形態(tài)變化較大時(shí)的資源回采通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、優(yōu)化提供一定的參考借鑒。