某螢石礦通風系統優化研究及實踐

周水祥

(1.湖南有色冶金勞動保護研究院有限責任公司，湖南 長沙 410014；2.非煤礦山通風防塵湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410014)

礦井通風系統是礦山生產的重要組成部分，主要任務是通過不斷向井下各作業點供給足夠的新鮮空氣，稀釋和排除各種有毒有害氣體、粉塵等危害因素，調節作業環境條件，保障礦山作業人員的安全和健康，提高勞動生產效率[1]。但礦山生產是一個動態過程，隨著礦山作業向深部延伸，礦井中段越來越多[2]、通風網絡越來越復雜、井巷阻力越來越大，作業面風速風量不足，僅靠增加風機無法從根本上解決問題。本文以湖南某螢石礦為例，為改善井下作業環境，對通風系統進行了優化與實踐[3]。

1 礦山通風系統現狀及問題

1.1 礦山概況

湖南某螢石礦生產規模為6 萬t/a，采用地下開采，開采深度為+200～-300 m 標高，開采礦種為螢石礦，采礦方法為淺孔留礦法。礦井采用豎井+斜井開拓，豎井（井口標高+151 m）位于礦體下盤中央部位，井筒凈直徑為4.5 m，采用澆筑砼支護，為罐籠井，擔負礦井礦石、廢石、材料和進風、排水、行人、管道敷設等功能。風井為801 斜井（井口標高+171 m），位于豎井西部，布置在礦體下盤，斜井傾角為28°，落底標高為+20 m，井筒斷面為三心拱，斷面面積為3.6 m2，擔負礦井回風任務，并作為礦井的應急安全出口。

礦井已開采多年，共劃分為8 個中段，均布置有脈外運輸平巷。目前-175 m 及以上中段的礦體已開采結束，主要生產中段為為-215 m 中段、-255 m中段、-295 m 中段。根據礦山規劃，擴界手續完成后將新建-335 m 中段、-375 m 中段。

1.2 礦山通風系統現狀

礦山現采用中央并列式多級機站抽出式通風。

目前礦井作業面主要集中在-215 m 中段（六中段）、-255 m 中段（七中段）、-295 m 中段（八中段）。一級站在-215 m 中段（六中段）東西兩翼各安裝有1 臺功率為11 kW 主要通風機。二級站在-175 m 中段（五中段）東西兩翼各安裝有1 臺功率為30 kW 的主要通風機。三級站在-175～-100 m盲斜井上部車場內安裝有1 臺功率為30 kW 的主要通風機。四級站在801 斜井井口安裝有1 臺功率為55 kW 的主要通風機。前述主要通風機共計6 臺，裝機功率共計167 kW。

通過現場實測，豎井總進風量為23.89 m3/s：其中礦井八中段進風量為11.04 m3/s，七中段進風量為10.21 m3/s，六中段進風量為2.64 m3/s。801 斜井總回風量為25.36 m3/s。

1.3 礦山通風系統存在的問題

礦山通風系統已經過多次改造，但是仍然存在很多問題。

（1）礦井采用多級機站抽出式通風，運轉管理非常復雜，局部阻力大，穩定性差，導致一些巷道內無風或為循環風。因小型礦山技術能力有限，多級機站通風無法實現微機集中控制，無法實現同反風，不利于礦井發生災害時的反風。

（2）井下風量不足。根據采場、掘進、硐室需風量計算，需風量為38.50 m3/s，而礦井現在的總進風量為23.89 m3/s，不能滿足安全生產的要求。

（3）801 斜井底部+20 m 標高回風巷垮塌，-20～+20 m 盲斜井下部回風口被風機堵住，增大了通風阻力；801 斜井地面安全出口設置不嚴密，漏風嚴重，導致地面主通風機抽風效果差。

（4）-60 m 中段至-20 m 中段東翼通風天井風流反向，形成循環風。

（5）生產作業中段有效風量低，循環風量大。如礦井西翼3 個中段總入風只有10 m3/s，有效進風不到50%。

（6）隨著礦山實施下一步規劃，礦井水平延深，通風線路進一步加長，引起通風阻力加大；同時隨開采深度加大，井下溫度升高，為降低作業地點溫度，同樣需提供更大的風量。

2 通風系統優化

2.1 通風系統優化方案

根據通風系統存在的問題，在充分利用現有井巷工程和設施情況下，決定繼續采用中央并列機械抽出式通風方式。優化后的礦井通風系統見圖1。本次通風系統優化方案的主要內容如下。

圖1 礦井通風系統

（1）采用在地面建立單一主通風機通風系統，在801 斜井井口安裝1 臺主通風機。可實現主扇集中控制，運轉管理簡單[4]，穩定可靠，有效避免多級機站通風導致的巷道循環風，在礦井發生災害時可有效控制礦井實現反風。

（2）維修完善風井側的安全出口。在801 斜井地面安全出口處增加一道風門，在風門四周安裝密封膠皮。

（3）對801 斜井井底垮塌的廢石進行清理，擴大過風斷面。

（4）拆除原有井下回風巷道中的主要通風機，減少礦井阻力。

（5）恢復-215 m 中段至-175 m 中段東翼通風天井。

（6）對井下采空區進行封閉，對原有的密閉墻進行砂漿抹面，防止漏風。

2.2 通風風量及阻力計算

根據最大下井人數需風量、爆破后排除炮煙風量、排塵風速風量分別計算需風量再取大值。礦井風量分配及礦井漏風計算見表1。

表1 礦井風量分配及礦井漏風計算

礦井阻力計算時，通風困難時期按生產中段延伸至-375 m 標高計算，再將自然風壓、局部阻力計入后，可知通風容易時期阻力為973.74 Pa；通風困難時期阻力為1320.08 Pa。

2.3 主通風機選型

主通風機漏風系數取1.2，通風機所需全壓按前述阻力再計入設備阻力、設備出口動壓[5]。根據計算，所需通風機的風量為46.2 m3/s，通風容易時期的通風阻力為1230.70 Pa；通風困難時期的通風阻力為1577.24 Pa。

根據上述計算出的風量和阻力，選擇對旋軸流通風機1 臺及1 臺電動機，另配1 臺電動機作備用。主風機的特性曲線見圖2，其運行工況見表2。

圖2 主通風機特性曲線（靜壓）

表2 主通風機運行工況

3 通風系統優化效果

該礦通風系統優化改造完工后，對優化后的效果進行了測定分析。

3.1 主要通風機運行情況

在測定期間，801 斜井的主要通風機運行正常，性能穩定，可根據井下實際需風量進行調頻運行。主要通風機實際運行參數見表3。

表3 主風機實際運行參數

3.2 礦井通風系統運行情況

在礦井主要通風機運行期間，礦井通風系統風流穩定，控風設施運行基本可靠，井下供風風量分布情況見表4。

表4 礦井各地點風量分布情況

通風系統優化改造后，豎井總進風量提高了73.5%；六中段進風量提高了284%；七中段進風量提高了39.6%；八中段進風量提高了23.4%；801斜井總回風量提高了70.9%。前述測定結果表明，該螢石礦通風系統優化改造后其主要通風機運行參數、井下主要生產巷道及中段的風量均達到了預計優化效果。

4 結論

（1）該螢石礦通風系統優化改造后，其風量、風速等可以滿足礦井通風要求，有效控制了礦井漏風和循環風。

（2）該螢石礦通過優化改造，主風機的裝機功率由167 kW 減少至150 kW，而且可采用變頻調節，當前實際運行功率僅118.5 kW，大大減少了運營管理成本和運營費用。

（3）通過本次優化改造，將原多級機站抽出式通風系統改為地面單一通風機的通風系統，并可以實現礦井反風，礦井發生火災時能得到有效控制，保證了人員生命安全。