金屬非金屬礦山斜坡道掘進(jìn)局部通風(fēng)設(shè)計(jì)

王 杰，陳 杰，劉 揚(yáng)

（銅陵有色金屬集團(tuán)銅冠礦山建設(shè)股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

1 工程概況

山東某金礦輔助斜坡道開拓工程，井下標(biāo)高-460m至-640m，斷面14.71m2，全長1785m，包括直線段、彎道段、錯(cuò)車巷等工程。

1.1 掘進(jìn)方案

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)正反掘同時(shí)施工，加快施工進(jìn)度，縮短貫通時(shí)間，盡快形成斜坡道系統(tǒng)通風(fēng)。正掘從-460m中段施工，返掘從-640m中段施工，設(shè)計(jì)每循環(huán)炸藥消耗量58.84kg。正掘施工人員設(shè)備配置：工作面最大作業(yè)人數(shù)10人，鑿巖配備阿特拉斯281臺(tái)車，出碴配置2m3鏟運(yùn)機(jī)配套8t地下運(yùn)礦車。反掘人員施工配置設(shè)備：工作面最大作業(yè)人數(shù)10人，配備YT-28鑿巖機(jī)鑿巖，出碴配置2m3鏟運(yùn)機(jī)配套8t地下運(yùn)礦車運(yùn)輸。

1.2 通風(fēng)條件

-460m中段通風(fēng)條件。-460m中段盲混合井石門、北巷、南巷、斜聯(lián)巷均已施工，中段與南風(fēng)井、主斜坡道已貫通。現(xiàn)有主要通風(fēng)回路從盲混合井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)石門巷道、南巷進(jìn)入南風(fēng)井，詳見圖1。其中盲混合井石門巷道至岔點(diǎn)處為新鮮的“涼”風(fēng)。南巷內(nèi)布置有3臺(tái)空壓機(jī)，空壓機(jī)工作時(shí)，南巷形成空氣幕，巷道內(nèi)空氣流動(dòng)性差，石門岔點(diǎn)到南巷及斜聯(lián)道、輔助斜坡道為高溫區(qū)，溫度達(dá)到35度以上；空壓機(jī)停機(jī)時(shí)，南巷至南風(fēng)井有“涼”空氣流動(dòng)，但風(fēng)速較低，流動(dòng)性差。主斜坡道～-460m斜聯(lián)巷距離礦井主要通風(fēng)巷道較遠(yuǎn)，空氣流動(dòng)性差，系統(tǒng)通風(fēng)不暢。

圖1 -460m中段新鮮風(fēng)流圖

-640m中段通風(fēng)條件。通過盲混合井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)井底車場、粉礦回收巷、聯(lián)絡(luò)道，至盲回風(fēng)井回風(fēng)；前期已施工北巷出水，高溫地下水，導(dǎo)致整個(gè)-640m中段處于高溫、高濕環(huán)境。

2 局部通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 局部通風(fēng)系統(tǒng)

局部通風(fēng)的新鮮風(fēng)流取自礦井主進(jìn)風(fēng)流，污風(fēng)匯入主回風(fēng)流，局部通風(fēng)系統(tǒng)作為礦井主通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，設(shè)計(jì)遵循以下原則：①局部通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)充分考慮礦井主通風(fēng)系統(tǒng)，利用現(xiàn)有通風(fēng)條件。②局部通風(fēng)系統(tǒng)要科學(xué)合理、安全性高、技術(shù)上可行且經(jīng)濟(jì)效益好。③局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)盡量采用技術(shù)先進(jìn)的低噪、高效型設(shè)備。④合理選擇壓入式、抽出式或混合式通風(fēng)方式。⑤壓入式通風(fēng)宜用柔性風(fēng)筒，抽出式通風(fēng)宜用帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒或完全剛性的風(fēng)筒。風(fēng)筒材質(zhì)應(yīng)選擇阻燃、抗靜電型。⑥當(dāng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)不能滿足通風(fēng)要求時(shí)可考慮選用兩臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行。

-460m中段通風(fēng)方案。根據(jù)目前通風(fēng)條件，斜坡道正掘通風(fēng)分三步解決。第一步將石門巷內(nèi)新鮮風(fēng)流送至斜坡道口；第二步將斜坡道口新鮮風(fēng)流送至工作面；第三步在斜坡道內(nèi)施工措施通風(fēng)井，形成貫穿風(fēng)流。

（1）石門巷至斜坡道口。方案一在盲混合井石門巷與南巷連接三岔點(diǎn)處安裝輔扇，同時(shí)在三岔點(diǎn)另一通道安裝風(fēng)門，開動(dòng)風(fēng)機(jī)后，形成盲混合井～石門～南巷～南風(fēng)井和石門～斜聯(lián)巷～輔助斜坡道區(qū)域回風(fēng)系統(tǒng)。此方案缺點(diǎn)一是影響-460m北沿巷道無軌設(shè)備的運(yùn)輸，二是斜坡道口易形成空氣幕，影響斜坡道掘進(jìn)期間的回風(fēng)。方案二在盲混合井石門巷內(nèi)安裝大功率局部通風(fēng)機(jī)，通過壓入式通風(fēng)方式將新鮮風(fēng)流送至斜坡道。此方案減少通風(fēng)設(shè)施對中段運(yùn)輸影響，缺點(diǎn)是風(fēng)量有限。

方案一在實(shí)際運(yùn)用過程中不可避免與中段運(yùn)輸交叉影響，方案二送風(fēng)量可通過選用大功率通風(fēng)機(jī)，配套硬質(zhì)風(fēng)筒提高風(fēng)量減少風(fēng)損，能夠滿足前期斜坡道開拓短距離風(fēng)量需求，后期通風(fēng)距離增加時(shí)，施工措施風(fēng)井，綜合比較兩種方案選擇方案二。

（2）措施通風(fēng)井。斜坡道總長1785m，通過正反掘同時(shí)施工，掘進(jìn)500m左右需施工措施通風(fēng)井，形成貫穿風(fēng)流，縮短通風(fēng)距離，降低通風(fēng)阻力，減少通風(fēng)損失。根據(jù)斜坡道設(shè)計(jì)圖，擬布置3條措施通風(fēng)井，1#措施通風(fēng)井-460m～-505m，2#措施通風(fēng)井-535m～-640m，3#措施通風(fēng)井-565m～-625m，詳見圖2。

圖2 斜坡道措施通風(fēng)井布置圖

-640m中段局部通風(fēng)方案。在-640m中段盲混合井石門巷內(nèi)安裝輔扇拉動(dòng)石門巷內(nèi)風(fēng)流，再通過對旋式局部通風(fēng)機(jī)將新鮮風(fēng)送至工作面，同時(shí)在粉礦井通道內(nèi)安裝輔扇進(jìn)行抽出式通風(fēng)。形成盲混合井～石門巷～工作面～粉礦井通道～回風(fēng)井的通風(fēng)回路。通風(fēng)保障措施：①北沿巷道出水點(diǎn)采取注漿堵水或安裝孔口管關(guān)閉流出的熱水，緩解出水造成的熱害，降低巷道溫度。②斜坡道2#措施通風(fēng)井貫通后，將風(fēng)機(jī)移至2#措施通風(fēng)井附近，縮短通風(fēng)距離。③-640m巷道掘進(jìn)至溜井位置時(shí)，及時(shí)施工溜井以改善中段通風(fēng)。

2.2 通風(fēng)方式及風(fēng)筒選型

局部通風(fēng)機(jī)的常用通風(fēng)方式有壓入式、抽出式和混合式。壓入式通風(fēng)時(shí)，通風(fēng)機(jī)及其附屬電氣設(shè)備均布置在新鮮風(fēng)流中，污風(fēng)不通過局部通風(fēng)機(jī)，安全性好；其次，壓入式通風(fēng)風(fēng)筒出口風(fēng)速和有效射程均較大，可采用柔性風(fēng)筒，成本低、質(zhì)量輕，便于運(yùn)輸。抽出式通風(fēng)時(shí)，新鮮風(fēng)流沿巷道進(jìn)入工作面，整個(gè)巷道空氣清新，勞動(dòng)環(huán)境好；然而風(fēng)筒承受負(fù)壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，成本高、質(zhì)量大，運(yùn)輸不便。

根據(jù)工程施工條件，設(shè)計(jì)獨(dú)頭掘進(jìn)局部通風(fēng)最大距離不超過500m，超過500m施工措施風(fēng)井通風(fēng)，采用壓入式通風(fēng)，根據(jù)表1選擇風(fēng)筒直徑為800mm的膠質(zhì)阻燃風(fēng)筒。

表1 通風(fēng)距離與風(fēng)筒直徑選擇

壓入式通風(fēng)時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置安裝在距離掘進(jìn)巷道口10m以外的進(jìn)風(fēng)側(cè)，將新鮮空氣經(jīng)風(fēng)筒輸送至掘進(jìn)工作面，出風(fēng)口距離工作面必須在有效射程內(nèi)。有效射程計(jì)算如下：

S——巷道斷面；

2.3 風(fēng)量計(jì)算

掘進(jìn)工作面需風(fēng)量，應(yīng)滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》對工作面空氣成分、礦井進(jìn)風(fēng)需求、空氣溫度、平均風(fēng)速等規(guī)定要求。工作面需風(fēng)量按消耗炸藥量、作業(yè)人數(shù)、稀釋井下柴油設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的廢氣分別計(jì)算，再按最低風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算，然后取其中最大值計(jì)算局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量。

（1）工作面需風(fēng)量。

按消耗炸藥量計(jì)算：

以排出作業(yè)面炮煙和礦塵作為計(jì)算依據(jù)，每千克炸藥爆破后稀釋炮煙所需新鮮風(fēng)量為500m3/kg。

Ae——工作面一次爆破裝藥量，炸藥單耗取2.0kg/m3；

t——爆破后稀釋炮煙的通風(fēng)時(shí)間，取45分鐘；

按作業(yè)人數(shù)計(jì)算：

每人每分鐘應(yīng)供給的最小風(fēng)量為4m3/kg。

N——井下同時(shí)工作的最多人數(shù)

按稀釋井下柴油設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的廢氣：

柴油設(shè)備運(yùn)行時(shí)供風(fēng)量不小于4m3/（min·kw）。

Wi——工作面柴油設(shè)備運(yùn)行功率，2m3鏟運(yùn)機(jī)功率90Kw，8t地下運(yùn)礦車功率103Kw。

K——柴油設(shè)備同時(shí)運(yùn)行時(shí)通風(fēng)系數(shù)，取0.7～0.9。

按風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算：

巖巷掘進(jìn)工作面最低風(fēng)速不小于0.15m/s。

取上述計(jì)算結(jié)果最大值，工作面需風(fēng)量653.78m3/min。

（2）局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量計(jì)算。

根據(jù)掘進(jìn)工作面需風(fēng)量、通風(fēng)距離和風(fēng)筒百米漏風(fēng)率，計(jì)算通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量，以此作為風(fēng)機(jī)選型的工況點(diǎn)參數(shù)之一。

Qe——工作面需風(fēng)量；

P100——風(fēng)筒百米漏風(fēng)率，取2%；

L——局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)距離；

2.4 風(fēng)阻計(jì)算

選用直徑800mm的膠質(zhì)風(fēng)筒，查表2取風(fēng)筒的百米風(fēng)阻R100=6.4N·s2/m8，計(jì)算平直段與出風(fēng)口通風(fēng)阻力，最后計(jì)算得出風(fēng)機(jī)全壓。

表2 膠布風(fēng)筒的摩擦阻力系數(shù)與百米風(fēng)阻值

（1）平直段風(fēng)筒阻力計(jì)算：

風(fēng)筒風(fēng)阻R=L/100×R100=500/100×6.4=32(N·s2/m8)

L——風(fēng)筒通風(fēng)距離；

R100——風(fēng)筒百米風(fēng)阻值；

通風(fēng)阻力h=R＊Qe＊Q吸=32＊653.78/60＊726.42/60=42 21.50Pa

R——風(fēng)筒風(fēng)阻；

Qe——工作面需風(fēng)量；

Q吸——局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量；

（2）風(fēng)筒出口局部阻力計(jì)算：

ξ——風(fēng)筒局部阻力系數(shù)，出口處取1.0；

ρ——空氣密度，取1.2kg/m3；

υ——風(fēng)速；

（3）局部通風(fēng)機(jī)全壓計(jì)算：

局部通風(fēng)機(jī)全壓等于上述通風(fēng)阻力之和。

2.5 風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)計(jì)算，局部通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)參數(shù)：Qf=726.42m3/min，全風(fēng)壓hf=4503.74Pa，在可供選擇的各種通風(fēng)動(dòng)力設(shè)備中選用合適的設(shè)備。對旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)FBDYNo7.1/2×45性能參數(shù)：風(fēng)量738～400m3/min，全壓1100～6700Pa，滿足設(shè)計(jì)條件，可以選用。

2.6 通風(fēng)效果和通風(fēng)安全保障措施

根據(jù)局部通風(fēng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場實(shí)施運(yùn)行后對工作面風(fēng)量與風(fēng)速進(jìn)行檢測，風(fēng)量為3.5m3/s，巷道風(fēng)速為0.47m/s，在措施通風(fēng)井形成貫穿風(fēng)流后，通風(fēng)空氣質(zhì)量也得到改善，整體通風(fēng)效果達(dá)到預(yù)期要求。在實(shí)際工作中仍需采取多項(xiàng)措施保障通風(fēng)效果和通風(fēng)安全。

2.6.1 局部通風(fēng)系統(tǒng)管理

（1）掘進(jìn)工作面應(yīng)實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)。

（2）按照局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝布置通風(fēng)設(shè)備設(shè)施，正常工作的局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)有備用通風(fēng)機(jī)。

（3）工作面電氣設(shè)備必須實(shí)行風(fēng)電閉鎖，確保局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后能切斷停風(fēng)區(qū)內(nèi)電氣設(shè)備的電源。

2.6.2 局部通風(fēng)機(jī)管理

（1）局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置網(wǎng)篩或風(fēng)罩，高壓部位安裝襯墊，附屬設(shè)備齊全。

（2）優(yōu)先選用降噪通風(fēng)機(jī)，普通通風(fēng)機(jī)噪聲超過規(guī)定85dB(A)應(yīng)安裝消聲器。

（3）局部通風(fēng)機(jī)必須安裝在專門的支架或托架上，離地面高度大于0.3m，吸風(fēng)口附近2m范圍內(nèi)不得有雜物。

（4）局部通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置必須安設(shè)在新鮮風(fēng)流巷道中，距掘進(jìn)巷道回風(fēng)口不小于10m；進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)風(fēng)量必須大于局部通風(fēng)井的吸風(fēng)量，局部通風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)到回風(fēng)巷口間的巷道中最低風(fēng)速不低于0.15m/s。

（5）局部通風(fēng)機(jī)必須采用“三專”供電，專用變壓器最多可向4套不同掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)供電；備用局部通風(fēng)機(jī)電源必須取自同時(shí)帶電的另一電源，當(dāng)正在工作的局部通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，備用局部通風(fēng)機(jī)能自動(dòng)啟動(dòng)。

（6）局部通風(fēng)機(jī)意外斷電停止運(yùn)行后，當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)均不得自行啟動(dòng)，必須人工開啟局部通風(fēng)機(jī)。

（7）局部通風(fēng)機(jī)必須由指定專人負(fù)責(zé)管理，定期檢查維修，清除粉塵等雜物，保證局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

2.6.3 風(fēng)筒安裝與使用

（1）風(fēng)筒吊掛必須做到平、直、穩(wěn)，逢環(huán)必掛，環(huán)環(huán)吊緊，防止急拐彎。風(fēng)機(jī)與風(fēng)筒吊掛高度不同時(shí)，應(yīng)減小其“S”形連接的彎度。風(fēng)機(jī)與風(fēng)筒直徑不同時(shí)，要用異徑緩變接頭連接。正常工作的局部通風(fēng)機(jī)和備用局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換的交又風(fēng)筒接頭的規(guī)格和安設(shè)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。

（2）采用有接縫的柔性風(fēng)筒時(shí)，應(yīng)粘補(bǔ)或涂膠封堵所有的縫合針眼，防止漏風(fēng)。

（3）在每隔一定距離風(fēng)筒上安裝放水嘴，隨時(shí)放出風(fēng)筒中凝結(jié)的積水。

（4）風(fēng)筒由指定人員負(fù)責(zé)管理，實(shí)行定期巡回檢查制度，加強(qiáng)維護(hù)，發(fā)現(xiàn)破漏，及時(shí)修補(bǔ)，懸吊不平直，及時(shí)調(diào)整。

（5）局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，要開、停幾次，以防止因突然升壓而使風(fēng)筒脹裂或脫節(jié)。

3 結(jié)語

針對金屬非金屬礦山斜坡道掘進(jìn)施工期間存在的通風(fēng)路線長、阻力大等問題，根據(jù)工程特征以及通風(fēng)條件確定合適的局部通風(fēng)系統(tǒng)，提出了局部通風(fēng)設(shè)計(jì)方案。相關(guān)研究結(jié)論如下：

（1）金屬非金屬礦山斜坡道掘進(jìn)施工，路線長、坡度大，比長距離平巷掘進(jìn)通風(fēng)難度更大，需要進(jìn)行專門的局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分利用自然通風(fēng)或礦山系統(tǒng)通風(fēng)。

（2）一般斜坡道與中段巷道連通，在設(shè)計(jì)局部通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，優(yōu)先考慮與上下各中段施工措施通風(fēng)井，形成貫穿風(fēng)流，縮短通風(fēng)線路、減少通風(fēng)阻力。

（3）在進(jìn)行局部通風(fēng)設(shè)備設(shè)施選型時(shí)，應(yīng)對掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量、通風(fēng)阻力、局部通風(fēng)機(jī)工作參數(shù)、風(fēng)筒規(guī)格參數(shù)進(jìn)行全面的計(jì)算論證，并根據(jù)掘進(jìn)巷道工程實(shí)際條件和通風(fēng)效果，調(diào)整通風(fēng)方式，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

（4）斜坡道掘進(jìn)期間，工作條件不斷變化，應(yīng)對局部通風(fēng)機(jī)、和風(fēng)筒等設(shè)備設(shè)施進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)，監(jiān)測工作面風(fēng)速、風(fēng)量、氣溫、粉塵濃度、空氣含氧量和有毒有害氣體濃度，保障安全生產(chǎn)。