某大型鋁土礦地下礦山通風系統(tǒng)存在問題分析及優(yōu)化調控方法探討

＊曹家紅

（中國鋁業(yè)股份有限公司貴州分公司礦業(yè)公司 貴州 551413）

具備適合的礦井通風系統(tǒng)是礦井生產安全正常開展的基礎條件之一。合理的礦井通風應能對井下各個生產作業(yè)地點提供充足的新鮮風量，并保障風質和滿足井下作業(yè)人員的健康與安全。某大型鋁土礦地下礦山井下使用大量柴油鏟裝、運輸設備和采用爆破開采及掘進工藝，礦井需風量較大；同時井下布置有多進、多回的生產中段通風巷道，在中段內設置有并聯(lián)的通風機站，通風系統(tǒng)較復雜。礦井投產初期已發(fā)現(xiàn)部分采場存在微風問題，隨著生產的進一步推進，越來越多的采場出現(xiàn)微風、風流停滯和紊亂的通風故障現(xiàn)象，甚至在進風巷道中多次檢測到一氧化碳氣體超限。這極大影響了井下正常生產作業(yè)的開展，并威脅到礦井生產安全，極易引發(fā)中毒窒息事故，造成井下作業(yè)人員的群死群傷。查找通風系統(tǒng)故障原因，及時消除通風系統(tǒng)故障問題，保證對井下各用風地點的正常通風成為該大型鋁土礦地下礦山亟待解決的重大安全問題之一。

1.某大型鋁土礦地下礦山概況

某大型鋁土礦地下礦山礦權面積8.9687km2，能利用的資源儲量為6776.51萬噸，年設計生產能力100萬噸。開采方式為地下開采，采礦方法為空場采礦法中的留礦壁護頂房柱法，由下至上依次劃分為1140m、1160m、1180m、1200m和1220m五個中段；礦石運輸方式為鏟運機－電機車－膠帶輸送機多類型、分段運輸。

礦井采用兩翼對角式通風系統(tǒng)，多級機站抽出式通風，由處于中間偏南翼的主斜井、輔助斜坡道和1130m排水平硐進風，通過布置在南北兩翼的回風斜井回風。設計配置總風量131.74m3/s至172.79m3/s，現(xiàn)實測總風量約134m3/s。1140m中段由1140南、北巷和南西、北西巷進風，1160北巷和南巷、南西巷回風，沿脈布置1150、1160和1170南、北鏟運機平巷連接各采場。南、北回風斜井各安裝有1臺K40-8-No24型軸流式通風機，1160m中段南、北回風石門處各安裝1臺K40-8-No18型軸流式風機，1140m中段北回風石門和1150分段南回風石門處各安裝1臺K40-8-No17型軸流式風機。掘進和采場輔助通風采用JK55-2No4.5型局部通風機。

2.礦井通風系統(tǒng)存在問題

（1）風質超限。鋁土礦地下作業(yè)場所空氣中主要有害氣體為一氧化碳，井下作業(yè)場所的風流中一氧化碳的安全濃度值為24×10-6[1-2]。使用便攜式氣體檢測儀檢測1140南、北巷入口及各采場中一氧化碳氣體濃度，在生產出礦期間和爆破后30min測得1140南、北巷入口附近一氧化碳濃度均超過24×10-6，最高達130×10-6；在爆破后120min測得9＃、10＃采場上山中一氧化碳濃度仍超限值。

（2）風速較低。為排除巷道中的浮塵（粉塵）和一氧化碳、二氧化氮等有害氣體，采用鏟運機作業(yè)的井下采掘巷道中的風速不小于0.25m/s[1-2]。使用便攜式中低速風表對1140南、北巷和1150、1160鏟運機平巷測風點及各采場上山中的風速進行測定，發(fā)現(xiàn)：0＃、8＃、9＃、-N1＃下段和-N3＃下段采場微風，風速0m/s至0.2m/s。

（3）風流紊亂。按設定風流方向，風流在各中段內的流動方向應朝向主通風機位置，采場內的風流均為由下至上流動。但在生產中發(fā)現(xiàn)：10＃采場風流停滯，采場內炮煙、柴油設備廢氣長期不能排除；7＃上段和-N2＃上段、-N3＃上段采場風流反向，污風流向1160鏟運機平巷，使得上、下兩段采場污風均集中在有人員作業(yè)的1160鏟運機平巷內。對現(xiàn)場作業(yè)人員安全構成了威脅。

3.通風系統(tǒng)問題原因分析

通風系統(tǒng)出現(xiàn)各種問題的原因多是相關聯(lián)的，即由相同問題導致多種通風故障現(xiàn)象發(fā)生或由不同問題引發(fā)相同通風故障現(xiàn)象。風質超限、風速較低，往往是由于風量不足所致；風速低、風流紊亂，則多是因風網(wǎng)結構不良、通風設備和設施配置不合理引發(fā)。

（1）礦井風量不能滿足需風量要求。礦井需風量包含井下獨立通風的不同用風地點所需風量總和與因漏風和風量分配不均等因素導致的風量增加值。

采場和掘進工作面的配置風量要同時滿足排除柴油設備廢氣、稀釋炮煙和排出粉塵等需要。排出粉塵所需風量則應滿足作業(yè)場所的排塵風速要求。

按礦井柴油設備運行和采掘部署，現(xiàn)階段礦井需風量不應低于142m3/s，而礦井實測進風量僅約135m3/s，低于需要風量。實際上因采空區(qū)密閉不嚴、井下缺少風門等原因，礦井的實際漏風情況較為嚴重，降低了礦井的風量利用效率，進而使得風質容易出現(xiàn)超限的情況。

（2）中段通風網(wǎng)絡結構不合理。該礦山1140m中段南、北兩翼巷道布置情況相近，這種采場布置方式，決定了中段內的各采場均處于兩個多角聯(lián)網(wǎng)形成的復雜通風網(wǎng)絡中。當采場數(shù)量較多時，就會出現(xiàn)部分采場風速較低、甚至風流停滯或反向的情況，這是由角聯(lián)通風網(wǎng)絡的通風特性所決定的[3-4]。這也勢必會導致部分采場內通風不良，風質超限的問題成為常態(tài)。

（3）通風構筑物設置不全。現(xiàn)井下風門、密閉等用于阻斷或調節(jié)風流的通風設施缺乏，1140南、北巷內的風門因安裝和維護不善，未起到相應的風流調配作用；已形成的采空區(qū)因未及時、有效地進行封閉，使得部分新風未得到利用就直接自采空區(qū)排入回風側。在1140中段北翼，大量風流從1140北主巷、1160北主巷、1150和1160鏟運機平巷流失；在1140中段南翼，因采場下部切割巷和采場相互連通等原因造成大部分風流未進入采場，而直接自1150、1160鏟運機平巷和上段采場采空區(qū)漏失。

（4）通風機配置不能滿足需求。多級機站通風可有效解決井下長距離、大阻力的通風問題[4]。礦井1140m中段南北兩段的二級通風機站分別布置兩臺軸流式風機并聯(lián)通風。風機并聯(lián)運行的優(yōu)點是可利用較小功率的兩臺風機來獲得較大風量值，但當一臺風機出現(xiàn)故障時，會使得中段風量降為原風量的1/2左右，通風系統(tǒng)可靠度較低[3]。而當兩臺風機的進、回風側存在角聯(lián)通路巷道時，極易形成循環(huán)風流，降低并聯(lián)通風機站的通風效果，劣化影響范圍內的風流質量，如1140南主巷和已貫通的1180南主巷均出現(xiàn)了風流逆流和受局部循環(huán)風流影響的長期風質超限的現(xiàn)象。

4.通風系統(tǒng)優(yōu)化調控方法

(1)加強主通風機運行管理，合理配置局部通風機

目前各級通風機站的遠程監(jiān)控和控制系統(tǒng)均未能正常使用，受井下惡劣環(huán)境影響，1140m中段南北兩翼的二級通風機站多次出現(xiàn)風機停機，這使采場微風、風質超限等問題頻繁出現(xiàn)。加強多級站通風系統(tǒng)設備巡檢、維護，保證主通風機正常運行，是保證通風系統(tǒng)不出現(xiàn)故障的基本措施。

應根據(jù)礦井需風量的變化，對各級通風機進行聯(lián)合運行分析，確定風機工況，及時對風機的運行葉片角度進行調整。在井巷風阻沒有明顯變化的情況下，調整主通風機葉片安裝角是增大礦井風量的主要方法[4]。從風機特性曲線圖和現(xiàn)風機運行參數(shù)分析，當風機工況調整適合時，現(xiàn)礦井多級機站通風系統(tǒng)提供風量可達200m3/s。

局部通風機的選型應根據(jù)通風作業(yè)場所需風量來確定，采用局部通風機輔助通風的采場多呈微風現(xiàn)象，此時配置的局部通風機風量應該不低于采場的需風量。從當前風量影響因素看，應選用較JK55-2No4.5型局部通風機更大規(guī)格的風機或采用兩臺局部通風機并聯(lián)的方式對采場進行輔助通風。

(2)優(yōu)化中段通風網(wǎng)絡結構

采場處于角聯(lián)分支時，采場數(shù)量越多、風流分布越紊亂，采場出現(xiàn)微風、風流停滯和反向的情況越普遍。調整礦塊結構、減少一翼同采采場數(shù)量和按適當間隔部署采場，是降低對角分支通風故障采場數(shù)量和程度的基本方法。

角聯(lián)風網(wǎng)越復雜，通風故障現(xiàn)象越嚴重。在1160m中段投入時，可考慮將采場中、下部進風、上部回風的通風方式調整為采場上下兩端進風、中部回風。如1160m中段北翼，分別由1160北巷和1180北巷通過進風天井進風，風流流過上下兩段采場后，經(jīng)1180鏟運機平巷集中回風，此時處于中段北端的兩臺二級通風機站風機直接對1180鏟運機平巷并聯(lián)運行，二級機站不再兼具中段風流調配作用，提升了中段通風系統(tǒng)的可靠性。

(3)及時封閉采空區(qū)和廢棄巷道，合理設置風門等通風構筑物

礦井采用房柱法開采，設計每個采場布置有2個進、回風口，生產過程中應禁止隨意破壞礦塊的頂?shù)字烷g柱；開采結束應立即封閉采場進、回風口和對應的通風天井，保證采空區(qū)不漏風或少漏風。

完全的自然分風很難滿足井下風量調配的需要，在可能造成漏風或風流短路、循環(huán)風流的位置應設置風門或調節(jié)風門對新風流進行阻隔。風門位置的設置應根據(jù)某個時期的風量分配需要進行確定和改變，可以使用風簾進行分風實驗或結合測定的通風基礎參數(shù)利用專業(yè)的通風解算軟件進行模擬分析。一組風門應由不少于兩道正向風門構成，風門間距要大于同時通過車輛的總長度，當有阻隔反風風流需要時，還應設置反向風門。

(4)加強通風系統(tǒng)管理，嚴防中毒窒息事故[3]

①健全完善通風管理機構。建立通風管理機構或配備專職通風技術人員和測風、測塵人員。

②完善機械通風系統(tǒng)。礦井必須安裝主要通風機，并設置風門、風橋等通風構筑物，形成完善的機械通風系統(tǒng)，加強通風安全管理，保持通風系統(tǒng)可靠運行；獨頭采掘工作面和通風不良的采場必須安裝局部通風機，嚴禁使用非礦用局部通風機，嚴禁無風、微風、循環(huán)風冒險作業(yè)。每年應當對通風系統(tǒng)進行一次檢測，并根據(jù)檢測結果及時調整完善通風系統(tǒng)[4]。

③強化監(jiān)測監(jiān)控。所有通風機必須安裝開停傳感器，主要通風機必須安裝風壓傳感器，回風巷必須設置風速傳感器；必須為從事井下作業(yè)的每一個班組配備便攜式氣體檢測報警儀，人員進入采掘工作面之前，必須檢測有毒有害氣體濃度，出現(xiàn)報警嚴禁進入。

④井下使用的動力線、照明線、帶式輸送機、風筒等設備設施必須具備阻燃特性。淘汰容易引起火災的老舊設備和主要井巷木支護。

⑤提升應急能力。必須為每一位入井人員配備自救器，并確保隨身攜帶；要在井下主要通道明確標示避災路線，并確保安全出口暢通；要制定中毒窒息事故現(xiàn)場處置方案，定期對入井人員進行通風安全管理和防中毒窒息事故專題教育培訓，開展防中毒窒息事故應急演練；發(fā)生中毒窒息事故后，必須采取有效的通風措施，并立即啟動應急預案，嚴禁擅自或盲目施救。

5.結論

（1）針對某大型鋁土礦地下礦山的井下現(xiàn)場通風情況分析了造成通風故障的原因，礦井進風量不足、采場處于復雜的角聯(lián)通風網(wǎng)絡的對角分支、缺少中段通風構筑物和風機配置使用不合理都會造成主要通風巷道風質超限、采場微風、風流停滯和紊亂及局部循環(huán)風等故障。

（2）對通風機工況調整和局部通風機的配置、中段采場部署和通風方式、采空區(qū)管理和風門等通風構筑物的設置等方面提出優(yōu)化和改進措施建議。

（3）文中的通風故障致因分析和管控方法的提出還主要基于通風原理和經(jīng)驗知識及部分現(xiàn)場通風實驗結果，為提升該大型鋁土礦地下礦山的通風系統(tǒng)保障水平，減少礦井通風故障，還需要進一步建立健全完善的通風管理機構和管理措施，并定期開展通風系統(tǒng)的全面測定和通風實驗與計算機模擬分析工作，利用這些研究成果來輔助通風管理工作，提升礦井通風管控水平。

（4）強有力的通風管理措施是預防通風系統(tǒng)故障、嚴防礦井中毒窒息事故的有效措施。