某金矿深部通风系统优化改造

丁文军　李广辉　丁志浩

(1.招金矿业股份有限公司蚕庄金矿；2.烟台市特种设备检验研究院)



某金矿深部通风系统优化改造

丁文军1李广辉1丁志浩2

(1.招金矿业股份有限公司蚕庄金矿；2.烟台市特种设备检验研究院)

摘要随着生产规模的扩大及服务年限的延长，某金矿井下回风断面小，工作面有效风量小，温度高，工人作业环境差，影响井下安全生产。通过对通风系统检测，确定对通风系统进行优化改造。投入300万元、用时80 d全面完成了改造。经检测，风量合格率、风质合格率及工作面温度合格率均达到100%，且理顺了风流通道，工人工作条件得到明显改善。

关键词通风系统风质风量优化改造

通风系统在矿山安全生产中起到至关重要的作用，是向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污染空气的通风网络和通风动力以及通风控制设施等构成的工程体系[1]。无论新旧矿井，都应把建立和完善矿井通风系统作为保护工人健康、提高劳动生产率的一项重要措施。

某金矿生产规模不断扩大，开采朝着深部和周围延伸。随着作业面的增加，以及矿井作业面分布的变化，矿井总需风量以及各中段分风量不断变化，矿井通风阻力及其分布也不断变化，导致矿井通风系统复杂，总供风量不足，回风断面小[2]。加之风流管理存在的问题，致使井下工作面有效风量小，有毒有害物质浓度高、温度高，工人工作环境较差，给井下安全生产造成很大的不利因素。因此，急需对现有通风系统进行优化改造。

1　开采现况和通风系统

1.1开采现况

该矿目前日产矿量800 t，采用上向水平分层充填采矿方法，最低开采深度-860 m，主井地表标高30 m，采深达890 m，属深井矿山。

1.2通风系统

矿井采用两翼对角式通风系统，主竖井和徐家疃竖井为主要进风井，南风井为主要回风井。

1.2.1主要进风路线

(1)徐家疃竖井进风风流分为三部分:一部分直接进入徐家疃深部采区，另一部分由-620 m水平大巷送至上庄矿区深部采区，剩余部分由303盲竖井和导段天井送至上庄矿区的中部采区。

(2)380主竖井新鲜风经由九中段导段进入366盲竖井，再由366盲竖井送至-620 m水平，随后进入大巷与徐家疃新风汇合，流至上庄矿区深部采区。

1.2.2主要回风路线

上庄矿区深部采区污风由401斜井送至-590 m 水平，再由各导段天井和351盲竖井送至-350 m水平;上庄矿区中部采区和徐家疃深部采区污风经由303盲竖井和导段天井送至-350 m水平。两股污风在-350 m水平汇合，分别经由导段天井、辅助提升井、327盲竖井送至九中段再次汇合，由导段天井送至六中段，经南风井送至地表(见图1)。

2　现有通风系统存在的问题

①随着作业面的增加，总供风量远低于生产能力需求；②深部采区工作面温度高，没有足够风量降低温度；③回风井巷断面小，尤其是南风井回风量已接近极限风速；④矿井进、回风巷道风流紊乱，循环风、漏风严重。加之395盲竖井、401盲斜井将-590 m 水平与-620 m水平贯通，且未添加任何通风构筑物，导致污风经由395盲竖井再次进入深部矿区，形成循环风；⑤风流路线长，通风网络复杂，通风构筑物不完善，以致风流控制不好，污染井下作业环境和人员健康；⑥放置于南风井处的风机风量较小，风压较大，风机效率低，风机性能得不到有效利用[3]，造成资源浪费，增加了采矿成本，影响矿山效益；⑦同一分层前、后工作面污风串联，存在中毒窒息事故的隐患。

图1　上庄矿区改造前通风系统示意

2.1矿井总进、回风量评价

(1)经计算，该矿所需总风量为82.80 m3/s。而通风系统总进风41.80 m3/s，总回风47.62 m3/s，总供风量远低于生产能力需求。

(2)该矿主要回风井为南风井和导段天井。其中南风井井筒直径为2.50 m，断面面积为4.91 m2，风速10.52 m/s；各导段天井规格为1.8 m×1.8 m，断面面积为3.24 m2，风速15.95 m/s。而矿山安全规程规定，专用回风井风速不得超过15.00 m/s。

(3)上庄矿区深部采区的部分新风由徐家疃竖井经-620 m水平大巷输送，风流路线过长，导致大量损失，风流温度升高，无法达到深部通风降温的效果[4]。同时徐家疃深部采区缺少专用的回风井巷，导致污风进入-620 m水平与新风混合，污染送往上庄矿区的新鲜风流，影响风流风质。

2.2矿井主要风机工作状况评价

(1)按《金属非金属矿山通风技术规范》的要求，主力风机的全压效率要达到70%，南风井风机全压效率最高为60%，静压效率为59%,达不到标准要求。

(2)南风井井底风机型号为K40-6-No21，叶片安装角35°，合理工作范围内的风量为50～90 m3/s，风压为889～2 666 Pa。经测定，本台风机工况点风量为47.62 m3/s，风压2 775.8 Pa。由风机特性曲线可知，这台风机风量较小，风压较大，风机效率未能达到规范要求，风机性能得不到有效利用。

3　通风系统改造

该矿上庄矿区目前采用统一通风系统，为了解决井下空气温度高和可靠性，将现有的统一通风系统改造成两个分区通风系统，即东采区分区通风系统和西采区、中采区分区通风系统。东部分区通风重点解决井下空气高温和风量不足问题，考虑到中部采区2～3 a即将结束，西、中部分区通风系统暂不做大的变动。

3.1风量计算

由于东部采区采深已达到900 m，为深井开采，宜采取加大工作面风速的方法实现降温[5]。依据《金属非金属地下矿山通风技术规范》(通风系统)规定，东部采区采深最大，每个掘进工作面风速暂取1 m/s，每个采场风量暂取7 m3/s；西部采区每个掘进工作面风速暂取0.5 m/s，每个采场风量暂取5.5 m3/s；中部采区工作面深度不大，每个掘进工作面风速选取0.25 m/s，每个采场风量取2 m3/s。

由于矿井通风系统是由相互关联、相互制约的众多因素构成的动态复杂系统[6]，存在内外漏风、分风不均衡等多种不可准确估计的因素，优化方案中风量备用系数取1.1。经计算:东部采区风量合计55 m3/s；西部和中部采区风量合计60 m3/s。

3.2通风网络优化

3.2.1东部采区

东部采区工作面新风由380主竖井输送至六中、九中，经366盲竖井送至-620 m平巷，再经395盲井送至工作面。污风经回风斜井送至-590 m平巷，经导段天井到达-500 m平巷，再依次经过351盲竖井、十三中平巷、辅助提升井、九中平巷、导段天井和主斜井，排至地表(图2)。

图2　东部采区通风系统示意通风线路为：1—2—3—5—6—7—8—9—10—11—12—13—14—15—16—17—18

3.2.2西部、中部采区

目前西部采区主要集中在290盲竖井深部，中部采场主要分布在-470，-500，-530，-560 m 4个中段，中部新鲜风流由297竖井进风。在现有通风网络的基础上，为了不使西部采区的污风污染中部各分段，设计风路如下：

西部风流由297竖井进至-760 m水平后，由粉矿回收巷、290天井进到西部各深部采区，污风经采场天井、-590 m水平巷道、303盲竖井、上部中段天井到达六中后，由南风井送至地表。

中部采区的新鲜风流由297竖井进至-620 m大巷后，再经中段天井到达-560，-530，-500，-470 m 各中段采场内，污风由-470 m大巷回至303盲竖井，最后由南风井排出，其中-470 m工作面的新风和污风由局部通风解决(见图3)。

为了防止污风串联，上庄矿井各水平需进行后退式开采，这对中部采区的-470，-500，-530，-560 m 水平开采更为重要，而且要保持上部水平的回采超前下部水平。为了解决-530 m水平的新风供给问题，需将该水平的平巷掘通到316线的导段天井处。

3.3井巷风速校核

根据通风设计风量要求，凡风速不合格的巷道均需扩帮。

东部采区通风系统井巷中-620 m平巷和九中至七中回风天井井巷风速不符合,需校核。西部及中部采区通风系统井巷中南风井六中联络巷处风速正好处于极限风速的边缘，从经济角度出发，应对其进行扩帮。

图3　西部、中部通风系统示意

第一条通风线路风流节点：1—3—4—5—6—12—13—19—20—21—22—23—24—25—26—27—28；第二条通风线路风流节点：1—2—10—14—15—16—17—18—19—20—21—22—23—24—25—26—27—28。

4　通风系统改造

4.1工程量及费用

东部采区，西部、中部采区通风系统改造实际施工工程量及费用见表1。

4.2通风构筑物

为了保证风流沿设计路线流动，需要添加相应的通风构筑物[7]。由于主斜井出口段在工业区内，应采取密闭措施进行高空排放。共需构筑27个双层风门，7个单层风门，43个风门需要封闭(见图4)。修建各种通风构筑物共需费用20.6万元。

表1　东部、西部、中部采区通风系统工程量及费用

5　改造后系统测评

5.1通风系统实施情况

优化后的通风系统实现了分区通风，西部和中部为一个分区，东部为一个分区。东部采区对-620 m 进行了扩帮，对部分回风天井进行疏通，并按照设计施工了通风构筑物。在9中安装了一台FDCZ(A)-6-No20 2×250 kW风机。

(1)东部分区通风系统。380主竖井进风，风流经六中和九中两个水平进入366盲竖井，经-620 m水平至395盲竖井进入-740和-780 m工作水平。污风经采场天井回至-590 m，经导段天井进入351盲井、341盲井，经斜井排至地表。风流按照设计有序流动，尤其是366盲竖井由改造前回风变为进风，该处的温度明显降低，气温明显改善。

(2)西部、中部分区通风系统。西部风流由徐家疃竖井进至-760 m中段后，经290天井进到西部各深部采区，污风经采场天井、-590 m水平巷道、303盲竖井、上部中段天井到达六中、再经风机、南风井送至地表。

图4　上庄矿区改造后通风系统示意

中部采区的新鲜空气也由徐家疃竖井进入，至-620 m大巷后，经中段天井到达-560,-530,-500,-470 m各中段采场内。污风由-470 m水平大巷回至303盲竖井，与西部污风汇合，最后再经南风井排出。

5.2通风系统改造效果

(1)东部采区通风系统测定。系统改造前366盲竖井回风，东部通风系统改造后366盲竖井变为进风，则盲竖井提升和该井上、下部石门的行人都处于新鲜风流中，避免了污风的危害。

东部通风系统改造前，-620 m水平的395石门的风流主要来自徐家疃及-590 m循环风，风流温度28.4 ℃，体感温度高，人员舒适度差。系统改造后，流经395石门的是新鲜风流，其温度降低为24.7 ℃，风量也加大至22 m3/s，人员舒适度明显改善。

系统改造前，-780 m水平395石门风流温度达到30.7 ℃。系统改造后，风流温度已经降到26.5 ℃。

(2)西部和中部采区通风系统测定。经测定，西部、中部通风系统的风质合格率100%，气温合格率93.8%,均达到改造要求。

5.3系统分析与评价

(1)上庄矿区通风系统分为两个通风系统，东部一个系统，西部和中部一个系统，不仅减少系统间相互干扰，而且便于通风管理。

(2)风流由东部井巷直接送到东部深井开采区域，不仅减少了风流流经的长度，降低了供风温度，而且可以减小阻力，节能降耗。

(3)入风风流在-108 m和-198 m流经长度长，虽然增大了阻力，但对调节风流温度有利。尤其是夏季气温高时，风流通过该段巷道，可以降低入风气流温度[8]。

(4)366竖井实现了进风，通风系统符合矿山安全规程要求。原有系统的风流在-590～-620 m循环，致使进入-780 m工作面风流温度高。改造后的系统，解决了该部分风流循环问题，不仅风量提高，而且工作面风流温度显著降低，工人作业环境得到明显改善，有利于保证工人健康和劳动生产率的提高。

6　存在问题及改进方向

(1)矿山在进行开拓设计时，不仅要考虑运输，还要兼顾通风系统，巷道规格一定要全面论证，避免以后对巷道二次扩帮。

(2)在日常通风管理中加大通风管理力度，对通风构筑物要制定专项的管理制度，减少漏风及污风循环的出现，提高有效风量和风质。

(3)在东部采区通风系统中，由于工期短，通风阻力还是较大，将351盲竖井从十三中连接至九中(施工一条300 m的斜井)，再对-590 m水平扩帮(由2.4 m×2.3 m扩至3.8 m×2.7 m),东部采区通风阻力则会降至2 758 Pa,则风机功率从2×250 kW降到了2×110 kW,年可节约电费100万元,这是东部通风系统下一步改造的问题。

(4)西、中部采区通风系统没做大的变动，除增加必要的通风通道和天井扩帮外，维持现有的主扇运转，相应调整主扇工况，按现有主扇能力，理顺通风风路，投入的工程较少。

(5)考虑到东部采区深部开采在未来4～5 a将延伸至-860 m水平以下，如果将来深部开采通风不能满足的情况下，一旦条件具备，应将351盲竖井掘通至地表，取代主斜井回风，形成东部较完善的分区通风系统。

参考文献

[1]文永胜.金属矿山地下开采通风系统优化的重要性影响因素[J].金属世界，2009(2)：63-66.

[2]王运敏.现代采矿手册：下册[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[3]孙广福，张亚文.矿井通风稳定性影响因素浅析[J].山西焦煤科技，2010(4)：38-39.

[4]刘杰，谢贤平.多风机多级机站通风节能原理初探[J].有色金属：矿山部分，2010，62(5)：71-74.

[5]刘玉兰.矿井通风设备的选型[J].科技情报开发与经济，2008(21)：212-213.

[6]陈开岩.矿井通风系统优化理论及应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003．

[7]古德生.地下金属矿采矿科学技术的发展趋势[J].黄金，2004，25(1)：18-22.

[8]吴超.矿井通风与空气调节[M].长沙：中南大学出版社，2008.

(收稿日期2016-05-03)

丁文军(1966—),男，高级工程师，265402 山东省招远市蚕庄镇。