湖北铜绿山矿井下通风系统优化

王　洁　曹　斌　周述峰

(1.大冶有色设计研究院有限公司；2.大冶有色金属有限责任公司丰山铜矿；3.东北大学资源与土木工程学院)

铜绿山矿自1971年投产至今，已由露天-地下联合开采转为地下开采[1]。由于井下承担的生产任务极其繁重，致使矿井年下降速度较快，而上部中段处于残矿开采阶段，短时间难以结束，铜绿山矿尚在生产的中段有-185，-245，-305，-365，-425，-485 m中段，-545，-605，-665，-725，-785，-845 m中段进入开拓阶段。因主要开采开拓中段下移，以往安装的一些通风设备、建(构)筑物已经无法完全适应变化了的开采状况，无法有效满足井下通风要求，下部有效风量减少，在放炮时，排烟缓慢，并且多中段作业导致污风串联严重；北风井兼作提升井，致使风门常开，-305 m中段出现污风回流现象[2-3]。为改善该矿井下通风现状，有必要对矿井通风系统进行优化。

1　矿井通风系统现状

1.1　现有通风系统

目前，铜绿山矿井下采用中央进风、两翼抽风的通风方式。进风井为矿体上盘的新主井、新副井以及矿体下盘的管缆井，均位于矿床中部。管缆井底部仅达-245 m水平，-305 m以下深部主要由新主井、新副井和辅助斜坡道进风。南翼回风井原有南风井，因防治水而被充填封闭，改由老主井承担南翼回风；北翼回风由北风井承担，北风井已延深至-425 m 水平，但风井安装有在用提升设施(落地式双罐提升系统)。

南主扇安装于Ⅲ#矿体下盘，在近矿体端部的-245 m 中段原斜坡道口新增回风上山连通老主井。北主扇首先由-185 m水平移至北风井-245 m 回风石门边，后因中段开拓、生产增加过快，-425，-365 m中段迅即投入开拓和生产，而上部中段生产迟迟未结束，因而在-365 m中段北风井回风石门边再增加1台主扇，为-365 m北主扇。南部原设计增加1台辅扇，因-365 m南回风巷及其附近的穿脉、下盘沿脉均堵塞或垮塌，而未安装。

新鲜风流从新副井等流入，按通风构筑物调整后的通风阻力大小自然分配风量，分别经各中段石门、斜坡道、运输巷道、穿脉进入采场，经采场天井至上中段或下中段穿脉、运输平巷，与该中段新鲜风流混合后，进入本中段采场，再经采场天井至上中段或下中段穿脉、运输平巷，如此逐中段上行或下行通风至主回风中段平巷、回风石门和南北回风井排出地表。

1.2　问题分析

经过现场调查分析，发现该矿现有的矿井通风系统污风串联现象比较严重。目前生产中段主要为-365，-425，-305 m中段(底柱回采)以及-245，-185 m 中段(残矿回采)，井下多中段作业，易产生污风串联。

系统风机的通风效率比较低，主扇风机动力方向紊乱，由于历史原因，北风井兼作提升井，人行频繁，关闭风门不利于作业，导致风门常开，-305 m中段出现污风回流现象。此外，该矿井下通风系统存在短路现象，管缆井原本作为上部通风系统的进风井，本研究调查发现管缆井风流方向反向，独头巷道通风距离较长，通风效果不佳；周边小矿体开采，通风线路长，未形成有效的通风回路；南部倒段南风井断面较小，-365 m中段以下的回风阻力较大。

2　矿井通风系统优化方案设计及优选

2.1　矿井通风系统优化方案

由于该矿分多期建设，各期开拓工程并非完全独立，相互之间有一定关联，在通风系统设计时需考虑该因素。矿井通风系统一般有统一通风、分区通风和单元通风等方式[4-7]。从该矿开拓工程布置来看，采用统一通风方式难以有效对多中段多翼大量用风点的风量进行调节，通风困难；采用分区通风方式无法形成数个独立的通风区域。该矿井下进风井筒都布置于矿体中部，南北风井和东回风井布置于矿体端部，多中段开拓生产，该类格局较适合选择单元通风方式对通风系统进行优化[8-10]，本研究设计出了如下3种通风方案。

(1)方案Ⅰ，统一进风，单元回风。各中段由管缆井、新主井、新辅井或混合井进风，分段由斜坡道进风，到达用风点，由北风井、老主井和回风井回风。

(2)方案Ⅱ，上部单元进风，三期和深部统一进风单元回风。-245 m中段以上由管缆井和斜坡道到达各中段，经中段运输平巷到达用风点，南北翼分别经-245 m中段南、北部风机从老主井和北风井排出地表。-245 m中段以下由新副井和混合井进风，经中段运输平巷到达用风点，南北翼分别经-365 m 中段东部、北部风机从东风井和北风井排出地表。-605 m中段以下的污风经-605 m中段风机从东回风井排出地表。

(3)方案Ⅲ，单元进风，单元回风。-305 m中段以上，由管缆井和斜坡道到达各中段，通过中段运输平巷到达各用风点，南北翼分别经-245 m中段南部、北部风机从老主井及北风井排出地表。 -365～-485 m中段由新副井进风，经中段运输平巷到达各用风点，南北翼分别经-365 m中段东部、北部风机从东回风井和北风井排出地表。-485～-605 m 中段由新副井进风，经中段运输平巷到达各用风点，南翼经-605 m中段风机从东回风井排出地表；北翼经新增的-545 m中段北部风机，延伸北风井到-545 m中段从北回风井排出地表。-605 m 以下中段由混合井进风，经中段运输平巷到达各用风点，污风经-605 m中段风机从回风井排出。

2.2　方案优选

经过详细的方案比选，认为方案Ⅰ工程投资费用最低，风门等调控装置安装最少，全矿总阻力较小，但存在各生产中段污风易串联、深部开拓中段通风效果差以及风量调节困难等不足；方案Ⅱ可以有效减少污风串联、提高深部有效风量，且风流管理比较方便，有利于-425 m以下中段通风，特别是对于-365 m中段以上的风量调节比较容易，但需要新增的控风构筑物较多，费用较高，深部风量调节困难，通风管理要求较高，利用原有巷道进行通风，巷道维护费用较高；方案Ⅲ不仅可以减少污风串联，提高深部有效风量，还可以方便对风流进行管理，有利于-425 m以下中段通风，局部通风易找到污风排放口，有利于对全矿风量进行调节，并且巷道维护费用较少，环境效益好，但新增的控风构筑物费用最高，通风管理要求高。

经过比选，本研究认为方案Ⅲ可以更有效地改善井下通风效果，提高井下空气质量。该方案实施后，通风系统中的机械通风动力将被分为3级：Ⅰ级风机为-245 m南主扇、-245 m(-545 m)北主扇、-365 m 北主扇、-365 m东主扇(从东回风井回风)以及-605 m主扇；Ⅱ级风机为各个需要增大风量的中段设置的不带风墙的集污辅扇；Ⅲ级风机为作业面的壁扇、局扇，如此设计有效保证了整个通风系统的使用效果。

3　结　语

针对铜绿山矿井下通风系统存在的问题，设计了3种优化方案，并进行了方案比选，认为单元进风、单元回风的通风方案最有利于改善该矿井下通风效果，同时结合井下配置的监测监控系统，可以对有毒有害气体进行实时监测，有助于实现井下通风效果最优化。

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