锡铁山铅锌矿通风系统优化及应用

孙文敬 王斐 侯俊 张小瑞

摘要： 以锡铁山铅锌矿通风系统优化工程为研究背景，对矿山通风系统进行优化。通过现场调查监测与分析，提出3种通风系统优化方案。综合考虑通风阻力、安装设计费及工程量等因素，最终确定选择3 142 m、3 055 m平硐及斜坡道进风38勘探线、03勘探线、035勘探线风井回风地表抽出式通风方案为本次通风系统改造优化方案。优化工程完成后经实际参数测量，通风系统得到很大改善，风量达到设计要求，改善了井下作业条件，为矿山带来了十分可观的经济效益和社会效益，同时也为其他有通风难题的矿山提供了宝贵的经验。

关键词： 通风系统;高原矿井;通风阻力;抽出式;多路进风

中图分类号：TD724 文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2020）11-0043-06 doi：10.11792/hj20201108

锡铁山铅锌矿地处高原，主斜坡道硐口位于3 065 m水平，目前已开拓至2 222 m中段，随着矿山开采深度不断下降，现有通风系统已逐渐不能满足井下生产通风需求，对井下采掘作业造成安全隐患。 因此，为了创造安全、健康的作业条件，保障井下工作人员的生命安全，亟需对矿山通风系统进行优化改造。

1 工程背景

锡铁山铅锌矿为一大型铅锌矿，一期工程于1982年5月1日动工，1986年年底竣工投产，年产量100万t;深部过渡衔接工程于2006年9月29日經青海省发改委核准，2011年通过竣工验收，目前产量为150万t/a。经过30余年的开采，目前2 822 m中段以上已无采矿作业，开拓至2 222 m中段。2 762 m、2 702 m、2 642 m中段为开采出矿中段，2 582 m、2 522 m、2 462 m为采准中段，2 462 m、2 402 m为探矿中段，2 342 m、2 282 m为开拓中段。

通风系统采用中央进风两翼回风抽出式通风方式。主平硐-混合井、主斜坡道、035勘探线风井进风，东部03勘探线风井和西部38勘探线风井回风。实际生产中，通风系统为主平硐、混合井、主斜坡道、千米副井进风，东部035勘探线风井（现进风井）、03勘探线风井和西部38勘探线风井回风，污风由安装在03勘探线风井、035勘探线风井及38勘探线风井主扇风机抽出。但是，由于035勘探线回风井风机未安装，实际为进风井，则进风通道有混合井、千米副井、西部空区（含51勘探线进风井、60勘探线进风井）、035勘探线风井;斜坡道实际回风，则回风通道有03勘探线回风井、38勘探线回风井和斜坡道。

矿区目前的通风系统为多路进风、多路回风的复杂通风系统。同时，矿区主斜坡道硐口位于3 065 m水平，属高海拔地区，通风较困难[1-2]，井下经多年开采留下大量采空区且塌陷至地表，系统漏风及风路短路严重，自然风压大，斜坡道风向风量不稳定，井下总供风风量小等实际情况，需要对井下通风系统进行进一步改造优化，满足正常生产通风需求。

本文根据目前井下实际生产情况，进行了通风系统调查与监测，针对测定结果及井下通风系统存在的问题，提出相应的通风系统优化方案，同时进行了井下工程应用实践，最终提高了矿山的通风效率，保证了井下生产作业的安全。

2 矿山通风现状及存在的问题

2.1 矿山井下通风系统测定

矿井通风系统调查是进行通风系统测定与评价的基础和前提，调查对象主要包括扇风机、通风构筑物、生产作业面、矿井井巷风流、通风网络、井下有害物质等。其中，主扇装置性能测定和风量测定为通风系统测定的重点[3-4]。

2.1.1主扇装置性能测定

主扇装置性能测定包括主扇风量、风压、主扇电动机功率及主扇效率的测定和计算。

1）主扇风量。主扇风量通常在风硐内预先选定的适当断面上进行测定。由于通过风硐的风量和风速较大，一般使用高速风表测定断面上的平均风速，断面平均风速与风硐断面面积的乘积等于通过风硐的风量，也就是主扇的风量。

2）主扇风压。主扇风压的测定通常也是在风硐内测定风速的断面上进行。先在该断面上设置皮托管，再用胶皮管将皮托管的静压端（或全压端）与安设在主扇房内的压差计连接起来，当胶皮管无堵塞和漏气时，即可在压差计上读数，此读数为风硐内该断面上的相对静压（或全压）。

3）主扇电动机功率。为了计算主扇效率，首先测定拖动主扇的电动机输入功率。三相交流电动机的功率通常采用钳形电流表、钳形电压表和功率因素表进行测定。

通过现场调查及对通风系统的分析，目前锡铁山铅锌矿共安装有2台DK40-6№21-2×200 kW型主扇，分别安装于地表的03勘探线风井和38勘探线风井，具体测定结果见表1、表2。

2.1.2 风量测定

进行井下各中段的风量测定，测点布置涵盖了所有关键通风节点，能够真实反映锡铁山铅锌矿通风系统各节点风量及风量分配情况，主要结果如下：

1） 系统总回风量，即矿井总回风量为166.46 m3/s （冬季为147.60 m3/s），矿区出矿能力为150万t/a， 系统能力略显不足。

2020年第11期/第41卷采矿工程采矿工程黄 金

2）矿井地表总回风与地表入风差值为96.47 m3/s（冬季为45.44 m3/s）， 主要原因为矿区采用的采矿方法，遗留了大量采空区，直接贯通地表。

3）斜坡道实际为回风（冬季为进风），与该通风系统的设计进风不符。根据现场调查，斜坡道自3 065 m ～2 222 m中段，且离38勘探线风井、03勘探线风井较远，虽然断面面积平均近20 m2，但进风阻力仍然高于其他进风通道阻力，故斜坡道进风较为困难。

4）38勘探线风井堵塞现象加重，断面面积进一步减小，造成风机效率进一步降低。

2.2 通风现状

锡铁山铅锌矿井下目前的通风系统按设计为中央进风两翼回风的分区地表抽出式通风系统（见图1）。进风采用主平硐-混合井、主斜坡道、入风平硐-千米副井（3#竖井）3条进风通道，回风利用位于东部035勘探线、03勘探线和西部38勘探线风井经回风平硐通地表。井巷掘进工作面、各种硐室、装卸矿点及采场工作面采用局扇或辅扇辅助通风。

但是，在具体实施过程中，由于035勘探线风井地表风机未安装，检测到035勘探线风井实际进风，包括混合井、千米副井、西部空区（含51勘探线、60勘探线进风井）共4条进风通道;斜坡道实际回风和03勘探线风井、38勘探线风井共3条回风通道。故本次检测到的通风系统为多路进风、多路回风的复杂通风系统。

采场通风：主风流充足的作业区域，采用主风流（主扇负压）通风;主风流暂不满足的作业区域，采用辅扇或局扇进行机械强制通风。经调查，矿山通风设备地表为38 勘探线和03勘探线各安装1台DK40-6№21-2×200 kW、DK-2×350 kW型风机（实际安装1台 DK40-6№21-2×200 kW）;井巷掘进工作面、硐室、装卸矿点及采场工作面采用局扇辅助通风，局扇型号为JK55-2№4、JK55-2№4.5，共计46台，另有各型辅扇12台，合计58台，总计局扇、辅扇功率为936 kW。

2.3 通风系统存在的问题

根据锡铁山铅锌矿井下现场调查、测定及资料收集等工作，分析评价井下通风系统，存在的问题主要有：

1）矿井总回风量为166.46 m3/s（冬季为147.60 m3/s），矿区年出矿能力为150万t/a，系统能力略显不足。

2）通风系统中段通风网络使用阶梯式，但由于西部空区夏季大量进入新鲜空气，38勘探线风井风机排出风量过小且漏风较多，使得西部通风系统在夏季用处不大，污风只能从东部排出，使得西部的爆破作业（尤其是大爆破）对东部生产形成干扰。

3）矿山虽然在井下做了大量的通风改造和通风密闭工作，但由于生产推进较快，导致井下通风改造和通风网络的调节及维护未同步进行，且设置通风构筑物只考虑了局部而未考虑整个系统，致使目前井下中段出现风流短路、串联现象。

4）斜坡道新鲜风流风量小，不能满足设备尾气排放需求，故斜坡道作业区域一旦有设备经过，尤其是矿用汽车等大功率无轨设备经过，气体检测仪均显示O2浓度低及其他有毒有害气体浓度超标而产生报警信号，目前斜坡道不仅是锡铁山铅锌矿井下运矿的主要通道，而且是人员、材料、设备进入中段的主要通道，因此必须妥善解决其通风不佳的问题。

5）2 642 m中段以下的深部开采区域通风系统回风为03勘探线风井，进风为千米副井及035勘探线风井，西部通风天井虽然已经形成，但由于2 642 m西部通风天井在2 702 m中段开路，致使在2 582 m中段以下只有微弱风流。

6）矿井通风线路长，通风网络复杂，且局部风井的断面不足，通风阻力大。矿山同时作业中段较多，最多可达9个中段，同时开采采场数量多达15个，通风网络复杂，井下风流紊乱。

7）38勘探线风井主风机效率低，该风井为错位风井，由于本身断面较小， 且内部存在人行梯子平台，导致断面进一步缩小，局部通风阻力较大，冬季测定结果表明，38勘探线风井堵塞进一步加重，造成风机效率进一步降低，其打开与否对井下通风系统影响不大。

8）03勘探线主风机未设置基础，风机振动过大，极易造成风机损坏。

3 矿山通风系统优化

矿井通风系统作为井下八大主要系统之一，是向井下作业地点供给新鲜空气，排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施的总称。矿井通风系统与井下各作业地点紧密相联，对全矿井的通风安全状况具有全局性影响，是搞好井下通风防尘工作和保护职工身体健康的基础及前提，也直接关系到井下安全生产及劳动生产率提高。因此，建立一个安全可靠、经济技术合理的矿井通风系统具有重要的现实意义[5-7]。

锡铁山铅锌矿属于高原矿井，面临着低压缺氧、温度低、湿度低、冻土层及阳光辐射强等一系列问题，矿井设计必须建立在妥善解决这些问题的基础上。综合上述条件，结合矿山井下实际生产情况，提出3个可行性方案。

1）方案一：3 142 m（千米副井）、3 055 m平硐及斜坡道进风38勘探线、03勘探线、035勘探线风井回风地表抽出式通风方案。

2）方案二：多路进风单翼回风通风方案。

3）方案三：单翼对角式通风方案。

3.1 方案一

矿区地处西北，冬季最低气温为-19.7 ℃，千米副井存在冰冻隐患，故在矿区进风路线需分冬夏两季进行设计。

根据矿区的开采计划，将通风系统划分为东、西、中3个区域，即东部为03勘探线—035勘探线（深部为015勘探线），西部为03勘探线—38勘探线（深部为31勘探线），中部为斜坡道至03勘探线风井。具体方案如下。

3.1.1东 部

1）进风线路。夏季新鲜风流从3 142 m平硐口进入井下，经千米副井下到深部各中段，再经中段运输平巷、穿脉平巷、采场人行天井等进入采场的工作面。冬季新鲜风流由3 142 m环道平硐进入，经3 142 m平巷及3 062～3 142 m預热天井预热后，进入3 062 m运输主巷，预热后的风流经3 055 m平巷进入千米副井，部分从千米副井口排出，大部分新鲜风流从千米副井进入深部各中段，再经中段的运输平巷、穿脉平巷、采场人行天井等进入采场工作面。

2）回风线路。根据锡铁山铅锌矿的开采情况，东部的回风线路以2 642 m中段为界，上部分区包括2 702 m、2 762 m等未与035勘探线风井贯通的中段，污风由各个工作面，经回风巷进入03勘探线风井抽出地表;深部分区至2 642 m及其以下各中段，污风由各个工作面，经回风巷进入035勘探线风井抽出地表。

3.1.2 中 部

中部即斜坡道的通风。矿山斜坡道坡度为10 %， 由2 222～3 065 m水平共843 m，为矿区主要无轨运输通道，有线路长、阻力大、通风困难等特点，特别是夏季。

新鲜风流由3 065 m平硐进入斜坡道，经 2 522～ 2 882 m通风措施井在斜坡道的石门进入措施风井，后经2 882 m平巷进入03勘探线风井排出地表;2 522 m 以下均经石门进入03勘探线风井排出地表。

3.1.3 西 部

新鲜风流从3 055 m平硐进入井下，经盲竖井、人行天井等各类井巷进入各个中段石门，后经中段运输平巷、穿脉平巷分风到西部和中部各作业面。

污风由中段采场及各个作业面进入各中段回风巷，经38勘探线风井排出地表。

3.2 方案二

1）通风系统进风。矿区地处西北，冬季最低气温为-19.7 ℃，千米副井及3 065 m斜坡道口存在冰冻隐患，故矿区进风路线需分炎热及寒冷时期进行分别设计。①炎热时期。新鲜风流由3 142 m平硐（千米副井）、3 055 m平硐及斜坡道进入井下，经盲竖井及其他井巷进入各个中段石门，后经中段运输平巷、穿脉平巷、采场人行措施井等进入工作面。②寒冷时期。千米副井新鲜风流由3 142 m环道平硐进入，经3 142 m平巷及3 062～3 142 m预热天井预热后，进入3 062 m运输主巷，预热后的风流经3 055 m平巷进入千米副井，部分从千米副井口排出，大部分新鲜风流从千米副井进入深部各中段，再经中段的运输平巷、穿脉平巷、采场人行天井等进入采场工作面。其余新鲜风流由3 055 m平硐及斜坡道直接进入井下，经中段的运输平巷、穿脉平巷、采场人行天井等进入采场工作面。

2）通风系统回风。由于38勘探线风井堵塞严重，考虑污风由掘进面、采场通风井等汇集进入中段回风平巷，后由03勘探线、035勘探线风井排出地表。

3.3 方案三

1）通风系统进风。矿区地处西北，且海拔超过3 000 m， 冬夏季节差异性大，地表自然风压差异性大，故将井下通风系统的进风分为炎热与寒冷2个时期。①炎热时期。新鲜风流由地表从西部空区、千米副井、3 055 m平硐、斜坡道口进入各中段，经中段运输平巷、穿脉平巷到达作业面。其中，西部空区、3 055 m 平硐及斜坡道主要负担上部中段的通风， 千米副井负担下部2 522 m、2 462 m、2 402 m及2 342 m中段的通风。 ②寒冷时期。新鲜风流由东部035勘探线竖井、西部空区、斜坡道预热平巷等进入井下，部分风流向上对千米副井、3 055 m平硐、斜坡道口进行预热，大部分风流经盲竖井、千米副井、斜坡道等井巷进入各个中段，后经中段运输平巷、穿脉平巷到达作业面。其中，盲竖井及斜坡道主要负担上部中段的通风，千米副井负担下部2 522 m、2 462 m、2 402 m及2 342 m中段的通风。

2）通风系统回风。根据系统进风特点，同样将系统回风分为炎热及寒冷2个时期。①炎热时期。污风由各个中段经中段回风主巷，进入035勘探线风井，经由地表的风机回至地表。03勘探线风井主要针对斜坡道的回风，同时根据具体情况，负担部分中段的回风。②寒冷时期。污风由各个中段经中段回风主巷，进入38勘探线及51勘探线风井，经由地表的风机回至地表。03勘探线风井主要针对斜坡道的回风，同时根据具体情况，负担部分中段的回风。

3.4 技术方案比选

根据井下开采的特点，提出的3个通风技术方案，都有较大的可操作性，各有优劣。为从中选出经济合理的技术方案，对方案进行比较，得出最适合井下通风系统的方案。 由于矿区规划对范围内的空区进行处理，方案三采用空区进风，则可将方案三排除。

针对方案一、方案二，分别从通风阻力、通风设备费用和工程量3个参数进行计算比较，结果见表3。

针对矿区特点制定的方案，均可满足矿区实际生产通风需求，但为了追求效果的最佳化，从方案的技术、管理、运行等角度对其进行综合比较，见表4。综合比较，选择3 142 m（千米副井）、3 055 m平硐及斜坡道进风38勘探线、03勘探线、035勘探线风井回风地表抽出式通风方案为本次通风系统优化改造的方案。

4 工程应用

根据通风系统优化改造方案，针对锡铁山铅锌矿井下通风系统存在的问题，自2017年年底开始，进行了通风系统优化工程，历时2年多的施工与调试，取得了显著的成效，具体有以下几个方面：

1）重新规划各开拓巷道的功能。3 142 m（千米副井）、3 055 m平硐、斜坡道为进风井巷，38勘探线风井负担西部作业区域回风，03勘探线风井负担斜坡道回风，035勘探线风井负担东部作业区域回风。38勘探线回风系统3 002～3 062 m 井堵塞工程的治理，重新掘进了1条回风井，施工了3 062 m、3 002 m、 2 882 m、2 762 m、2 702 m部分密闭构筑物，38勘 探线回风系统风量由47 m3/s 提高至71.15 m3/s，2 702 m中段 38勘探线回风平巷测得回风量为51 m3/s，西部通风分区作业环境得到明显改善。

2）03勘探线风井2 882 m以上设置了密闭风墙，03勘探线回风系统2 522～2 822 m措施井排放尾氣工程施工完毕，风机安装完毕，并试运行，风量达到39.39 m3/s，基本达到设计状态，2 882 m密闭工程及调节风窗施工到位。与2017年通风测定时，斜坡道运矿汽车通过时便携式有毒气体检测仪就报警的情况相比，目前汽车经过时有毒气体检测仪没有发出报警声。

3）地表各主扇风机运行正常，现场实测38勘探线西部主扇运转回风量71.15 m3/s;03勘探线主扇风机运转回风量105.60 m3/s;035勘探线东部主扇风井工频运转回风量106.33 m3/s，实测总回风量共计283.03 m3/s，达到设计矿井总回风量271 m3/s的要求。

4）盲竖井2 762～3 002 m石门基本完成密闭。

5）考虑到冬季千米竖井进风过大，为防止冻井影响生产，设计了3 065～3 142 m入风预热工程。

5 结 语

锡鐵山铅锌矿井下通风系统优化改造工作正在有序进行，与改造之前对比，改造后井下通风系统

地表风机新鲜风入风量、污风排出量大增，井下作业区域空气质量得到改善，主扇装置综合效率高，斜坡道整体为进风通道，污风抽排基本满足要求，新增了井下通风系统风量调控措施。

总体来看，锡铁山铅锌矿通风系统优化改造历经2年多的设计施工与调试，取得了显著的成效，提高了井下通风效果，改善了井下作业条件，为矿山带来了十分可观的经济效益和社会效益，同时也为其他有通风难题的矿山提供了宝贵的经验。

[参 考 文 献]

[1]姚银佩，欧志成，李印洪，等.高海拔矿山通风系统改造方案优选研究[J].有色金属（矿山部分），2019，71（3）：77-80，102.

[2] 翟雷，王显才，杨娟.高海拔矿井通风问题探讨[J].地球，2014（11）：79.

[3] 尉新全.矿井通风系统阻力测定及分析[J].自动化应用，2019（12）：89-91.

[4] 张猛.辛置矿通风系统阻力测定及优化[J].能源技术与管理，2019，44（4）：48-49，116.

[5] 焦灏恺，张西良，李二宝，等.某矿深部矿井通风系统设计与优化[J].现代矿业，2020（3）：195-197.

[6]汪林红，周伟，贾敏涛，等.罗山金矿通风系统优化方案比选[J]. 现代矿业，2020（2）：141-144，169.

[7]李亚俊，李印洪，姚银佩，等.某矿山通风系统优化方案探讨[J]. 采矿技术，2020，20（1）：92-93.

Optimization of the ventilation system in Xitieshan Lead-Zinc Mine and its application

Sun Wenjing1，Wang Fei2，Hou Jun3，Zhang Xiaorui3

（ 1.Western Mining Co. ，Ltd.;2.Xitieshan Branch of Western Mining Co. ，Ltd.;

3.Changchun Gold Research Institute Co. ，Ltd. ）

Abstract： The paper takes the ventilation system optimization project of Xitieshan Lead-Zinc Mine as the research subject，and optimizes the mine ventilation system.Based on field investigation，survey and analysis，3 ventilation system optimization plans are put forward.With comprehensive consideration of ventilation resistance，installation design cost and construction workload，the ventilation system optimization plan is decided to be the surface extraction type ventilation system plan where the air intakes are 3 142 m，3 055 m adits and ramp，air flow is extracted from the No.38，03 and 035 exploration line air shafts.Actual ventilation parameters are measured after the project is completed，showing that the ventilation system is significantly improved，the air volume meets the design criteria，and the underground working conditions are improved.The project creates considerable economic and social benefits for the mine，and at the same time provides valuable experience to the other mines confronting ventilation problems.

Keywords： ventilation system;plateau mine;ventilation resistance;extraction type;multiple intakes