某銅礦通風系統優化方案

鄔長福， 田美智， 李樂農

（1.江西理工大學資源與環境工程學院，江西 贛州 341000；2.九江市贛潯安全評價有限公司，江西 九江 332000）

某銅礦通風系統優化方案

鄔長福1， 田美智1， 李樂農2

（1.江西理工大學資源與環境工程學院，江西 贛州 341000；2.九江市贛潯安全評價有限公司，江西 九江 332000）

某銅礦是一個以銅為主的特大型多金屬礦山，礦床采用主、副豎井與斜坡道聯合開拓，礦井通風系統為中央進風兩翼回風的兩翼對角抽出式通風系統.隨著礦山深部開拓工程的實施及年產量的增大，礦井通風滯后于生產，造成了目前礦內風流紊亂，主要工作面風量不足.通過優化研究，礦井通風系統進風井與回風井的布置宜采用中央多路入風、兩翼回風的兩翼對角式布置方式.

通風系統；對角式；優化研究

0 引 言

礦井通風是礦山安全生產的一個重要環節，建立一個適應性強、風流穩定、通風效果好、安全可靠、經濟合理、管理方便的通風系統是非常有必要的，可靠的礦井通風系統是礦井安全生產的保證[1-4].隨著礦井開采深度的增加、開采強度增大、綜合機械化程度的提高，同時作業中段數多，作業戰線長，采場數量多，作業點多，通風阻力大、地溫升高等給礦井通風帶來問題.及時調整礦井通風系統，對不能滿足安全生產需要的礦井通風系統進行優化改造是非常必要的.

某銅礦是一個以銅為主的特大型多金屬礦山，礦床采用主、副豎井與斜坡道聯合開拓，淺孔留礦法、分段空場法、分段空場嗣后充填采礦法和上向分層膠結充填采礦法.某銅礦現有通風系統為中央進風兩翼回風的壓抽混合式通風系統.礦山目前銅采礦規模200×104t/a，2011 年擬擴建至 400×104t/a， 其中銅300×104t/a，鉛鋅 100×104t/a.隨著深部開拓工程的實施，現有通風系統在通風網絡、通風設施及通風效果等方面均存在一定問題，現有通風系統已不能滿足礦山生產的需求.為此，對礦井下通風系統優化研究，將原來的通風系統進行了改造.

1 某礦通風系統現狀及存在問題

某銅礦現有通風系統為中央進風兩翼回風的壓抽混合式通風系統.新鮮風流分別由3#進風井、各副井、斜井及斜坡道進入，經各中段的運輸平巷、穿脈巷、采場天井進入采場，排出工作面的污濁風流，通過采場風井進入上一中段回風巷，由上一中段回風道進入回風井，污風最后由安裝在各中段回風巷的軸流風機排至地表.井巷開拓、采準工作及部分采場采用單一抽出式或壓入式局扇通風，局扇功率主要為11 kW、22 kW以及28 kW.風機布置具體情況見表1.

隨著深部開拓工程的實施，現有通風系統在通風網絡、通風設施及通風效果等方面均存在一定問題.礦山在通風系統方面有如下主要問題.

表1 原風機布置情況

（1）礦山年產量大、礦井深（設計開采深度1000 m）、井筒數量多 （在1200 m走向范圍內布置有13條），通風系統之復雜在我國實屬罕見.

（2）通風系統和通風設施不夠完善，造成礦井進風井、巷進風混亂，同時進風井和回風井均設置在礦體下盤且相隔較近，造成風流短路漏風嚴重.

（3）中段通風網絡不夠完善，雖然礦山各中段設置了上、下盤運輸巷道，但由于礦山對中段通風網絡未進行必要的規劃和設置必要的通風構筑物，造成采礦工作面通風困難，亟待規劃、完善中段的通風網絡.

（4）通風系統中沒有設置和建立必不可少的通風構筑物，因此根本無法進行風流調控，更無法實現井下風量的有效調節與合理分配.

總之，隨著礦山深部開拓工程的實施及年產量的增大，礦井通風滯后于生產，造成了目前礦內風流紊亂、主要工作面風量不足.因此針對上述問題，對該銅礦通風系統進行優化設計與調控技術的研究并建立一個適應性強、風流穩定、通風效果好、安全可靠、經濟合理、管理方便的通風系統是非常有必要的.

2 通風系統優化方案的確定

2.1 優化方案

根據該銅礦通風系統現狀及存在問題，在反復深入現場調查研究、收集相關圖紙和資料、了解礦井生產和通風基本情況的基礎上，設計選用了下列3種可行的通風方案，并對其進行技術經濟比較，以最終確定采用的通風系統方案.

方案Ⅰ：3#進風井、副井、斜井、斜坡道等多路進風，1#回風井、2#回風井、4#回風井回風，1#回風井地表、2#回風井地表、4#回風井地表設置風機的通風系統方案.

進風井為現有3#進風井、副井、斜井、斜坡道等，為多路進風，有利于降低礦井通風阻力.礦井回風利用現有的1#風井、2#風井、4#風井回風，同時對2#回風井1690 m標高以上風井斷面進行刷大（也可在2#回風井旁并聯掘進風井），對2#風井1690 m標高以下進行延深.如對2#回風井1690～2010 m風井斷面進行刷大，刷大后2#回風井凈直徑為5 m,也可在1690～2010 m 2#回風井旁并聯掘進風井，并聯風井井筒凈直徑為3.5 m，形成并聯通風.2#風井延深工程（1690～1390 m）為利用現有16線的2#風井延深而成，1690 m以下2#風井中心點坐標為X=11550.0，Y=88800.0，延深井筒斷面應綜合考慮二期礦山生產規模400×104t/a的通風需求，井筒凈直徑為5.0 m、凈斷面為19.63 m2，延深井深300 m.風機設置在1#回風井、2#回風井及4#回風井地表，作抽出式通風.

該方案優點為：①充分利用原有通風井巷，減少通風井巷工程費用；②主扇安裝在地表，維護費用少，管理簡單、方便；③風井延深對礦山的正常生產影響小.該方案缺點為東、西區回風量不均衡，西區1#回風井和4#回風井回風量大于東區2#回風井回風量，造成東區部分采場回風線路倒段折返，增大了通風風阻.

方案Ⅱ：3進風井、副井、斜井、斜坡道等多路進風，1#回風井、2#回風井、4#回風井回風，3#進風井地表、1#回風井地表、2#回風井地表、4#回風井地表設置風機的通風系統方案.

進風井為現有3#進風井、副井、斜井、斜坡道等，為多路進風，有利于降低礦井通風阻力.礦井回風利用現有的1#風井、2#風井、4#風井回風，同時對2#回風井1690 m標高以上風井斷面進行刷大（也可在2#回風井旁并聯掘進風井），對2#風井1690 m標高以下進行延深.如對2#回風井1690～2010 m風井斷面進行刷大，刷大后2#回風井凈直徑為5 m,也可在1690～2010 m 2#回風井旁并聯掘進風井，并聯風井井筒凈直徑為3.5 m，形成并聯通風.2#風井延深工程（1690～1390 m）為利用現有16線的2#風井延深而成，1690 m以下2#風井中心點坐標為X=11550.0，Y=88800.0，延深井筒斷面應綜合考慮二期礦山生產規模400×104t/a的通風需求，井筒凈直徑為5.0 m、凈斷面為 19.63 m2，延深井深300 m.為了增加3#進風井進風量，在3#進風井地表設置風機，作壓入式通風.1#回風井、2#回風井及4#回風井地表設置風機，作抽出式通風.

該方案優點為：①充分利用原有通風井巷，減少通風井巷工程費用；②主扇安裝在地表，維護費用少，管理簡單、方便；③風井延深對礦山的正常生產影響小.該方案缺點為：①東、西區回風量不均衡，西區1#回風井和4#回風井回風量大于東區2#回風井回風量，造成東區部分采場回風線路倒段折返，增大了通風風阻；②3#進風井安裝風機，增加了風機數量及設備購置、安裝費用.

方案Ⅲ：3#風井、1#風井、副井、斜井、斜坡道等多路進風，2#回風井、4#回風井回風，2#回風井地表、4#回風井地表設置風機的通風系統方案.

進風井為現有3#風井、1#風井、副井、斜井、斜坡道等，為多路進風，有利于降低礦井通風阻力.礦井回風利用現有的2#風井、4#風井回風，同時對2#回風井1690 m標高以上風井斷面進行刷大（也可在2#回風井旁并聯掘進風井），對2#風井1690 m標高以下進行延深.如對2#回風井1690～2010 m風井斷面進行刷大，刷大后2#回風井凈直徑為6 m,也可在1690～2010 m 2#回風井旁并聯掘進風井，井筒凈直徑為5 m，形成并聯通風.2#風井延深工程 （1690～1390 m）為利用現有16線的2#風井延深而成，1690～1390 m 2#風井中心點坐標為 X=11550.0，Y=88800.0，延深井筒斷面應綜合考慮二期礦山生產規模400×10t/a的通風需求，井筒凈直徑為6.0 m、凈斷面為28.26 m2，延深井深300 m.2#回風井及4#回風井地表設置風機，作抽出式通風.

該方案優點為：①主扇安裝在地表，維護費用少，管理簡單、方便；②東、西區回風量均衡，減少采場回風線路倒段折返，減少了通風風阻.該方案缺點為：①2#風井如綜合考慮二期礦山生產規模400×104 t/a的通風需求，井筒凈直徑應為6.0 m，增大了通風井巷工程費用；②2#風井刷大及延深會影響礦山的正常生產.

現對方案Ⅰ、方案Ⅱ及方案Ⅲ3個通風方案進行技術經濟綜合比較，以最終確定采用的通風系統方案，綜合比較結果見表2.

從表2的通風方案綜合比較可知，方案Ⅱ中3#進風井安裝風機，風機數量比方案Ⅰ及方案Ⅲ多，設備購置、安裝費用比方案Ⅰ及方案Ⅲ大，同時3#進風井地表安裝風機，風機噪聲對3#主井、3#副井和2#主井提升信號產生影響，所以，首先要排除方案Ⅱ.方案Ⅰ中充分利用原有通風井巷，可比工程投資比方案Ⅱ、方案Ⅲ少，風井延深對礦山的正常生產影響較小，同時年經營成本費用較低.方案Ⅲ可比工程投資最大，井巷工程費用比方案Ⅰ和方案Ⅱ多1146.99萬元，但方案Ⅲ東、西區回風量較為均衡，通風線路較為順暢，從長遠來看通風效果比方案Ⅰ好.因此，如從可比工程投資來選，應選方案Ⅰ，如從通風效果來選，應選方案Ⅲ.

所以，根據以上的分析，經與礦山協商，最終選擇方案Ⅰ，即3#進風井、副井、斜井、斜坡道等多路進風，1#回風井、2#回風井、4#回風井回風，1#回風井地表、2#回風井地表、4#回風井地表設置風機的通風系統方案.

2.2 主通風機設備選型

新通風系統方案經通風網絡解算一期全礦總風量為507.97 m3/s，等積孔17.2579 m2.二期全礦總風量為669.46 m3/s，等積孔19.4377 m2.根據礦井通風一期、二期所需風量、總阻力、通風機附屬裝置的阻力、自然風壓，計算出礦井通風容易、困難時期所需風量、靜壓，在通風機特性曲線上，選擇滿足礦井通風需要的通風機，從而確定通風機的工況點、型號、轉速，而后選擇相配套的電動機.見表3、表4.

3 通風效果分析

礦山需要進行通風的作業點有回采工作面，掘進工作面，備采工作面以及需要獨立供風的硐室[5-8].回采工作面和掘進工作面的需風量，應按照排炮煙和排礦塵的要求分別計算，然后取其較大值作為該工作面的需風量[9].

表2 某銅礦通風方案綜合比較表

表3 一期通風機工況

表4 二期通風機工況

根據某銅礦一期、二期生產能力及采礦方法分別確定同時作業的各工作面需要的最大風量與需要獨立通風的硐室風量之和分別為341.52 m3/s和451.36 m3/s，風量備用系數 k=1.25～1.4，考慮某銅礦采礦方法主要為空場法和充填法，取風量備用系數k=1.35，則全礦總風量為：

新通風方案根據通風網絡解算，一期總回風量為507.97 m3/s，二期礦井總回風量為669.46 m3/s均能滿足設計要求，同時，東、西區回風量及上、下部回風量基本均衡，其總進風量、各中段進風量和回風量、各工作面風量均能達到設計風量的要求.

經測定其中一期1750 m中段回風石門回風量為91.43 m3/s，1690 m中段回風石門回風量為79.39 m3/s，1570 m中段回風石門回風量為45.86 m3/s，1505 m中段回風井回風量為126.34 m3/s，1435 m中段回風井回風量為119.50 m3/s，1330 m中段回風井回風量為45.46 m3/s；二期1810 m中段回風井石門回風80.53 m3/s，17500 m中段回風井石門回風94.72 m3/s，1690 m中段回風井石門回風83.12 m3/s，1570 m中段回風井石門回風55.02 m3/s，1505 m中段回風井回風150.49 m3/s，1435 m中段回風井回風146.00 m3/s，1330 m中段回風井石門回風150.49 m3/s，新通風系統方案一期、二期均能滿足礦山實際生產通風要求.

4 結 論

某銅礦新通風系統為中央多井進風兩翼回風的壓抽混合式通風系統，新系統滿足通風性能要求，起到減少污風串聯，提高采掘作業面空氣質量.礦山今后對深部開采需注意如下通風問題：

（1）加快（1690～2010 m）2#并聯回風井及 1505 m、1435 m等中段專用回風道的開拓掘進工作，以便盡早形成完整的通風系統.

（2）礦山應強化開采，力求縮短采場采準、回采時間，減少同時回采的采場數.

（3）回采順序應嚴格遵循先采上盤、后采下盤的回采順序，以保證1615 m、1555 m、1505 m和1435 m等回風聯絡道在回采期間不至遭受破壞.

（4）在井下必要的地點安設通風構筑物對礦井風流進行調控，實現風量的有效調節和合理分配.對回采結束的采場及時進行密閉，加強對通風構筑物和通風狀況的檢查和管理，減少漏風.

[1]王英敏.礦井通風與防塵[M].北京：冶金工業出版社，1993.

[2]邱繼發.關于礦井通風若干問題的探討[J].煤炭技術，2008,27（4）：151-152.

[3]陳喜山，梁曉春，李 楊.金屬礦山礦井通風技術的新進展[J].金屬礦山，2002，（9）：55-57.

[4]郭斯旭，吳振坤，劉其忠，等.礦井通風中要重視的幾個問題[J].礦山環保，2001，（2）：32-33.

[5]張新科.礦井通風系統優化改造與技術分析[J].2010，(3)：33-35.

[6]彭 濤，劉志輝.湖南有色礦井通風現狀分析與對策研究[J].湖南有色金屬，2010,26（4）：15-17.

[7]王乃斌.非煤地下礦山礦井通風技術的探討[J].現代礦業，2010，（2）： 134-135.

[8]張維濱，郭樹林，姚 香，等.中國金屬礦山深井通風技術研究現狀綜述[J].采礦礦業，2009，30（9）：26-29.

[9]韓貞健，黃德鏞，羅常敏.銀廠坡礦井下通風系統改造[J].中國礦山工程，2010，39（1）：2-3.

Ventilation System Optimization of a Copper Mine

WU Chang-fu1,TIAN Mei-zhi1,Li Le-nong2

(1.Faculty of Resources and Environment Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China;2.Jiujiang Ganxun Security Assessment Co.,Ltd.,Jiujiang 332000,China)

The subjected copper mine is a large-scaled multi-metal mine,whose ore deposits are mined from main and auxiliary shafts.The exhaust ventilation system applied in this mine is two-winged diagonal with the pattern of central air-intake and two-winged air-return.The ventilation system can’t meet the output increase and deeper mining,resulting in the current disorder of the mine air flow and insufficient wind in the major working face.The ventilation system is optimized by applying diagonal layout wings with multi-channel wind in-take in the central and two-winged air return.

ventilation system;diagonal;optimization

TD724

A

1674-9669（2011）04-0034-05

2011-04-23

鄔長福（1963－ ），男，教授,主要從事礦井通風與方案優化方面研究，E-mail：Wcf1963@tom.com.