石湖金礦中深部通風系統改造方案

劉東銳　劉偉強　李印洪　姚銀佩　王　志

(湖南有色冶金勞動保護研究院)

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石湖金礦中深部通風系統改造方案

劉東銳劉偉強李印洪姚銀佩王志

(湖南有色冶金勞動保護研究院)

詳細分析了石湖金礦101采區通風系統現狀、礦區通風系統存在的問題及制約礦山通風能力的因素，提出了符合礦山實際的中深部通風系統的改造方案，從技術、經濟角度對該方案的可行性及有效性進行了對比分析，最終優選出符合采區實際的中深部通風系統改造方案，即兩翼進風多井回風通風方案，供類似礦山通風系統優化改造參考。

通風系統改造兩翼進風多井回風式通風方案優選

礦井通風系統作為井下八大主要系統之一，是向井下作業地點供給新鮮空氣、排出污濁空氣的通風網路、通風動力和通風控制設施的總稱。礦井通風系統與井下各作業地點緊密相聯，對全礦井的通風安全狀況具有全局性影響[1-2]。石湖金礦一期工程于1991年開始建設，1993年建成投產，二期工程于1995年實施，開采中段為400～180m中段。2013年進行101采區180～-70m中段第三期工程建設，規模擴建至15萬t/a的采、選生產能力。目前，井下已開拓至130m中段，2#豎井已下掘至-70m中段。由于礦體逐漸向南側伏，井下開采重點逐漸往3#線以南傾斜，北風井通風效果及作用不明顯。2012年進行39#線2#豎井施工，通風系統由初期的兩翼對角式通風系統演變為兩翼進風中央回風通風系統，井下現已進入中深部開采，由于進、回風線路長、通風阻力大、通風構筑物缺少及損壞、風路短路嚴重及中段采場通風網路不完善等問題，導致井下需風量嚴重不足，污風串聯難以排出地表，致使井下安全生產留下了較大的安全隱患，因此，需對該礦101采區的通風系統進行優化改造。

1　礦區通風現狀

101采區井下一期工程于1993年建成投產，設計開采規模為150t/d(5萬t/a)，開采中段為600～400m中段，通風系統采用兩翼對角井下抽出式通風系統，北風井負擔3#線以北礦體開采，主扇安裝于井下600m中段，主扇型號K40-6No15，功率37kW；南風井(現中央回風井)負擔3#線以南礦體開采，主扇型號K40-6No15，功率37kW。中段通風網路采用階梯式通風網路，即上中段作為下中段開采的回風。101采取二期工程北風井主扇由600m中段下移至400m中段，南風井主扇在400m中段安裝一臺主扇(型號K40-6No15，功率37kW)，與600m中段主扇形成串聯，同時，南風井兼作安全通道，在風井內架設了行人梯子平臺。2011年進行了39#線2#豎井施工，通風系統演變為兩翼進風中央回風通風系統，即3#～5#線1#豎井、39#線2#豎井進風，15#～17#線中央回風井回風。2013年礦山已開始180～-70m中段第三期工程建設，目前井下已開拓至130m中段，39#線2#豎井以下掘至-70m中段，通風系統仍采用兩翼進風中央回風通風系統。

2　通風系統存在的問題

目前101采區礦井機械通風系統的3臺主扇因通風系統布局不合理、通風阻力大、局部正面通風阻力過大等因素，主扇運行效果不理想，導致主扇多年來長期處于停止運轉狀態，完全靠自然通風解決井下作業中段通風問題，造成井下需風量嚴重不足。井下260，220m中段7.5kW風機的排污風未進入系統回風巷道，全部在300，260，220m中段近距離區域循環，嚴重影響了作業人員的身心健康，不符合國家安全生產要求。經測定，101采區地表進風量僅為13.32m3/s，根據目前產量15萬t/a的需風量計算，101采區井下開采需風量在45m3/s以上，現通風系統能力無法滿足井下開采通風需求。同時，600，560，260，220，180m中段、2#豎井石門及2#豎井地表均檢測出CO等有毒氣體，2#豎井618m平硐測得最大CO含量為600×10-6，對618m平硐作業人員已構成了安全威脅。目前，礦區各中段風量分配不合理，中段、采場通風網路不完善，污風串聯嚴重。15#～17#線中央回風井各中段回風巷道缺少通風構筑物，2#線北風井各中段回風巷道通風構筑物損害嚴重，導致風路短路嚴重，風量無法按需分配，且中央回風井行人梯子平臺未撤除，導致回風斷面小、阻力大。該礦山缺少礦井通風技術專職人員，導致井下通風現場管理不到位，通風系統構筑物損壞極為嚴重，回風巷道堵塞嚴重，無法得到及時處理，無法實現隨著井下生產的變化及時調節通風網路及主扇運轉工況，主扇無法有效正常運轉。綜上所述，101采區現有的礦井通風系統能力無法滿足井下開采通風需求。

3　改造方案設計

3.1改造方案設計原則

101采區中深部通風系統改造設計原則為[3-5]：①滿足《金屬非金屬礦山安全規程》相關要求；②應與礦山生產規劃高速發展的客觀要求相適應，在確保安全生產的前提下，力求經濟合理；③根據礦井開拓方式、采礦方法、礦床賦存狀況、礦體產狀形態、礦區地形地貌、礦區實際情況以及礦井生產能力、開采強度等客觀要求，綜合考慮；④盡可能根據礦區氣候條件的變化，使自然風壓有益于通風系統，避免自然風壓對通風系統造成不利影響；⑤盡可能對礦區實際情況進行徹底調查，利用現有的工程實現通風系統的改造及提升。

3.2改造方案3.2.1方案一(兩翼進風多井回風通風方案)

(1)進風路線。新鮮風流由地表從1#、2#豎井進入井下，經各中段石門分風，經中段運輸平巷、穿脈平巷到達作業面，其中1#豎井新鮮風流進入130～600m各中段，后進入采場工作面；2#豎井新鮮風流通過石門進入480，180，130m中段，進入各工作區域。

(2)回風路線。石湖金礦101采區生產能力將擴至15萬t/a，中央風井無法滿足井下回風需求，故將北風井與中央風井共同擔負回風任務。350m中段以下各中段污風由天井匯至350m中段后，分流成2部分污風向地表排出。其中，15#線以北巷道作為專用回風巷道，將部分污風匯至北風井，排出地表；剩余部分由南風井(中央風井)回風至地表。

(3)主扇位置。主扇選用DK40-6No18的2×90kW風機，安裝于300m中段(圖1)。

圖1　兩翼進風多井回風通風方案

3.2.2方案二(兩翼進風中央回風通風方案)

(1)進風路線。新鮮風流由地表從1#、2#豎井進入井下，經各中段石門分風，經中段運輸平巷、穿脈平巷到達作業面，其中1#豎井新鮮風流進入130～600m各中段，后進入采場工作面；2#豎井新鮮風流通過石門進入480，180，130m中段，進入各工作區域。

(2)回風路線。石湖金礦101采區的生產能力將擴至15萬t/a，中央風井無法滿足回風需求，故掘進一條天井擔負回風任務，由350m中段至地表，為降低通風阻力，斷面為尺寸設定為3m×2m。

(3)主扇位置。主扇選用DK40-6No18的2×90kW風機，安裝于300m中段(圖2)。

圖2　兩翼進風中央回風通風方案

3.2.3方案優選

通風阻力計算，可知方案一的摩擦阻力為1 207.17Pa，局部阻力為241.43Pa，總阻力為1 448.60Pa；方案二的摩擦阻力為1 319.89Pa，局部阻力為263.98Pa，總阻力為1 783.86Pa，可見方案二阻力大于方案一。方案二需對中央風井斷面進行擴大，存在施工難度大、費用高，安全性差等缺點；方案一僅需施工一條專用通風天井，大部分均利用原有工程，具有施工難度低、施工費用少、安全性高等優點。方案一、方案二的裝機容量均為247kW，運行費用基本一致。經綜合對比分析可知，方案一具有投入少、工程周期短、安全系數高、經濟性高等優點，故本研究選擇方案一(兩翼進風多井回風通風方案)作為石湖金礦101采區中深部通風系統改造方案。

4　結　語

以石湖金礦101采區為例，在分析該采區通風系統存在問題的基礎上，設計了2套通風系統改造方案，經過詳細的技術經濟對比分析，最終確定了該采區的通風系統改造方案為兩翼進風多井回風通風方案，對于類似礦山通風系統優化改造有一定的借鑒價值。

[1]王英敏.礦井通風與安全[M].北京：冶金工業出版社，1979.

[2]吳超.礦井通風與空氣調節[M].長沙：中南大學出版社，2008.

[3]彭斌.大型復雜礦井通風系統優化研究[D].南昌：江西理工大學，2014.

[4]彭家蘭.金屬礦山通風系統優化與管理[D].南昌：江西理工大學，2014.

[5]吳國珉.典型有色金屬礦山礦井通風系統優化與防塵技術研究[D].長沙：中南大學，2008.

2016-06-12)

劉東銳(1987—)，男，工程師，碩士，410014 湖南省長沙市雨花區香樟路601號。