深地開采礦井中礦井通風技術的應用研究

胡保有

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048200）

引 言

我國地層中的礦產資源非常豐富，在進行礦產資源開采的時候，常用的開采方式主要有露天開采和井下開采兩種，而隨著露天開采量的不斷增加，淺部礦山已經越來越少，更多的礦山已經進入了深部開采的范疇。而對于深部礦床而言，開采過程中通風是一個非常重要的問題，其對于解決深地開挖礦井所面臨的高溫問題有著非常重要的意義［1－2］。因此，深地開挖礦井所需要解決的首要問題就是通風問題，由于深地開挖礦井的開挖深度常常會達到300m以上，所以對于通風的要求也更高，因此必須要采用合理的礦井通風技術。

1 深地開挖礦井概述

當前在對于礦井進行分類時，并沒有一個統一的分類標準，一般深度超過300m時，可以視為深地開挖礦井，同時，如果深度大于一定的值而且會伴隨地壓顯現劇烈或高溫熱害，也可以視為深地開挖礦井。對于深地開挖礦井而言，首先，其開采難度相比于露天開采及淺部開采更大，同時，開挖至地層深部時，地應力會顯著增加，孔隙水壓力也會大大增加，而且還會面臨顯著的高溫熱害等問題［3－4］。所以，對于深地開挖礦井而言，必須要保證礦井通風條件良好，只有采用科學的礦井通風技術，才能夠更好地保證礦井的通風條件，同時保障開采作業的安全。

2 某煤礦及其礦井通風系統概況

2.1 礦山概況

該煤礦處于丘陵地帶，其最低標高為＋120m，最高標高為＋223m，該礦床的2＃礦體礦石的儲存量占到了整個礦床總儲量的95%，但是2＃礦體大部分埋藏在－760m以下，埋藏較深，同時，其開采范圍在－700m～－1 050m，最大礦體的寬度達到800m。在對該煤礦進行開采的過程中，采用的是豎井開拓系統，該礦山共使用了9座豎井，其中，主井的井深達到－1 100m，井筒的直徑為5.6m。

2.2 礦井通風系統概述

由于該礦山面積較大，在開采的過程中分為新區和老區兩部分進行開采，對于新區，其所采用的是兩翼對角抽出式的通風方式，1＃副井、2＃副井和措施井3座井是新鮮風的入口，通過這3座井流經各個中段，然后，再通過主運巷分別進入到東側及西側巖脈巷道，之后到達各個作業地點。最后，從作業區排出的污風又通過倒段風井和3＃風井排出至地表。在新區共布置有2臺配有變頻器的風機。而在老區，則采用單翼對角式的通風方式，通過在礦井的進風石門及回風石門處分別安裝風機，使得新鮮風通過專用風井和1＃副井流入和經過各個中段。

2.3 礦井通風系統現狀

只有充分地了解礦井的通風系統運行現狀，才能有針對性地采取措施對其進行優化，保證礦井內通風條件的良好。在對本礦井的通風系統現狀進行分析時，主要通過對斷面積、風速、風壓及電機輸入功率幾個參數的測定，通過這些參數來反映礦井通風系統的運行情況。在對礦井斷面積進行測定的過程中，所采用的公式如式（1）所示。

式中：B為巷道最大寬度，m；n為B的等分數；h1為初始點的巷道高度，m；hn＋1為末尾點的巷道高度，m；h單為除去第一個和最后一個點以外單號點的巷道高度，m；h雙為除去第一個和最后一個點以外雙號點的巷道高度，m。

在對礦井中的風速進行測定時，主要是利用熱球式電風速儀和輕便式風速儀對確定的測風點進行測量，然后再利用側身測量法的計算公式對實際的風速進行計算，計算公式如式（2）所示。

式中：s為測點斷面積，m2；vs為校正后的平均風速，m／s。

在對風機裝置的風壓進行測定時，主要是利用皮托管壓差計對風機的靜壓差進行測量，然后再利用式（3）對風機的風壓進行計算。

最后，在對電機輸入功率進行測定時，通過式（4）進行計算得到相應的輸入功率。

式中：N為電機輸入功率，kW；U為線電壓，kV；I為線電流，A；cosΨ為功率因數。

采用以上方式對于通風系統的通風現狀進行測定發現，在標高為－750m～－890m，新鮮風量的測定結果與設計需風量的對比情況如表1所示。通過對比發現，2＃副井出現了反風現象，同時，1＃副井的風流也較為紊亂，在中段內部風流風量的分配不是十分合理。而且，因為受到礦井通風系統的影響，導致整個礦井的回風阻力相對較大，使得有效風量相對偏低，新鮮風流也存在短路的情況。例如，在－790m中段，其進風相對不足，使得中段內部風流循環，同時，在－800m中段，風流又未得到充分的利用。

由于本礦井所采用的是二級機站通風系統，并且在部分專用進風井設置了2臺風機聯合作業，但是該通風系統只能夠滿足初期開采的通風需求，隨著開采深度的加深，礦井中的通風條件發生了較大的變化，通過測定發現本礦井的風速合格率在50%以下，同時，有效風量率僅為36.58%，整個礦井中風機的效率僅為46.52%，使得礦井通風系統的整體指標偏低，不利于礦井的通風。

表1 新鮮風量的測定結果與設計需風量的對比情況

3 深地開挖礦井通風系統所存在的問題

3.1 通風效率不高

通過測定發現，在本礦井中，風機裝置的效率為46.52%，按照地下礦山通風系統技術規范要求，風機的裝置效率至少需要達到70%，因此本礦井的風機裝置效率不高。之所以會出現這一問題，主要是由于風機機站的設置與礦井通風網絡系統的匹配不夠合理，雖然采用了風機聯合作業的方式，但是在聯合作業的過程中風機之間互相存在干擾，同時機站局部還存在漏風的問題。因此，雖然風機自身的性能基本良好，但是仍然出現了通風效率不高的問題。

3.2 風質合格率較低

通過測定發現，本礦井的風質合格率也不滿足要求，通過分析發現，造成該問題的主要原因包括以下幾個方面：第一，礦井下所使用的大型鏟運機以及柴油機汽車在運行過程中會產生大量的尾氣，而新鮮風流在進入到礦井中后受到了這些尾氣的污染，所以導致風質受到影響。第二，本礦井所采用的是高溜井卸礦的方式，因此在卸礦的過程中會產生大量的粉塵，也會對新鮮風質造成影響。第三，在中段內所產生及排出的污風還會相互串聯，由于本礦上采場是垂直穿脈布置的，幾個中段都會被一個采場所貫穿，因此導致污風重新經過一個中段才能回至回風巷。第四，存在風流短路的情況，使得局部區域的風流較小，最終使得污風無法被有效地排出井外，使得風質的合格率較低。

3.3 通風網絡不完善

由于本煤礦的面積相對較大，在該礦的新區其總的進風量基本能夠滿足設計的需風量要求，但是，對于部分新的開拓工程，其通風系統尚未形成，在礦石產量不發生改變的情況下，需風量有所增加，使得整個新區的通風網絡和礦區的通風需求不相匹配。而且，通過測定發現，礦井通風系統風速的合格率在50%以下，同時，有效風量率僅為36.58%，風量的分配不夠合理，致使風流發生紊亂，使得部分作業地點面臨較差的通風條件。

4 深地開挖礦井通風技術的應用

4.1 優化井下通風構筑物

通過對本礦井的通風系統進行調查發現，本礦井的井下通風系統存在風流短路、局部風流停滯等問題，這些問題的存在使得新鮮風流不能夠得到合理的分配。而導致這一問題出現的主要原因就是，存在穿脈貫通沒有作業以及沒有及時地對貫穿幾個中段的采空區進行回填，因此，考慮首先對廢棄的巷道及時地進行密閉處理，同時，對暫時不使用的巷道進行臨時密閉處理，在使用頻率不高的巷道設置柔性風門，例如，通過在出礦巷道及穿脈巷道設置柔性風簾，從而達到控制漏風的效果。如果存在沒有及時填充的采空區以及暫停作業的采場，通過在其與穿脈相通的兩端設置臨時密閉或者是安裝柔性風簾，然后再對井下現有的構筑物進行修整，從而有效地控制漏風問題，改善礦井下的通風條件。

4.2 減小回風系統的通風阻力

就井下通風系統而言，一方面，需要保證阻力的平衡，另一方面，也需要確保阻力的梯度變化，在整個通風系統之中，如果一個局部發生變化，井下的通風條件都會發生較大的變化，因此必須要減小回風系統的通風阻力。對于本煤礦而言，由于部分穿脈與回風巷的相交處沉積了許多的淤泥、污水及廢石，導致穿脈與回風巷的相交處出現了嚴重的堵塞情況，所以通過對于穿脈、回風巷以及二者相交處所存在的淤泥、污水及廢石進行清理，可以有效地減小本礦井回風系統的通風阻力，從而更加有利于井下通風條件的改善。

4.3 整體優化通風系統方案

要想更好地改善本礦井的通風條件，還需要對通風系統方案進行整體優化，結合本礦井的實際條件，可以采用如下方案：首先，不改變原通風系統的通風動力，在此基礎之上再增加第二級風機機站，從而構成一個三級機站的通風系統，并且，在多個中段利用空氣幕風流調節技術，依據各個盤區的需風量對硐室型風機進行安裝，從而形成空氣幕。空氣幕主要是將風機安裝在巷道側壁的硐室內，然后再利用風機的供風裝置朝著巷道之中噴射高速氣流，使得風流被引射到需風作業面上，從而改善巷道通風條件。通過此方法對于各個中段所存在的風流分配問題以及漏風問題加以解決。然后，在礦井達到一定的生產能力時，再采用主輔聯合的統一通風系統，在回風井井口的位置安裝主扇，同時將2臺主扇并聯布置，并在盤區設置空氣幕以分配風流，從而實現主輔聯合的統一通風系統。最后，再依據礦井生產條件的調整適當地對整個礦井的通風網絡以及通風構筑物加以調整，即可有效地改善礦井的通風條件。

5 結語

在本文的研究中，主要就深地開挖礦井中礦井通風技術的應用問題進行了相應的研究，首先就深地開挖礦井的概況進行了簡要的介紹，然后結合某銅礦實例，對該礦井的通風系統以及通風系統的現狀進行了分析，就其通風質量進行了評價。然后總結了該煤礦通風系統所存在的問題，主要包括通風效率不高、風質合格率較低以及通風網絡不完善，最后，針對該礦井通風系統所存在的問題提出了優化井下通風構筑物、減小回風系統的通風阻力和整體優化通風系統方案的措施以改善礦井的通風條件。