空區降阻在紅透山礦井下通風系統中的實踐*

李印洪，李亞俊，鐘生元

空區降阻在紅透山礦井下通風系統中的實踐*

李印洪1, 2，李亞俊1, 2，鐘生元1, 2

(1.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014；2.非煤礦山通風防塵湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410014)

紅透山礦井下通風系統建設多年，作業面多，需風量大，但線路長阻力大供風量小，按照傳統的通風系統優化技術難以實現提高通風系統總供風量的目的。針對紅透山礦井下的實際情況，根據其?407 m中段以上基本不作業的現狀，利用礦體開采后遺留的采空區、溜井、通風行人井等過風通道進行回風，達到了降低回風端阻力，增加井下通風系統總供風量，節約主扇開啟臺數及運轉總功率的目的。

礦井通風;空區降阻;回風端;隔離層

紅透山礦自1958年建礦至今已開采60多年，2006~2008年井下通風系統進行優化，目的是提高井下通風系統供風量，改善井下部分作業面高溫環境，井下項目實施后效果良好。

1 項目實施背景

紅透山礦床位于渾河大斷裂帶的上盤，為前寒武紀復雜化了的沉積變質銅礦床。主要開采的礦脈為1號脈、3號脈、7號脈、30號脈、31號脈等5條。主礦體走向為北75°~85°東，傾向南東，傾角70°~80°之間。在?647 m中段—?767 m中段之間其傾角變緩，為30°左右，受摺曲構造控制，在這段出現反傾角。同時在?647 m中段以下，礦體沿走向方向由西向東側伏，側伏角為15°。

紅透山礦井下通風系統構成為中央進風，兩翼回風。由于線路長，阻力大，主扇為地表+井下串聯抽出式，西部通風分區在地表及?467 m中段安裝了兩臺主扇，主扇型號為70B2-21-NO24（350 kW地表），DK45-6-NO19（264 kW井下?467 m中段）；東部通風分區在地表、?287 m中段、?467 m中段各安裝了一臺主扇，主扇型號為70B2-21-NO24（370 kW地表），DK40-6-NO19（220 kW井下?287 m中段），DK45-6-NO20（500 kW井下?47 m中段）。通風系統見圖1。

經現場調查及通風系統測試，紅透山礦通風系統存在如下幾個特點。

（1）井下作業面多，總供風量低。經測定，在5臺主扇都開啟的情況下，總供風量為101 m3/s，而按照井下作業面計算，需風量為160 m3/s。供風量低的原因是回風線路長，阻力高。由于礦山開采多年，對回風井進行刷大工程難度大，故難以使用直接擴大斷面的常規方式來提供總供風量。

圖1 紅渣山礦井下通風系統

（2）建設了冬季巖石預熱系統，自然風壓幫助主扇通風。

（3）在73 m中段已進行部分循環風利用，能提高供風量10 m3/s。

2 紅透區礦井下空區降阻實踐

空區降阻是把上部已經完成開采活動區域中所遺留的空區、天井、平巷乃至不嚴密的充填體的裂隙等通道利用起來，用做回風使用，擴大回風斷面，從而大規模降低回風端阻力的一種通風系統降阻手段。

2.1 井下空區降阻的必要性

（1）由于礦山開采多年，對回風井進行擴刷工程難度大，故難以使用直接擴大斷面的常規方式來提高總供風量。

（2）對井下的現場調查發現，井下開采時分幾個步驟進行。首先是對礦房進行開采，其次是回采頂、底柱，中段大規模的開采充填結束后，還要組織收礦隊對殘留礦石進行殘采。但各中段存在上百條天井、礦石溜井、人行通風井等工程未充填，通達上部中段，且二步回采礦柱時未進行完全充填，?287 m中段至上部更是存在大量采空區可以通風。

（3）紅透山礦井下通風系統風機安裝功率較高，西部通風分區為570 kW，東部通風分區為1134 kW，風量測定顯示，西部風量為42 m3/s，阻力為3740 Pa，其中進風端+用風端阻力610 Pa，回風端阻力為3140 Pa，回風端阻力占系統阻力的83.9%；東部通風分區風量為59 m3/s，阻力為4560 Pa，其中進風端+用風端阻力為630 Pa，回風端阻力為3930 Pa，回風端阻力占系統阻力的86.2%。需要對回風端進行降阻。

（4）紅透山礦井下已進行了多年生產，經過多次殘礦回收活動，?407 m中段以上遺留資源少，事實上?407 m中段以上已結束生產活動。

2.2 井下空區降阻方案

根據現場調查了解，紅透山礦井下133 m至地表的空區為預熱區，是新鮮風流的通道，故133 m中段以上的空區預熱作用給以保留，不予安排；?407 m中段以下為目前的重點作業區，正在進行開采活動，也無法安排通風工程實施；故該次通風降阻工程選擇了?407 m中段~133 m中段的空區作為實施區域，也即利用?407，?347，?287 m等10個中段540 m垂高的空區來進行降阻，降阻方案見圖2。

圖2 通風系統降阻方案

為了實施空區回風，首先必須建立兩個隔離中段（對空區采取膠結充填、隔離、避讓等措施），防止主扇從空區短路抽風造成短路風流浪費能量，同時可以防止自然風流對生產作業中段的干擾。根據調查，在?407，133 m中段建立隔離層符合紅坑口的實際情況；其次在隔離中段（?407，73 m中段）把東部、西部回風平巷的密閉打開，在?407，73 m中段維護好一條兩個回風系統之間的聯絡道，方便污風進入空區及今后對通風系統的檢查測試；最后在隔離中段（?407中段）上部各中段的石門入風口處砌筑風門風墻，防止污風串入大豎井，污染進風風源。

2.3 空區降阻實施效果

紅透山礦井下東、西部分區空區降阻工程實施后，在單開西部、東部分區?467 m中段一臺主扇的情況下，主扇風量達到了西部49 m3/s，東部72 m3/s，較原來通風系統主扇風量有了20 m3/s的增加，但運行的風機功率降低了940 kW。

由礦井通風能降耗方面的技術經驗可知，在通風系統未改變的情況下，通風系統的能耗與風量的3次方成正比：

式中，1、1分別為狀態1的風量、功率；2、2分別為狀態2的風量、功率。

若照此功率推算，則紅透山礦井下在西部49 m3/s，東部72 m3/s的風量下所需功率為西部905 kW，東部2061 kW，但運用了空區降阻技術后，運行功率僅為西部264 kW，東部500 kW，運行功率上西部分區節約641 kW，東部分區節約1561 kW。當然同時節約的還有地表及?287 m中段風機停開的檢修、保養、人員工資費用，從經濟效益來看，是非常合算的。

3 結 論

根據我國有色金屬礦開采時間的推進，開采深度的延伸，井下通風系統出現的困難也越來越多。其突出的表現是隨著開采深度的增加，通風系統的線路長、阻力大的特點隨之明顯，若是加上產量的提高，作業面增加較多，則井下生產極容易產生供風量滿足不了生產的問題。若一味增加局扇、輔扇的數量，伴隨作業面風流而來的串聯風、循環風及相應存在的作業面溫度高的問題更難以解決，給生產安全帶來新的隱患。故在礦山在進入深部開采、擴大產能等需風量超出初步設計所建立的通風系統供風量的情況下，應根據礦山自身通風系統的特點，合理進行通風系統優化研究，改善井下生產環境，保障安全生產進行。

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[5] 彭 云.礦井通風系統降阻優化研究[D].湘潭:湖南科技大學,2013.

(2019-04-03)

李印洪(1975—)，男，湖南長沙人，高級工程師，主要從事金屬礦山通風防塵設計工作，Email: 781974176@ qq.com。

國家重點研發計劃項目(2018YFC08000302).