探析金屬非金屬礦山通風設計及應用

李志軍

（廣西工程技術研究設計院有限公司，廣西 南寧 530200）

在地下礦山初步設計階段，就要做好礦井的通風系統設計，根據礦井的生產規模、開拓系統、采礦方法及開采技術條件等，首先確定礦井通風方式，通過計算礦井最困難時期的風量、風壓及通風阻力等相關參數，結合風流風量控制措施選定符合礦井需求的主扇風機。在金屬非金屬地下礦山初步設計中，通風系統設計是一項非常重要的組成部分，其關乎著整個礦井開拓及開采的安全。礦井通風系統設計的主要任務就是構建經濟合理、安全可靠和技術可行的通風體系。在實踐中，通風系統是否科學、合理、可行，對整個礦井的通風效果好壞息息相關，直接關系著礦井的安全生產和持續生產[1]。本文以靖西縣湖潤庭毫山錳礦為案例，深入分析該礦山通風系統設計，希望為相關專業技術人員提供借鑒與參考。

1 礦山通風系統設計

該礦山設計采用平硐～盲斜井開拓礦床，由平硐、盲斜井、中段運輸平巷、人行通風天井及回風天井、總回風平硐等井巷工程構成礦床開拓運輸通風系統，則礦井宜采用對角抽出式通風方式。

1.1 通風系統簡述

新鮮風流從各中段平硐口進入，經本中段運輸平巷、穿脈分送至采場和掘進工作面，洗刷工作面后的污風經各中段人行通風天井匯入510m總回風中段，然后通過安裝在回風平硐口的主扇風機排出地表。

開拓掘進工作面：掘進370m及以上各平硐開拓的中段時，地表新鮮風流從各中段平硐口進入中段運輸平巷；掘進337m盲斜井開拓的中段時，地表新鮮風流從370m中段運輸巷進入經盲斜井送入337m盲中段運輸平巷。進入井下的新鮮風流經各中段運輸平巷、穿脈送入掘進工作面，污風將由局扇抽送至本中段各人行通風天井及上中段回風平巷匯入510m總回風中段，然后通過安裝在總回風平硐口的主扇風機排出地表。掘進510m回風中段平巷期間新鮮風流從510m中段平硐口進入至工作面，洗刷工作面后由局扇、阻燃風筒布抽出至地表。

采場工作面：開采370m及以上各平硐開拓的中段時，地表新鮮風流從各中段平硐口進入中段運輸平巷；開采337m盲斜井開拓的中段時，地表新鮮風流從370m中段運輸平巷進入經盲斜井送入337m盲中段運輸平巷。井下新鮮風流經各中段運輸平巷，從穿脈、采場一側的人行通風天井送入采場工作面，洗刷工作面后的污風由采場另一側人行回風天井進入上中段回風平巷，再匯入510m總回風平巷，最后由設在總回風平硐口的主扇風機抽出地表。

圖1 項目端部人行通風天井(局部)

1.2 礦井總風量、通風阻力計算

1.2.1 礦井總風量

礦井風量分配是根據礦井開拓系統、通風網絡及各掘進、回采工作面分布等情況來進行配置的。

1.2.2 礦井漏風系數的確定

根據礦山采用的通風方式和通風系統，以及所采用的采礦方法，礦井漏風系數取1.3。

1.2.3 礦井總風量計算

設計采用按排塵風速計算礦井總風量。根據井下回采、采準、切割、開拓、生探及各類硐室工作面數和各工作面排塵風速(V≥0.35m/s)要求，計算出礦井總風量為13m3/s。礦井總風量計算詳見表1。

表1 礦井總風量計算表

1.2.4 礦井需風量驗證

驗證地下礦山工作面風量，按井下同時工作的最多人數計算時，每人每分鐘供風量不少于4.0m3，該礦山最多有20名工人同時在井下作業，此時礦井工作面需風量為1.3m3/s＜13m3/s。

1.2.5 風量分配

風量分配是根據通風網絡及各回采、掘進工作面和硐室分布情況進行分配的。為滿足各工作面風量要求，在經過實地考察之后，設計人員采取在各中段設置調節風門，以達到調節工作面需風量大小的目的。

1.2.6 礦井總阻力計算

根據礦山不同時期的通風網絡，選擇最困難的線路計算礦井通風阻力，即礦井生產至337m時，通風線路最長。因此設計選用337m中段作為最困難時期的通風網絡加上局部損失、扇風機附屬裝置阻力和自然負壓計算[2]。礦井總通風阻力為1181.0Pa(120.4mm水柱)。

表2 礦井通風總阻力計算表

計算摩擦阻力：

Hf=α×LU/S3×Q2=Rf×Q2(pa)；Rf=α×LU/S3

α—摩擦阻力系數，單位kgf·s2/m4或N·s2/m4，kgf·s2/m4=9.8N·s2/m4；L、U—巷道長度、周長，單位m；S—巷道斷面積m2；Q—風量，單位m3/s；Rf—摩擦風阻，對于已給定的井巷，L，U，S都為已知數，故可把上式中的α，L，U，S歸結為一個參數Rf，其單位為：kg/m7或N·s2/m8。

分別列出礦山最困難時期通風線路井巷通風阻力如表2。經計算統計：靖西縣湖潤庭毫山錳礦最大Hf=739.0Pa。計算局部阻力：HL=0.2Hf=147.8Pa。

計算礦井總阻力：Ht=Hf+HL+HRat+HN=739.0+147.8+196.1+98.1=1181.0Pa

HRat—扇風機附屬裝置(風峒、擴散器等)的阻力，一般取20mm水柱(196.1Pa)；HN—礦井自然風壓，本項目礦井一般取10mm水柱(98.1Pa)。

1.2.7 主要通風設備選型

（1）主扇風機選型：

主扇風機安裝在510m中段的總回風平硐口。根據計算，選用K40-4No13型礦用節能風機1臺，該風機具有氣動力效率高，運轉噪聲低，運行穩定性好，安裝方便，安全可靠的優點。

K40-4No13型風機技術性能：風量18.7m3/S～40m3/S，全壓284Pa～1312Pa，配電動機Y250m-4型，功率55kW，電壓380V。電機共2臺，一用一備。

該風機風量和風壓均可以滿足開采337m中段最困難時期礦井總需風量(13m3/s)、最大風壓(1181.0Pa)和用風單耗1.3m3/s的最低標準。

根據礦山開采情況，風量及風壓的變化，可通過調節風機的葉片角度來獲得相應的風量和風壓。

K40-4No13的軸流式通風機配有返風裝置，可滿足礦井的返風要求。

（2）局部通風及局扇風機選型：

所有不能利用貫穿風流通風的井下獨立工作面及其他通風困難的作業面，均采用局扇改善局部通風，將污風就近納入總回風系統。

局扇按壓入式布置，選用FBYNO4：0/5.5KW或FBYNO4：0/11KW礦用局扇，并配備阻燃剛(柔)性風筒。

2 通風應用及效果評估

據悉，目前靖西縣湖潤庭毫山錳礦已逐步完成通風系統施工，按照通風系統設計在510m總回風平硐口安裝了K40-4No13型主扇風機，基本完善了礦井通風系統。根據《金屬非金屬礦山安全規程》GB16423-2006等相關規范要求，從通風井巷、通風機、通風構筑物、通風系統的有效風量率(應不低于60%)等各方面證實靖西縣湖潤庭毫山錳礦通風系統及通風效果是符合規范要求的。通風井巷內風速檢測值(見表3)均符合《金屬非金屬礦山安全規程》GB16423-2006/6.1.4.8條相應規定。

表3 井巷斷面平均最高風速規定

3 結語

綜上所述，在礦山初步設計及后續開采過程中，一定要加強對礦井通風系統的設計工作，確保礦井通風符合相關規范要求，為礦井作業人員提供安全保證。礦山通風所依賴的是自然通風和機械通風，在各類通風設備設施的協助下實現井下空氣質量保障。它對于調節礦井下氣候條件，創造安全舒適工作環境有十分重要的意義。有關企業應該對該方面的工作有足夠的重視，并結合礦井的實際情況來優化礦井通風系統，將工人的健康和生命安全放在首要位置，認真落實“以人為本、堅持安全發展”的新理念。