利用采場順路天井改造通風天井應用研究

邱金銘，黃 文，黃澤祥，周 林，郭遠樹

（崇義章源鎢業(yè)股份有限公司淘錫坑鎢礦，江西 贛州 341300）

1 工程背景

淘錫坑鎢礦屬崇義章源鎢業(yè)股份有限公司下屬分公司，安標化二級達標單位、國家級綠色礦山，是一家以生產鎢精礦為主，回收其他伴生有色金屬為輔的中型有色金屬采選企業(yè)。

礦山成立于1970年12月，采用平硐+盲豎井+盲斜井聯合開拓方式開拓礦井，應用兩翼對角抽出式機械通風系統(tǒng)保證礦井通風。目前，已形成10個中段，分中段高度50m。礦體傾角為：75°～86°，厚度約為0.4m，屬急傾斜極薄礦體。礦區(qū)圍巖穩(wěn)固，礦體沿走向和傾向變化不大。因此，采用淺孔留礦法開采礦體[1]。礦塊沿礦體走向布置，礦房長度一般布置為50m～80m，階段垂直高度為50m，間柱寬度2m，頂柱厚度3m，底柱高度2.9m，溜斗間距5.0m，兩側設順路天井，采幅約1.1m左右，采場生產能力90t/d，采礦作業(yè)面15個，礦山日采礦能力1350t/d。

礦山多中段同步開采、作業(yè)點面多且分散。通風系統(tǒng)存在諸多問題，如：采空區(qū)、廢棄硐室和廢棄巷道多，系統(tǒng)漏風量較大；主要回風井斷面小、拐彎多、路線長，通風阻力大；井下作業(yè)環(huán)境溫度高，濕度大；分中段風量不足、分風不合理，局部通風不良、污風串聯，井下作業(yè)環(huán)境差，溫度高，容易出現中毒窒息事故，給安全生產帶來極大壓力[2]。為解決以上問題，建立和完善井下合理有效的機械通風系統(tǒng)，改善井下作業(yè)環(huán)境改善通風效果，進行通風系統(tǒng)優(yōu)化改造迫在眉睫。

2 通風系統(tǒng)

礦山2018年委托長沙礦山研究院開展礦山通風系統(tǒng)改造及優(yōu)化設計研究，通過應用分區(qū)接力通風系統(tǒng)，并采取了一系列的通風網絡優(yōu)化措施，計算通阻力，選取了合適的風機。通過Ventsim三維通風仿真系統(tǒng)對通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案對容易時期和困難時期進行模擬計算，建立和完善井下合理有效的機械通風系統(tǒng)，改善井下作業(yè)環(huán)境。

設計采用分區(qū)接力通風系統(tǒng)，結合礦山通風系統(tǒng)現狀，利用礦脈采空區(qū)回風。為克服采空區(qū)回風，回風井巷斷面小，回風阻力大，設計回風段通風阻力由地表主扇承擔，進風段和用風段的通風阻力由井下分區(qū)接力風機承擔。井下分為西北分區(qū)和東南分區(qū)，寶山礦組和棋洞礦組為西北通風分區(qū)，楓嶺坑礦組和爛埂子礦組為東南通風分區(qū)。

西北通風分區(qū)接力風機安裝在+106m中段V18脈處，擔負寶山礦組和棋洞礦組的用風；西北通風分區(qū)主扇安裝在+362m回風平硐，位于+362m標高108線南側，擔負寶山礦組和棋洞礦組上部采空區(qū)的回風。東南通風分區(qū)接力風機安裝在+106m中段16線回風平巷TFV43-1（206～106）天井西側，擔負寶山礦組和棋洞礦組的用風；東南通風分區(qū)主扇安裝在+432m回風平硐，位于+432m標高403線東側，擔負楓嶺坑礦組和爛埂子礦組上部采空區(qū)的回風。

中段通風網絡以階梯式通風網絡為主，平行雙巷式通風網絡為輔。在+106m中段形成隔離層，密閉通上部中段的采空區(qū)、采場天井、溜礦井和中段回風天井等，防止系統(tǒng)漏風和污風串聯。

礦山西北分區(qū)回風系統(tǒng)+56m至+106m中段目前的通風天井斷面面積4.5m2（長＊寬：3m＊1.5m），小于通風系統(tǒng)要求最小斷面面積6.28m2要求。通過利用結束回采采場順路天井改造通風天井，增加一路通風天井，以滿足通風系統(tǒng)要求。

3 改造通風天井方法

3.1 技術路線

棋洞片區(qū)+56m中段V21-3#采場位于棋洞礦組056m中段中部，靠近回風井，屬礦井兩翼對角式通風系統(tǒng)+056m中段西北分區(qū)的端部。礦山利用改采場順路天井改造為通風天井，通過預留間柱、多個沿中段采場上采方向間隔布置的保安間柱和混凝土隔墻相互配合，可顯著提高采場中原有順路天井的穩(wěn)固性，使其能作為通風天井使用。

3.2 改造方案

采場回采過程中，順路天井一側按要求預留長度2m的永久性、連續(xù)性間柱，另一側隨采場上采間隔高度5米左右預留不同規(guī)格的保安礦柱，用于支撐周邊圍巖穩(wěn)固，預防采場大面積片幫跨落，確保順路天井后期用于通風天井的永久性穩(wěn)固。

待采場回采至設計高度后，在靠近順路天井側頂板處向上施工3個通風切井（規(guī)格長＊寬約為：2m＊1.5m）與上部中段回風巷道貫穿，用于天井形成后上下中段聯通通風。

采場結束回采后，通過在順路天井靠近主柱邊澆筑30cm厚的鋼筋混凝土隔墻，作為通風天井邊，待混凝土穩(wěn)固后，拆除順路天井人行平臺與梯子，減少通風阻力，最終形成斷面面積2.6m2（長＊寬：1.7m＊1.5m）的永久性通風天井。

圖1 利用順路天井改造通風天井布置圖

井下各中段及采場的實際情況、作業(yè)環(huán)境和所需風量不同，對通風系統(tǒng)最小斷面面積的需求也不相同，當一個人行井斷面面積低于通風系統(tǒng)最小斷面面積時，可對同一采場中的另一人行井也進行改造，使其成為通風天井。

根據本方案的具體實施，一個采場可改造1～2個通風天井，可根據實際需要進行選擇，例如可根據圍巖穩(wěn)固性、作業(yè)環(huán)境、需風量等因素進行選擇。具體地，通風切井也可為多個，當通風切井為多個時，可在人行井上方間隔分布。通風切井可位于人行井的正上方和或斜上方，優(yōu)選位于人行井正上方或圍繞人行井的周向分布，由此可進一步有利于實現采礦中段的上下通風，減少通風阻力。

同時，條件允許情況下可在有需要的采場中均設置該通風天井，即可使井下上下多個中段對應位置采場均形成通風天井聯通，由此既可滿足通風系統(tǒng)的斷面需求，還可完全省去人工掘進通風天井的操作。

3.3 通風效果

通過采場順路天井改造成通風天井后，一部分+056m中段污風通過此天井回風排至上部+106m中段回風巷道，配合原有4.5m2通風天井，井下西北分區(qū)回風系統(tǒng)+56m至+106m中段通風天井斷面面積約為7.1m2，可滿足+56m中段至+106m中段西北分區(qū)通風系統(tǒng)回風要求。

4 安全與經濟效益

本方案利用結束回采采場人行井改造通風天井，具有施工方便，經濟成本低，不需人工掘進天井，提高了安全生產系數，克服了機械掘進成本高的缺點，改造后的天井滿足通風系統(tǒng)要求，有效改善了井下通風系統(tǒng)，優(yōu)化了井下作業(yè)環(huán)境。

（1）人工掘進天井作業(yè)風險高，存在較大安全隱患，利用結束回采采場人行井改造通風天井，不需人工掘進天井，規(guī)避了中毒窒息、冒頂片幫、松石傷人等作業(yè)風險。

（2）礦山上部中段礦脈大部分已回采結束，巷道年久失修，且巷道斷面尺寸較小，天井鉆機入場困難，機械施工有難度。

（3）利用結束回采采場人行井改造通風天井，僅增加了基建澆筑鋼筋混凝土的費用47m＊1.5m＊0.3m＊450元/m3=9500元，與人工掘進天井47m＊1400元/m=65800元，機械掘進天井47m＊3300元/m=155100元費用對比，經濟效益明顯。

5 結論與建議

通過通風系統(tǒng)改造及優(yōu)化的實施，在礦山原有井巷的基礎上，合理利用采空區(qū)回風，下部各中段間增設回風天井；擴大主要回風井巷斷面，把風流拐彎處巷道修成圓弧型，減少通風阻力，優(yōu)化了通風網絡，縮短了風流路線，在經濟上很合理，達到了預期效果，滿足了礦井總需風量的要求，各主扇運行效率高，運行工況點合理，有效風量率得到顯著提高，作業(yè)地點風流穩(wěn)定、風量充足、通風效果良好且安全可靠、經濟合理。

礦山通風系統(tǒng)較為復雜，應合理進行生產布局，認真組織均衡生產，嚴格貫徹回采順序，縮短生產時間，提高采掘強度，為礦井通風創(chuàng)造良好條件。隨著開采中段的不斷深入，須根據生產的實際需求對風量進行合理調控，保證采掘工作面風量需求。同時，隨著生產的進行，及時對結束作業(yè)的中段以及廢棄巷道和采場進行封閉，加強對主要通風設備、巷道和通風構筑物的維護與管理，減少或避免系統(tǒng)漏風。