和睦山鐵礦雙水平通風系統反風試驗研究

李漢旺 張小波 李曉剛 居偉偉

（1.馬鋼（集團）控股有限公司姑山礦業公司;2.煙臺東方冶金設計研究院有限公司;3.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

礦井反風技術作為一種礦山火災應急救援的技術措施之一，是指當井下進風側發生火災時，利用通風設施按照預設的反風試驗方案，人為地改變控制火災煙流方向而采取的通風應急措施，以提高礦井火災的救災能力。礦井通風系統反風可以有效地限制災區范圍擴大，保護受煙流威脅的井下生產作業人員安全撤退，從而避免因進風側區域發生火災等事故而造成的井下作業人員傷亡。一旦發生礦井火災等突變災害，若能通過礦井反風措施調控風流、煙流方向，對于提高礦井火災應急救援能力具有重要意義［1-3］。

和睦山鐵礦礦井反風是一項極其復雜且危險系數較高的任務，受礦井生產、通風條件影響，一旦發生火災事故，不能盲目、簡單地遠程停轉風機或者反轉風機，在反風試驗過程中，容易出現部分需要風流反向的區域而未反向的現象，需要通過調整區域通風設施，使風流短路或控制回風井風量，來保證需要風流反向的火災區域風壓和風量。但是一旦發生火災事故需要礦井反風時，必須分析人員作業分布、著火區域、火情大小、著火原因等，結合現場情況綜合考慮通風系統主風機的開、停、反轉和變頻等各種組合，局部反風技術措施也要統籌考慮。

根據安全規程及相關規范要求，和睦山鐵礦通風系統每年至少進行一次反風試驗，并對軸流式風機反風時的風量進行測定，其反風量應達到正常運轉時風量的60%以上。由于反風試驗是一項火災應急救援的技術措施之一，反風試驗方案必須充分考慮各項安全因素［4-6］，必須明確反風的具體內容及安全、準備措施，使試驗能夠安全、快速、有效地完成。

1 通風系統現狀

和睦山鐵礦礦井通風方式為單翼對角抽出式，1#副井、2#副井及斜坡道進風，回風井回風。-100和-150 m 水平回風井聯巷分別安裝了一臺K45-6-No20 風機，裝機功率250 kW，正常運行時運行頻率為40 Hz，安裝了計算機遠程控制系統［7］。

具體風機布置及風機參數見表1，正常運行通風系統見圖1。

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2 反風試驗要求

安全規程及相關規范均對反風試驗做出了具體規定和要求。

（1）主通風機應具有使礦井通風系統正常風流在10 min 內實現風流反向的措施。當利用軸流式通風機反轉時，其反風風量應達到正常運行時風量的60%以上。每年礦井至少進行一次反風試驗，并檢測通風系統主要風路反風后的風量。采用多級機站通風系統的礦井，通風系統每一臺主通風機都應能夠滿足反風要求，以確保整個通風系統可以反風。

（2）多級機站通風系統宜建立主通風機的遠程集中監控系統，通過遠程系統主控計算機對每臺主通風機進行遠程集中控制，對主通風機運行狀態及參數進行實時監測。

3 反風方案研究

和睦山鐵礦通風系統為多機站通風系統，新鮮風流主要由1#副井、2#副井、斜坡道進風，沖洗工作面污風經采區輔扇調節、回風機站風機作用下，全部由回風井排出地表。同時，對回風機站系統風機安裝了計算機遠程控制系統，可實現系統風機遠程開停、遠程變頻調速、反轉等主要功能。

3.1 反風方式

根據和睦山鐵礦通風系統特點，結合各反風方法的適用條件，本次反風試驗采用主通風機反轉反風方法、全礦井反風方式。

如和睦山鐵礦發生火災，立即反轉運行全部回風機站風機（-100 m 回風機站K45-6-No20 風機、-150 m回風機站K45-6-No20風機），使1#副井、2#副井臨時轉變為“回風井”，在回風機站風機反轉運行風壓作用下，將進風側火災煙流迅速逆轉，使得礦井火災煙流、有毒有害氣體能以最短路徑、最小通風阻力、最快時間從1#副井、2#副井及斜坡道排出。和睦山鐵礦通風系統反風見圖2。

3.2 檢測內容

為了進行反風實際效果的分析，必須測定反風區域正常通風下的相關參數，同時兼顧礦井正常的生產作業進度安排，反風試驗結束，待恢復正常通風后進行通風參數測定，前后對比分析反風試驗效果。

礦井反風量包括井下各井筒、主要生產中段及聯絡巷反風量。系統機站工況包括井下通風系統主要機站風機反風風量、風機功率檢測。

3.3 反風持續時間

反風試驗應選擇非生產時間段，從早上6 點至8點，持續時間2 h。

3.4 組織機構

反風試驗前應召開反風試驗會議，成立礦通風系統反風試驗指揮部，指揮部下設4 個專業組，分別為應急管理組、地表遠程反風操作組、井下回風機站風機輔助組、井下通風測定組。

3.5 準備工作及措施

3.5.1 準備工作

（1）反風試驗前，由安環部、采礦車間協同對井下通風構筑物、主通風機、變頻控制柜、遠程監控系統、通信系統、供電系統等進行一次全面檢查維護，確保風機能夠正常運行及反轉運行。風機變頻控制柜切換至遠程控制狀態，并保證反風試驗通信指揮系統工作可靠。對主通風機擴散器、導流罩內部進行清理，防止主通風機吸入雜物，通風機站反風門固定牢靠，并處于打開狀態，反風試驗前一天必須完成上述工作［7］。

（2）反風試驗指揮部組織召開反風試驗預備會議，進行人員分組、任務及職責落實，確定各組聯系方法，強調各項安全注意事項。

（3）通風系統反風試驗前對3 套TESTO425 精密型風速儀、HILTI PD42 激光測距儀進行檢測校正，并備用一套儀器。

3.5.2 安全措施

（1）井下所有區域的作業人員必須在早班5點之前全部撤離至地表。特殊崗位留守人員需要經礦生產部批準。

（2）所有參加反風試驗的人員必須在早班6點到達井口，并各自穿戴好勞動保護用品等，在下井候罐室集合，簽到分組后到達指定地點，做好反風測定的準備工作。

（3）各單位必須按通知要求落實車輛和人員，井下各主要通行巷道，進風道、回風道不得有車輛、生產設備等其它物件，確保暢通無阻；提升車間確保試驗時間內副井罐籠正常運行。

（4）井下所有作業地點在反風試驗當天早班嚴禁掘進爆破作業。

（5）所有參加反風試驗的人員做好個體防護措施，不得擅自離開崗位，發現任何異常現象，須及時向調度匯報。

（6）反風試驗指揮部下達本次反風試驗結束指令后，參加試驗的井下人員方能撤離。

（7）各單位在得到調度中心通知后，方可安排本單位中班人員下井作業。

3.6 操作流程

反風試驗流程即反風試驗操作步驟如下。

（1）6 點前，各風機機站（-100、-150m 回風機站）輔助人員及測定人員就位，并確認。

（2）6點整反風試驗開始，機站輔助人員使各回風機站控制模式處于遠控狀態（各機站遠程控制柜及各風機變頻柜切換為遠控模式），操作完成后確認。

（3）在調度室主控計算機遠程操作，依次關閉-100、-150 m回風機站各風機。

（4）調度室主控計算機上遠程操作，依次反轉啟動-100、-150 m 回風機站風機，各風機啟動時間間隔為5～10 s。

（5）機站輔助人員確認各進風機站風機已經反轉運行，運行頻率已達到給定頻率并匯報。

（6）3 組通風測定人員開始反風測定，并記錄各風機反轉運行頻率、電流、電壓。

（7）測定人員確認各通風測定組完成反風測定并匯報。

（8）調度室主控計算機遠程操作，依次關閉-100、-150 m回風機站各風機。

（9）調度室主控計算機遠程操作，依次正轉啟動-100、-150 m 回風機站各風機，各風機啟動時間間隔為5～10 s。

（10）機站輔助人員確認各回風機站風機已達到給定頻率運行并匯報。

（11）指揮部通知反風試驗結束，各組人員自行上井。

4 反風試驗效果檢測

后和睦山-100和-150 m 水平回風井聯巷分別安裝的一臺K45-6-No20 風機反轉運行，運行頻率均為40 Hz，主通風機反轉運行成功后對全礦進行了反風試驗檢測，檢測數據見表2。

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根據表2，對比和睦山鐵礦通風系統正常運行檢測數據。通風系統反風試驗狀態下回風機站主通風機反風總量為108.99 m3/s，正常運行狀態總風量為164.12 m3/s，主通風機反轉運行時反風率為66.41%。且主通風機反轉后全礦風流在10 min內已反向。

此次和睦山鐵礦反風試驗達到了預期效果，從礦井風流反向措施、反向時間、反風風量及風向變化情況，檢驗了火災反風控制方案中反風的可靠性、實用性。-100、-150 m 回風機站同時反轉反風，1#副井及2#副井井筒，井底車場，通-200、-300 m 運輸大巷進風石門，斜坡道等主要進風區域風流反向，風流從原進風通道排出，滿足當著火區域發生在進風側的假設條件下的風流預期流動方向，回風井臨時進風，原進風通道臨時出風，迅速排出煙流。

5 結 論

（1）通風系統反風試驗狀態下回風機站主通風反風總風量為108.99 m3/s，正常運行狀態總風量為164.12 m3/s，風機反轉運行時風量是正常運行下的66.41%，達到了正常運轉時風量的60%以上的要求。

（2）和睦山鐵礦反風試驗研究采用主通風機反轉方法、全礦井反風方式，通過遠程控制系統反轉2臺回風機站主通風機，使進風側火災煙流在10 min內迅速逆轉，從1#副井、2#副井及斜坡道排至地表。

（3）明確組織機構、反風持續時間、操作流程及各項準備工作、安全措施等，使反風試驗在科學、合理、安全的前提下進行，保證礦井反風試驗的順利進行，避免試驗過程中存在的不確定因素。

（4）反風實際效果需要各礦通過每年的反風試驗、礦井生產實踐中對局部火災應急救援的實踐中逐步積累總結，從而為救災提供更多有效可行的數據信息，以保證救災指揮判斷正確、措施得力，有效地處理災變事故，減少災害損失。