中關鐵礦礦井通風系統優化研究*

路燕澤 王福全 楊志強 尹愛民

（河北鋼鐵集團沙河中關鐵礦有限公司）

中關鐵礦采用主、副井開拓方案，前期開采-230 m以上水平。采用兩翼對角式通風，南北兩端分別布置南、北風井，礦井通風方式為抽出式、混合式通風，新鮮風流由副井、中段平巷、天井等進入井下各工作面，清洗工作面污風后，通過-110 m 回風巷道、兩翼南、北風井排出地表。前期礦井采場礦塊分為4個盤區，每個盤區設有通風天井，共設有T5、T6、T7、T8 共4 條通風天井。隨著礦井井巷開拓工程的收尾和試生產的進行，中關鐵礦通風系統逐漸處于風流混亂、風速不穩定、成本高的運行狀態。為改善井下作業環境［1］，保證礦井安全生產，急需對通風系統進行優化改造。

1 礦井通風系統現狀及存在問題

1.1 主扇、局扇及各中段通風構筑物設置

（1）礦井風井設置情況詳見表1。

（2）主通風機。南、北回風井-110 m 中段馬頭門附近分別設置風機硐室，各選用2 臺DK45-6-No19型礦用節能軸流通風機并聯安裝，每臺風機配2臺變頻電機，電機功率200 kW/臺，電壓380 V，風機效率75%，噪聲小于85 dB（A）。

（3）各中段通風構筑物設置情況。-110 m 中段北風井馬頭門設置了永久調量風門［2］，人行回風天井及南風井均無擋風墻或風門；-170 m 中段南、北風井馬頭門區域均設置了永久調量風門，人行回風天井處無擋風墻或風門；-230 m 中段北風井馬頭門設置了風門；-245 m 中段北風井馬頭門區域設置了永久調量風門，人行回風天井馬頭門處無擋風墻或風門；-260 m 中段馬頭門區域設置了永久調量風門，人行回風天井及主井均無無擋風墻或風門；-409 m 中段人行天井設置了永久調量風門，主井未設置擋風墻；-448 m 中段行人天井及電梯井附近設置了風門；-488 m中段未設置風門。

（4）各中段局扇安裝情況。井下破碎硐室、井下皮帶道，井下粉礦回收巷，-170、-230、-245 m 采區變電所，-260 m 水泵房及中央變電所等共設置13 臺局扇，型號分別為DJK50-No.6.5、K40-4-No.13、K40-4-No.10、JK58-1No.4、JK58-2No.4、JK55-2No.4.5 等。出礦巷道、穿孔鑿巖和巷道掘進等工作面為獨頭作業，由采礦外委單位零散設置局扇。

1.2 礦井通風系統現狀分析

（1）對各主要中段風速進行實測，數據詳見表2。

（2）各中段通風系統現狀分析。①-110 m 中段南、北風井主風機均正常運行；副井聯絡道處風門處于關閉狀態，行人天井、南風井及6#、7#、8#通風天井進風，北風井回風。②-170 中段下盤5#鑿巖硐室聯巷開口處由外委采礦單位安裝1 臺55 kW 臨時風機，局部通風機的不規范設置使得上下盤部分風流產生循環，影響通風效果；炸藥庫回風巷內設置1 臺11 kW局扇，無導向風筒，風機未開；副井、南風井進風，行人天井，6#、7#、8#通風天井回風，風流整體在上下盤循環。③-230 m 中段北風井、南風井進風，副井無明顯風流，上下盤及通風天井也無明顯風流。④-245 m中段北風井進風，副井、通風天井及其他區域無明顯風流。⑤-260 m 中段北風井進風，副井出風，人行天井出風，主井反風嚴重，風流徹底混亂。⑥-409 m 中段人行天井區域設置了風門，裝有1 臺15 kW 風機，未開啟。副井馬頭門、行人天井、電梯井均無明顯風流。⑦-448 m 中段無明顯風流。⑧-488 m 中段無明顯風流。

1.3 通風系統存在問題

（1）主井冬季反風嚴重。主井設計為不進風也不出風，但每到冬季，主井反風嚴重，造成主井提升系統電氣設備、井筒內保護開關，井筒內鋼絲繩等銹蝕嚴重，帶來極大的安全隱患。

（2）通風構筑物設計不合理。設計院在施工圖中并未給出各中段擋風墻及風門設計，目前現有的部分風墻及風門均為建設過程中零散配置，且存在風門開向不合理等問題，造成風流混亂［3］。

（3）局扇布置較少，局扇啟停未實現統一有序管理。設計院僅給出了井下部分硐室共計13臺局扇的設計，-170，-230，-245 m 中段副井至北風井段均無法形成局部通風，應在相應硐室內適當增加局扇；同時由外委單位負責的各工作面，局扇設置較為隨意，僅為形成局部小區域風流循環而設，影響礦井整體通風效果；整個礦井主扇、局扇啟停沒有統一規劃及管理，影響礦井整體通風風流流向及通風穩定性。

（4）未實現礦井通風自動調節，運行成本高。礦井通風監測手段不足，無法實現局扇遠程控制自動啟停，無法自動調解風機運轉頻率及相應風門的開度大小，南、北風井2 臺主通風機長年24 h 高頻率段46 Hz 運行，-260 m 及以下中段仍無明顯風流，全年耗電量較高［2］。

2 優化改進措施

2.1 礦井整體風流走向規化

規劃采區工作面通風路線：地表新風→副井→-245 m 中段巷道→需風點→通風天井→-110 m 水平回風大巷→主扇→南、北回風井→地表。規劃-409 m中段及以上通風路線：地表新風→副井→各水平中段巷道→需風點→人行天井→-110 m 水平回風大巷→主扇→南、北回風井→地表。規劃-488 m 中段及以上通風路線：地表新風→副井→電梯井→各水平中段巷道→需風點→人行天井→-110 m 水平回風大巷→主扇→南、北回風井→地表。具體風流走向見圖1。

2.2 通風構筑物合理布置

為解決主井反風問題，在主井各中段馬頭門處設置永久擋風墻；為確保風流走向，在人行天井及南北風井各馬頭處增設永久調量風門。優化后永久擋風墻及調量風門分布情況詳見表3。

2.3 各中段局扇布設合理規劃

在-230 m 檢修硐室、-245 m 機車檢修硐室、-260 m 排泥硐室分別增加1 臺局扇，加強局部通風；為確保炸藥庫通風，在-170，-230 m 等工作面具體礦房位置要求外委單位增加局扇，確保工作面污風由5#～8#通風天井排至-110 m 回風巷；同時加強主扇及局扇統一調度管理，根據系統運行參數，統一調度各臺主扇及局扇啟停，確保整體通風效果。

2.4 通風數據實時監測及自動化控制系統優化

（1）對現有風門進行自動化改造，現有風門均為人工現場手動啟閉形式，將原手動風門改造為采用壓縮空氣或液壓傳動的自動風門，按風流規劃方向遠程操作風門啟停，減輕工人勞動強度，確保風流順暢。

（2）增加重要部位檢測儀表，根據需要在關鍵部位設置風速傳感器、CO傳感器及溫濕度傳感器，完善現場監控設施，對變電所、風機站等主要設備、設施進行全方位監控，實現通風預警及報警功能。

（3）將風門的開/閉狀態信號、指令信號及開度信號，傳感器檢測信號，各局扇啟停信號等均與主扇PLC連接，利用現有光纖網絡將現場采集信息傳至數據中心服務器，在地表調度中心上位機上，值班人員及時掌握現場的實時信息，當風速超出正常范圍或有毒有害氣體超標時，可發出報警信號。

（4）最終在地表調度中心實現操作人員對井下通風系統的遠程操作，并通過VOD 按需通風軟件自動計算各巷道需風量，將需求值與實際檢測值進行比較，自動調解風機運轉頻率及相應風門的開度大小，實現井下通風系統自動調節，達到礦井通風系統自動、穩定、節能運行的目標。

3 結論

此次改進新建永久調量風門8 道，永久擋風墻3道，調整風門風向3 道，拆除擋風墻1 道。同時對風墻等進行噴漿處理，保證了通風設施的嚴密性，風門漏風點相對減少。各中段增設局扇11 臺，增設風速傳感器18 臺，CO 傳感器26 臺，完善通風PLC 控制系統，主扇在地表調度中心實現遠程控制及自動調節，并對各中段局扇實現統一調度管理。優化后，礦井負壓相比優化前下降203 MPa，風量相比優化前提高173 m3/min，有效降低了礦井通風風阻［4］；保證了主通風機在最佳工況下運行，主扇平均運行頻率40 Hz 左右，運行功率共下降了96 kW，每年可節省主扇電費54.66萬元；礦井通風系統風流穩定，保障了礦井正常安全生產［1］。