羅山金礦四礦區(qū)井下通風系統(tǒng)優(yōu)化設計

楊鐵江 李 明 周 偉 許 峰 劉鵬飛 徐金江

（1.山東理工大學資源與環(huán)境工程學院；2.山東中礦集團有限公司；3.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

羅山金礦四礦區(qū)地處山東省煙臺市招遠市玲瓏鎮(zhèn)臺上村東，井下淺部中段采掘作業(yè)基本結(jié)束，主要生產(chǎn)區(qū)域向深部下沉，隨著礦山生產(chǎn)重心由上部中段向深部-600 m中段以下（東部）轉(zhuǎn)移，礦井通風網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變，通風系統(tǒng)回風工程欠缺、深部采區(qū)通風困難等問題開始顯現(xiàn)，已開始制約礦山正常生產(chǎn)。

1 礦山通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

羅山金礦四礦區(qū)采用1#豎井、主豎井進風，西風井回風的抽出式機械通風系統(tǒng)。系統(tǒng)主回風機站設在-440 m水平東區(qū)，有風墻形式運行1臺DK45-6-№19軸流對旋風機，裝機功率2×200 kW，變頻控制，風機運行頻率42 Hz。6#盲井-840 m水平段、-920 m水平段各運行1臺K40-6-№15軸流風機，裝機功率37 kW，承擔西區(qū)少量回風。

2 通風系統(tǒng)存在問題分析

經(jīng)現(xiàn)場勘查、設計資料分析及通風系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測情況，礦山通風系統(tǒng)存在的問題分析如下。

（1）礦井總風量未達到設計要求。根據(jù)檢測結(jié)果，羅山金礦通風系統(tǒng)總風量約為100 m3/s，與設計總風量（150 m3/s）相比欠缺50 m3/s，且東西兩翼總風量均有所欠缺。建議對礦井總風量根據(jù)生產(chǎn)采場實際布置情況進行重新核算［1］。

（2）井下-600 m水平以下部分地點及中段通風工程跟進不及時，風流串聯(lián)、短路及漏風等問題顯現(xiàn)。

3 通風系統(tǒng)優(yōu)化技術研究

3.1 礦井總風量核算

礦井需風量一般按井下同時工作的最多人數(shù)、按排塵風速、按柴油設備運行3種方法計算，然后根據(jù)計算結(jié)果選取需風量最大值。按排塵風速計算的需風量一般大于另外2種方法計算的需風量。因此，礦山均選用按排塵風速來計算其需風量。根據(jù)礦山采掘作業(yè)特點，采場作業(yè)環(huán)境濕球溫度為25～27℃，礦山通風排塵風速取值為0.5～0.6 m/s［2-3］，礦井需風量計算如表1所示。

注：系統(tǒng)漏風系數(shù)0.2［4］。

考慮到礦山井下深部高溫、高濕現(xiàn)象突出，同時考慮到在生產(chǎn)變動時期因通風系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及時帶來的風量不均衡因素，礦井通風的風量應在計算需風量的基礎上再乘上系統(tǒng)風量備用系數(shù)，風量備用系數(shù)取值為1.35［4-6］，礦井總風量為148.72 m3/s。

3.2 通風方式

3.2.1 系統(tǒng)通風方式

根據(jù)礦井設計生產(chǎn)能力、礦層賦存等條件，在確保礦井安全的前提下，選擇東區(qū)、西區(qū)分區(qū)式通風系統(tǒng)。結(jié)合礦山井巷工程的布置，受限于當前礦體賦存條件，以及礦山采掘計劃部署，礦山延用現(xiàn)有兩翼對角抽出式通風系統(tǒng)，新鮮風流主要從主豎井、1#豎井進入，井下污風由西回風井、2#豎井排出地表。

通風方式：-360 m水平為系統(tǒng)回風水平，東區(qū)污風從東倒段回風井（φ5 m）上至-440 m水平，經(jīng)東區(qū)回風機站（運行1臺DK45-6-№19型風機，功率2×200 kW/臺）作用沿-440 m水平至-360 m水平回風井（2條風井，其中1條風井需新掘1條繞道）上至-360 m水平；西區(qū)增設主扇風機，位于-600 m水平3#盲井回風巷，污風前期從7#盲井→-640 m水平大巷→-640～-600 m水平斜坡道→3#盲井（φ3.5 m）上至-360 m水平，匯集到-360 m水平的污風全部沿西風井（φ6 m）排出地表；后期-920～-760 m水平中段回風井（φ5 m）擴刷結(jié)束后，7#盲井不作為回風使用；污風從各中段經(jīng)-920～-760 m水平回風井→-760～600 m水平回風井→-680 m水平大巷→-640～-600 m水平斜坡道→3#盲井（φ3.5 m）上至-360 m水平，匯集到-360 m水平的污風全部沿西風井（φ6 m）排出地表。通風系統(tǒng)示意圖參見圖1。3.2.2采區(qū)通風方式

為減少作業(yè)時期相鄰區(qū)域內(nèi)下中段污風經(jīng)采場天井回至上中段，與上中段新風混合，形成風流串聯(lián)，污染上中段作業(yè)采場進風風源，采場通風方式采用間隔式上下行通風模式，相鄰中段上中段承擔下中段和自身中段回風［7-8］。

-680 m水平段作為總回風中段，-760，-840，-920 m水平作為回風中段，-720，-800，-880 m水平作為進風中段。

礦山采區(qū)通風方式調(diào)整結(jié)果：-680，-760，-840 m水平均為回風水平，分別承擔-720 m水平、-720和-800 m水平、-840和-880 m水平的回風功能。

3.3 機站設置

3.3.1 回風機站

根據(jù)現(xiàn)場查勘，以及礦山通風需求，優(yōu)化方案延用東區(qū)現(xiàn)有主回風機站。新增西區(qū)主回風機站，主要承擔東區(qū)及西區(qū)少量作業(yè)場所回風。

3.3.2 輔助通風機站

原則上采用風窗調(diào)整風量，后期根據(jù)實際需要再增設輔助機站。

3.4 新增通風井巷工程

（1）為保證東區(qū)通風效果，新掘1條東區(qū)-440 m水平回風繞道（截面積6 m2），連接東區(qū)回風巷與-440 m水平通-360 m水平回風井，增加東區(qū)回風斷面，減小局部通風阻力。

（2）-760～-920 m水平倒段回風井（φ5.0 m）施工。

（3）6#盲井至3#盲井-600 m水平段之間施工風機硐室，并對-600 m水平巷道進行擴刷（截面積8 m2）。

（4）3#盲豎井-360 m水平段回風巷擴刷（截面積8 m2）。

3.5 通風構(gòu)筑物設置

（1）斜坡道-600 m水平上口聯(lián)巷設置風門。

（2）3#措施井-640 m水平聯(lián)巷設置風門。

（3）6#盲豎井-680 m水平靠近盲主豎井一側(cè)設置風門。

（4）1#盲豎井-760 m水平設置風門。

（5）盲主井豎井、1#盲豎井、6#盲豎井-840 m水平聯(lián)巷設置風門。

3.6 機站風機優(yōu)選

根據(jù)優(yōu)化方案，沿用東區(qū)-440 m水平回風機站。即東區(qū)-440 m水平回風機站沿用DK45-6-№19型軸流式風機1臺，功率2×200 kW，風機安裝在回風井回風巷內(nèi)，變頻遠程控制。新增西區(qū)回風機站，設于6#盲井與3#盲井-600 m水平聯(lián)巷。針對通風系統(tǒng)所設置的通風機站，將不同風機型號帶入Ventsim通風模型進行動態(tài)仿真模擬，風機選型情況具體如下。

（1）東區(qū)-440 m水平回風機站維持原狀，風機運行頻率42 Hz，回風量77.1 m3/s。

（2）西區(qū)-600 m水平回風機站增設1臺DK45-6-№19型軸流式風機，功率2×200 kW，變頻遠程控制，運行頻率50 Hz，回風量86.1 m3/s。

優(yōu)化方案計算機網(wǎng)絡解算結(jié)果如表2、表3所示。

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系統(tǒng)裝機容量/kW 800礦井總風量/（m3/s）163.2系統(tǒng)裝機容量/kW 800通風阻力/Pa 2 502.2機站風機效率/%76.27表 3 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案主要技術指標

4 結(jié)論

（1）通過礦井通風調(diào)研，掌握了羅山金礦四礦區(qū)通風系統(tǒng)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)礦井總風量不足、生產(chǎn)中段風量分配失調(diào)、深部通風工程欠缺等問題，其主要原因是礦山生產(chǎn)重心由上部中段向深部中段（東部）轉(zhuǎn)移，用風區(qū)域改變導致現(xiàn)有通風網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)無法滿足通風需求。

（2）結(jié)合礦井通風系統(tǒng)實際存在問題，提出了分區(qū)多機站通風系統(tǒng)優(yōu)化方案。新增西區(qū)回風機站，設定風機工況點及安裝位置，承擔該區(qū)域回風功能，并提高礦井總風量；新掘東區(qū)-440 m水平回風繞道等3項通風工程，減小系統(tǒng)局部通風阻力。

（3）礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后，實測礦井總風量達到165.5 m3/s，東區(qū)回風量為78.2 m3/s，西區(qū)回風量為87.3 m3/s，2臺主扇平均效率為78.6%，進一步驗證了礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方案的可行性。

（4）建議礦山進一步開展風機智能控制技術研究，隨著井下作業(yè)地點及需風量的變化，靈活調(diào)節(jié)風機運行工況，迅速排出作業(yè)場所粉塵及有害氣體。