柿竹園多金屬采礦場通風系統(tǒng)優(yōu)化方案

李凡超

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司， 湖南 郴州市 423037)

0 引言

柿竹園多金屬采礦場井下采用平硐+斜坡道+主溜井的開拓方式，目前，主要作業(yè)中段有+407 m、+445 m、+470 m、+490 m、+514 m、+536 m、+558 m、+586 m水平，主要集中在東部和北部的作業(yè)區(qū)域，其中+407 m、+470 m、+490 m為主要的出礦中段。隨著開采的不斷推進，多金屬采礦場井下通風系統(tǒng)也經(jīng)過多次調整：2003年采用上下分區(qū)抽出式通風系統(tǒng)；2008年通風系統(tǒng)改造為兩翼對角式。由于礦區(qū)主要開采區(qū)域的不斷改變，東部+586 m水平風機已經(jīng)無法適應當前的生產(chǎn)回風需求，同時+470 m水平西部作業(yè)污風無法快速排出。為能更好地解決系統(tǒng)通風問題，將原東部+586 m水平的K40-6-№22型250 kW的抽出式風機轉移安裝在+470 m水平西北角。

多金屬采礦場屬于高山開采，井下主要采用分段鑿巖階段礦房法回采礦房，并采用崩落法對礦柱進行回采。在早期的開采過程中，形成的一個大采空區(qū)導致地表塌陷，直通地表形成“天窗”，“天窗”面積達到300 m×300 m，最低已通至+445 m水平，形成較大的自然大氣壓差，對井下的通風系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。由于多金屬采礦場井下中段采用棋盤式開拓方式，且受“天窗”的影響，導致原復雜的通風網(wǎng)絡更加復雜。根據(jù)現(xiàn)場調查結果顯示，原有+536 m水平75 kW風機、+470 m和+490 m西部的250 kW 風機服務范圍有限，不能覆蓋至北部的作業(yè)區(qū)域。而東回風井未安裝風機，導致東部和北部的作業(yè)區(qū)域回風不暢。井下密閉、風門和風窗等通風構筑物設置不到位，導致井下作業(yè)風流調節(jié)困難。井下在爆破時，有炮煙隨斜坡道和主溜井等進入+470 m下部水平的作業(yè)面，導致井下局部區(qū)域作業(yè)環(huán)境差。因此需對礦山目前的通風系統(tǒng)進行優(yōu)化，確保礦井安全生產(chǎn)。

1 井下通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場調查分析，井下風流主要有以下3種狀態(tài)：

（1）下風通風。下風季節(jié)比較嚴重的時期為夏季7，8，9月份，新鮮風流主要通地表形成的“天窗”及+490 m上部各水平與外部相通的平硐口進入，部分風流進入采場后經(jīng)+536 m水平西北部75 kW 風機排出地表，部分風流經(jīng)斜坡道、材料提升井、管道天井進入各個水平及各工作面?；仫L主要由西北部+490 m水平、+470 m水平的250 kW風機及+490 m水平（太平里巷、紅旗平硐、汽運巷等）、+385 m水平運輸大巷、+368 m水平通往地表的平硐排出。

（2）上風通風。上風季節(jié)時期新鮮風流通過+490 m水平及以上水平的各個平硐進入，即采區(qū)新鮮風流從+490 m水平南邊平硐硐口進入，污風分別由+490 m與+470 m水平西北角主扇平硐、+536 m水平回風道、“天窗”排出地表；+385 m主運輸水平，新鮮風流從斜坡道及下水井進入，經(jīng)運輸平巷和裝礦硐室后，污風從由12 km措施巷或野雞尾鉛鋅礦老窿及螢石管纜回風平硐排出地表；+368 m水平為排水水平，該水平進風由+385 m水平斜坡道進入，平硐排出。

此時受自然風壓的作用，風機的效率作用下降，“天窗”成為主要的回風通道，極易造成+490 m水平無軌出礦設備、汽車、鏟車排放的尾氣及二次爆破產(chǎn)生的炮煙粉塵不能及時按照原設計從主扇排出，+457 m等深部水平進風量不足，給井下安全生產(chǎn)帶來較大影響。

（3）礦井內部與外部溫度基本持平的狀態(tài)。此狀態(tài)多發(fā)生在春夏之交或秋季，此時自然風壓對井下的影響作用最小，井下風流流動主要依靠+536 m、+470 m、+490 m水平的主扇風機的作用，風機處于高效運轉狀態(tài)。除風機出口處通地表的回風平硐外，各通地表通道均處于進風狀態(tài)，井下風流與設計狀態(tài)相符。

2 通風系統(tǒng)存在的主要問題

根據(jù)現(xiàn)場調查分析，柿竹園公司多金屬采礦場井下通風系統(tǒng)存在下列幾個問題。

（1）已有通風網(wǎng)絡復雜。多金屬采礦場為多年生產(chǎn)老礦井，井下開拓范圍較大，+490 m水平以上采空區(qū)較多，且未及時進行充填封閉，造成了井下巷道空區(qū)繁多，通風線路過長，平面和立面上都存在棋盤式角聯(lián)通風網(wǎng)絡等。目前，通風系統(tǒng)利用地表多井進風和兩個分區(qū)回風的通風方式，但由于通風系統(tǒng)內部網(wǎng)絡的復雜，造成井下有效風量率低，風流不能很好地到達作業(yè)面。且由于早年的大爆破形成塌陷區(qū)（即“天窗”），使得井下通風網(wǎng)絡更加復雜。

（2）通風構筑物不完善。井下老采區(qū)較多，未及時設置構筑物進行密閉。在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，隨著開采工作的延伸，作業(yè)水平、作業(yè)盤區(qū)和作業(yè)面等不適合設置構筑物和局扇等調節(jié)措施。造成了井下風路混亂，新鮮風、污風串聯(lián)，局部循環(huán)風及風流短路、漏風嚴重、污風滯留等問題，通風管理異常困難。

（3）自然風壓影響大。多金屬采礦場屬于高山開采，采用平硐+斜井+主溜井的開拓方式，地表不同時刻的溫差變化大，且在通地表“天窗”的作用下導致井下自然風壓變化也大，從而對礦井通風產(chǎn)生很大的影響。在生產(chǎn)活動中，自然風壓與風機產(chǎn)生較大的對抗作用，影響風機的正常運行，導致能耗增大，而自然的風壓調控比較困難。

（4）東部和北部作業(yè)區(qū)域回風困難。調查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段多金屬采礦場的采掘作業(yè)主要集中在東部和北部區(qū)域，而東回風井內未安裝主扇風機加強回風，導致采掘作業(yè)及二次爆破時污風無法快速排出地表，且炮煙隨下行風進入下部作業(yè)中段。

3 通風系統(tǒng)調查測定

結合現(xiàn)場的調查情況，對井下通風測定數(shù)據(jù)進行整理和分析，具體結果如下。

（1）礦井總進風量統(tǒng)計詳見表1。

表1 礦井進風量統(tǒng)計

（2）礦井總回風量統(tǒng)計詳見表2。

表2 礦井回風量統(tǒng)計

因多金屬采礦場屬于高山開采，且受上部“天窗”的影響，井下通風系統(tǒng)受自然風壓影響較大。塌陷區(qū)通地表無法完整統(tǒng)計井下的進回風風口的風量，此處總進、回風量僅以現(xiàn)有通地表口及風機回風量作為統(tǒng)計標量。

（3）各水平進回風情況分析見表3。

表3 礦井進風量統(tǒng)計

4 礦井總需風量核算

計算礦井總需風量是檢驗當前主扇工作是否達到井下生產(chǎn)需求和布置通風工程的重要依據(jù)。

式中，K為礦井漏風系數(shù)；Q采為回采工作面的計算風量，m3/s；Q備為回采備用工作面的計算風量，m3/s；Q掘為掘進工作面的計算風量，m3/s；Q硐為硐室的計算風量，m3/s；Q其他為其他需風點的計算風量。

（1）同時作業(yè)的回采工作面數(shù)10個，均為巷道型采場，備用回采工作面5個。

（2）同時掘進工作面數(shù)18個，其中，鑿巖工作面12個，鏟裝廢石工作面6個。

（3）需獨立供風硐室：井下設置有炸藥庫 1個；裝、卸礦硐室20個，+490 m變電硐室2個；

（4）鏟運設備為柴油設備。

多金屬采礦場井下風點及需風量見表 4。由表4可知，總需風量為244.95 m3/s，漏風系數(shù)取1.3，可得總風量為318.44 m3/s。

表4 多金屬采礦場井下用風點及需風量

根據(jù)上述風量分配原則，以及結合礦井下年生產(chǎn)能力、采礦方法、采場開采強度和生產(chǎn)計劃的安排，需對井下各需風作業(yè)地點進行合理的風量分配。由于多金屬采礦場井下水平較多，開拓系統(tǒng)復雜，進風口較少，但作業(yè)點相對集中，需風量分配見表5。

表5 主要進風口風量分配

5 通風優(yōu)化方案

根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)劃及井下通風的實際情況，采用兩翼多風機分區(qū)回風方案，保留+470 m、+490 m、+385 m水平西部的風機作為西翼，負責+514～+536 m西部、+490 m西部和北部、+470 m西部以下的通風需求。根據(jù)礦區(qū)的生產(chǎn)計劃，東部區(qū)域將作為主要的生產(chǎn)盤區(qū)，在東回風井安裝一臺大功率主扇，將東回風井作為東翼，主要負責東部盤區(qū)+407～+586 m 之間的通風區(qū)域。深部+385 m 和+368 m作為單獨的回風區(qū)域，利用其現(xiàn)有的回風平硐回風。因此，整個井下通風系統(tǒng)形成東西兩翼多分區(qū)的回風系統(tǒng)。

5.1 通風網(wǎng)絡優(yōu)化

在每個階段礦體的上下盤開鑿兩條沿走向互相平行的巷道，一條作進風道，另一條作回風道，構成平行雙巷通風網(wǎng)。各階段采場均由本階段進風道得到新鮮風流，其污風可經(jīng)上階段或本階段的排風道排走（見圖1）。

圖1 平行雙巷式階段通風網(wǎng)絡結構

平行雙巷式通風網(wǎng)結構簡單，能有效地解決風流串聯(lián)。利用現(xiàn)有的開鑿工程，適于在礦體較厚、較富、開采強度大、對通風要求較高的礦山。

井下主要進風井采用原有的+490 m水平的主要進風口，主要有紅旗大巷、汽運大巷、西部斜井、西北平巷和太平里巷，困難時期可利用“天窗”進行進風。

利用原有的+536 m西回風平硐、+490 m西回風平硐、+470 m西回風平硐和+385 m螢石管道回風巷進行回風。由于東部和北部采場回風困難，設計重新利用+586 m東回風井進行回風。

5.2 井下通風動力系統(tǒng)優(yōu)化

井下通風動力是維持整個通風系統(tǒng)正常運轉的必要條件。根據(jù)現(xiàn)場調查結果可知，多金屬采礦場井下+490 m和+470 m水平安裝的風機的服務范圍有限，既不能完全服務于+490 m、+470 m、+457 m及以下水平的作業(yè)區(qū)域，也無法服務于+514 m及以上水平的作業(yè)面。且東部作業(yè)區(qū)域與該風機之間隔著一個“天窗”，導致風流調控存在困難。因此，需對井下通風動力系統(tǒng)進行優(yōu)化，具體優(yōu)化措施如下。

（1）+586 m水平東回風井增設主扇，解決東部回風困難及裝卸礦二次爆破時炮煙隨斜坡道及溜井往下部水平流動的問題。

（2）+514 m水平北環(huán)道增設輔扇，將污風排至東回風井，主要解決北部通風不暢的問題。

（3）+490 m水平風機優(yōu)化：①將+490 m北部下+480 m水平斜坡道的22 kW風機轉換風機方向，由原有的向下壓改為往上抽，風流經(jīng)過 P8巷道進入東回風井；②原安裝在P1、P2、P3與P4平巷南段安裝的K40-4-№10型15 kW輔扇繼續(xù)運行；③在有二次爆破的地方，應設置輔扇加強通風，且風機風流方向應朝向水平回風方向。

（4）+470 m水平北部風機優(yōu)化。①將該風機挪至北環(huán)道西側的+470 m至+490 m電纜井處，P2巷道與C4巷道交匯處。污風經(jīng)+470 m至+490 m電纜井進入+490 m北回風道，最后經(jīng)+490 m水平250 kW 主風機排出地表，風機主要解決北部區(qū)域裝卸礦風塵、汽車尾氣及作業(yè)污風回風問題。②將+470 m北部上+480 m水平斜坡道頂部的的22 kW風機轉換風機方向，由原有的向下壓改為往上抽，風流經(jīng)過+480 m水平鑿巖巷道、+480 m至+490 m斜坡道等進入+490 m回風道及東回風井。

（5）+386 m水平西平硐風機優(yōu)化。①調整北部西平硐的45 kW風機位置。將該風機調整至P4平巷與北環(huán)道交匯處的西側，風流從北運輸巷出地表；②螢石管道平巷75 kW風機現(xiàn)停止運行，該風機應在二次爆破炮煙影響+385 m作業(yè)環(huán)境時，適時設置30 Hz頻率運行1 h排出炮煙。

5.3 根據(jù)實際情況完善井下通風構筑物

井下風流調控措施主要采用通風構筑物來引導、阻斷和調節(jié)風流的裝置，可以簡化通風網(wǎng)絡和調節(jié)風流走向，主要包括風墻、風窗、風門、風橋和導風板等。多金屬采礦場井下通風構筑物較少，風流紊亂，可調性較差，會產(chǎn)生較多的通風問題。因此，需對井下進行通風構筑物設計，同時要設置專職通風構筑物管理人員，根據(jù)生產(chǎn)要求和井下通風狀況，對井下通風構筑物進行管理、檢查，保證設施處于完好狀態(tài)，保證風路的暢通和通風系統(tǒng)的完善。

5.4 加強日常通風管理

礦井通風管理是礦井生產(chǎn)過程中重要的管理內容之一。通風管理工作的好壞直接關系井下通風狀態(tài)的好壞。通風狀況的好壞直接影響到井下工人的身體健康與生命安全、礦井的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。做好礦井通風工作，一方面要針對現(xiàn)場實際情況，解決相關的礦井通風技術難題；另一方面要從系統(tǒng)安全角度出發(fā)，全面提高通風管理的整體水平。所以，為實現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)，在提高通風技術水平的同時，必須加強礦井通風的管理工作。

5.5 后期通風系統(tǒng)規(guī)劃

根據(jù)多金屬采礦場井下的生產(chǎn)規(guī)劃，現(xiàn)已建立+536 m西部回系統(tǒng)、+490 m西部回風井貫、+470 m西部回風系統(tǒng)和東回風井系統(tǒng)。隨著開采的不斷推進，當+514 m水平及以上水平東部等作業(yè)區(qū)域開采結束時，應對系統(tǒng)進一步調整，調整措施如下：

（1）將+536 m水平75 kW風機停止運行；

（2）將+514 m至+586 m水平通東回風井回風道的風窗全部關閉。

6 結語

礦井通風系統(tǒng)的完善是礦山生產(chǎn)安全的關鍵部分，通風系統(tǒng)的優(yōu)化應充分利用礦山現(xiàn)有和規(guī)劃的工程設施。根據(jù)柿竹園多金屬采礦場礦山開采現(xiàn)狀，結合礦山深部延伸的開拓運輸系統(tǒng)、采礦方法等系統(tǒng)考慮礦山的通風系統(tǒng)方案，通過對通風網(wǎng)絡、動力系統(tǒng)進行優(yōu)化、完善井下通風構筑物、加強日常通風管理，可以根據(jù)井下實際需風情況進行調節(jié)，提高風機裝置效率，有效解決井下通風存在的問題。