柿竹園多金屬采礦場礦井通風系統優化研究

郭遠發，陽 俊

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南 郴州 423037；2.湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲 412000）

柿竹園多金屬采礦場為多年生產的老礦山，現階段地下＋586 m以上生產作業水平已基本開采結束，礦山的開采重心已經轉入＋514 m、＋490 m、＋470 m和＋457 m水平，P4以東和北環道以北為主要的生產采準作業。＋536 m至＋586 m水平的東部和北部作業區域主要為生產采準，還有部分的出礦作業。西部還有零星幾個作業面。＋490 m水平、＋470 m水平和＋385 m水平為主要的出礦水平。＋490 m水平P4和＋470 m水平P2為主要出礦運輸巷，放礦點卸礦并通過礦用汽車運輸至地面選廠。＋385 m水平為有軌運輸，放礦點卸礦至礦車，通過牽引機車運輸至地表東波選廠。其他水平存在少量的開拓掘進和采準作業工作。

本次通風系統的優化范圍為＋368 m與＋586 m之間的通風系統，主要考慮200萬t／a的生產作業通風需求。

1 礦井通風系統存在的主要問題

井下通風系統的良好運行是保障礦床安全開采的重要因素之一。根據調查發現，目前，柿竹園公司多金屬采礦場井下通風系統存在下列幾個問題：

1.已有通風網絡復雜。多金屬采礦場為多年生產老礦井，井下開拓范圍較大，＋490 m水平以上采空區較多，且未及時進行充填封閉，造成了井下巷道空區繁多，通風線路過長，平面和立面上都存在棋盤式角聯通風網絡，且由于早年的大爆破形成塌陷區（即“天窗”），使得井下通風網絡更加復雜。

2.通風構筑物不完善。井下老采區較多，未及時設置構筑物進行密閉。在現有的生產條件下，隨著開采工作的延伸，作業水平、作業盤區和作業面等不適合設置構筑物和局扇等調節措施。出現風路混亂，污風與新風之間相互串聯、漏風、風流短路、污風長期滯留等問題。

3.自然風壓影響大。多金屬采礦場屬于高山型礦山，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，從而對礦井通風產生很大的影響。

4.東部和北部作業區域回風困難。根據了解發現，現階段多金屬采礦場的采掘作業主要集中在東部和北部區域，而東回風井內未安裝主扇風機加強回風，導致采掘作業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中段。

由此可知，多金屬采礦場井下通風系統優化改造勢在必行。

2 礦井通風系統優化主體方案

本次多金屬采礦場通風系統優化主要目的是理順＋368 m水平至＋586 m水平之間通風系統的風路，解決井下新風短路、污風串聯、漏風嚴重、東部北部排風困難等問題，以及合理利用自然風壓。基本思路是最大可能的利用原井巷工程，新增與改造部分井巷工程。達到優化通風網絡，減少通風阻力，徹底解決通風效果差的目的［1］。根據現有生產規劃及井下通風的實際情況，提出采用兩翼多風機分區回風方案作為多金屬采礦場通風主體方案，整個井下通風系統形成東西兩翼多分區的回風系統。兩翼多風機分區回風方案示意圖如圖1所示［2］。

圖1 兩翼多風機分區回風方案示意圖

3 礦井通風系統優化方案

根據現場調查發現實際存在的問題，參照相關技術規程與安全規程，并結合多金屬采礦場未來的通風需求，從通風網絡、通風動力、通風構筑物三個方面對井下通風系統進行優化［3］。

3.1 礦井通風網絡優化

柿竹園多金屬采礦場井下通風系統設計采用兩翼對角式通風方式，即由南部進風井，東西兩邊的回風井回風的通風方式。采用該通風方式可以擴大主扇風機的服務范圍，解決東西兩邊及北部作業區域回風困難的問題，大大的改善了井下污風排放困難和污風集聚的問題。

全礦通風系統的網絡包含了各中段進風巷道、回風巷道以及用于進風與回風的天井。中段北部用于通風的線路起到了貫通進風井和回風井通風干線作用。構建通風網絡的原則是為防止風流串聯、漏風以及短路，實現通風阻力最小同時易于管理。

多金屬采礦場井下目前為多中段作業，極易造成風流的串聯污染。為了保障各階段作業面得到新鮮風流，產生的污風能順利到達回風井，消除作業面風流串聯的現象，結合礦井下現狀，設計采用平行雙巷式階段通風網絡［4-5］。

在每個階段上、下盤分別掘進一條沿走向的平行巷道，下盤巷道作為進風，上盤巷道用作回風，形成平行雙巷進、回風網絡。新鮮風流由本階段進風道進入采場，其污風則由上階段或本階段排風道流出。

上下盤雙巷式的通風網絡結構簡單，有效地解決了長久的風流串聯問題。充分利用了現有的工程，適合于在厚大礦體、富礦帶及開采強度較大、對通風質量要求較高的礦山。

3.2 井下通風動力系統優化

井下通風動力是維持整個通風系統正常運轉的必要條件。根據現場調查結果可知，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及以下水平的作業區域，也無法服務于＋514 m及以上水平的作業面。且東部作業區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，對通風動力系統的改造優化迫在眉睫，具體優化措施如下：

1.＋586 m水平東回風井增設主扇。現階段東回風井未安裝風機，導致東部作業區域回風困難，各水平連接東回風井的聯道出現少量風流的進風、反風的混亂局面。因此，需重新利用東回風井并安裝一臺主扇風機，初步選定＋586 m水平東回風井總回風道安裝風機型號為K45-6-№19，功率為200 kW，風量范圍為59.8～113.2 m3／s，風壓為920～1 766 Pa，采用Y355M-6電動機。

2.＋514m水平北環道增設輔扇。在＋514 m水平北部N1采場等作業環境較差，通風不暢，建議在北環道東部C0-8處安裝一臺K40-4-№10的15 kW風機，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，風流經過P8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15kW輔扇繼續運行；（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水平北部風機優化。（1）將該風機挪至北環道西側的＋470 m至＋490 m電纜井處（P2C04處）。污風經＋470 m至＋490 m電纜井進入＋490 m北回風道，最后經＋490 m水平250 kW主風機排出地表，風機主要解決北部區域裝卸礦風塵、汽車尾氣及作業污風回風問題；（2）將＋470 m北部上＋480 m水平斜坡道頂部的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風機現停止運行，該風機在二次爆破炮煙影響＋385 m作業環境時，適時設置30 Hz頻率運行1 h排出炮煙。

3.3 井下通風構筑物設計

井下風流調控措施主要采用通風構筑物來引導、阻斷和調節風流的裝置，可以簡化通風網絡和調節風流走向，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，產生較多的通風問題。因此，需對井下進行通風構筑物設計，具體方案如下：

1.＋536至＋586 m水平。（1）東回風井安裝200 kW風機后，應在＋586 m水平回風道設置堅固風門，但在風門上留設小窗口用于回風，主要調節＋586 m水平的回風量，確保下部水平的回風量；（2）＋516 m、＋536 m和＋558 m水平東回風井聯道的風窗保持不變，控制該水平的回風量，確保＋490 m、＋470 m和＋457 m等水平有足夠的回風量。

2.＋490 m水平。＋490 m水平250 kW風機作為該水平主要的回風機，其空氣漏風比較嚴重，應對相應的空區采用密閉措施。對＋490 m水平K1-1采場北鑿巖巷進行密閉處理。

3.＋470 m水平。＋470 m水平250 kW風機不僅要負責本水平的回風，還需負責最低＋407 m之間水平西部作業區域的回風，因此，需控制該水平的回風量，具體措施如下：在＋470 m水平K1-2入口設置調節風門，風門上設置通風口，控制該水平的回風量，設置風門主要考慮便于風機的維修等。

4.＋368 m至＋432 m水平。（1）＋385 m水平斜坡道聯道風門經常打開，由于其距離南部螢石管道回風巷非常近，風門打開會造成水平進風短路。因此，該風門應確保關閉；（2）＋385 m水平所有溜礦井內不能放空，應確保隨時都有礦石在內，主要是減少二次爆破時炮煙進入該水平。

4 通風優化效果

合計布置測點103個，對通風系統優化前和優化后的通風效果進行測定，其中，＋368 m水平3個，＋385 m水平9個，＋407 m水平5個，＋420 m水平4個，＋432 m水平5個，＋445 m水平7個，＋457 m水平6個，＋470 m水平14個，＋490 m水平13個，＋514 m水平10個，＋536 m水平13個，＋558 m水平6個，＋586 m水平8個，在每個水平選取一個觀測點的數據進行分析，數據統計見表1。

表1 通風系統優化前和優化后測定結果

（續表1）

根據表1監測結果可知：經過優化后的采礦場礦井通風系統的通風效果得到了明顯的提升。通風系統優化后各水平監測點的實際風速、風量、溫度、標準風量等通風指標得到了明顯改善。

5 結 論

本次多金屬采礦場通風系統優化主要目的是理順＋368 m水平至＋586 m水平之間通風系統的風路，主要考慮200萬t／a的生產作業通風需求。根據現場調查發現實際存在的問題，參照相關規定，并結合多金屬采礦場未來的通風需求，從通風網絡、通風動力、通風構筑物三個方面對井下通風系統進行優化。

經過對比分析通風系統優化前和對礦井通過系統進行優化改造后的通風質量指標，柿竹園多金屬礦采礦場礦井通風效果顯著改善，解決了井下新風短路、污風串聯、漏風嚴重、東部北部排風困難等問題，以及合理利用自然風壓。