鐘九鐵礦運輸水平局部通風網絡優化研究

居偉偉 伍 忠

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.銅陵有色股份天馬山黃金礦業有限公司）

鐘九鐵礦隸屬于馬鋼集團姑山礦業有限責任公司，位于馬鞍山市當涂縣太白鎮，總投資近10億元，資源儲量6 500萬t，礦山建設規模200萬t/a，建成后年產鐵精礦80萬t。鐘九鐵礦目前處于基建期，井筒工程已施工完成，主要開拓工程包括-550 m運輸水平和斜坡道。

-550 m運輸水平處于基建期，主要施工工程包括井底車場、水倉和變電所等，現階段通風系統采用自然通風方式，利用自然風壓通過副井進風、主井回風。根據2022年掘進工作計劃，-550 m運輸水平獨頭掘進工作面數量達到6個，工作面布置比較集中，繼續采用自然通風方式已無法滿足-550 m運輸水平掘進工作面通風需求，各掘進工作面風速無法達到排塵風速需求，井下獨頭掘進工作面施工環境較差［1-2］。

因此，鐘九鐵礦開展了-550 m運輸水平基建期通風系統研究，急需解決-550 m運輸水平礦井總風量不足、掘進工作面排塵風速過低和局部通風設置不合理等問題［3］，使-550 m運輸水平開拓工程能夠按計劃順利施工。

1 -550 m運輸水平通風現狀

-550 m運輸水平設置了3臺11 kW局扇進行局部通風，通風系統處于自然通風狀態，利用主、副井之間地表高差形成自然風壓進行通風，運輸水平自然通風系統中副井進風、主井回風。運輸水平及各工作面風量檢測數據見表1。

根據表1，-550 m運輸水平主要存在的通風問題：①-550 m水平自然通風狀態下，主副井總風量為11.14 m3/s，無法滿足-550 m運輸水平5個獨頭掘進工作面風量需求［4］；②各檢測點風量范圍在1.82～3.32 m3/s，獨頭掘進工作面排塵風速過低，風量無法滿足基建期局部通風需求；③局部通風設置不合理，副井工作面污風污染下風側獨頭掘進工作面，主井附近工作面新鮮風源無法保證［5-6］。

2 局部通風網絡優化研究

2.1 需風量核算

根據安全規程及相關國家、行業標準規范要求，并參照國內類似礦山通風實踐經驗，確定各掘進工作面通風排塵平均風速為0.4 m/s［7］，根據2022年鐘九鐵礦掘進工作面布置情況，核算基建期-550 m運輸水平實際需風量，見表2。

所以，-550 m中段運輸水平實際掘進工作面所需總風量為34.45 m3/s。

2.2 通風方式研究

2.2.1 運輸水平通風方式

-550 m水平由于主副井自然風壓影響，形成了副井進風、主井回風的自然通風方式，本次優化研究充分利用該自然風壓對運輸水平的影響，在考慮自然風壓的有利因素的前提下，加大副井進風、主井回風的總風量。

-550 m運輸水平主副井區域掘進工作面屬于獨頭掘進巷道，獨頭掘進巷道數量多，需風量達到34.45 m3/s。按照按需通風原理，采用輔扇機械通風及構筑物輔助管理方式，對運輸水平及各工作面風量進行再分配。

方案仍利用副井作為進風井、主井為回風井的通風線路，在主副井聯巷設置1臺輔扇加大該中段總風量。主井區域存在循環車場，應在主井東西車場2號聯巷設置2道風門，風門間距10 m，防止污風循環。-550 m運輸水平通風線路見圖1。

2.2.2 局部通風方式

-550 m運輸水平主副井區域同時工作5個獨頭掘進工作面，獨頭掘進巷道長度較長，數量分散不均衡，局部通風布置不合理容易導致污風串聯，影響下風側工作面環境。

本次局部通風在-550 m運輸水平通風線路的基礎上，將局扇設置在副井區域，保證各獨頭掘進工作面風流為新鮮風源。根據運輸水平開采及需風量實際情況，采用壓入式局部通風，風筒采用600 mm阻燃風筒將新鮮風流送至工作面，各獨頭掘進工作面局扇布置情況如下。

（1）水倉掘進工作面位于副井北側，副井北側馬頭門設置2臺局扇，新鮮風流通過2臺局扇引風送至工作面，工作面污風通過車場及主副井聯巷回至主井，經主井排至地表。

（2）水泵房、西側運輸巷道和主井東側掘進工作面位于副井南側，副井南側馬頭門設置3臺局扇，新鮮風流通過3臺局扇引風送至工作面，工作面污風通過主副井聯巷回至主井，經主井排至地表。

-550 m運輸水平工作面局部通風布置方式見圖2。

2.3 通風工程

主、副井地表進、回風風道改造，將風道側面拆除擴大風流斷面，側面風道擴大并設置防護網，減少通風阻力，增大進、回風風量。

2.4 通風阻力計算

（1）主副井巷道通風阻力計算。本次通風阻力計算分3段進行，第一段為副井，第二段為主副井聯巷，第三段為主井。選擇最困難時期最為通風阻力計算線路，通風阻力計算結果為88.42 Pa，考慮局部阻力系數最終確定總阻力為132.63 Pa。副井地表至主井地表通風阻力計算見表3。

（2）局部通風阻力計算。本次局部通風阻力計算分2段進行，第一段為風筒，第二段為掘進巷道通風阻力。選擇主井區域工作面作為通風阻力計算線路。通風阻力計算結果為976.55 Pa，考慮局部阻力系數最終確定總阻力為1 074.21 Pa。局部通風風筒通風阻力計算見表4。

2.5 風機選型

（1）輔扇選型。根據風機工作風量及工作風壓通過風機選型計算，主副井聯巷選擇1臺FKZ45-6№15風機（功率55 kW），有風墻形式安裝，葉片安裝角度為40°。輔扇風量范圍為29.4～55.7 m3/s，風壓范圍為574～1 101 Pa。

（2）局扇選型。根據局扇工作風量及工作風壓通過局扇選型計算［8］，主副井區域局部通風選擇JK55-1№5風機（功率11 kW）。根據掘進工作面數量設置5臺局扇進行局部通風。局扇風量范圍為4.2～6.6 m3/s，風壓范圍為1 726～1 324 Pa。

3 實施效果檢測

在-550 m運輸水平通風方案確定后，礦方經過周密的施工安排，輔扇、局扇和風門施工完善后，對-550 m運輸水平總風量及各獨頭掘進工作面進行了實測，檢測數據見表5。

注：計算風量時，考慮測風人員側面積（0.35 m2）。

根據表5，-550 m運輸水平通風系統總風量達到42.34 m3/s，滿足-550 m運輸水平總風量需求（設計風量34.45 m3/s）。各獨頭掘進工作面檢測點風量范圍在5.09～10.81 m3/s。各獨頭掘進巷道風量均在5 m3/s以上，能夠滿足各獨頭巷道需風量需求。

4 結論

（1）鐘九鐵礦-550 m運輸水平處于基建期，采用機械通風方式代替自然通風方式，總風量從原來11.14 m3/s提升至42.34 m3/s，礦井總風量在滿足風量的基礎上得到了顯著提升，機械通風方式較自然通風能夠有效保障通風系統高效、穩定運行。

（2）通過通風阻力計算，確定-550 m水平通風系統通風總阻力132.63 Pa，選用1臺55 kW輔扇進行通風，該風機最低克服阻力達到574 Pa，充分考慮了自然風壓、機站阻力等因素，解決了自然風壓等因素在困難時期對通風系統正常運行的影響。

（3）-550 m運輸水平獨頭掘進工作面數量達到6個，輔扇、局扇和風門等實施完善后，各工作面風量均在5 m3/s以上，能夠達到安全規程、規范規定排塵風速需求，改善了長距離獨頭掘進巷道作業環境。

（4）-550 m運輸水平基建期存在諸多通風問題，鐘九鐵礦根據自身開拓工程條件開展了通風系統研究，解決了困擾已久的通風問題，使-550 m運輸水平開拓工程能夠有序施工，獲得了較大的經濟和社會效益。