排山樓金礦新民礦區通風系統優化

摘要：礦井通風的實質是依靠通風動力，源源不斷地向井下提供新鮮空氣，稀釋并排出有毒有害物質，為井下作業人員提供良好的環境，從而保證礦山安全生產。排山樓金礦的生產中心逐步向新民礦區進行轉移，針對其現有井下通風系統存在的供風量不足，風流短路，難以滿足正常生產要求等問題，結合現場測風結果和礦山未來生產規劃，提出了側翼對角式分區通風方案，并采用Ventsim通風模擬軟件對方案進行計算分析。分析結果表明：新的通風系統方案通風效果改善明顯，并能滿足改擴建后新民礦區的通風需求，具有很好的應用推廣價值。

關鍵詞：礦井通風；分區通風；Ventsim通風模擬軟件；井筒斷面計算；數值模擬；風機效率

[中圖分類號：TD724 文章編號：1001-1277（2025）03-0054-05 文獻標志碼：A doi：10.11792/hj20250310 ]

引言

采礦業一直是生產原材料的基礎工業，對于維持社會正常發展至關重要。目前，隨著礦產資源逐漸枯竭，礦山開采開始逐步轉為地下開采，而地下作業空間相對狹小，資源開采過程中產生的粉塵及爆破產生的氣體，使得井下工作環境相對惡劣。因此，礦井通風質量好壞嚴重影響著礦山安全生產［1-3］。

遼寧排山樓黃金礦業有限責任公司（下稱“排山樓金礦”）新民礦區由于礦體西翼缺乏有效的回風通道，致使提升井和盲斜井以西的開采區域處于風流短路狀態，并且新民礦區井下缺乏有效的風流調控措施，使得井下風量難以實現合理分配。為此，本研究針對排山樓金礦新民礦區通風系統存在的問題，同時兼顧新民礦區改擴建后井下深部中段的通風需求，提出了側翼對角式分區通風方案，對新增進風井筒斷面進行計算，確保進風通道滿足井下需求。采用Ventsim通風模擬軟件對方案進行數值模擬分析，數值模擬結果顯示：研究提出的通風優化技術方案可有效改善新民礦區井下通風效果，并能滿足新民礦區未來改擴建后的通風需求。

1工程背景

目前，排山樓金礦共有2個分礦：上排礦區和新民礦區，實際生產能力分別為1 500 t/d和400 t/d。其中，新民礦區采用豎井加盲斜井進行開拓，通風系統為對角抽出式通風系統，屬于獨立通風系統，井下通風利用現有罐籠井和盲斜井作為進風井兼安全出口，污風經人行通風井進入上中段沿脈回風道，經端部回風井抽出地表，主扇風機位于223 m中段37# 勘探線回風井附近（主扇風機型號及參數如表1所示）。

表1主扇風機型號及參數

Table1Main fan models and parameters

[指標 參數 風機型號 DK40-6-No17 轉速/（r·min-1） 980 電動機型號 Y3155-6 功率/kW 2×75 風量/（m3·s-1） 26.5～63.5 風壓/Pa 491～2 171 風機葉片角度/（°） 25 風機效率/% 80 ]

由于上排礦區剩余開采資源量已經不多，排山樓金礦生產重心正逐步向新民礦區轉移。按照排山樓金礦對新民礦區未來的發展規劃，新民礦區的生產能力將大幅度增加到1 500 t/d。為滿足新民礦區未來的生產需求，排山樓金礦初步確定在礦體東翼（現有回風井以東）施工1條連通各個中段的斜坡道。因此，新民礦區的通風系統優化技術方案在解決現有通風問題的基礎上，還要兼顧未來的發展規劃，以滿足擴產能后的通風需求。

2通風系統優化

礦井通風系統優化是根據礦山現場條件，采用各種有效方法尋求礦井通風的電能消耗低，投資少，安全可靠，管理方便的最佳系統方案［4］。因此，針對新民礦區的通風系統優化技術方案，需要考慮到礦山實際條件的約束：①受當地條件限制，新民礦區無法在礦區西翼施工1條通達地表的回風井，構成中央進風兩翼回風的通風網絡；②礦區東翼巖體滲水量巨大，無法在礦體東翼布置入風井，否則會出現冬季井筒結冰現象，造成井筒完全堵塞，無法入風；③靠近礦區東翼即將施工的斜坡道與各個中段的連接處要做好密閉工作，防止斜坡道無軌設備產生的廢氣摻入到新鮮風流中。

2.1側翼對角式分區通風方案

結合礦山的實際現場條件和生產規劃，最終確定采用側翼對角式分區通風方案（如圖1所示）。方案實質為：在礦體西翼掘進盲豎井形成一個獨立進風井，因此新民礦區將形成2個獨立的分區通風系統，主進風井巷包括提升井、措施井輔助進風（主要服務223 m中段和180 m中段的東部區域）、盲豎井（負責提升井和盲斜井以西和深部中段的進風），主回風井巷為東回風井［5］。

1）通風東分區。通風東分區主要是指新民礦區223 m中段、180 m中段提升井以東和140 m中段、100 m中段盲斜井以東的區域。在該分區通風系統中，提升井和措施井為223 m中段和180 m中段進風井，盲斜井為140 m中段和100 m中段進風井，各中段的回風井均為東回風井。

2）通風西分區。通風西分區主要是指新民礦區223 m中段、180 m中段提升井以西，140 m中段、100 m中段盲斜井以西和65 m中段及以下中段區域。在該分區通風系統中，提升井和盲豎井為140 m中段和100 m中段進風井，回風井為東回風井。新鮮風流經提升井到達223 m中段和180 m中段，通過運輸巷道到達礦體西翼的盲豎井，經盲豎井到達盲斜井以西和深部中段，在洗刷工作面之后，污風經東回風井排出地表。

側翼對角式分區通風方案的優勢在于：①在無法施工西風井連通地表的前提下，施工盲豎井，讓新鮮風流沿著盲豎井到達礦體西側，解決現有提升井西部區域風路短路的問題；②盲豎井可隨著開采深度向下繼續延伸，可以服務于深部中段；③可以實現分區通風，按需分配。

2.2盲豎井井筒斷面計算

為保證礦區西翼盲豎井（進風井）能夠滿足改擴建后的新民礦區風量需求，需要對盲豎井的井筒斷面尺寸進行計算，確保井巷風速滿足GB 16423—2020《金屬非金屬礦山安全規程》規定。

2.2.1井下需風點通風量計算

1）中深孔大爆破需風量計算。新民礦區井下采礦工藝以中深孔為主，采礦方法為分段鑿巖階段礦房采礦法，采場內由于存在礦柱，多為封閉性采場。爆破后，在采場內部形成較高的氣壓，在這個壓力作用下，炮煙通過天井、漏斗和耙礦巷道向外涌出至回風巷道，其通風過程與巷道型采場相似，故按排煙計算，大爆破后的采場需風量（Q）為：

式中：t1為通風時間（s）；i為炮孔涌出系數，取0.175；A1為大爆破的炸藥量（kg）；V為充滿炮孔的巷道容積（m3），V=V1+iA1bc，其中，V1為排風側巷道容積，約為1 866.6 m3，bc為1 kg炸藥所產生的全部氣體量，約為0.9 m3。

根據排山樓金礦生產現狀，井下大爆破后通風時間約為4.5 h，大爆破消耗炸藥量為10 t。因此，采用分段鑿巖階段礦房采礦法回采的采場大爆破后需風量為4.5 m3/s。

2）二次破碎爆破通風需風量計算。

（1）按排出炮煙計算需風量。經統計，新民礦區二次爆破炸藥單耗為0.25 kg/t，按未來出礦量1 500 t/d進行計算，二次爆破共消耗炸藥375 kg，每班單次爆破炸藥消耗量約為125 kg。排出炮煙需風量（Qp）計算公式為：

式中：A2為二次爆破消耗的炸藥量（kg）；SB為出礦巷道的斷面積（m2）；lB為出礦巷道長度的一半（m）；t2為二次破碎爆破后的通風時間（s）。

經計算：Qp=5.13 m3/s。因此，按排出炮煙計算需風量為5.13 m3/s。

（2）按排塵風速計算需風量，計算公式為：

[Qp=Sv]（3）

式中：S為巷道斷面積（m2）；v為排塵風速，按巷道型回采工作面要求的排塵風速為0.15～0.5 m/s，取0.5 m/s。

經計算：Qp=3.645 m3/s。因此，按排塵風速計算掘進工作面的需風量為3.645 m3/s。

綜上，二者取最大值，則新民礦區二次破碎爆破通風需風量為5.13 m3/s。

由于無法估計新民礦區改擴建后的需風點數量，只能根據上排礦區的生產情況，預估改擴建后其需風點需風量為30 m3/s。因此，新民礦區需風量為39.63 m3/s，考慮其采礦方法主要為空場采礦法，存在采空區漏風，因此取風量備用系數k=1.35，則最終新民礦區需風量為53.5 m3/s。

2.2.2按生產能力校核需風量

新民礦區生產能力按1 500 t/d、每年作業時間330 d進行計算，其生產能力為49.5萬t/a，屬于大型礦井。則根據生產能力對新民礦區需風量進行校核計算如下：

式中：A為礦井年產量（萬t）；Y為萬噸耗風量，大型礦井萬噸耗風量為1.2～3.5 m3/s，取1.5 m3/s。

經計算：Q=74.25 m3/s。因此，新民礦區按萬噸耗風量估算礦井需風量為74.25 m3/s。

通過中深孔大爆破炸藥消耗量和生產能力分別計算新民礦區的需風量，綜合二者結果，最終確定新民礦區需風量為74.25 m3/s。根據GB 16423—2020《金屬非金屬礦山安全規程》規定，井巷允許最高風速［4］如表2所示。

3通風系統方案數值模擬分析

目前，國內應用比較普遍的通風系統三維仿真軟件是澳大利亞開發的Ventsim三維通風模擬軟件。該軟件是一款實用性較強的礦井通風仿真模擬軟件，可建立直觀的礦井三維通風系統模型，通過路徑模擬、風網解算和風機設置，對通風系統的效果進行模擬、控制與優化設計［6-11］。

3.1通風系統三維模型創建

打開Ventsim通風模擬軟件，建立圖層，根據中段地質平面圖坐標數據繪制通風系統的主要風路、井筒，并設置斷面類型、尺寸參數、巷道摩擦系數（如表3所示）等；根據通風系統優化技術方案，進行風機、密閉工程等通風構筑物布置［12-16］。采用Ventsim通風模擬軟件建立的改擴建后新民礦區通風系統三維模型如圖2所示。

3.2風機工況

根據所確定的側翼對角式分區通風方案進行數值模擬，改擴建后新民礦區通風系統主要風機運行情況為：主扇風機工況點全壓1 061.6 Pa，風量51.5 m3/s，風速10.4 m/s，風機效率75 %，功率72.8 kW，軸功耗76.7 kW，其風機工況風壓、風機效率曲線如圖3、圖4所示。

總體來看，新民礦區的風機處于穩定、高效運轉狀態，風機效率均達到60 %，技術性、經濟性良好，符合GB 16423—2020" 《金屬非金屬礦山安全規程》規定［17］。

3.3通風指標

根據GB 16423—2020" 《金屬非金屬礦山安全規程》要求，井下采掘工作面進風中的空氣成分（按體積計算）氧氣濃度應不低于20 %，CO濃度不應高于0.002 4 %；采掘面溫度不高于27 ℃（濕球溫度），風速不小于0.25 m/s。

根據模型計算結果，其主要風路節點的風速統計數據如表4所示，其風速、風量和溫度均滿足要求，因此側翼對角式分區通風方案可以滿足礦山生產通風要求。

4結論

1）根據排山樓金礦新民礦區現場實際條件及未來發展規劃，提出了側翼對角式分區通風方案為最終的通風技術方案，該方案在解決目前新民礦區通風系統提升井以西區域風流短路問題的基礎上，還兼顧了深部中段的通風需求，實現了按需供風，分區獨立調整。

2）根據新民礦區井下通風需求和礦井的生產能力，對技術方案中新增盲豎井進風通道的井筒斷面進行了計算，確定在符合GB 16423—2020" 《金屬非金屬礦山安全規程》規定前提下，圓形井筒斷面尺寸最小直徑為2.5 m。

3）采用Ventsim 通風模擬軟件對側翼對角式分區通風系統的主輔扇風機工況和主風路節點風速進行模擬分析，風機的運轉效率、風速、風量和溫度均滿足要求，符合礦山生產通風要求。

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Optimization of the ventilation system in the Xinmin mining district of the

Paishanlou Gold Mine

Li Chuanying1， Zhou Le2， Zhao Long2， Zhao Tianye1， Bi Junkuo1

（1. Liaoning Paishanlou Gold Mining Co.， Ltd.; 2.Changchun Gold Research Institute Co.， Ltd.）

Abstract：The essence of mine ventilation lies in utilizing ventilation power to continuously supply fresh air underground， dilute and remove toxic and harmful substances， and provide a safe working environment for personnel， thereby ensuring safe and normal mining operations. As production at the Paishanlou Gold Mine gradually shifts to the Xinmin mining district， the existing ventilation system faces challenges such as insufficient air supply， airflow short?circuiting， and failure to meet operational demands. Based on field airflow measurements and future production plans， a flank diagonal zoning ventilation system was proposed. Ventsim ventilation simulation software was employed to analyze the proposed system. Results demonstrate that the new ventilation design significantly improves ventilation efficiency， meets the expanded operational needs of the Xinmin mining district， and holds strong potential for broader application.

Keywords：mine ventilation; zoning ventilation; Ventsim ventilation simulation software; shaft cross?section calculation; numerical simulation; fan efficiency