梁 超，扈守全

(山東中礦集團，山東煙臺264000)

礦井通風系統(tǒng)是地下開采礦山礦井生產系統(tǒng)的重要組成部分，礦井通風系統(tǒng)的運行狀態(tài)直接關系到礦山生產安全，對礦井的安全性、企業(yè)的經濟效益起著十分重要的作用[1-3]。

阜山金礦根據礦體的賦存特征及圍巖特性，采礦方法為上向水平分層尾砂充填法，目前礦山采礦規(guī)模為800t/d，2011年采掘總量為65萬t。礦山開拓系統(tǒng)采用豎井、盲豎井聯合開拓方式，主要開拓井巷有主豎井、副井、充填井、207#主井、2#豎井、盲主井、1#盲豎井、2#盲豎井、3#盲豎井、5#盲豎井及 6#措施井等。

目前井下采場工作面16個，掘進工作面25個，主要集中在15中段至24中段。隨著生產的進一步進行，礦山通風系統(tǒng)面臨主豎井出風、生產區(qū)域處于污風帶、深部生產中段高溫高濕及有害氣體超標等通風安全問題，對井下作業(yè)人員身體健康造成危害，并對井口提升設施形成安全隱患，因此需對礦山目前的通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，保障礦井安全生產。

1 礦井通風系統(tǒng)現狀

1.1 通風方式

阜山金礦井下現有通風方式為副井、充填井、采空區(qū)進風，主豎井回風，整個礦井通風系統(tǒng)大致可分為以下三個通風區(qū)域。

1)207#礦體新鮮風流經副井、充填井、采空區(qū)下到14中段后，經14中段至16中段的風井到達16中段，沿6#措施井下到深部 17、18、19、20 等中段的作業(yè)水平。清洗工作面后的污風一部分沿盲主井上到16中段、一部分沿3#盲豎井上到16中段，再經主豎井排出地表。

2)206#礦體新鮮風流通過2#盲豎井和采空區(qū)下深部17、19、20、21等作業(yè)中段，清洗工作面后的污風沿5#盲豎井經20中段、16中段大巷至主豎井排出地表。

3)南部礦體新鮮風流經過副井、1#盲豎井、2#盲豎井下到深部 17、18、19、20、21 等作業(yè)中段，清洗工作面后的污風沿各中段通風天井上到15中段，沿大巷到206#礦體再通過采場天井下到16中段，最后經主豎井排出地表。

1.2 目前存在的問題

通過對阜山金礦井下通風系統(tǒng)現狀進行全面檢測，檢測結果顯示阜山金礦通風系統(tǒng)存在如下問題。

1)主豎井為混合井，承擔礦石、廢石、材料、人員的提升，同時作為井下主回風井，16中段是礦石、材料及人員的主要通道，兼作礦井總回風通道，作業(yè)人員及主要采掘運輸設施設備處于污風區(qū)域，對人員身心健康及設施設備造成危害。

2)22中段到28中段深部開拓區(qū)域未形成有效通風風路，通風量僅有14.34m3/s，測點風溫30℃→33℃，高溫高濕及有害氣體累積問題嚴重。

3)2#盲豎井南部采區(qū)無專用回風井巷工程，無法有效解決該采區(qū)通風困難問題。

4)井下設置了大量風門阻風，因設置地點多位于運輸行人通道，常處于開啟狀態(tài)而形同虛設。

5)大部分新鮮風通過采空區(qū)在自然風壓作用下進入井下。自然風壓隨季節(jié)性變化，使得井下通風系統(tǒng)不穩(wěn)定，可能造成巷道無風及風流逆轉，嚴重影響礦井的安全生產。

6)井下各中段無專用回風巷道，多中段同時作業(yè)存在污風串聯現象。

2 通風系統(tǒng)優(yōu)化設計

2.1 礦井總風量核定

礦井總風量計算是礦井通風設計的一個極其重要的內容，正確計算礦井總風量是選擇主要通風設備和布置通風工程的重要依據。礦井風量計算時，因按排塵計算的風量一般大于排煙風量，故通常采掘工作面按排塵風速計算。

分項計算全礦總風量

式中:K為礦井漏風系數;n采為同時工作的某類回采工作面數;q采為某類回采工作面的計算風量;n備為某類回采備用工作面的數量;q備為某類回采備用工作面的計算風量;n掘為同時工作的某類掘進工作面數;q掘為某類掘進工作面的計算風量;n硐為某類硐室的數量，主要指炸藥庫、破碎硐室等;q硐為某類硐室的計算風量;n其他為某類其他需風點的數量，包括主溜井裝卸礦點、噴錨支護工作面等，并考慮具體情況供風;q其他為某類其他需風點的計算風量。

結合礦山生產技術條件，充分考慮井下作業(yè)面的工作性質、通風排塵所需風速，計算所需風量為100.5m3/s，風量計算詳見表 1。

表1 礦井需風量計算表

2.2 通風系統(tǒng)方式

根據阜山金礦井下通風系統(tǒng)存在問題，經研究提出的優(yōu)化改造方案如下所示。

1)采用主豎井進風，副井及1#盲豎井(改作專用回風井，可保留提升設施或設置梯子間作為安全出口)、充填井回風的單翼對角抽出式通風。

2)16中段作為進風水平，總的新鮮風流通過主豎井直接下行到16中段井底車場，新鮮風流經3#盲豎井、盲主井、2#盲豎井進入深部作業(yè)中段。

3)14中段作為總回風水平，清洗工作面后的污風通過5#盲豎井、6#措施井上行匯至14中段總回風水平，再經1#盲豎井、充填斜井、回風天井進入副井和充填井排出地表。

4)主回風機站設在14中段盲主井西側(原進風機站)以及8#穿脈巷。

5)采區(qū)及采場風量依靠輔扇進行合理調節(jié)。

2.3 機站設置和通風設備

本次通風系統(tǒng)優(yōu)化改造共設兩個主回風機站，分別設在14中段盲主井西側(原進風機站)和8#穿脈巷。通過對不同型號風機進行計算機網絡解算比較，確定2個主回風機站各選用1臺DK45-6-No.17對旋風機，其中:14中段盲主井西側回風機站(原進風機站)選用一臺 DK45-6-No.17對旋風機(2×132kW/臺)，設計該機站風機葉片安裝角度取最大值45°/40°，變頻控制;14中段8#穿脈巷回風機站選用一臺 DK45-6-No.17對旋風機(2×132kW/臺)，根據系統(tǒng)總風量要求和該型號風機性能參數，設計該機站風機葉片安裝角度取最大值45°/40°，變頻控制;15中段2#盲豎井西側大巷和22中段5#盲豎井聯巷各選用一臺K40-6-No.15輔扇(37kW/臺)，16中段3#盲豎井東大巷保留原K40-6-No.15輔扇(37kW/臺)，均采取無風墻形式安裝抽出式運行，輔扇葉片安裝角度取26°。

2.4 主要通風構筑物

經優(yōu)化改造，井下新增通道構筑物有12中段主豎井石門設置2道風門;14中段2#盲豎井聯巷分別設置2道風門;14中段盲主井西側大巷以及下16中段風井聯巷分別設置2道風門;污風通過5#盲豎井至15中段后，需施工一條回風井，使污風上到14中段總回風水平;主要生產中段下降到22中段以下時，需新掘一條回風井，解決深部作業(yè)區(qū)域通風。

3 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案網絡解算

通風系統(tǒng)優(yōu)化方案基本確定后，需建立通風網絡利用多機站及多級機站通風軟件對方案進行系統(tǒng)通風效果模擬計算，根據結果對方案進行調整修改使最終確定的實施方案達到預期效果[4-8]。

3.1 通風網絡解算基本原理

機械通風系統(tǒng)通過風機將新鮮風流送到井下各采掘作業(yè)需風點，由于通風網絡包括大量的井巷，自然分風及風量調節(jié)計算比較復雜，且工作量大，為此必須借助計算機進行通風方案網路解算。

風流在通風網路中流動時，除服從能量守衡定律(伯努里方程)，還遵守風量平衡定律、風壓平衡定律和阻力平衡定律。任何通風網路均由N條巷道、J個節(jié)點和M個網孔構成(M=N－J+1)，在網路解算時，應用阻力平衡定律列出N個方程，求解N個巷道的風壓未知數。應用風量平衡定律列出J－1條巷道風量。應用風壓平衡定律列出M(N－J+1)個網孔(由兩條以上巷道分支首尾相聯形成回路)風壓平衡方程，聯合前面方程求解巷道的自然分配風量。

根據阜山金礦井下開采現狀，對井下各種類型井巷規(guī)格及作業(yè)中段布置、作業(yè)點分布、典型巷道的通風阻力等進行了調查與數據整理，建立了井巷風阻原始數據、網絡節(jié)點分支原始數據、風機參數原始數據、機站參數原始數據等通風網絡數據庫。

阜山金礦通風網絡共包括57個節(jié)點、87條分支。

3.2 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案網絡解算結果

阜山金礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造設計方案計算機網絡解算結果見表2。

表2 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案解算結果

由表2中的通風系統(tǒng)優(yōu)化方案解算結果可知，經優(yōu)化提出的通風改造方案達到預期效果，滿足礦山安全生產要求。

4 結論

針對阜山金礦井下通風系統(tǒng)存在的主豎井出風、生產區(qū)域處于污風帶、深部生產中段高溫高濕及有害氣體超標等通風安全問題，結合開采條件和井巷結構特點，對通風系統(tǒng)主要井巷通風能力、作業(yè)中段風量分配、機站設置及風機優(yōu)選、通風構筑物設置等進行了綜合分析研究，提出了通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案，并對優(yōu)化改造方案進行了模擬解算，結算結果表明優(yōu)化改造方案達到了預期效果。

[1]周崇然，楊慶雨，劉祖德.雞籠山金礦通風系統(tǒng)優(yōu)化與改造的研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38(1):52-54.

[2]周立，任基林，趙元元，等.廣西高峰公司105號礦體通風系統(tǒng)的優(yōu)化與管理[J].大眾科技，2012(1):151-153.

[3]周磊.姑山礦和睦山礦區(qū)通風系統(tǒng)優(yōu)化[J].現代礦業(yè)，2012，1(1):117-118.

[4]孫祺年.豐山銅礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改進方案及實施效果[J].采礦技術，2009，9(4):46-47，107.

[5]楊承祥，羅周全.深井高溫礦床多級機站通風系統(tǒng)優(yōu)化[J].金屬礦山，2006(11):79-81.

[6]徐義勇.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的研發(fā)[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2005，25(4):85-88.

[7]鄧紅衛(wèi)，張瑞，雷濤，等.基于Ventsim的云錫新山礦段通風系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].采礦技術，2010，10(4):74-76，90.

[8]高瑋.蟻群算法在礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設計中的應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2004，24(6):91-94.