李 猛 程露萍 王 春 文義明

(1.湖南有色冶金勞動保護(hù)研究院；2.江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系；3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院；4.昆明冶金高等專科學(xué)校礦業(yè)學(xué)院)

龍山金銻礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

李 猛1程露萍2,3王 春3文義明4

(1.湖南有色冶金勞動保護(hù)研究院；2.江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系；3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院；4.昆明冶金高等?？茖W(xué)校礦業(yè)學(xué)院)

依據(jù)龍山金銻礦現(xiàn)有的探礦巷道、開拓系統(tǒng)及礦山生產(chǎn)的通風(fēng)需求，提出了利用自然風(fēng)流分區(qū)抽出式通風(fēng)方案，并制定了礦山通風(fēng)安全管理措施。5#、20#礦脈通風(fēng)狀況監(jiān)測結(jié)果表明，通風(fēng)效果良好，可以滿足礦山通風(fēng)需求。

通風(fēng)系統(tǒng) 通風(fēng)方案 分區(qū)通風(fēng) 安全管理

由于井下作業(yè)條件較為復(fù)雜，大量礦塵的產(chǎn)生以及高溫、高濕嚴(yán)重影響了礦工的身體健康和生命安全，因此礦井通風(fēng)系統(tǒng)是否合理直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率和事故發(fā)生的概率[1-2]。通過對龍山金銻礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查，并結(jié)合礦山的地質(zhì)條件和生產(chǎn)概況，對該礦的通風(fēng)方案進(jìn)行了初步優(yōu)化并對礦井通風(fēng)安全管理措施進(jìn)行了探討。

1 礦山地質(zhì)條件及生產(chǎn)概況

1.1 礦山地質(zhì)條件

龍山金銻礦區(qū)位于湖南省新邵縣與漣源市的交界處，礦區(qū)屬侵蝕構(gòu)造山區(qū)地貌類型，山坡陡，V型谷發(fā)育。礦體主要賦存于斷層破碎帶中，破碎帶含有致密堅(jiān)硬的礫砂質(zhì)板巖，多為碎裂狀，局部有角礫狀、塊狀構(gòu)造。礦石成分以石英為主，絹云母、碳酸鹽礦物和輝銻礦次之。礦石中含有害元素砷等雜質(zhì)較多，礦床開采將在一定程度上改變地質(zhì)條件，加速巖石風(fēng)化，形成有害元素超標(biāo)的坑水，對地下水及地表水構(gòu)成污染。由于礦脈厚度小，地下采空區(qū)小，地層富水性差，礦坑排水量小，礦床開采和排水引起的地表塌陷、沉降、開裂和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的可能性較小。

1.2 礦山生產(chǎn)概況

(1)礦山資源儲量。礦區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的礦脈共23條，均為受斷裂構(gòu)造控制的破碎帶蝕變巖型金、銻礦脈。不同礦脈的金、銻化程度存在較大差異，地質(zhì)勘查及礦山探采結(jié)果分析表明，龍山金銻礦深部資源潛力巨大，資源調(diào)查結(jié)果顯示，礦區(qū)礦石量約 728萬t，其中Au金屬量30.3 t，Sb金屬量 30.7萬t。

(2)礦山采礦方法。由于留礦法具有結(jié)構(gòu)簡單，采切工程量小，易于掌握等特點(diǎn)，礦山開采的初期階段全部為留礦法開采，但因采場最大允許暴露面積小于30 m2，礦體圍巖不穩(wěn)固，采下的礦石積存于采場中容易板結(jié)，后期難以放出，現(xiàn)大部分改用上向分層干式充填法，采場采用電耙出礦和輔助充填。

2 礦井原有通風(fēng)系統(tǒng)

2.1 礦井通風(fēng)方式

(1)對角式通風(fēng)。對角式通風(fēng)包括兩翼對角式通風(fēng)和分區(qū)對角式通風(fēng)2種方式。當(dāng)回風(fēng)井位于兩翼時，進(jìn)風(fēng)井位于井田中央，或者當(dāng)進(jìn)風(fēng)井位于兩翼時，回風(fēng)井位于井田中央，該2種通風(fēng)方式稱為兩翼對角式通風(fēng)。兩翼對角式通風(fēng)的特點(diǎn)是礦井風(fēng)壓穩(wěn)定，風(fēng)流在井下各個采區(qū)間流動時所受到的通風(fēng)阻力小且較均衡，工業(yè)場地噪聲小、回風(fēng)污染小，安全出口多、抗災(zāi)能力強(qiáng)等。相對于分區(qū)對角式通風(fēng)而言,兩翼對角式通風(fēng)的初期建設(shè)投資大、建井工期長、投產(chǎn)晚，因此更適用于煤層走向長、井田面積大、產(chǎn)量高的礦井[3-5]。

(2)中央式通風(fēng)。根據(jù)進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井的相對位置，中央式通風(fēng)可分為中央邊界式通風(fēng)和中央并列式通風(fēng)2種方式。中央并列式通風(fēng)的進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井同時位于井田走向的中央，而中央邊界式通風(fēng)的回風(fēng)井則位于沿邊界走向的井田中部。中央并列式通風(fēng)和中央邊界式通風(fēng)的共同點(diǎn)是礦井通風(fēng)路線是折返式的，導(dǎo)致風(fēng)流路線長、阻力大[3-5]。

(3)區(qū)域式通風(fēng)。在井田的每一個作業(yè)區(qū)域都單獨(dú)開辟進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井，使之形成單獨(dú)的通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)方式為區(qū)域式通風(fēng)。由于每個采區(qū)都有獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，采區(qū)之間的通風(fēng)互不影響，安全出口多、抗災(zāi)能力強(qiáng)，但需占用更多的通風(fēng)設(shè)備，管理難度較大[3-5]。

(4)混合式通風(fēng)。作為對角式通風(fēng)和中央式通風(fēng)的結(jié)合布置，混合式通風(fēng)更適用于地形地貌復(fù)雜，井田范圍廣、產(chǎn)量大的一些大型礦井進(jìn)行深部開采和擴(kuò)建。相對于其余幾類通風(fēng)方式，混合式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，但具有通風(fēng)能力大，布置靈活，可分區(qū)分期投產(chǎn)建設(shè)、適應(yīng)性強(qiáng)等顯著的優(yōu)點(diǎn)[3-5]。

2.2 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

龍山金銻礦于2007年建立了機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，礦井主礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)為兩翼對角抽出式，在630 m中段東、西兩翼安裝了2臺主力風(fēng)機(jī)。主力風(fēng)機(jī)啟動時，下部區(qū)域的新鮮風(fēng)流從副井進(jìn)入，流經(jīng)下部各中段，通過采場天井、中段空溜井流向上中段后集中到東、西兩翼的回風(fēng)井，在630 m中段風(fēng)機(jī)的作用下向上排出。礦區(qū)其它礦脈則依靠平硐間的高差和井內(nèi)外的溫差，基本為自然通風(fēng)和區(qū)域局部通風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式。礦井通風(fēng)主力風(fēng)機(jī)參數(shù)見表1。

表1 礦井通風(fēng)主力風(fēng)機(jī)參數(shù)

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)中存在的問題

(1)機(jī)械通風(fēng)意識不強(qiáng)。630 m中段以上為平硐開拓，礦脈賦存較淺，自然通風(fēng)條件較好，但630 m中段以下為盲斜井開拓，不具備自然通風(fēng)條件，必須采用機(jī)械通風(fēng)，但該通風(fēng)方式尚未得到重視，造成一些長距離、邊遠(yuǎn)工作面施工困難。

(2)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)管不到位。630 m中段以下井下生產(chǎn)為三班運(yùn)轉(zhuǎn)，630 m中段的2臺風(fēng)機(jī)無專人操作和監(jiān)管，操作人員很少進(jìn)入機(jī)房檢查，同時該中段以上通風(fēng)風(fēng)路不通暢，易形成污風(fēng)循環(huán)。

(3)通風(fēng)專用井巷規(guī)格較小、局部風(fēng)阻大。礦山井下風(fēng)井部分實(shí)際斷面面積僅為2.8 m2，達(dá)不到通風(fēng)要求。同時回風(fēng)平巷存在塌方地段，尚未得到及時處理，容易產(chǎn)生渦流，增大局部風(fēng)阻。

(4)局部通風(fēng)不通暢。礦山采用的局部通風(fēng)設(shè)備全部為11 kW的軸流局扇加膠布風(fēng)筒，該方式在500 m的范圍內(nèi)基本能夠達(dá)到局部通風(fēng)的要求，但超過500 m的獨(dú)頭掘進(jìn)時未及時與上中段對應(yīng)掘通風(fēng)井，也未設(shè)計(jì)局部風(fēng)機(jī)接力通風(fēng)，造成通風(fēng)不良。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 通風(fēng)方案確定

根據(jù)龍山金銻礦礦體賦存條件、現(xiàn)有探礦巷道、開拓系統(tǒng)以及礦山生產(chǎn)通風(fēng)要求，確定采用利用自然風(fēng)流分區(qū)抽出式通風(fēng)方案。

3.2 礦井總風(fēng)量及風(fēng)井?dāng)嗝?/p>

(1)礦井總風(fēng)量。礦山采掘總量為38萬t/a，出礦量為29萬t/a，同時下井人數(shù)最多為800人，回采作業(yè)面25個，備采礦塊10個，掘進(jìn)50個，單獨(dú)硐室2個，深部原巖溫度達(dá)到31 ℃，故深部通風(fēng)量除滿足井下作業(yè)人員用風(fēng)和排除炮煙耗風(fēng)及單獨(dú)硐室需風(fēng)外，需注意地溫影響。按排煙需風(fēng)量計(jì)算礦井總需風(fēng)量為91.2 m3/s，按萬噸風(fēng)量比估算礦井總需風(fēng)量為81 m3/s，按井下同時作業(yè)的最多人數(shù)計(jì)算礦井總需風(fēng)量為53.2 m3/s，礦井總需風(fēng)量取分項(xiàng)計(jì)算需風(fēng)量的最大值，即取礦井總需風(fēng)量為91.2 m3/s。

(2)風(fēng)井?dāng)嗝妗８鶕?jù)礦山實(shí)際情況以及通風(fēng)需求，通過風(fēng)井掘進(jìn)費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、通風(fēng)費(fèi)用的綜合經(jīng)濟(jì)評價，計(jì)算出風(fēng)井經(jīng)濟(jì)合理的斷面面積為4 m2。

3.3 分區(qū)通風(fēng)方案

(1)主通風(fēng)區(qū)。為兩翼對角抽出式通風(fēng)，服務(wù)區(qū)域?yàn)?#，2#，4#礦脈，分區(qū)風(fēng)量為37 m3/s，東、西兩風(fēng)井各承擔(dān)50%的排風(fēng)量。該通風(fēng)分區(qū)選擇2臺K40-6-NO15型主風(fēng)機(jī)，風(fēng)井?dāng)嗝娣e設(shè)計(jì)為4.5 m2；新鮮風(fēng)流來源于630 m中段以上各平硐和空區(qū)、630 m平硐以及1#主井和副井，污風(fēng)排往930 m平硐，最后排至地表。

(2)西部通風(fēng)區(qū)。為中央抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，服務(wù)區(qū)域?yàn)?#、18#、17#、23#、6#、7#礦脈，分區(qū)風(fēng)量為24.2 m3/s，其中6#、7#與5#、18#、17#、23#礦脈區(qū)域風(fēng)量各占50%。為了滿足該分區(qū)通風(fēng)需求，選擇1臺K40-4-NO12型主風(fēng)機(jī)，風(fēng)井?dāng)嗝娣e設(shè)計(jì)為4 m2；新鮮風(fēng)流來源于630 m中段以上主穿脈、5#礦脈735 m平硐進(jìn)風(fēng)，630～470 m、470～270 m盲斜井進(jìn)風(fēng)，污風(fēng)排往907 m平硐，最后排除地表。

(3)北部通風(fēng)區(qū)。為單翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，服務(wù)區(qū)域?yàn)?0#、10#、11#、12#、8#礦脈，分區(qū)風(fēng)量為30 m3/s，其中8#礦脈風(fēng)量為15 m3/s。為了滿足該分區(qū)通風(fēng)需求，選擇2臺K40-4-NO12型主風(fēng)機(jī)，風(fēng)井?dāng)嗝娣e設(shè)計(jì)為4 m2；新鮮風(fēng)流來源于630，790 m主穿脈及10#、11#、12#礦體830 m中段以上平硐進(jìn)風(fēng)，630～470 m、470～270 m盲斜井進(jìn)風(fēng)；污風(fēng)排往830，930，1 030 m平硐，最后排至地表。

3.4 局扇輔助通風(fēng)

根據(jù)礦山條件，選擇采用局部風(fēng)機(jī)加鐵制風(fēng)筒的通風(fēng)方式進(jìn)行局部輔助通風(fēng)。

(1)風(fēng)筒。采用鐵制風(fēng)筒，局部通風(fēng)500 m以內(nèi)風(fēng)筒直徑選用250～300 mm，1 000 m以內(nèi)風(fēng)筒直徑選用350 mm，1 500 m以內(nèi)風(fēng)筒直徑選用350～400 mm，2 000 m以內(nèi)風(fēng)筒直徑選用400 mm以上。

(2)風(fēng)機(jī)。根據(jù)龍山金銻礦井下作業(yè)面風(fēng)量需求，選擇SR175型和ARD125型局扇。

3.5 應(yīng)用實(shí)例

(1)5#礦脈通風(fēng)。5#礦脈儲量和作業(yè)量小，不單獨(dú)設(shè)立通風(fēng)分區(qū)，并入西部通風(fēng)分區(qū)，西部分區(qū)風(fēng)機(jī)開動后，該礦脈區(qū)域作為西部通風(fēng)分區(qū)的進(jìn)風(fēng)通道，通風(fēng)線路見圖1。

圖1 5#礦脈通風(fēng)立體示意(630 m標(biāo)高以上)

(2)20#礦脈通風(fēng)。20#礦脈儲量和作業(yè)量小，不單獨(dú)設(shè)立通風(fēng)分區(qū)，并入北部通風(fēng)分區(qū)，通風(fēng)線路見圖2。

圖2 20#礦脈通風(fēng)立體示意(800 m標(biāo)高以上)

通過對5#、20#礦脈通風(fēng)效果進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到了良好的效果，有效解決了礦山面臨的通風(fēng)問題。

4 礦井通風(fēng)安全管理措施

(1)制定相關(guān)制度，建立一套完整的通風(fēng)管理體系，安全環(huán)保部門、采區(qū)應(yīng)配備通風(fēng)工程師，嚴(yán)格按照通風(fēng)管理規(guī)定管理通風(fēng)系統(tǒng)。

(2)加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和對外技術(shù)交流，定期組織專業(yè)培訓(xùn)和考核；根據(jù)礦山生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)施工相關(guān)的密閉工程，及時封閉采空區(qū)；及時安裝調(diào)整和經(jīng)常檢查維護(hù)通風(fēng)構(gòu)造物；根據(jù)礦山探礦情況、開拓規(guī)劃及實(shí)施情況及時調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)；根據(jù)季節(jié)變化控制并合理利用自然風(fēng)流，根據(jù)生產(chǎn)分布合理分配用風(fēng)量。

(3)定期檢測通風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)局部通風(fēng)管理。定期測定各中段的風(fēng)量，掌握整個通風(fēng)系統(tǒng)的有效進(jìn)風(fēng)量和漏風(fēng)量，了解系統(tǒng)的有效風(fēng)量；測定主要風(fēng)路的阻力，查明各中段井巷的通風(fēng)阻力；測定主扇裝置工況，檢查主扇的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況和網(wǎng)路匹配情況；測定礦井風(fēng)源風(fēng)質(zhì)，檢查礦井風(fēng)源受污染的程度；通過上述測定工作，及時對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和改造。

5 結(jié) 語

通過對龍山金銻礦原有的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化并提出了利用自然風(fēng)流分區(qū)抽出式通風(fēng)方案，成效顯著；針對礦山面臨的通風(fēng)管理問題及其影響因素，提出了礦井通風(fēng)安全管理的有效措施，為保障礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行提供參考。

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2015-01-26)

李 猛(1986—)，男，助理工程師，410014 湖南省長沙市雨花區(qū)香樟路601號。