詹俊，劉祖文，朱易春，萬三明

(江西理工大學(xué)，江西贛州341000)

某金屬礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)測定與評價(jià)

詹俊，劉祖文，朱易春，萬三明

(江西理工大學(xué)，江西贛州341000)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)劣對地下礦山的安全生產(chǎn)有重大影響。在對某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查與現(xiàn)場測定的基礎(chǔ)上，以風(fēng)速(量)合格率、風(fēng)質(zhì)合格率及有效風(fēng)量率等十項(xiàng)鑒定指標(biāo)為評價(jià)依據(jù)，對該礦山的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)評價(jià)與分析，指出該礦通風(fēng)系統(tǒng)存在主扇與礦井現(xiàn)需風(fēng)量不匹配、有效風(fēng)量率低、通風(fēng)構(gòu)筑物不完善、風(fēng)流調(diào)控設(shè)施不到位及管理不善，導(dǎo)致風(fēng)流紊亂、內(nèi)部漏風(fēng)、風(fēng)流短路嚴(yán)重、風(fēng)量分配不合理及采場通風(fēng)條件差等問題，并針對問題提出了相應(yīng)的改進(jìn)意見與措施，以期改善礦山井下作業(yè)點(diǎn)的環(huán)境，有效解決井下的通風(fēng)問題。

礦井通風(fēng);測定;系統(tǒng)評價(jià)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由向井下各作業(yè)點(diǎn)供給新鮮空氣、排出污染空氣的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力以及風(fēng)流調(diào)控構(gòu)筑物等構(gòu)成的工程體系［1］，它直接關(guān)系礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率［2－4］。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦石資源的需求量逐步增加，許多礦山擴(kuò)大生產(chǎn)能力，使得原設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足擴(kuò)產(chǎn)后的要求［5－6］。隨著礦井開采深度的增加、開采范圍的擴(kuò)大、巷道長度的不斷伸展，導(dǎo)致礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，原有主扇工況與礦井通風(fēng)現(xiàn)狀不匹配，使得通風(fēng)效率低，通風(fēng)效果不佳，亟待對原有系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造［7－15］。本研究以某金屬礦山為例，在對該礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查與測定的基礎(chǔ)上，以《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范》為依據(jù)，對礦井十項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算與分析，得出該礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全運(yùn)行中存在的問題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

該礦采用豎井-斜坡道聯(lián)合開拓系統(tǒng)，采礦方法為無底柱留礦法。目前已開拓的中段包括+111 m、+94 m、+78 m、－60 m、－85 m、－100 m、－115 m、－130 m、－145 m、－160 m、－180 m及－190 m共計(jì) 12個(gè)中段。其中 －85 m、－115 m、－145 m及－180 m中段為輔中段，+78 m中段及以上老采區(qū)已結(jié)束回采工作，－190 m中段為主提升運(yùn)輸中段。該礦年產(chǎn)量為90萬t。

該礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)為兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，新鮮風(fēng)流主要由230 m斜坡道、老主井及新主井多路進(jìn)入，經(jīng)各中段的運(yùn)輸平巷通過中段回風(fēng)巷進(jìn)入西風(fēng)井(僅連接－100 m與－130 m中段)及5106回風(fēng)井，污風(fēng)最后由西回風(fēng)井及5106回風(fēng)井通過主扇排至地表?，F(xiàn)有西回風(fēng)井地表風(fēng)機(jī)房安裝主扇風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號為DK40－6－No20礦用對旋軸流通風(fēng)機(jī)，功率為2×160 kW，現(xiàn)有5106回風(fēng)井地表風(fēng)機(jī)房安裝主扇風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號為FBDCZ－8－No22礦用對旋軸流通風(fēng)機(jī)，功率為2×160 kW。通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 各主要生產(chǎn)中段(不包括輔中段)通風(fēng)系統(tǒng)示意圖Fig.1 The ventilation system schematic diagram of major production midpiece(not including auxiliary midpiece)

2 測定使用的儀器

測定儀器主要有ZRQF型熱球風(fēng)速儀、DEM6型三杯式高速風(fēng)表、空盒氣壓計(jì)、YYT-200B型傾斜壓差計(jì)、礦用濕度計(jì)、8252數(shù)字式壓差計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)畢托管、DJ－3型三相多功能電能測試儀及HILTI PD40型激光測距儀等。

3 測定內(nèi)容、方法和結(jié)果

3.1 同時(shí)通風(fēng)點(diǎn)數(shù)量確定

依據(jù)礦山實(shí)際情況，確定同時(shí)通風(fēng)點(diǎn)數(shù)量為35個(gè)。

3.2 系統(tǒng)基本情況調(diào)查與測點(diǎn)布置

對該金屬礦進(jìn)行全面仔細(xì)的調(diào)查，調(diào)查主要內(nèi)容包括所有進(jìn)出風(fēng)通道、各中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、主扇安裝地點(diǎn)及型號參數(shù)、各作業(yè)地點(diǎn)、井下各通風(fēng)調(diào)控構(gòu)筑物等。在調(diào)查的基礎(chǔ)上布置116個(gè)測點(diǎn)。

3.3 通風(fēng)參數(shù)測定

1)斷面積測定:井巷斷面測定方法為在巷道腰線高度的巷道寬度上取若干等距離點(diǎn)，從對應(yīng)的底板點(diǎn)測量它們到上頂部的垂高，將巷道的橫斷面劃分成若干個(gè)梯形，計(jì)算出它們的梯形面積并疊加，即可獲得該測點(diǎn)的巷道斷面積。斷面積按式(1)進(jìn)行計(jì)算。

式中:B-巷道凈寬度，m;N-B的等分?jǐn)?shù);a1-測定初始點(diǎn)的巷道高度，m;an+1-測定末尾點(diǎn)的巷道高度，m。

2)風(fēng)速測定:風(fēng)速使用ZRQF型熱球風(fēng)速儀和DEM6型三杯式高速杯式風(fēng)表(風(fēng)速大于3 m/s時(shí)采用)測定，高速風(fēng)表測風(fēng)采用走線法，熱球風(fēng)速儀測風(fēng)采用點(diǎn)測法，每個(gè)測風(fēng)點(diǎn)重復(fù)測量3次，且相對誤差小于5%，取平均值。

3)大氣壓、溫度及空氣濕度測定:大氣壓及溫度采用空盒氣壓計(jì)測定，空氣濕度采用濕度計(jì)測定。

4)主扇風(fēng)壓測定:用標(biāo)準(zhǔn)皮托管和壓差計(jì)測出主扇前后的靜壓差，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓按式(2)進(jìn)行計(jì)算(主扇安裝在地表作抽出式通風(fēng))。

式中:H扇-風(fēng)機(jī)裝置有效壓力，Pa;Hs-風(fēng)機(jī)裝置靜壓，Pa;ρ硐-風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)空氣密度，kg/m3; V硐-風(fēng)機(jī)硐室斷面實(shí)際平均風(fēng)速，m/s。

5)電機(jī)輸入功率的測定:用DJ-3型三相多功能電能測試儀測定電機(jī)的輸入功率。

3.4 通風(fēng)系統(tǒng)鑒定指標(biāo)

本次共測定35個(gè)同時(shí)通風(fēng)點(diǎn)數(shù)，其中風(fēng)速合格點(diǎn)數(shù)僅為6個(gè)，風(fēng)質(zhì)合格點(diǎn)數(shù)為18個(gè)。西回風(fēng)井主扇風(fēng)量為60.73 m3/s，風(fēng)壓為1 942.8 Pa，功率為209.09 kW。5106回風(fēng)井主扇風(fēng)量為60.93 m3/s，風(fēng)壓為1 317.5 Pa，功率為160.2 kW。兩臺(tái)主扇風(fēng)機(jī)供應(yīng)風(fēng)量為121.66 m3/s，需風(fēng)量為170 m3/s。通風(fēng)系統(tǒng)評價(jià)采用《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范--通風(fēng)系統(tǒng)鑒定指標(biāo)》(AQ2013.5-2008)提供的十項(xiàng)鑒定指標(biāo)，通風(fēng)系統(tǒng)測定后計(jì)算的各指標(biāo)匯總結(jié)果見表1。

表1 主要鑒定指標(biāo)結(jié)果匯總Table 1 The summaries of main results of identification indicators

4 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題與改進(jìn)意見

4.1 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題及分析

現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)采用兩翼對角抽出式通風(fēng)，從調(diào)查及測定結(jié)果來分析，該系統(tǒng)存在以下幾個(gè)問題:

1)礦井主扇與礦井現(xiàn)需風(fēng)量不匹配。礦井目前供風(fēng)量為121.66 m3/s，而需風(fēng)量為170 m3/s，風(fēng)量供需比為0.72，小于《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范--通風(fēng)鑒定指標(biāo)》規(guī)定的風(fēng)量供需比合格標(biāo)準(zhǔn)。主要原因是近兩年礦山不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)量由60萬t/a提高到90萬t/a，使得原設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)選用風(fēng)機(jī)無法滿足現(xiàn)生產(chǎn)供風(fēng)量需求。

2)有效風(fēng)量率低。全礦有效風(fēng)量為57.9 m3/s，風(fēng)機(jī)裝置風(fēng)量為121.66 m3/s，全礦有效風(fēng)量率為47.59%。造成有效風(fēng)量率低的主要原因是采空區(qū)、溜礦井多，使得新鮮風(fēng)流未通過作業(yè)面而直接通過溜礦井短路漏風(fēng)。

3)主扇裝置效率不高。全礦平均風(fēng)機(jī)裝置效率為60.32%，小于《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范--通風(fēng)鑒定指標(biāo)》規(guī)定的70%要求。主要是因?yàn)橥L(fēng)調(diào)控構(gòu)筑物設(shè)置不太合理及調(diào)控不當(dāng)，例如西回風(fēng)井只與－100 m和－130 m中段相通，而礦山卻在－100 m和－130 m中段均設(shè)置了較小的調(diào)節(jié)風(fēng)窗，使得風(fēng)量沒有按需分配，而是人為增大了西回風(fēng)井主扇的通風(fēng)阻力。5106風(fēng)機(jī)風(fēng)硐內(nèi)(風(fēng)機(jī)入口側(cè))開有一排水明溝(未設(shè)置通風(fēng)構(gòu)造物進(jìn)行密閉)，形成風(fēng)流短路，也是造成風(fēng)機(jī)效率下降的一個(gè)原因。

4)風(fēng)速合格率低。該金屬礦井35個(gè)需風(fēng)點(diǎn)，就有多達(dá)17個(gè)作業(yè)點(diǎn)無風(fēng)，只有6個(gè)達(dá)到規(guī)程風(fēng)量要求，井下風(fēng)量合格率僅17.14%。主要原因是局扇安裝方式不合理，礦山大部分局扇風(fēng)筒均存在不同程度的破損現(xiàn)象。礦山各中段主要進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)風(fēng)路多處與采空區(qū)相通，造成風(fēng)流紊亂、內(nèi)部漏風(fēng)、風(fēng)流短路，風(fēng)量分配不合理及采場通風(fēng)條件差。井下部分掘進(jìn)工作面采用高壓風(fēng)通風(fēng)，供風(fēng)量僅為0.25～0.80 m3/s，風(fēng)量明顯不足。

5)風(fēng)質(zhì)合格率低。該金屬礦井35個(gè)需風(fēng)點(diǎn)，風(fēng)質(zhì)合格點(diǎn)18個(gè)，不合格點(diǎn)17個(gè)，風(fēng)質(zhì)合格率僅為51.43%。風(fēng)質(zhì)合格率低的主要原因是新主井為混合井，混合井作進(jìn)風(fēng)井時(shí)，未采取有效的凈化措施;同時(shí)井下鏟、裝、運(yùn)作業(yè)基本采用無軌柴油設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備未設(shè)有廢氣凈化裝置。

6)礦山進(jìn)、回風(fēng)井巷阻力大。造成阻力大的原因有－190 m中段盲進(jìn)風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道堆積設(shè)備材料;－160 m中段盲進(jìn)風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道堆積廢渣;－130 m中段回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道堆積廢渣;－60 m中段回風(fēng)巷冒頂片幫落石未清理干凈;－130 m中段西回風(fēng)井和5106回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道積水;西回風(fēng)井－130 m中段回風(fēng)巷排水明溝設(shè)在調(diào)節(jié)風(fēng)窗下部造成回風(fēng)道水流形成水霧狀噴灑。

7)礦山未建立專門的通風(fēng)管理機(jī)構(gòu)和隊(duì)伍，無法對井下通風(fēng)構(gòu)筑物(風(fēng)門、風(fēng)橋、風(fēng)窗、密閉墻等)進(jìn)行有效的安裝、檢查、維修和管理。由于通風(fēng)構(gòu)造物調(diào)控任務(wù)沒有專門負(fù)責(zé)人及具體任務(wù)未落實(shí)到人，礦山部分主要回風(fēng)井巷調(diào)控設(shè)施不到位。例如－60 m中段安裝了30 kW輔扇處的風(fēng)門，先是掉落，檢修后，門開啟方向相反，易造成損壞漏風(fēng);－160 m中段6#井巷道坍塌，未設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗;－100～－60 m人行斜井的上方(－60 m處)安設(shè)的風(fēng)門不能自行關(guān)閉，需設(shè)扣緊裝置。

4.2 改進(jìn)意見與措施

針對現(xiàn)有礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，為了提高現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效果，提出如下改進(jìn)意見及建議:

1)礦山主要進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)風(fēng)路與采空區(qū)相通處砌墻密閉;定期清除主要回風(fēng)道積水及礦渣，使得風(fēng)路暢通。

2)因西回風(fēng)井主扇僅與－100 m和－130 m中段相通，建議將－85 m及－115 m中段回風(fēng)引入西回風(fēng)井，將該兩輔中段回風(fēng)與西回風(fēng)井連接通道進(jìn)行有效的維護(hù)(空區(qū)密閉及巷道雜物清理)。

3)5106風(fēng)機(jī)風(fēng)硐內(nèi)(風(fēng)機(jī)入口側(cè))排水明溝改為U型水封排水槽，西回風(fēng)井－130 m中段回風(fēng)巷排水明溝改為U型水封排水槽，且主排水溝應(yīng)偏離主風(fēng)流方向。

4)沒有貫穿風(fēng)流的作業(yè)點(diǎn)(距離貫穿風(fēng)流巷道超過7 m)，應(yīng)安裝局部通風(fēng)設(shè)備。局部通風(fēng)的風(fēng)筒口與工作面的距離:壓入式通風(fēng)應(yīng)不超過10 m;抽出式通風(fēng)應(yīng)不超過5 m;混合式通風(fēng)，壓入風(fēng)筒的出口應(yīng)不超過10 m，抽出風(fēng)筒的入口應(yīng)滯后壓入風(fēng)筒的出口5 m以上。壓入式通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在新鮮風(fēng)流處，并防止產(chǎn)生循環(huán)風(fēng);抽出式通風(fēng)出風(fēng)口應(yīng)設(shè)在主風(fēng)流下側(cè)處，若下風(fēng)側(cè)風(fēng)流會(huì)污染其他作業(yè)點(diǎn)，則應(yīng)將抽出的污風(fēng)用風(fēng)筒直接引入最近的回風(fēng)巷內(nèi)。

5)礦山新主井為混合提升井，混合井作進(jìn)風(fēng)井時(shí)，應(yīng)采取有效的凈化措施，使得風(fēng)源質(zhì)量得到保證。井下鏟、裝、運(yùn)作業(yè)基本采用無軌柴油設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備應(yīng)設(shè)有廢氣凈化裝置。

6)因礦山為多中段同時(shí)作業(yè)，且各中段均無專用回風(fēng)通道，所以建議礦山在生產(chǎn)采場布置時(shí)盡量按照由上及下，上中段作業(yè)超前下中段，由兩側(cè)向進(jìn)風(fēng)巷方向后退式回采順序，以避免污風(fēng)串聯(lián)。

7)建議礦山成立專門的通風(fēng)管理機(jī)構(gòu)和隊(duì)伍，配備通風(fēng)專業(yè)技術(shù)人員，制定井下通風(fēng)管理制度，明確職責(zé)，把通風(fēng)工作納入到日常的生產(chǎn)計(jì)劃和安全管理工作中去。確保對井下通風(fēng)構(gòu)筑物(風(fēng)門、風(fēng)橋、風(fēng)窗、密閉墻等)進(jìn)行檢查、維修和管理。例如增大各中段回風(fēng)側(cè)的調(diào)節(jié)風(fēng)窗的可調(diào)節(jié)面積，使之具有相應(yīng)的風(fēng)量按需分配調(diào)節(jié)功能;人員進(jìn)出后，及時(shí)關(guān)閉各處設(shè)置的風(fēng)門;各作業(yè)中段隨時(shí)根據(jù)需風(fēng)點(diǎn)變化進(jìn)行構(gòu)筑物調(diào)節(jié)，達(dá)到風(fēng)量的按需分配。

5 結(jié)論

礦山針對改進(jìn)意見進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)專項(xiàng)整治，建立了專門的通風(fēng)管理機(jī)構(gòu)和隊(duì)伍。采取清理進(jìn)回風(fēng)井巷堆積物、完善與管理通風(fēng)構(gòu)造、密閉采空區(qū)等措施，使得通風(fēng)狀況有了一定的改善。但通風(fēng)系統(tǒng)是一個(gè)不斷變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，再好的設(shè)計(jì)也不能一勞永逸，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)，進(jìn)行各通風(fēng)構(gòu)造物調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)，以保證井下風(fēng)量能滿足作業(yè)人員進(jìn)行正常生產(chǎn)需要。

［1］吳超.礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2008: 167.

［2］張秀華，王李管，馮興隆.金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)安全性綜合評價(jià)［J］.中國礦業(yè)，2010，19(4):93－96.

［3］任明.合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)建方法及其評價(jià)［J］.煤炭技術(shù)，2009，28(3):172－173.

［4］劉菊紅.金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)改造方法的研究［D］.贛州:江西理工大學(xué)，2012.

［5］陶樹銀，熊正明，程 哲，等.金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2012，32(2):58－60，83.

［6］吳永波，張水平，徐明生.某礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)改造研究［J］.江西有色金屬，2010，24(2):7－8，18.

［7］鄔長福，田美智，李樂農(nóng).某銅礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案［J］.江西有色金屬，2011，25(4):34－38.

［8］馬驪，王鵬軍，李晉生.淺析礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5(4):187－190.

［9］盧建軍.溫州礬礦開采中后期通風(fēng)系統(tǒng)安全分析與對策［J］.金屬礦山，2009(4):136－138.

［10］朱易春，張繼忠，王海寧.某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化研究［J］.中國礦山工程，2008，37(5):1－3.

［11］朱易春，張繼忠，孫致華.某硫金礦通風(fēng)系統(tǒng)測定及評價(jià)［J］.江西有色金屬，2008，22(3):9－11.

［12］朱易春，陳躍升，王海寧.某鎢礦山通風(fēng)現(xiàn)狀調(diào)查與研究［J］.中國鎢業(yè)，2008，23(5):11－13.

［13］吳國珉.典型有色金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與防塵技術(shù)研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2008.

［14］劉祖文，羅有萍，李水雄.銀山鉛鋅礦九北區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)［J］.金屬礦山，2003(11):46－48.

［15］劉祖文，朱江文，唐敏康，等.武山銅礦井下通風(fēng)系統(tǒng)評價(jià)與深部設(shè)計(jì)建議［J］.有色金屬(礦山部分)，2003，55(6):27－29.

Measurement and evaluation of ventilation system in a metal mine

ZHAN Jun，LIU Zuwen，ZHU Yichun，WAN Sanming
(Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou Jiangxi 341000，China)

The advantages and disadvantages of mine ventilation system have significant impact on the safety production of underground mine.Based on detailed investigation and field measuring a metal mine ventilation system，This paper has systematically evaluated the ventilation system according to ten appraisal indicators，such as air volume percent of pass，the qualified rate and the effective air flow rate.It shows that the mine ventilation system has some problems with mismatching between the main fan and mine，low effective air flow rate，incomplete ventilation structure，lack of regulation facilities and poor management.The consequence is the flow disorder，internal air leakage，serious air short circuit，unreasonable air distribution and stope ventilation.In order to improve the work environment on the underground bases and solve the problems of mine ventilation effectively，corresponding improvement opinions and measures are put forward.

mine ventilation;measurement;system evaluation

TD72

Α

1671-4172(2015)01-0074-03

詹俊(1988－)，男，碩士研究生，安全工程專業(yè)，主要從事礦井通風(fēng)安全研究。

劉祖文(1969－)，男，博士，教授，主要從事水處理技術(shù)與環(huán)境污染控制技術(shù)及應(yīng)用、礦井通風(fēng)安全研究。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.017