丁文軍　李廣輝　丁志浩

(1.招金礦業(yè)股份有限公司蠶莊金礦；2.煙臺市特種設(shè)備檢驗研究院)

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某金礦深部通風系統(tǒng)優(yōu)化改造

丁文軍1李廣輝1丁志浩2

(1.招金礦業(yè)股份有限公司蠶莊金礦；2.煙臺市特種設(shè)備檢驗研究院)

摘要隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大及服務(wù)年限的延長，某金礦井下回風斷面小，工作面有效風量小，溫度高，工人作業(yè)環(huán)境差，影響井下安全生產(chǎn)。通過對通風系統(tǒng)檢測，確定對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。投入300萬元、用時80 d全面完成了改造。經(jīng)檢測，風量合格率、風質(zhì)合格率及工作面溫度合格率均達到100%，且理順了風流通道，工人工作條件得到明顯改善。

關(guān)鍵詞通風系統(tǒng)風質(zhì)風量優(yōu)化改造

通風系統(tǒng)在礦山安全生產(chǎn)中起到至關(guān)重要的作用，是向井下各作業(yè)地點供給新鮮空氣、排出污染空氣的通風網(wǎng)絡(luò)和通風動力以及通風控制設(shè)施等構(gòu)成的工程體系[1]。無論新舊礦井，都應(yīng)把建立和完善礦井通風系統(tǒng)作為保護工人健康、提高勞動生產(chǎn)率的一項重要措施。

某金礦生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，開采朝著深部和周圍延伸。隨著作業(yè)面的增加，以及礦井作業(yè)面分布的變化，礦井總需風量以及各中段分風量不斷變化，礦井通風阻力及其分布也不斷變化，導(dǎo)致礦井通風系統(tǒng)復(fù)雜，總供風量不足，回風斷面小[2]。加之風流管理存在的問題，致使井下工作面有效風量小，有毒有害物質(zhì)濃度高、溫度高，工人工作環(huán)境較差，給井下安全生產(chǎn)造成很大的不利因素。因此，急需對現(xiàn)有通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

1　開采現(xiàn)況和通風系統(tǒng)

1.1開采現(xiàn)況

該礦目前日產(chǎn)礦量800 t，采用上向水平分層充填采礦方法，最低開采深度-860 m，主井地表標高30 m，采深達890 m，屬深井礦山。

1.2通風系統(tǒng)

礦井采用兩翼對角式通風系統(tǒng)，主豎井和徐家疃豎井為主要進風井，南風井為主要回風井。

1.2.1主要進風路線

(1)徐家疃豎井進風風流分為三部分:一部分直接進入徐家疃深部采區(qū)，另一部分由-620 m水平大巷送至上莊礦區(qū)深部采區(qū)，剩余部分由303盲豎井和導(dǎo)段天井送至上莊礦區(qū)的中部采區(qū)。

(2)380主豎井新鮮風經(jīng)由九中段導(dǎo)段進入366盲豎井，再由366盲豎井送至-620 m水平，隨后進入大巷與徐家疃新風匯合，流至上莊礦區(qū)深部采區(qū)。

1.2.2主要回風路線

上莊礦區(qū)深部采區(qū)污風由401斜井送至-590 m 水平，再由各導(dǎo)段天井和351盲豎井送至-350 m水平;上莊礦區(qū)中部采區(qū)和徐家疃深部采區(qū)污風經(jīng)由303盲豎井和導(dǎo)段天井送至-350 m水平。兩股污風在-350 m水平匯合，分別經(jīng)由導(dǎo)段天井、輔助提升井、327盲豎井送至九中段再次匯合，由導(dǎo)段天井送至六中段，經(jīng)南風井送至地表(見圖1)。

2　現(xiàn)有通風系統(tǒng)存在的問題

①隨著作業(yè)面的增加，總供風量遠低于生產(chǎn)能力需求；②深部采區(qū)工作面溫度高，沒有足夠風量降低溫度；③回風井巷斷面小，尤其是南風井回風量已接近極限風速；④礦井進、回風巷道風流紊亂，循環(huán)風、漏風嚴重。加之395盲豎井、401盲斜井將-590 m 水平與-620 m水平貫通，且未添加任何通風構(gòu)筑物，導(dǎo)致污風經(jīng)由395盲豎井再次進入深部礦區(qū)，形成循環(huán)風；⑤風流路線長，通風網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，通風構(gòu)筑物不完善，以致風流控制不好，污染井下作業(yè)環(huán)境和人員健康；⑥放置于南風井處的風機風量較小，風壓較大，風機效率低，風機性能得不到有效利用[3]，造成資源浪費，增加了采礦成本，影響礦山效益；⑦同一分層前、后工作面污風串聯(lián)，存在中毒窒息事故的隱患。

圖1　上莊礦區(qū)改造前通風系統(tǒng)示意

2.1礦井總進、回風量評價

(1)經(jīng)計算，該礦所需總風量為82.80 m3/s。而通風系統(tǒng)總進風41.80 m3/s，總回風47.62 m3/s，總供風量遠低于生產(chǎn)能力需求。

(2)該礦主要回風井為南風井和導(dǎo)段天井。其中南風井井筒直徑為2.50 m，斷面面積為4.91 m2，風速10.52 m/s；各導(dǎo)段天井規(guī)格為1.8 m×1.8 m，斷面面積為3.24 m2，風速15.95 m/s。而礦山安全規(guī)程規(guī)定，專用回風井風速不得超過15.00 m/s。

(3)上莊礦區(qū)深部采區(qū)的部分新風由徐家疃豎井經(jīng)-620 m水平大巷輸送，風流路線過長，導(dǎo)致大量損失，風流溫度升高，無法達到深部通風降溫的效果[4]。同時徐家疃深部采區(qū)缺少專用的回風井巷，導(dǎo)致污風進入-620 m水平與新風混合，污染送往上莊礦區(qū)的新鮮風流，影響風流風質(zhì)。

2.2礦井主要風機工作狀況評價

(1)按《金屬非金屬礦山通風技術(shù)規(guī)范》的要求，主力風機的全壓效率要達到70%，南風井風機全壓效率最高為60%，靜壓效率為59%,達不到標準要求。

(2)南風井井底風機型號為K40-6-No21，葉片安裝角35°，合理工作范圍內(nèi)的風量為50～90 m3/s，風壓為889～2 666 Pa。經(jīng)測定，本臺風機工況點風量為47.62 m3/s，風壓2 775.8 Pa。由風機特性曲線可知，這臺風機風量較小，風壓較大，風機效率未能達到規(guī)范要求，風機性能得不到有效利用。

3　通風系統(tǒng)改造

該礦上莊礦區(qū)目前采用統(tǒng)一通風系統(tǒng)，為了解決井下空氣溫度高和可靠性，將現(xiàn)有的統(tǒng)一通風系統(tǒng)改造成兩個分區(qū)通風系統(tǒng)，即東采區(qū)分區(qū)通風系統(tǒng)和西采區(qū)、中采區(qū)分區(qū)通風系統(tǒng)。東部分區(qū)通風重點解決井下空氣高溫和風量不足問題，考慮到中部采區(qū)2～3 a即將結(jié)束，西、中部分區(qū)通風系統(tǒng)暫不做大的變動。

3.1風量計算

由于東部采區(qū)采深已達到900 m，為深井開采，宜采取加大工作面風速的方法實現(xiàn)降溫[5]。依據(jù)《金屬非金屬地下礦山通風技術(shù)規(guī)范》(通風系統(tǒng))規(guī)定，東部采區(qū)采深最大，每個掘進工作面風速暫取1 m/s，每個采場風量暫取7 m3/s；西部采區(qū)每個掘進工作面風速暫取0.5 m/s，每個采場風量暫取5.5 m3/s；中部采區(qū)工作面深度不大，每個掘進工作面風速選取0.25 m/s，每個采場風量取2 m3/s。

由于礦井通風系統(tǒng)是由相互關(guān)聯(lián)、相互制約的眾多因素構(gòu)成的動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)[6]，存在內(nèi)外漏風、分風不均衡等多種不可準確估計的因素，優(yōu)化方案中風量備用系數(shù)取1.1。經(jīng)計算:東部采區(qū)風量合計55 m3/s；西部和中部采區(qū)風量合計60 m3/s。

3.2通風網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

3.2.1東部采區(qū)

東部采區(qū)工作面新風由380主豎井輸送至六中、九中，經(jīng)366盲豎井送至-620 m平巷，再經(jīng)395盲井送至工作面。污風經(jīng)回風斜井送至-590 m平巷，經(jīng)導(dǎo)段天井到達-500 m平巷，再依次經(jīng)過351盲豎井、十三中平巷、輔助提升井、九中平巷、導(dǎo)段天井和主斜井，排至地表(圖2)。

圖2　東部采區(qū)通風系統(tǒng)示意通風線路為：1—2—3—5—6—7—8—9—10—11—12—13—14—15—16—17—18

3.2.2西部、中部采區(qū)

目前西部采區(qū)主要集中在290盲豎井深部，中部采場主要分布在-470，-500，-530，-560 m 4個中段，中部新鮮風流由297豎井進風。在現(xiàn)有通風網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，為了不使西部采區(qū)的污風污染中部各分段，設(shè)計風路如下：

西部風流由297豎井進至-760 m水平后，由粉礦回收巷、290天井進到西部各深部采區(qū)，污風經(jīng)采場天井、-590 m水平巷道、303盲豎井、上部中段天井到達六中后，由南風井送至地表。

中部采區(qū)的新鮮風流由297豎井進至-620 m大巷后，再經(jīng)中段天井到達-560，-530，-500，-470 m 各中段采場內(nèi)，污風由-470 m大巷回至303盲豎井，最后由南風井排出，其中-470 m工作面的新風和污風由局部通風解決(見圖3)。

為了防止污風串聯(lián)，上莊礦井各水平需進行后退式開采，這對中部采區(qū)的-470，-500，-530，-560 m 水平開采更為重要，而且要保持上部水平的回采超前下部水平。為了解決-530 m水平的新風供給問題，需將該水平的平巷掘通到316線的導(dǎo)段天井處。

3.3井巷風速校核

根據(jù)通風設(shè)計風量要求，凡風速不合格的巷道均需擴幫。

東部采區(qū)通風系統(tǒng)井巷中-620 m平巷和九中至七中回風天井井巷風速不符合,需校核。西部及中部采區(qū)通風系統(tǒng)井巷中南風井六中聯(lián)絡(luò)巷處風速正好處于極限風速的邊緣，從經(jīng)濟角度出發(fā)，應(yīng)對其進行擴幫。

圖3　西部、中部通風系統(tǒng)示意

第一條通風線路風流節(jié)點：1—3—4—5—6—12—13—19—20—21—22—23—24—25—26—27—28；第二條通風線路風流節(jié)點：1—2—10—14—15—16—17—18—19—20—21—22—23—24—25—26—27—28。

4　通風系統(tǒng)改造

4.1工程量及費用

東部采區(qū)，西部、中部采區(qū)通風系統(tǒng)改造實際施工工程量及費用見表1。

4.2通風構(gòu)筑物

為了保證風流沿設(shè)計路線流動，需要添加相應(yīng)的通風構(gòu)筑物[7]。由于主斜井出口段在工業(yè)區(qū)內(nèi)，應(yīng)采取密閉措施進行高空排放。共需構(gòu)筑27個雙層風門，7個單層風門，43個風門需要封閉(見圖4)。修建各種通風構(gòu)筑物共需費用20.6萬元。

表1　東部、西部、中部采區(qū)通風系統(tǒng)工程量及費用

5　改造后系統(tǒng)測評

5.1通風系統(tǒng)實施情況

優(yōu)化后的通風系統(tǒng)實現(xiàn)了分區(qū)通風，西部和中部為一個分區(qū)，東部為一個分區(qū)。東部采區(qū)對-620 m 進行了擴幫，對部分回風天井進行疏通，并按照設(shè)計施工了通風構(gòu)筑物。在9中安裝了一臺FDCZ(A)-6-No20 2×250 kW風機。

(1)東部分區(qū)通風系統(tǒng)。380主豎井進風，風流經(jīng)六中和九中兩個水平進入366盲豎井，經(jīng)-620 m水平至395盲豎井進入-740和-780 m工作水平。污風經(jīng)采場天井回至-590 m，經(jīng)導(dǎo)段天井進入351盲井、341盲井，經(jīng)斜井排至地表。風流按照設(shè)計有序流動，尤其是366盲豎井由改造前回風變?yōu)檫M風，該處的溫度明顯降低，氣溫明顯改善。

(2)西部、中部分區(qū)通風系統(tǒng)。西部風流由徐家疃豎井進至-760 m中段后，經(jīng)290天井進到西部各深部采區(qū)，污風經(jīng)采場天井、-590 m水平巷道、303盲豎井、上部中段天井到達六中、再經(jīng)風機、南風井送至地表。

圖4　上莊礦區(qū)改造后通風系統(tǒng)示意

中部采區(qū)的新鮮空氣也由徐家疃豎井進入，至-620 m大巷后，經(jīng)中段天井到達-560,-530,-500,-470 m各中段采場內(nèi)。污風由-470 m水平大巷回至303盲豎井，與西部污風匯合，最后再經(jīng)南風井排出。

5.2通風系統(tǒng)改造效果

(1)東部采區(qū)通風系統(tǒng)測定。系統(tǒng)改造前366盲豎井回風，東部通風系統(tǒng)改造后366盲豎井變?yōu)檫M風，則盲豎井提升和該井上、下部石門的行人都處于新鮮風流中，避免了污風的危害。

東部通風系統(tǒng)改造前，-620 m水平的395石門的風流主要來自徐家疃及-590 m循環(huán)風，風流溫度28.4 ℃，體感溫度高，人員舒適度差。系統(tǒng)改造后，流經(jīng)395石門的是新鮮風流，其溫度降低為24.7 ℃，風量也加大至22 m3/s，人員舒適度明顯改善。

系統(tǒng)改造前，-780 m水平395石門風流溫度達到30.7 ℃。系統(tǒng)改造后，風流溫度已經(jīng)降到26.5 ℃。

(2)西部和中部采區(qū)通風系統(tǒng)測定。經(jīng)測定，西部、中部通風系統(tǒng)的風質(zhì)合格率100%，氣溫合格率93.8%,均達到改造要求。

5.3系統(tǒng)分析與評價

(1)上莊礦區(qū)通風系統(tǒng)分為兩個通風系統(tǒng)，東部一個系統(tǒng)，西部和中部一個系統(tǒng)，不僅減少系統(tǒng)間相互干擾，而且便于通風管理。

(2)風流由東部井巷直接送到東部深井開采區(qū)域，不僅減少了風流流經(jīng)的長度，降低了供風溫度，而且可以減小阻力，節(jié)能降耗。

(3)入風風流在-108 m和-198 m流經(jīng)長度長，雖然增大了阻力，但對調(diào)節(jié)風流溫度有利。尤其是夏季氣溫高時，風流通過該段巷道，可以降低入風氣流溫度[8]。

(4)366豎井實現(xiàn)了進風，通風系統(tǒng)符合礦山安全規(guī)程要求。原有系統(tǒng)的風流在-590～-620 m循環(huán)，致使進入-780 m工作面風流溫度高。改造后的系統(tǒng)，解決了該部分風流循環(huán)問題，不僅風量提高，而且工作面風流溫度顯著降低，工人作業(yè)環(huán)境得到明顯改善，有利于保證工人健康和勞動生產(chǎn)率的提高。

6　存在問題及改進方向

(1)礦山在進行開拓設(shè)計時，不僅要考慮運輸，還要兼顧通風系統(tǒng)，巷道規(guī)格一定要全面論證，避免以后對巷道二次擴幫。

(2)在日常通風管理中加大通風管理力度，對通風構(gòu)筑物要制定專項的管理制度，減少漏風及污風循環(huán)的出現(xiàn)，提高有效風量和風質(zhì)。

(3)在東部采區(qū)通風系統(tǒng)中，由于工期短，通風阻力還是較大，將351盲豎井從十三中連接至九中(施工一條300 m的斜井)，再對-590 m水平擴幫(由2.4 m×2.3 m擴至3.8 m×2.7 m),東部采區(qū)通風阻力則會降至2 758 Pa,則風機功率從2×250 kW降到了2×110 kW,年可節(jié)約電費100萬元,這是東部通風系統(tǒng)下一步改造的問題。

(4)西、中部采區(qū)通風系統(tǒng)沒做大的變動，除增加必要的通風通道和天井擴幫外，維持現(xiàn)有的主扇運轉(zhuǎn)，相應(yīng)調(diào)整主扇工況，按現(xiàn)有主扇能力，理順通風風路，投入的工程較少。

(5)考慮到東部采區(qū)深部開采在未來4～5 a將延伸至-860 m水平以下，如果將來深部開采通風不能滿足的情況下，一旦條件具備，應(yīng)將351盲豎井掘通至地表，取代主斜井回風，形成東部較完善的分區(qū)通風系統(tǒng)。

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(收稿日期2016-05-03)

丁文軍(1966—),男，高級工程師，265402 山東省招遠市蠶莊鎮(zhèn)。