王　潔　曹　斌　周述峰

(1.大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司；2.大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦；3.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

銅綠山礦自1971年投產(chǎn)至今，已由露天-地下聯(lián)合開采轉(zhuǎn)為地下開采[1]。由于井下承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)極其繁重，致使礦井年下降速度較快，而上部中段處于殘礦開采階段，短時(shí)間難以結(jié)束，銅綠山礦尚在生產(chǎn)的中段有-185，-245，-305，-365，-425，-485 m中段，-545，-605，-665，-725，-785，-845 m中段進(jìn)入開拓階段。因主要開采開拓中段下移，以往安裝的一些通風(fēng)設(shè)備、建(構(gòu))筑物已經(jīng)無(wú)法完全適應(yīng)變化了的開采狀況，無(wú)法有效滿足井下通風(fēng)要求，下部有效風(fēng)量減少，在放炮時(shí)，排煙緩慢，并且多中段作業(yè)導(dǎo)致污風(fēng)串聯(lián)嚴(yán)重；北風(fēng)井兼作提升井，致使風(fēng)門常開，-305 m中段出現(xiàn)污風(fēng)回流現(xiàn)象[2-3]。為改善該礦井下通風(fēng)現(xiàn)狀，有必要對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1　礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1　現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)

目前，銅綠山礦井下采用中央進(jìn)風(fēng)、兩翼抽風(fēng)的通風(fēng)方式。進(jìn)風(fēng)井為礦體上盤的新主井、新副井以及礦體下盤的管纜井，均位于礦床中部。管纜井底部?jī)H達(dá)-245 m水平，-305 m以下深部主要由新主井、新副井和輔助斜坡道進(jìn)風(fēng)。南翼回風(fēng)井原有南風(fēng)井，因防治水而被充填封閉，改由老主井承擔(dān)南翼回風(fēng)；北翼回風(fēng)由北風(fēng)井承擔(dān)，北風(fēng)井已延深至-425 m 水平，但風(fēng)井安裝有在用提升設(shè)施(落地式雙罐提升系統(tǒng))。

南主扇安裝于Ⅲ#礦體下盤，在近礦體端部的-245 m 中段原斜坡道口新增回風(fēng)上山連通老主井。北主扇首先由-185 m水平移至北風(fēng)井-245 m 回風(fēng)石門邊，后因中段開拓、生產(chǎn)增加過(guò)快，-425，-365 m中段迅即投入開拓和生產(chǎn)，而上部中段生產(chǎn)遲遲未結(jié)束，因而在-365 m中段北風(fēng)井回風(fēng)石門邊再增加1臺(tái)主扇，為-365 m北主扇。南部原設(shè)計(jì)增加1臺(tái)輔扇，因-365 m南回風(fēng)巷及其附近的穿脈、下盤沿脈均堵塞或垮塌，而未安裝。

新鮮風(fēng)流從新副井等流入，按通風(fēng)構(gòu)筑物調(diào)整后的通風(fēng)阻力大小自然分配風(fēng)量，分別經(jīng)各中段石門、斜坡道、運(yùn)輸巷道、穿脈進(jìn)入采場(chǎng)，經(jīng)采場(chǎng)天井至上中段或下中段穿脈、運(yùn)輸平巷，與該中段新鮮風(fēng)流混合后，進(jìn)入本中段采場(chǎng)，再經(jīng)采場(chǎng)天井至上中段或下中段穿脈、運(yùn)輸平巷，如此逐中段上行或下行通風(fēng)至主回風(fēng)中段平巷、回風(fēng)石門和南北回風(fēng)井排出地表。

1.2　問(wèn)題分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)該礦現(xiàn)有的礦井通風(fēng)系統(tǒng)污風(fēng)串聯(lián)現(xiàn)象比較嚴(yán)重。目前生產(chǎn)中段主要為-365，-425，-305 m中段(底柱回采)以及-245，-185 m 中段(殘礦回采)，井下多中段作業(yè)，易產(chǎn)生污風(fēng)串聯(lián)。

系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效率比較低，主扇風(fēng)機(jī)動(dòng)力方向紊亂，由于歷史原因，北風(fēng)井兼作提升井，人行頻繁，關(guān)閉風(fēng)門不利于作業(yè)，導(dǎo)致風(fēng)門常開，-305 m中段出現(xiàn)污風(fēng)回流現(xiàn)象。此外，該礦井下通風(fēng)系統(tǒng)存在短路現(xiàn)象，管纜井原本作為上部通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)井，本研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)管纜井風(fēng)流方向反向，獨(dú)頭巷道通風(fēng)距離較長(zhǎng)，通風(fēng)效果不佳；周邊小礦體開采，通風(fēng)線路長(zhǎng)，未形成有效的通風(fēng)回路；南部倒段南風(fēng)井?dāng)嗝孑^小，-365 m中段以下的回風(fēng)阻力較大。

2　礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)及優(yōu)選

2.1　礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

由于該礦分多期建設(shè)，各期開拓工程并非完全獨(dú)立，相互之間有一定關(guān)聯(lián)，在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮該因素。礦井通風(fēng)系統(tǒng)一般有統(tǒng)一通風(fēng)、分區(qū)通風(fēng)和單元通風(fēng)等方式[4-7]。從該礦開拓工程布置來(lái)看，采用統(tǒng)一通風(fēng)方式難以有效對(duì)多中段多翼大量用風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通風(fēng)困難；采用分區(qū)通風(fēng)方式無(wú)法形成數(shù)個(gè)獨(dú)立的通風(fēng)區(qū)域。該礦井下進(jìn)風(fēng)井筒都布置于礦體中部，南北風(fēng)井和東回風(fēng)井布置于礦體端部，多中段開拓生產(chǎn)，該類格局較適合選擇單元通風(fēng)方式對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[8-10]，本研究設(shè)計(jì)出了如下3種通風(fēng)方案。

(1)方案Ⅰ，統(tǒng)一進(jìn)風(fēng)，單元回風(fēng)。各中段由管纜井、新主井、新輔井或混合井進(jìn)風(fēng)，分段由斜坡道進(jìn)風(fēng)，到達(dá)用風(fēng)點(diǎn)，由北風(fēng)井、老主井和回風(fēng)井回風(fēng)。

(2)方案Ⅱ，上部單元進(jìn)風(fēng)，三期和深部統(tǒng)一進(jìn)風(fēng)單元回風(fēng)。-245 m中段以上由管纜井和斜坡道到達(dá)各中段，經(jīng)中段運(yùn)輸平巷到達(dá)用風(fēng)點(diǎn)，南北翼分別經(jīng)-245 m中段南、北部風(fēng)機(jī)從老主井和北風(fēng)井排出地表。-245 m中段以下由新副井和混合井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)中段運(yùn)輸平巷到達(dá)用風(fēng)點(diǎn)，南北翼分別經(jīng)-365 m 中段東部、北部風(fēng)機(jī)從東風(fēng)井和北風(fēng)井排出地表。-605 m中段以下的污風(fēng)經(jīng)-605 m中段風(fēng)機(jī)從東回風(fēng)井排出地表。

(3)方案Ⅲ，單元進(jìn)風(fēng)，單元回風(fēng)。-305 m中段以上，由管纜井和斜坡道到達(dá)各中段，通過(guò)中段運(yùn)輸平巷到達(dá)各用風(fēng)點(diǎn)，南北翼分別經(jīng)-245 m中段南部、北部風(fēng)機(jī)從老主井及北風(fēng)井排出地表。 -365～-485 m中段由新副井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)中段運(yùn)輸平巷到達(dá)各用風(fēng)點(diǎn)，南北翼分別經(jīng)-365 m中段東部、北部風(fēng)機(jī)從東回風(fēng)井和北風(fēng)井排出地表。-485～-605 m 中段由新副井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)中段運(yùn)輸平巷到達(dá)各用風(fēng)點(diǎn)，南翼經(jīng)-605 m中段風(fēng)機(jī)從東回風(fēng)井排出地表；北翼經(jīng)新增的-545 m中段北部風(fēng)機(jī)，延伸北風(fēng)井到-545 m中段從北回風(fēng)井排出地表。-605 m 以下中段由混合井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)中段運(yùn)輸平巷到達(dá)各用風(fēng)點(diǎn)，污風(fēng)經(jīng)-605 m中段風(fēng)機(jī)從回風(fēng)井排出。

2.2　方案優(yōu)選

經(jīng)過(guò)詳細(xì)的方案比選，認(rèn)為方案Ⅰ工程投資費(fèi)用最低，風(fēng)門等調(diào)控裝置安裝最少，全礦總阻力較小，但存在各生產(chǎn)中段污風(fēng)易串聯(lián)、深部開拓中段通風(fēng)效果差以及風(fēng)量調(diào)節(jié)困難等不足；方案Ⅱ可以有效減少污風(fēng)串聯(lián)、提高深部有效風(fēng)量，且風(fēng)流管理比較方便，有利于-425 m以下中段通風(fēng)，特別是對(duì)于-365 m中段以上的風(fēng)量調(diào)節(jié)比較容易，但需要新增的控風(fēng)構(gòu)筑物較多，費(fèi)用較高，深部風(fēng)量調(diào)節(jié)困難，通風(fēng)管理要求較高，利用原有巷道進(jìn)行通風(fēng)，巷道維護(hù)費(fèi)用較高；方案Ⅲ不僅可以減少污風(fēng)串聯(lián)，提高深部有效風(fēng)量，還可以方便對(duì)風(fēng)流進(jìn)行管理，有利于-425 m以下中段通風(fēng)，局部通風(fēng)易找到污風(fēng)排放口，有利于對(duì)全礦風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且巷道維護(hù)費(fèi)用較少，環(huán)境效益好，但新增的控風(fēng)構(gòu)筑物費(fèi)用最高，通風(fēng)管理要求高。

經(jīng)過(guò)比選，本研究認(rèn)為方案Ⅲ可以更有效地改善井下通風(fēng)效果，提高井下空氣質(zhì)量。該方案實(shí)施后，通風(fēng)系統(tǒng)中的機(jī)械通風(fēng)動(dòng)力將被分為3級(jí)：Ⅰ級(jí)風(fēng)機(jī)為-245 m南主扇、-245 m(-545 m)北主扇、-365 m 北主扇、-365 m東主扇(從東回風(fēng)井回風(fēng))以及-605 m主扇；Ⅱ級(jí)風(fēng)機(jī)為各個(gè)需要增大風(fēng)量的中段設(shè)置的不帶風(fēng)墻的集污輔扇；Ⅲ級(jí)風(fēng)機(jī)為作業(yè)面的壁扇、局扇，如此設(shè)計(jì)有效保證了整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的使用效果。

3　結(jié)　語(yǔ)

針對(duì)銅綠山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了3種優(yōu)化方案，并進(jìn)行了方案比選，認(rèn)為單元進(jìn)風(fēng)、單元回風(fēng)的通風(fēng)方案最有利于改善該礦井下通風(fēng)效果，同時(shí)結(jié)合井下配置的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有助于實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)效果最優(yōu)化。

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