胡勇 王維 劉豐 楊樂(lè) 尤祎 王有奇

摘要：三鑫金銅礦原采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)，隨著生產(chǎn)中段下延及增多，存在礦井總風(fēng)量不足、風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低、部分中段風(fēng)流反風(fēng)及通風(fēng)困難等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)總需風(fēng)量進(jìn)行校核，有針對(duì)性地提出了3種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，利用Ventsim三維動(dòng)態(tài)仿真模擬軟件解算和定量定性分析比較，選擇了前期井下集中+后期多級(jí)機(jī)站接力的通風(fēng)系統(tǒng)方案。按照優(yōu)選方案組織改造實(shí)施后，經(jīng)過(guò)通風(fēng)測(cè)定，總風(fēng)量、進(jìn)回風(fēng)風(fēng)速都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，有效風(fēng)量率達(dá)81.33 %，主扇運(yùn)行效率達(dá)85 %以上，處于高效率區(qū)運(yùn)行，通風(fēng)效果明顯改善。

關(guān)鍵詞：深部開(kāi)采;通風(fēng)系統(tǒng);多級(jí)機(jī)站;井下集中;Ventsim三維動(dòng)態(tài)仿真模擬軟件

中圖分類號(hào)：TD724文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2020）04-0025-09doi：10.11792/hj20200406

引 言

隨著地下礦山開(kāi)采不斷向深部延深，井下通風(fēng)問(wèn)題成為制約礦山企業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。為解決通風(fēng)困難，技術(shù)人員對(duì)不同礦山通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，彭庚等[1]針對(duì)多面臨風(fēng)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)需求的問(wèn)題，根據(jù)地質(zhì)條件、深部開(kāi)采等條件，改進(jìn)老礦山的通風(fēng)系統(tǒng)，滿足礦山擴(kuò)能需求;龔開(kāi)福等[2]基于無(wú)軌設(shè)備需風(fēng)量，利用Ventsim三維動(dòng)態(tài)仿真模擬軟件構(gòu)建礦山井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)參數(shù)與位置及風(fēng)門(mén)開(kāi)合程度，達(dá)到良好的通風(fēng)優(yōu)化效果;陳小竹等[3]通過(guò)通風(fēng)模擬軟件，對(duì)井下工作點(diǎn)進(jìn)行了通風(fēng)模擬與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算;王海寧等[4]利用節(jié)點(diǎn)風(fēng)壓法，對(duì)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭代解算，模擬井下風(fēng)流狀態(tài)，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng);賴明照等[5]利用仿真模擬軟件對(duì)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式模擬研究，提高了多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式效率和穩(wěn)定性;馮福康等[6]針對(duì)礦山作業(yè)點(diǎn)分散、回風(fēng)系統(tǒng)不完善等問(wèn)題，采用Ventsim三維動(dòng)態(tài)仿真模擬軟件進(jìn)行礦山通風(fēng)三維模擬，提出了與礦山相適應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。

湖北三鑫金銅股份有限公司（下稱“三鑫金銅礦”）位于湖北省大冶市城西4.2 km處，是一家年生產(chǎn)能力99萬(wàn)t，年產(chǎn)金1.4 t、銅1.3萬(wàn)t的黃金采選企業(yè)。礦區(qū)氣候?qū)儆诘湫偷拇箨懶约撅L(fēng)氣候，冬冷夏熱，四季分明，年平均氣溫17.0 ℃，極端最高氣溫40.3 ℃，極端最低氣溫-11.3 ℃，相對(duì)濕度78 %。三鑫金銅礦是采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)技術(shù)較早的礦山之一，礦山開(kāi)發(fā)近三十年，一直沿用該技術(shù)。隨著礦山深部多個(gè)中段逐步投入生產(chǎn)，同時(shí)淺部原有老系統(tǒng)閉坑遲緩，井巷錯(cuò)綜復(fù)雜，全系統(tǒng)生產(chǎn)中段多，原有的礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于礦山生產(chǎn)變化適應(yīng)范圍有限，導(dǎo)致礦井通風(fēng)風(fēng)阻增大、井下通風(fēng)量減小、風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低。另外，老舊礦井的生產(chǎn)系統(tǒng)向深部延深，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)點(diǎn)增多，現(xiàn)場(chǎng)礦井通風(fēng)管理困難，造成井下漏風(fēng)嚴(yán)重、井下總風(fēng)量不足、采場(chǎng)通風(fēng)條件差、工人作業(yè)環(huán)境較差。因此，優(yōu)化現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)，解決三鑫金銅礦井下生產(chǎn)中段風(fēng)量不足、風(fēng)流反向、漏風(fēng)等問(wèn)題，是目前的當(dāng)務(wù)之急。

對(duì)于不同的地質(zhì)條件、礦山規(guī)模，通風(fēng)參數(shù)設(shè)計(jì)差異巨大，針對(duì)三鑫金銅礦漏風(fēng)嚴(yán)重、井下總風(fēng)量不足、采場(chǎng)通風(fēng)條件差等問(wèn)題，根據(jù)礦山實(shí)際情況，提出3種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，采用Ventsim三維動(dòng)態(tài)仿真模擬軟件對(duì)礦山通風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)速、負(fù)壓等參數(shù)進(jìn)行模擬解算，確定采用前期井下集中+后期多級(jí)機(jī)站接力的通風(fēng)系統(tǒng)方案。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)應(yīng)用，取得了較好的效果。

1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 開(kāi)拓系統(tǒng)

三鑫金銅礦包括雞冠咀和桃花嘴2大礦區(qū)，生產(chǎn)規(guī)模3 000 t/d，采用豎井開(kāi)拓方式，目前設(shè)有2條主井，1條副井，2條風(fēng)井，1條充填井。中段高度50 m，中段采用上下盤(pán)沿脈+穿脈的環(huán)形布置方式，采用輔助斜坡道連接上下作業(yè)中段。以-520 m中段為界分為上、下采區(qū)，-520 m中段以上為上采區(qū)，-570 m至-970 m中段為下采區(qū)。老主井負(fù)責(zé)上采區(qū)的礦（廢）石提升;新主井負(fù)責(zé)下采區(qū)的礦（廢）石提升。副井擔(dān)負(fù)全礦人員、材料和設(shè)備的提升任務(wù)。

1.2 通風(fēng)方式及系統(tǒng)

三鑫金銅礦采用副井（凈直徑5.0 m）進(jìn)風(fēng)，兩翼的新雞冠咀風(fēng)井（又稱“30勘探線回風(fēng)井”，凈直徑4.0 m）和桃花嘴風(fēng)井（又稱“7勘探線回風(fēng)井”，凈直徑3.5 m）回風(fēng)，形成中央進(jìn)風(fēng)兩翼回風(fēng)的中央對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)采用“多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站”抽出式通風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)安裝在井下各中段回風(fēng)石門(mén)處。新鮮風(fēng)流經(jīng)過(guò)副井進(jìn)入坑內(nèi)后，通過(guò)石門(mén)分別進(jìn)入雞冠咀和桃花嘴2個(gè)礦區(qū)，經(jīng)下盤(pán)運(yùn)輸平巷送至各回采、掘進(jìn)工作面;污風(fēng)各自匯聚到上水平中段回風(fēng)充填平巷和回風(fēng)石門(mén)，然后通過(guò)多級(jí)機(jī)站風(fēng)機(jī)排至30勘探線回風(fēng)井和7勘探線回風(fēng)井后排出地表。實(shí)際的通風(fēng)系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1）總風(fēng)量不足。目前井下生產(chǎn)中段10個(gè)，共有回采工作面25個(gè)，掘進(jìn)工作面54個(gè)，備采工作面12個(gè)，獨(dú)立回風(fēng)硐室9個(gè)。生產(chǎn)中段多，需風(fēng)點(diǎn)多且散，多數(shù)中段風(fēng)速合格率不達(dá)標(biāo)。

2）裝機(jī)數(shù)量多，功率大?，F(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)機(jī)站安裝22臺(tái)風(fēng)機(jī)，裝機(jī)容量1 111 kW。根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況檢測(cè)結(jié)果，機(jī)站風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低、能耗高。

3）部分中段副井車(chē)場(chǎng)風(fēng)流反向。-220 m、-270 m、-720 m、-1 000 m中段副井車(chē)場(chǎng)均存在風(fēng)流反向，嚴(yán)重影響新鮮風(fēng)質(zhì)量，從而導(dǎo)致作業(yè)點(diǎn)勞動(dòng)環(huán)境不佳。

4）系統(tǒng)漏風(fēng)比較嚴(yán)重，局部中段和區(qū)域通風(fēng)困難。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化思路

鑒于生產(chǎn)中段存在風(fēng)量不足問(wèn)題，需首先對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)總需風(fēng)量進(jìn)行校核。由于現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)裝機(jī)數(shù)量多，功率大，機(jī)站風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，部分中段風(fēng)流方向紊亂，故需在核定的系統(tǒng)總需風(fēng)量基礎(chǔ)上，重新制定通風(fēng)方案，分配系統(tǒng)風(fēng)量，進(jìn)一步優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化風(fēng)機(jī)選型，以降低通風(fēng)能耗。

軟件方面主要采用Ventsim三維動(dòng)態(tài)仿真模擬軟件高級(jí)版。該軟件為礦井通風(fēng)領(lǐng)域國(guó)際公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件，可在三維開(kāi)拓系統(tǒng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)的整套風(fēng)流模擬、熱模擬、污染物模擬及通風(fēng)經(jīng)濟(jì)性分析的功能。

2.2 礦井總需風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)井下采掘工作面具體分布情況，按照同時(shí)回采工作面、掘進(jìn)工作面、等需風(fēng)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，根據(jù)排塵風(fēng)量、排塵風(fēng)速、排炮煙、排柴油設(shè)備廢氣需風(fēng)量予以核算，取值大者參與總需風(fēng)量計(jì)算，并考慮內(nèi)、外部漏風(fēng)等因素來(lái)核算礦井總需風(fēng)量。

1）礦井總需風(fēng)量。其計(jì)算公式為：

Q=K1K2（∑Qh+∑Qj+∑Qd+∑Qt）（1）式中：Q為礦井總需風(fēng)量（m3/s）;K1為外部漏風(fēng)系數(shù);K2為內(nèi)部漏風(fēng)系數(shù);Qh為回采工作面需風(fēng)量（m3/s）;Qj為掘進(jìn)工作面需風(fēng)量（m3/s）;Qd為硐室及裝卸礦點(diǎn)需風(fēng)量（m3/s）;Qt為備用工作面需風(fēng)量（m3/s）。

因礦井通地表的井巷較少，采空區(qū)采用尾砂和新型尾砂膠結(jié)材料充填，礦井漏風(fēng)比較容易控制，所以內(nèi)、外部漏風(fēng)系數(shù)分別取1.10，1.15。經(jīng)計(jì)算：Q=244.89 m3/s。因此，礦井總需風(fēng)量為244.89 m3/s。

2）降溫需風(fēng)量。三鑫金銅礦為深井礦山，實(shí)測(cè)風(fēng)溫?cái)?shù)據(jù)顯示，-870 m及以下的中段風(fēng)流溫度均達(dá)到28 ℃～31 ℃。故除考慮正常條件通風(fēng)外，同時(shí)也需考慮地溫影響。為降溫而增加的風(fēng)量可按照式（2）估算：

ΔQi=Qsti-tc[]tc（2）

式中：ΔQi為工作面所需增加風(fēng)量（m3/s）;Qs為工作面實(shí)際風(fēng)量（m3/s）;ti為工作面末端風(fēng)流溫度（℃）;tc為工作面允許的最高氣溫，取28 ℃。

考慮現(xiàn)階段及困難時(shí)期深部生產(chǎn)中段不同，分別對(duì)現(xiàn)階段、困難時(shí)期各中段分配正常需風(fēng)量，在此基礎(chǔ)上計(jì)算2個(gè)時(shí)期的深部中段降溫需風(fēng)量分別為5.19 m3/s、17.69 m3/s。

2.3 礦井總需風(fēng)量校核

1）按萬(wàn)噸耗風(fēng)量校核礦井總需風(fēng)量。三鑫金銅礦年生產(chǎn)能力平均約99萬(wàn)t，可得現(xiàn)階段礦井萬(wàn)噸耗風(fēng)量為2.53 m3/s，困難時(shí)期礦井萬(wàn)噸耗風(fēng)量為2.65 m3/s。滿足大型礦井萬(wàn)噸耗風(fēng)量1.2～3.5 m3/s的要求。

2）按井下最大班作業(yè)人數(shù)校核礦井總需風(fēng)量。根據(jù)規(guī)定，按照井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算礦井總需風(fēng)量時(shí)，供給新鮮風(fēng)量不得少于4 m3/（min·人），現(xiàn)井下同時(shí)工作最多為640人，計(jì)算得通風(fēng)系統(tǒng)礦井總需風(fēng)量為42.67 m3/s，遠(yuǎn)小于250.08 m3/s及262.58 m3/s。因此，計(jì)算的礦井總需風(fēng)量符合安全規(guī)程要求。

綜上，核定的通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)階段總需風(fēng)量為250.08 m3/s，困難時(shí)期系統(tǒng)總需風(fēng)量為262.58 m3/s。

2.4 優(yōu)化方案選擇

根據(jù)礦山現(xiàn)有系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)中段多、通風(fēng)線路復(fù)雜、風(fēng)流難以控制等特點(diǎn)，同時(shí)考慮對(duì)雞冠咀礦區(qū)和桃花嘴礦區(qū)的通風(fēng)阻力平衡，按照現(xiàn)階段（又稱“前期”，即按照現(xiàn)有生產(chǎn)布局）和后期（指井下生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到深部中段，主要作業(yè)區(qū)域延深到-570 m中段以下相關(guān)中段）進(jìn)行對(duì)比，共提出3種礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案：方案Ⅰ，井下多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng);方案Ⅱ，全井下集中通風(fēng)系統(tǒng);方案Ⅲ，前期井下集中+后期多級(jí)機(jī)站接力通風(fēng)系統(tǒng)。

2.4.1 方案Ⅰ

1）風(fēng)量分配及網(wǎng)絡(luò)解算。該方案仍采用現(xiàn)有多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式，在井下各中段回風(fēng)石門(mén)處設(shè)置機(jī)站，地表不設(shè)置風(fēng)機(jī)?，F(xiàn)階段井下多風(fēng)機(jī)多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)方案見(jiàn)圖2。

現(xiàn)階段仍考慮利用-160 m水平18勘探線風(fēng)機(jī)作為Ⅰ級(jí)機(jī)站向一采區(qū)壓風(fēng)。雞冠咀礦區(qū)Ⅱ級(jí)機(jī)站分別設(shè)置在-270 m、-370 m、-470 m、-570 m、-870 m、-920 m、-970 m中段30勘探線回風(fēng)石門(mén)處。桃花嘴礦區(qū)Ⅱ級(jí)機(jī)站分別設(shè)置在-370 m、-420 m、-470 m、-520 m、-570 m中段7勘探線回風(fēng)石門(mén)處。根據(jù)采掘工作面分布情況及各中段產(chǎn)能貢獻(xiàn)，對(duì)雞冠咀礦區(qū)和桃花嘴礦區(qū)各中段需風(fēng)量進(jìn)行分配，現(xiàn)階段2個(gè)礦區(qū)各級(jí)機(jī)站風(fēng)量分配見(jiàn)表1。經(jīng)解算，現(xiàn)階段各回風(fēng)石門(mén)、-270 m溜井回風(fēng)巷處裝機(jī)風(fēng)量及負(fù)壓見(jiàn)表2。同時(shí)，對(duì)后期井下通風(fēng)情況進(jìn)行調(diào)整，后期多級(jí)機(jī)站布置見(jiàn)圖3。

2）自然風(fēng)壓計(jì)算。礦井自然風(fēng)壓作為礦井通風(fēng)動(dòng)力的重要組成部分，既可以促進(jìn)主要風(fēng)機(jī)的機(jī)械通風(fēng)，也會(huì)在一定條件下阻礙機(jī)械通風(fēng)，甚至?xí)沟玫V井風(fēng)流反向。因此，了解和掌握自然風(fēng)壓的作用規(guī)律，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化具有重要意義。

根據(jù)自然風(fēng)壓經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得：夏季自然風(fēng)壓pzs=-63.46 Pa，冬季自然風(fēng)壓pzw =68.62 Pa。夏季自然風(fēng)壓為阻力，冬季為動(dòng)力。因此，計(jì)算阻力時(shí)自然風(fēng)壓應(yīng)按63.46 Pa考慮。

2.4.2 方案Ⅱ

1）風(fēng)量分配及網(wǎng)絡(luò)解算。該方案在-270 m中段30勘探線回風(fēng)石門(mén)和-370 m中段7勘探線回風(fēng)石門(mén)處向下新掘倒段風(fēng)井與下部相鄰中段回風(fēng)石門(mén)貫通。在30勘探線回風(fēng)井-270～-370 m井筒段和7勘探線回風(fēng)井-370～-420 m井筒段設(shè)置蓋板封閉。主扇安裝在-270 m中段30勘探線回風(fēng)井與倒段風(fēng)井間新掘風(fēng)機(jī)硐室和-370 m中段7勘探線回風(fēng)井與倒段風(fēng)井間新掘風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)?，F(xiàn)階段及困難時(shí)期均通過(guò)在中段回風(fēng)石門(mén)處設(shè)置風(fēng)門(mén)或調(diào)節(jié)風(fēng)窗輔助分風(fēng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)配。調(diào)配后各中段分風(fēng)效果同方案Ⅰ。通風(fēng)系統(tǒng)見(jiàn)圖4?，F(xiàn)階段及困難時(shí)期2個(gè)裝機(jī)點(diǎn)風(fēng)量及負(fù)壓分別見(jiàn)表3、表4。

2）自然風(fēng)壓計(jì)算。自然風(fēng)壓計(jì)算同方案Ⅰ，計(jì)算阻力時(shí)自然風(fēng)壓取63.46 Pa。

3）主扇風(fēng)機(jī)選型。根據(jù)集中通風(fēng)風(fēng)機(jī)選型要求，風(fēng)機(jī)選型需按照困難時(shí)期風(fēng)量、負(fù)壓選型。根據(jù)表3、表4中風(fēng)量、負(fù)壓數(shù)據(jù)，對(duì)方案Ⅱ風(fēng)機(jī)選型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5，風(fēng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表6。

2.4.3 方案Ⅲ

1）風(fēng)量分配及網(wǎng)絡(luò)解算。該方案主要考慮到解決前期方案Ⅰ存在多級(jí)機(jī)站裝機(jī)點(diǎn)多，以及方案Ⅱ中前期裝機(jī)功率大、效率低的問(wèn)題，結(jié)合方案Ⅰ和方案Ⅱ的優(yōu)點(diǎn)。

前期在-270 m中段30勘探線和-370 m中段7勘探線回風(fēng)石門(mén)處向下新掘倒段風(fēng)井與下部相鄰中段回風(fēng)石門(mén)貫通。在30勘探線回風(fēng)井-270 ～-370 m井筒段和7勘探線回風(fēng)井-370～-420 m井筒段設(shè)置蓋板封閉。主扇安裝在-270 m中段30勘探線回風(fēng)井與倒段風(fēng)井間新掘風(fēng)機(jī)硐室和-370 m中段7勘探線回風(fēng)井與倒段風(fēng)井間新掘風(fēng)機(jī)硐室內(nèi)?，F(xiàn)階段在中段回風(fēng)石門(mén)處設(shè)置風(fēng)門(mén)或調(diào)節(jié)風(fēng)窗輔助分風(fēng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)配，滿足現(xiàn)階段生產(chǎn)通風(fēng)需求。根據(jù)采掘工作面分布情況及各中段產(chǎn)能貢獻(xiàn)，對(duì)雞冠咀礦區(qū)和桃花嘴礦區(qū)各中段需風(fēng)量進(jìn)行分配。經(jīng)解算，現(xiàn)階段各裝機(jī)點(diǎn)風(fēng)量及負(fù)壓見(jiàn)表7。根據(jù)表7中風(fēng)量、負(fù)壓數(shù)據(jù)，結(jié)合自然風(fēng)壓，對(duì)方案Ⅲ現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)選型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表8，現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表9。

困難時(shí)期則設(shè)置二級(jí)機(jī)站接力。前期在-270 m中段30勘探線回風(fēng)石門(mén)處、-370 m中段7勘探線回風(fēng)石門(mén)處設(shè)置的較小功率主扇保持不變，作為Ⅱ級(jí)機(jī)站接力。深部Ⅰ級(jí)機(jī)站分別設(shè)置在雞冠咀礦區(qū)-570 m、-770 m、-820 m、-870 m、-920 m中段30勘探線回風(fēng)石門(mén)處，以及桃花嘴礦區(qū)-670 m、-720 m、-770 m中段7勘探線回風(fēng)石門(mén)處。風(fēng)量分配、風(fēng)機(jī)選型同方案Ⅰ困難時(shí)期。

2.4.4 優(yōu)化方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

綜合考慮現(xiàn)階段及困難時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)，3個(gè)優(yōu)化方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表10。由表10可知：方案Ⅰ可比總投資最大、工期最長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)多、管理困難。方案Ⅲ總投資雖高于方案Ⅱ，但前期在井下采用主扇集中通風(fēng)，滿足前期通風(fēng)要求;節(jié)省前期工程及風(fēng)機(jī)設(shè)備投資，無(wú)需征地，方便通風(fēng)管理，后期繼續(xù)利用前期主扇作為Ⅱ級(jí)機(jī)站接力;可比年經(jīng)營(yíng)費(fèi)及費(fèi)用現(xiàn)值最低。故最終推薦采用方案Ⅲ，即前期井下集中+后期多級(jí)機(jī)站接力通風(fēng)系統(tǒng)方案。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造及應(yīng)用

3.1 改造工程

依據(jù)通過(guò)評(píng)審的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段通風(fēng)系統(tǒng)改造工程包括回風(fēng)斜坡道、風(fēng)機(jī)硐室、風(fēng)機(jī)變電硐室、中段通風(fēng)構(gòu)筑物布置、回風(fēng)井筒封閉、風(fēng)門(mén)和調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)等。

1）新掘回風(fēng)斜坡道。分別在-270 m中段30勘探線回風(fēng)石門(mén)處、-370 m中段7勘探線回風(fēng)石門(mén)處向下新掘回風(fēng)斜坡道，分別與30勘探線回風(fēng)井、7勘探線回風(fēng)井貫通。

2）封閉井筒。分別在30勘探線回風(fēng)井-270 m中段馬頭門(mén)底板平齊的井筒內(nèi)、7勘探線回風(fēng)井-370 m中段馬頭門(mén)底板平齊的井筒內(nèi)設(shè)置蓋板封閉。雞冠咀礦區(qū)-270 m中段下部回風(fēng)流經(jīng)30勘探線回風(fēng)井→1號(hào)回風(fēng)斜坡道→-270 m中段30勘探線風(fēng)機(jī)硐室→30勘探線回風(fēng)井→地表。桃花嘴礦區(qū)-370 m中段下部回風(fēng)流經(jīng)7勘探線回風(fēng)井→2號(hào)回風(fēng)斜坡道→-370 m中段7勘探線風(fēng)機(jī)硐室→7勘探線回風(fēng)井→地表。

3）新掘風(fēng)機(jī)硐室、風(fēng)機(jī)變電硐室及新增風(fēng)機(jī)。①在-270 m中段30勘探線回風(fēng)井與1號(hào)回風(fēng)斜坡道間的回風(fēng)石門(mén)段新掘-270 m中段30勘探線風(fēng)機(jī)硐室、風(fēng)機(jī)變電硐室，安裝2臺(tái)DK40-6-№22（2×185 kW）型主扇并聯(lián)。②在-370 m中段7勘探線回風(fēng)井與2號(hào)回風(fēng)斜坡道間的回風(fēng)石門(mén)段新掘-370 m中段7勘探線風(fēng)機(jī)硐室、風(fēng)機(jī)變電硐室，安裝1臺(tái)DK40-6-№22（2×185 kW）型主扇。③在-270 m中段溜井回風(fēng)巷內(nèi)布置1個(gè)風(fēng)機(jī)硐室，安裝1臺(tái)K40-6-№14（30 kW）型輔扇。

4）風(fēng)機(jī)控制。所裝主、輔扇控制方式采用遠(yuǎn)程控制和就地控制，在設(shè)備就近控制箱或控制柜上設(shè)置選擇開(kāi)關(guān)，進(jìn)行“遠(yuǎn)程”“就地”控制模式切換，并設(shè)置“檢修”檔位，便于設(shè)備檢修。地面可遠(yuǎn)程手動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)。

5）風(fēng)量調(diào)配?，F(xiàn)階段在中段回風(fēng)石門(mén)處設(shè)置風(fēng)門(mén)或調(diào)節(jié)風(fēng)窗輔助分風(fēng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)配。

3.2 改造后通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)定效果評(píng)價(jià)

對(duì)三鑫金銅礦井下16個(gè)中段和地表7條進(jìn)回風(fēng)井的風(fēng)量、負(fù)壓、風(fēng)溫、風(fēng)流密度、標(biāo)高等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。

1）礦井總風(fēng)量。礦井總風(fēng)量為242.30 m3/s。通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)階段總需風(fēng)量為250.08 m3/s。實(shí)測(cè)總風(fēng)量與設(shè)計(jì)總需風(fēng)量誤差僅3.1 %，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足生產(chǎn)要求。

2）進(jìn)回風(fēng)風(fēng)速。實(shí)測(cè)各生產(chǎn)中段總進(jìn)風(fēng)石門(mén)風(fēng)速均為0.80～2.10 m/s，總回風(fēng)石門(mén)風(fēng)速為9.40～9.83 m/s，其余各中段回風(fēng)石門(mén)風(fēng)速均為0.55～4.40 m/s，中段各巷道內(nèi)風(fēng)速多為0.30～2.80 m/s，中段各進(jìn)回風(fēng)巷道風(fēng)速均滿足規(guī)范要求，且與設(shè)計(jì)優(yōu)化值基本吻合。

3）礦井有效風(fēng)量率。實(shí)測(cè)礦井有效風(fēng)量率達(dá)81.33 %，大于60 %，滿足規(guī)范要求，且優(yōu)化后礦井有效風(fēng)量率大大提升。

4）風(fēng)速合格率。測(cè)定礦井風(fēng)速（風(fēng)量）合格率為76.32 %，大于60 %，總體合格，滿足規(guī)范要求。井下所測(cè)定的16個(gè)中段中，13個(gè)合格，3個(gè)不合格。各主要進(jìn)回風(fēng)井風(fēng)速均合格，達(dá)到優(yōu)化目的。

5）風(fēng)機(jī)效率?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的3臺(tái)主扇風(fēng)機(jī)效率均在85 %以上，遠(yuǎn)高于規(guī)范要求的70 %，主扇風(fēng)機(jī)均在高效率區(qū)運(yùn)行。

4 結(jié) 論

1）通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)方案的優(yōu)選評(píng)定及井下工程實(shí)踐，三鑫金銅礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后井下通風(fēng)有效風(fēng)量率、風(fēng)速合格率、風(fēng)機(jī)效率等都有明顯改善，特別是井下作業(yè)中段通風(fēng)現(xiàn)狀，達(dá)到了通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的預(yù)期。

2）現(xiàn)階段采用井下集中抽出式通風(fēng)方式，井下處于負(fù)壓狀態(tài)，有效解決了主中段反風(fēng)及風(fēng)流紊亂問(wèn)題，總進(jìn)風(fēng)量和總回風(fēng)量有根本性改善，但必須要嚴(yán)格控制漏風(fēng)，特別是控制新主井及老主井進(jìn)風(fēng)量，以確保設(shè)計(jì)的副井和專用進(jìn)風(fēng)井的進(jìn)風(fēng)量。

3）井下集中抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，日常管理的重點(diǎn)在于風(fēng)量的分配與調(diào)節(jié)，核心在于通風(fēng)構(gòu)筑物的管理。風(fēng)量分配一要控制雞冠咀礦區(qū)和桃花嘴礦區(qū)的風(fēng)量分配;二要通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)窗增阻調(diào)節(jié)方式與井下通風(fēng)風(fēng)路的改造減阻方式，調(diào)節(jié)上下中段之間的風(fēng)量分配;三要隨著采掘作業(yè)面與作業(yè)中段的變化，及時(shí)調(diào)節(jié)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施動(dòng)態(tài)管理，定期做好通風(fēng)檢測(cè)工作。

總之，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化管理不是一勞永逸，需要實(shí)施動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)采掘作業(yè)面的變化，及時(shí)調(diào)節(jié)通風(fēng)構(gòu)筑物的設(shè)置位置，不斷根據(jù)通風(fēng)阻力及風(fēng)量測(cè)定結(jié)果優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，以改善采掘供充支等作業(yè)地點(diǎn)的作業(yè)環(huán)境，確保通風(fēng)效果。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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Abstract：The previously adopted multi-level station ventilation of Sanxin Gold-Copper Mine encounters insufficient overall shaft air flow，inefficient fan operation，backflow and bad ventilation in certain levels with downward extension and increasing numbers of operation levels.Based on checking of overall airflow demand，the study correspon-dingly put forward 3 ventilation system optimization plans.By quantitative and qualitative analysis and comparison and calculation with Ventsim 3D dynamic simulation software，the ventilation plan of underground centralization in earlier stage+multi-level station relay in late stage is selected.With the implementation of the optimized selection plan，the overall airflow and the air flow rate of inflow and outflow all meet the design requirement according to ventilation verification.The effective airflow rate reaches 81.33 %.The main fan operation efficiency reaches over 85 %，running in high efficiency range.The ventilation is notably improved.

Keywords：deep mining;ventilation system;multi-level station;underground centralization;Ventsim 3D dynamic simulation software