李印洪

（湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

金屬礦山井下局部通風(fēng)的目的是為金屬礦山井下作業(yè)場(chǎng)所提供合格空氣，排出生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所有毒有害物質(zhì)，調(diào)節(jié)生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所空氣環(huán)境，是井下通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，貫穿于金屬礦山的整個(gè)井下生產(chǎn)周期。我國(guó)自1953年華銅銅礦建立第一個(gè)井下通風(fēng)系統(tǒng)以來(lái)［1］，井下局部通風(fēng)方法及設(shè)備研究進(jìn)展迅速，根據(jù)《采礦手冊(cè)》（冶金工業(yè)出版社1988年版）的介紹，當(dāng)時(shí)局部通風(fēng)方法有總風(fēng)壓通風(fēng)、擴(kuò)散通風(fēng)、引射器通風(fēng)、高壓風(fēng)通風(fēng)、局扇通風(fēng)（壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)、混合式通風(fēng)），之后由于礦山生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)工程施工技術(shù)的發(fā)展，局部通風(fēng)出現(xiàn)了風(fēng)庫(kù)通風(fēng)、并聯(lián)通風(fēng)、鉆孔通風(fēng)、雙巷平行掘進(jìn)通風(fēng)［2］、智能局部通風(fēng)技術(shù)及成套裝備［3］、局部可控循環(huán)風(fēng)通風(fēng)［4］，變頻局扇通風(fēng)［5］等新的局部通風(fēng)方法、局部通風(fēng)設(shè)備、局部通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行管理方法。隨著我國(guó)礦山開(kāi)采事業(yè)的發(fā)展，原有探明的淺近地表資源所剩無(wú)幾，深部勘探及開(kāi)采、超深部勘探及開(kāi)采已經(jīng)成為一個(gè)發(fā)展方向，同時(shí)大風(fēng)量、高風(fēng)壓主扇的開(kāi)發(fā)和投入使用，井下主扇作業(yè)區(qū)域越來(lái)越大，由此產(chǎn)生了基建時(shí)期對(duì)遠(yuǎn)距離局扇通風(fēng)技術(shù)裝備的研究和大斷面局部通風(fēng)方法研究。金屬礦山局部通風(fēng)方法根據(jù)使用設(shè)備與否分為主風(fēng)壓通風(fēng)與局部設(shè)備通風(fēng)兩個(gè)大項(xiàng)；在通風(fēng)時(shí)期上，分為基建時(shí)期局部通風(fēng)與礦山生產(chǎn)時(shí)期的局部通風(fēng)；在局部通風(fēng)方式上又可以根據(jù)設(shè)備相互作用的不同分成若干項(xiàng)。通風(fēng)任務(wù)、通風(fēng)方法均有不同。

1 不同局部通風(fēng)方式簡(jiǎn)介

目前金屬礦山使用的局部通風(fēng)方式有多種，按時(shí)期分為礦山基建時(shí)期局部通風(fēng)和礦山生產(chǎn)時(shí)期局部通風(fēng)。

1.1 礦山基建時(shí)期局部通風(fēng)

礦山基建建設(shè)時(shí)期，主要是指礦山開(kāi)拓工程和輔助性生產(chǎn)設(shè)施的建設(shè)時(shí)期，通過(guò)基建建設(shè)形成礦山采選生產(chǎn)基本條件，如井下需形成開(kāi)拓、運(yùn)輸、供電、供氣、供水、排水、通風(fēng)、充填八大系統(tǒng)。由于主通風(fēng)系統(tǒng)尚未形成，局部通風(fēng)負(fù)責(zé)將地面新鮮空氣送入作業(yè)面，同時(shí)排出井下污濁空氣，主要有高壓風(fēng)通風(fēng)、局扇通風(fēng)及高壓風(fēng)局扇混合通風(fēng)三種類型。

1.1.1 高壓風(fēng)局部通風(fēng)法

在礦山基建施工中，鑿巖、鏟運(yùn)等工序會(huì)使用風(fēng)動(dòng)設(shè)備，需要用到壓縮空氣，壓力為0.4～0.7 MPa，由空壓機(jī)設(shè)備提供，因作業(yè)點(diǎn)使用設(shè)備臺(tái)數(shù)的限制，壓縮空氣設(shè)備產(chǎn)能有富余，在局扇通風(fēng)力不能及時(shí)，壓縮空氣能為作業(yè)面提供局部通風(fēng)使用，高壓風(fēng)局部通風(fēng)在礦山生產(chǎn)過(guò)程中也經(jīng)常使用，其通風(fēng)方法如圖1所示。

根據(jù)礦山設(shè)備的使用要求，高壓風(fēng)的壓力不同，但空壓機(jī)的出口壓力一般是額定數(shù)值為0.7～1.2 MPa，通過(guò)儲(chǔ)氣罐的出口壓力調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)供風(fēng)設(shè)備與用風(fēng)設(shè)備的銜接。因高壓風(fēng)壓力是常規(guī)空氣壓力的數(shù)倍，故其供風(fēng)量的計(jì)算公式為：

式中：Q1為工作面風(fēng)量／m3·s-1；A為高壓風(fēng)壓力／MPa；Q2為高壓風(fēng)風(fēng)量／m3·min-1。

空壓機(jī)局部通風(fēng)技術(shù)因供風(fēng)壓力大，所以供風(fēng)距離長(zhǎng)，漏風(fēng)率低，供風(fēng)管徑小不影響生產(chǎn)布置，供風(fēng)溫度低，能夠兼顧作業(yè)用風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，在解決礦山井下基建局部通風(fēng)困難上得到廣泛運(yùn)用，在某些井下生產(chǎn)偏僻場(chǎng)所也經(jīng)常使用，以110 kW螺桿式空壓機(jī)為例，其供風(fēng)量為21 m3／min（可以帶動(dòng)7臺(tái)氣腿式鑿巖機(jī)作業(yè)），供風(fēng)壓力為0.75 MPa，按照公式（1）的計(jì)算，能為作業(yè)面提供2.625 m3／s的風(fēng)量，以0.2 m／s的排塵風(fēng)速計(jì)算，僅能滿足13 m2井巷斷面掘進(jìn)的局部通風(fēng)需求，由此可以看出能耗高、風(fēng)管鋪設(shè)費(fèi)用大、時(shí)間長(zhǎng)，是高壓風(fēng)局部通風(fēng)的缺點(diǎn)，故而限制了高壓風(fēng)局部通風(fēng)方法的使用范圍，一般作為局部通風(fēng)的輔助手段。

1.1.2 局扇局部通風(fēng)法

與生產(chǎn)時(shí)期局部通風(fēng)法相同的是，基建時(shí)期局扇局部通風(fēng)也分為壓入式、抽出式、混合式等幾種。其區(qū)別是壓入式通風(fēng)新鮮風(fēng)流由風(fēng)管進(jìn)入作業(yè)面，污風(fēng)由掘進(jìn)巷道排出；抽出式的新鮮風(fēng)流由巷道進(jìn)入，污風(fēng)由風(fēng)管排出；混合式通風(fēng)主要是解決作業(yè)面爆破時(shí)容易崩壞抽出式局扇設(shè)備所使用的一種局部通風(fēng)方法。其風(fēng)流組織如圖2所示。

在局扇局部通風(fēng)的三種模式中，有爆炸性氣體威脅的礦井（如煤礦）、有放射性粉塵危害的礦井（如氡子體）只能使用局扇壓入式局部通風(fēng)方法。

圖2 局扇局部通風(fēng)法示意圖

1.1.3 高壓風(fēng)局扇混合局部通風(fēng)法

高壓風(fēng)局扇混合局部通風(fēng)主要使用局扇局部通風(fēng)，同時(shí)將高壓風(fēng)作為局部通風(fēng)新鮮風(fēng)流的一部分考慮。

1.2 礦山生產(chǎn)時(shí)期局部通風(fēng)

在礦山生產(chǎn)時(shí)期，礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)形成，局部通風(fēng)的目的是從主進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中取得新鮮風(fēng)流供應(yīng)工作面生產(chǎn)需要，同時(shí)將工作面產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)排入主回風(fēng)風(fēng)流中，擔(dān)負(fù)著調(diào)整改善工作面空氣質(zhì)量，保障礦山作業(yè)人員安全的重要任務(wù)。工作面分布在礦山生產(chǎn)區(qū)域不同位置，距離礦井通風(fēng)系統(tǒng)主風(fēng)流遠(yuǎn)近也存在差別，故而每個(gè)礦山根據(jù)自身實(shí)際情況衍生出了較多的局部通風(fēng)方法，如風(fēng)庫(kù)通風(fēng)、并聯(lián)通風(fēng)、鉆孔通風(fēng)、雙巷平行掘進(jìn)通風(fēng)、智能局部通風(fēng)技術(shù)及成套裝備、局部可控循環(huán)風(fēng)通風(fēng)、變頻局扇通風(fēng)等新的局部通風(fēng)方法，這其中智能局部通風(fēng)技術(shù)及成套裝備主要是為滿足煤礦的通風(fēng)需求，在非煤礦山的應(yīng)用不多。

1.2.1 風(fēng)庫(kù)局部通風(fēng)法

風(fēng)庫(kù)局部通風(fēng)法最初在長(zhǎng)距離巷道掘進(jìn)中得到使用，風(fēng)庫(kù)的作用是調(diào)節(jié)兩臺(tái)局扇的風(fēng)量匹配，防止上一級(jí)局扇風(fēng)量過(guò)大或不足，導(dǎo)致出現(xiàn)局部阻力過(guò)大或風(fēng)筒抽癟的情況發(fā)生，從而形成長(zhǎng)距離巷道掘進(jìn)的穩(wěn)定供風(fēng)。后續(xù)發(fā)展為一臺(tái)大風(fēng)量局扇供風(fēng)，數(shù)臺(tái)小風(fēng)量局扇接替為數(shù)個(gè)作業(yè)面供風(fēng)的新型局部通風(fēng)方式，較分風(fēng)器相比，存在供風(fēng)距離遠(yuǎn)，壓力不累積，供應(yīng)作業(yè)點(diǎn)數(shù)量可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)庫(kù)的形式多樣，可以是一段巷道，也可以是一個(gè)硐室，還可以是一個(gè)可以回收的鐵皮盒子，風(fēng)庫(kù)局部通風(fēng)法如圖3所示。風(fēng)庫(kù)局部通風(fēng)法在主要井筒基建完成后，進(jìn)行中段運(yùn)輸巷道開(kāi)拓時(shí)有較多使用。

1.2.2 鉆孔局部通風(fēng)法

圖3 風(fēng)庫(kù)局部通風(fēng)法示意圖

隨著井下規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，井下大直徑鉆孔設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，如天井鉆機(jī)掘進(jìn)、VCR爆破等，都需要深孔鉆機(jī)，當(dāng)長(zhǎng)距離巷道掘進(jìn)時(shí)上一中段存在相應(yīng)的巷道，可以考慮使用鉆孔局部通風(fēng)法，為達(dá)到良好的通風(fēng)效果，可以根據(jù)需要采用多個(gè)鉆孔。而使用吊罐法掘進(jìn)天井時(shí)，鉆孔局部通風(fēng)法為天井掘進(jìn)主要的局部通風(fēng)法。鉆孔局部通風(fēng)法如圖4所示。鉆孔局部通風(fēng)法的限制條件為：鉆孔長(zhǎng)度不大于20 m，無(wú)排水影響。

圖4 鉆孔局部通風(fēng)法示意圖

1.2.3 平行雙巷掘進(jìn)局部通風(fēng)法

當(dāng)有兩條平行巷道進(jìn)行長(zhǎng)距離掘進(jìn)時(shí)，可隔一段距離掘進(jìn)貫通聯(lián)絡(luò)巷，在局扇的配合下，形成平行巷道掘進(jìn)局部通風(fēng)法，如圖5所示。

圖5 平行雙巷掘進(jìn)局部通風(fēng)法示意圖

1.2.4 可控循環(huán)風(fēng)局部通風(fēng)法

當(dāng)作業(yè)面新鮮風(fēng)流供應(yīng)量小，可以使用部分風(fēng)流循環(huán)使用的辦法來(lái)滿足臨時(shí)作業(yè)的局部通風(fēng)需求，可控循環(huán)風(fēng)局部通風(fēng)法如圖6所示。

設(shè)作業(yè)面風(fēng)量為Qf，新鮮風(fēng)量為Qo，循環(huán)風(fēng)量為Qc，三者之間的關(guān)系為：

循環(huán)風(fēng)局部通風(fēng)在礦山偏遠(yuǎn)作業(yè)面有極大的經(jīng)濟(jì)性，在主風(fēng)流不能滿足作業(yè)面通風(fēng)需求時(shí)，通過(guò)增加局扇風(fēng)量的做法來(lái)滿足作業(yè)面通風(fēng)風(fēng)量需求，但是應(yīng)該滿足一定的條件，即進(jìn)入作業(yè)面的風(fēng)流中有毒有害物質(zhì)、溫度不能超過(guò)井下安全規(guī)程中的相關(guān)要求，故而需要對(duì)循環(huán)風(fēng)流中有毒有害物質(zhì)進(jìn)行凈化，同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)流中有毒有害物質(zhì)濃度進(jìn)行監(jiān)控，確保作業(yè)面作業(yè)人員的安全。國(guó)外局部循環(huán)風(fēng)通風(fēng)的研究認(rèn)為，當(dāng)Qc／Qf（循環(huán)率）小于30%時(shí)，局部循環(huán)風(fēng)通風(fēng)是能夠被接受的。

圖6 可控循環(huán)風(fēng)局部通風(fēng)法示意圖

2 不同局部通風(fēng)方式適用的場(chǎng)所簡(jiǎn)介

由上述可知，我國(guó)近年來(lái)礦山井下開(kāi)采生產(chǎn)實(shí)踐所采用的局部通風(fēng)類型種類繁多，優(yōu)缺點(diǎn)各有千秋，適用場(chǎng)所也有不同，見(jiàn)表1。

除表1所列局部通風(fēng)方法，根據(jù)通風(fēng)目的及使用設(shè)備組成的不同，尚有智能局部通風(fēng)、制冷局部通風(fēng)等獨(dú)特的局部通風(fēng)方式，需要礦山生產(chǎn)單位根據(jù)自身情況，制定適合本單位的局部通風(fēng)方式，達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效改善井下作業(yè)場(chǎng)所空氣環(huán)境，從而保障井下作業(yè)人員安全的目的。

表1 局部通風(fēng)方式適用場(chǎng)所一覽表

3 總 結(jié)

礦山企業(yè)開(kāi)采作業(yè)對(duì)象存在特殊性，即每個(gè)礦山礦體賦存條件、礦巖物理性質(zhì)都具有特殊性，唯一性。故而同一種采礦方法在不同的礦山也表現(xiàn)多樣，存在不同的設(shè)計(jì)、參數(shù)、生產(chǎn)組織。同理，附屬于礦山生產(chǎn)而存在的局部通風(fēng)方法也是多種多樣，可以依據(jù)作業(yè)面所處的環(huán)境、作業(yè)面本身的特征，選取合適的局部通風(fēng)方法，當(dāng)然也可以充分利用現(xiàn)有工程，或者根據(jù)通風(fēng)設(shè)備及器材的進(jìn)步，創(chuàng)新局部通風(fēng)方法，引導(dǎo)礦山開(kāi)采行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展。