路燕澤 王福全 楊志強(qiáng) 尹愛民

（河北鋼鐵集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司）

中關(guān)鐵礦采用主、副井開拓方案，前期開采-230 m以上水平。采用兩翼對角式通風(fēng)，南北兩端分別布置南、北風(fēng)井，礦井通風(fēng)方式為抽出式、混合式通風(fēng)，新鮮風(fēng)流由副井、中段平巷、天井等進(jìn)入井下各工作面，清洗工作面污風(fēng)后，通過-110 m 回風(fēng)巷道、兩翼南、北風(fēng)井排出地表。前期礦井采場礦塊分為4個盤區(qū)，每個盤區(qū)設(shè)有通風(fēng)天井，共設(shè)有T5、T6、T7、T8 共4 條通風(fēng)天井。隨著礦井井巷開拓工程的收尾和試生產(chǎn)的進(jìn)行，中關(guān)鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)逐漸處于風(fēng)流混亂、風(fēng)速不穩(wěn)定、成本高的運(yùn)行狀態(tài)。為改善井下作業(yè)環(huán)境［1］，保證礦井安全生產(chǎn)，急需對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 主扇、局扇及各中段通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置

（1）礦井風(fēng)井設(shè)置情況詳見表1。

（2）主通風(fēng)機(jī)。南、北回風(fēng)井-110 m 中段馬頭門附近分別設(shè)置風(fēng)機(jī)硐室，各選用2 臺DK45-6-No19型礦用節(jié)能軸流通風(fēng)機(jī)并聯(lián)安裝，每臺風(fēng)機(jī)配2臺變頻電機(jī)，電機(jī)功率200 kW/臺，電壓380 V，風(fēng)機(jī)效率75%，噪聲小于85 dB（A）。

（3）各中段通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置情況。-110 m 中段北風(fēng)井馬頭門設(shè)置了永久調(diào)量風(fēng)門［2］，人行回風(fēng)天井及南風(fēng)井均無擋風(fēng)墻或風(fēng)門；-170 m 中段南、北風(fēng)井馬頭門區(qū)域均設(shè)置了永久調(diào)量風(fēng)門，人行回風(fēng)天井處無擋風(fēng)墻或風(fēng)門；-230 m 中段北風(fēng)井馬頭門設(shè)置了風(fēng)門；-245 m 中段北風(fēng)井馬頭門區(qū)域設(shè)置了永久調(diào)量風(fēng)門，人行回風(fēng)天井馬頭門處無擋風(fēng)墻或風(fēng)門；-260 m 中段馬頭門區(qū)域設(shè)置了永久調(diào)量風(fēng)門，人行回風(fēng)天井及主井均無無擋風(fēng)墻或風(fēng)門；-409 m 中段人行天井設(shè)置了永久調(diào)量風(fēng)門，主井未設(shè)置擋風(fēng)墻；-448 m 中段行人天井及電梯井附近設(shè)置了風(fēng)門；-488 m中段未設(shè)置風(fēng)門。

（4）各中段局扇安裝情況。井下破碎硐室、井下皮帶道，井下粉礦回收巷，-170、-230、-245 m 采區(qū)變電所，-260 m 水泵房及中央變電所等共設(shè)置13 臺局扇，型號分別為DJK50-No.6.5、K40-4-No.13、K40-4-No.10、JK58-1No.4、JK58-2No.4、JK55-2No.4.5 等。出礦巷道、穿孔鑿巖和巷道掘進(jìn)等工作面為獨(dú)頭作業(yè)，由采礦外委單位零散設(shè)置局扇。

1.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

（1）對各主要中段風(fēng)速進(jìn)行實(shí)測，數(shù)據(jù)詳見表2。

（2）各中段通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析。①-110 m 中段南、北風(fēng)井主風(fēng)機(jī)均正常運(yùn)行；副井聯(lián)絡(luò)道處風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，行人天井、南風(fēng)井及6#、7#、8#通風(fēng)天井進(jìn)風(fēng)，北風(fēng)井回風(fēng)。②-170 中段下盤5#鑿巖硐室聯(lián)巷開口處由外委采礦單位安裝1 臺55 kW 臨時風(fēng)機(jī)，局部通風(fēng)機(jī)的不規(guī)范設(shè)置使得上下盤部分風(fēng)流產(chǎn)生循環(huán)，影響通風(fēng)效果；炸藥庫回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)置1 臺11 kW局扇，無導(dǎo)向風(fēng)筒，風(fēng)機(jī)未開；副井、南風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，行人天井，6#、7#、8#通風(fēng)天井回風(fēng)，風(fēng)流整體在上下盤循環(huán)。③-230 m 中段北風(fēng)井、南風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，副井無明顯風(fēng)流，上下盤及通風(fēng)天井也無明顯風(fēng)流。④-245 m中段北風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，副井、通風(fēng)天井及其他區(qū)域無明顯風(fēng)流。⑤-260 m 中段北風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，副井出風(fēng)，人行天井出風(fēng)，主井反風(fēng)嚴(yán)重，風(fēng)流徹底混亂。⑥-409 m 中段人行天井區(qū)域設(shè)置了風(fēng)門，裝有1 臺15 kW 風(fēng)機(jī)，未開啟。副井馬頭門、行人天井、電梯井均無明顯風(fēng)流。⑦-448 m 中段無明顯風(fēng)流。⑧-488 m 中段無明顯風(fēng)流。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)存在問題

（1）主井冬季反風(fēng)嚴(yán)重。主井設(shè)計為不進(jìn)風(fēng)也不出風(fēng)，但每到冬季，主井反風(fēng)嚴(yán)重，造成主井提升系統(tǒng)電氣設(shè)備、井筒內(nèi)保護(hù)開關(guān)，井筒內(nèi)鋼絲繩等銹蝕嚴(yán)重，帶來極大的安全隱患。

（2）通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)計不合理。設(shè)計院在施工圖中并未給出各中段擋風(fēng)墻及風(fēng)門設(shè)計，目前現(xiàn)有的部分風(fēng)墻及風(fēng)門均為建設(shè)過程中零散配置，且存在風(fēng)門開向不合理等問題，造成風(fēng)流混亂［3］。

（3）局扇布置較少，局扇啟停未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一有序管理。設(shè)計院僅給出了井下部分硐室共計13臺局扇的設(shè)計，-170，-230，-245 m 中段副井至北風(fēng)井段均無法形成局部通風(fēng)，應(yīng)在相應(yīng)硐室內(nèi)適當(dāng)增加局扇；同時由外委單位負(fù)責(zé)的各工作面，局扇設(shè)置較為隨意，僅為形成局部小區(qū)域風(fēng)流循環(huán)而設(shè)，影響礦井整體通風(fēng)效果；整個礦井主扇、局扇啟停沒有統(tǒng)一規(guī)劃及管理，影響礦井整體通風(fēng)風(fēng)流流向及通風(fēng)穩(wěn)定性。

（4）未實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)自動調(diào)節(jié)，運(yùn)行成本高。礦井通風(fēng)監(jiān)測手段不足，無法實(shí)現(xiàn)局扇遠(yuǎn)程控制自動啟停，無法自動調(diào)解風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率及相應(yīng)風(fēng)門的開度大小，南、北風(fēng)井2 臺主通風(fēng)機(jī)長年24 h 高頻率段46 Hz 運(yùn)行，-260 m 及以下中段仍無明顯風(fēng)流，全年耗電量較高［2］。

2 優(yōu)化改進(jìn)措施

2.1 礦井整體風(fēng)流走向規(guī)化

規(guī)劃采區(qū)工作面通風(fēng)路線：地表新風(fēng)→副井→-245 m 中段巷道→需風(fēng)點(diǎn)→通風(fēng)天井→-110 m 水平回風(fēng)大巷→主扇→南、北回風(fēng)井→地表。規(guī)劃-409 m中段及以上通風(fēng)路線：地表新風(fēng)→副井→各水平中段巷道→需風(fēng)點(diǎn)→人行天井→-110 m 水平回風(fēng)大巷→主扇→南、北回風(fēng)井→地表。規(guī)劃-488 m 中段及以上通風(fēng)路線：地表新風(fēng)→副井→電梯井→各水平中段巷道→需風(fēng)點(diǎn)→人行天井→-110 m 水平回風(fēng)大巷→主扇→南、北回風(fēng)井→地表。具體風(fēng)流走向見圖1。

2.2 通風(fēng)構(gòu)筑物合理布置

為解決主井反風(fēng)問題，在主井各中段馬頭門處設(shè)置永久擋風(fēng)墻；為確保風(fēng)流走向，在人行天井及南北風(fēng)井各馬頭處增設(shè)永久調(diào)量風(fēng)門。優(yōu)化后永久擋風(fēng)墻及調(diào)量風(fēng)門分布情況詳見表3。

2.3 各中段局扇布設(shè)合理規(guī)劃

在-230 m 檢修硐室、-245 m 機(jī)車檢修硐室、-260 m 排泥硐室分別增加1 臺局扇，加強(qiáng)局部通風(fēng)；為確保炸藥庫通風(fēng)，在-170，-230 m 等工作面具體礦房位置要求外委單位增加局扇，確保工作面污風(fēng)由5#～8#通風(fēng)天井排至-110 m 回風(fēng)巷；同時加強(qiáng)主扇及局扇統(tǒng)一調(diào)度管理，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，統(tǒng)一調(diào)度各臺主扇及局扇啟停，確保整體通風(fēng)效果。

2.4 通風(fēng)數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測及自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化

（1）對現(xiàn)有風(fēng)門進(jìn)行自動化改造，現(xiàn)有風(fēng)門均為人工現(xiàn)場手動啟閉形式，將原手動風(fēng)門改造為采用壓縮空氣或液壓傳動的自動風(fēng)門，按風(fēng)流規(guī)劃方向遠(yuǎn)程操作風(fēng)門啟停，減輕工人勞動強(qiáng)度，確保風(fēng)流順暢。

（2）增加重要部位檢測儀表，根據(jù)需要在關(guān)鍵部位設(shè)置風(fēng)速傳感器、CO傳感器及溫濕度傳感器，完善現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)施，對變電所、風(fēng)機(jī)站等主要設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行全方位監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)預(yù)警及報警功能。

（3）將風(fēng)門的開/閉狀態(tài)信號、指令信號及開度信號，傳感器檢測信號，各局扇啟停信號等均與主扇PLC連接，利用現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場采集信息傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，在地表調(diào)度中心上位機(jī)上，值班人員及時掌握現(xiàn)場的實(shí)時信息，當(dāng)風(fēng)速超出正常范圍或有毒有害氣體超標(biāo)時，可發(fā)出報警信號。

（4）最終在地表調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)操作人員對井下通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作，并通過VOD 按需通風(fēng)軟件自動計算各巷道需風(fēng)量，將需求值與實(shí)際檢測值進(jìn)行比較，自動調(diào)解風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率及相應(yīng)風(fēng)門的開度大小，實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，達(dá)到礦井通風(fēng)系統(tǒng)自動、穩(wěn)定、節(jié)能運(yùn)行的目標(biāo)。

3 結(jié)論

此次改進(jìn)新建永久調(diào)量風(fēng)門8 道，永久擋風(fēng)墻3道，調(diào)整風(fēng)門風(fēng)向3 道，拆除擋風(fēng)墻1 道。同時對風(fēng)墻等進(jìn)行噴漿處理，保證了通風(fēng)設(shè)施的嚴(yán)密性，風(fēng)門漏風(fēng)點(diǎn)相對減少。各中段增設(shè)局扇11 臺，增設(shè)風(fēng)速傳感器18 臺，CO 傳感器26 臺，完善通風(fēng)PLC 控制系統(tǒng)，主扇在地表調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及自動調(diào)節(jié)，并對各中段局扇實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度管理。優(yōu)化后，礦井負(fù)壓相比優(yōu)化前下降203 MPa，風(fēng)量相比優(yōu)化前提高173 m3/min，有效降低了礦井通風(fēng)風(fēng)阻［4］；保證了主通風(fēng)機(jī)在最佳工況下運(yùn)行，主扇平均運(yùn)行頻率40 Hz 左右，運(yùn)行功率共下降了96 kW，每年可節(jié)省主扇電費(fèi)54.66萬元；礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流穩(wěn)定，保障了礦井正常安全生產(chǎn)［1］。