林喜村 紀(jì)旭波 初 嶸 劉曉通 許 峰 吳冷峻3

（1.山東恒邦冶煉股份有限責(zé)任公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

通風(fēng)系統(tǒng)作為礦山生產(chǎn)八大系統(tǒng)之一［1-2］，在保障井下人員呼吸的同時，還承擔(dān)井下作業(yè)面有毒有害氣體及粉塵的凈化，保障人員職業(yè)健康及礦山生產(chǎn)正常進(jìn)行［3-4］。通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)于井下生產(chǎn)，應(yīng)該隨著生產(chǎn)的變化而進(jìn)行調(diào)整［5-6］。

目前主要采用最優(yōu)斷面理論、風(fēng)量和風(fēng)質(zhì)測定及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)解算技術(shù)對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的內(nèi)容包含礦井總風(fēng)量、中段分配風(fēng)量、空氣環(huán)境質(zhì)量、有毒有害氣體含量及風(fēng)機(jī)工況等［7-10］。臘子溝金礦淺部資源開采基本完畢，生產(chǎn)重心調(diào)整至-360 m水平以下，由于生產(chǎn)重心的調(diào)整，礦山通風(fēng)系統(tǒng)與井下生產(chǎn)需求不匹配。為使通風(fēng)系統(tǒng)匹配井下生產(chǎn)，從礦井總風(fēng)量核算、通風(fēng)方式、機(jī)站設(shè)置及風(fēng)機(jī)選型等方面對臘子溝金礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化及改造。

1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 通風(fēng)方式

臘子溝金礦開拓有主豎井、輔助井、南風(fēng)井和北風(fēng)井，采用兩翼對角分區(qū)抽出式通風(fēng)。新鮮風(fēng)流從主豎井和輔助井流入井下，經(jīng)各中段主豎井石門進(jìn)入各中段采場作業(yè)面，污風(fēng)經(jīng)中段間天井分別返回至南北區(qū)回風(fēng)水平，經(jīng)南北回風(fēng)井排至地表。臘子 溝通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。

1.2 機(jī)站設(shè)置及風(fēng)機(jī)選型

礦井設(shè)置2個主回風(fēng)機(jī)站，1個輔助通風(fēng)機(jī)站。-240 m水平作為北區(qū)主回風(fēng)水平，設(shè)置主回風(fēng)機(jī)站于北風(fēng)井二級倒段井口石門處，風(fēng)機(jī)類型為K40-4-№15。-320 m水平作為南區(qū)主回風(fēng)水平，設(shè)置主回風(fēng)機(jī)站于南風(fēng)井三級倒段井聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，風(fēng)機(jī)類型為K40-6-№13。輔助回風(fēng)機(jī)站設(shè)置于-280 m水平99線回風(fēng)井聯(lián)巷，風(fēng)機(jī)類型為K40-4-№15。

1.3 通風(fēng)現(xiàn)狀分析

臘子溝金礦采用上向水平分層尾砂充填采礦法，生產(chǎn)規(guī)模為12×104t/a，設(shè)計礦井總風(fēng)量60 m3/s。以主豎井為分界線，主豎井以北為北區(qū)，以南為南區(qū)。目前生產(chǎn)重心調(diào)整為北區(qū)-360 m水平以下，南區(qū)無生產(chǎn)作業(yè)點。由于生產(chǎn)重心的調(diào)整，其通風(fēng)系統(tǒng)面臨以下問題：①-240 m主回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)安裝及選型不合理，風(fēng)機(jī)漏風(fēng)嚴(yán)重，礦井總風(fēng)量僅18.45 m3/s，無法滿足生產(chǎn)需求；②主豎井風(fēng)流紊亂；③-360 m水平以下新風(fēng)和污風(fēng)串聯(lián)現(xiàn)象嚴(yán)重，污濁風(fēng)流循環(huán)利用。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

2.1 礦井需風(fēng)量核算

臘子溝金礦初步設(shè)計南北區(qū)共同開采，由于礦物賦存條件的限制，現(xiàn)調(diào)整為北區(qū)獨立生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)重心的調(diào)整，對臘子溝金礦需風(fēng)量重新核算。有多種方法核算礦井需風(fēng)量，使用排塵風(fēng)速核算礦井需風(fēng)量，要求采場最低排塵風(fēng)速不低于0.25 m/s。本次取排塵風(fēng)速0.25～0.30 m/s核算礦區(qū)總風(fēng)量，結(jié)果表1。

經(jīng)核算，礦井總需風(fēng)量為33.6 m3/s，考慮漏風(fēng)系數(shù)1.35，則礦井總需風(fēng)量為45.36 m3/s。后期南區(qū)恢復(fù)作業(yè)后，南區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)困難時期核定總風(fēng)量為45.36 m3/s。

2.2 通風(fēng)方式優(yōu)化

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現(xiàn)階段南區(qū)無作業(yè)點，-320 m主回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)不開啟，臘子溝金礦兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整為單翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)（圖2）。南風(fēng)井由回風(fēng)變成進(jìn)風(fēng)，增加一條進(jìn)風(fēng)通道，降低通風(fēng)阻力，節(jié)約能耗。

輔助井通-200、-240和-280 m水平，新鮮風(fēng)流從輔助井流出，經(jīng)-200、-240和-280 m水平大巷流入主豎井。主豎井承擔(dān)-360 m水平以下進(jìn)風(fēng)。

在主輔扇風(fēng)壓作用下，-360 m水平以下污風(fēng)經(jīng)99線盲風(fēng)井回風(fēng)至-280 m水平，-280 m水平污風(fēng)經(jīng)北回風(fēng)井回風(fēng)至-240 m回風(fēng)系統(tǒng)，最終經(jīng)北風(fēng)井排至地表。為避免新鮮風(fēng)和污風(fēng)混合，在-240 m水平北風(fēng)井以南大巷設(shè)2道風(fēng)門，99線盲風(fēng)井以南設(shè)2道風(fēng)門。

2.3 風(fēng)機(jī)優(yōu)選

南區(qū)延用現(xiàn)有回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)K40-6-№13，后期恢復(fù)生產(chǎn)后考慮更換性能更佳的風(fēng)機(jī)。北區(qū)通風(fēng)為主輔扇通風(fēng)系統(tǒng)，原-240 m水平主回風(fēng)機(jī)站K40-4-№15型風(fēng)機(jī)葉片變形，滿足不了礦井總風(fēng)量45.36 m3/s。經(jīng)驗算，主扇更換為DK45-6-№16型風(fēng)機(jī)。

淺部資源開采結(jié)束，采空區(qū)封堵不嚴(yán)實，漏風(fēng)和串風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，為保障-360 m水平以下通風(fēng)量滿足設(shè)計要求，在99線風(fēng)井口設(shè)輔助通風(fēng)機(jī)站，實現(xiàn)-280 m水平采空區(qū)風(fēng)壓平衡和-360 m水平以下風(fēng)量守恒。輔助通風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)延用現(xiàn)有K40-4-№15型風(fēng)機(jī)。

3 優(yōu)化方案效果檢測

3.1 礦井風(fēng)量可靠性分析

-240 m水平北風(fēng)井井口主回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)滿頻率運行；-280 m水平99線盲風(fēng)井井口輔助回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)以35 Hz頻率運行；南區(qū)-320 m水平主回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)不開啟。-240 m水平主回風(fēng)機(jī)站聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)2道風(fēng)門保持關(guān)閉；-280 m水平99線以南3道風(fēng)門均關(guān)閉；-320 m水平以下南巷風(fēng)門均開啟。利用風(fēng)速儀和激光測距儀在各中段主豎井石門和南巷測得各中段風(fēng)量見表2。

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由表2檢測結(jié)果可得：①北區(qū)-240 m水平主扇滿頻率運行時系統(tǒng)總回風(fēng)量60.37 m3/s，滿足礦井核算總風(fēng)量45.36 m3/s的同時還富余15.01 m3/s，提高了系統(tǒng)風(fēng)量可靠性。②臘子溝金礦-200～-280 m水平間無作業(yè)點，通風(fēng)不作特別要求；-320 m水平炸藥發(fā)放庫通風(fēng)量為4.39 m3/s，回風(fēng)引入-320 m回風(fēng)大巷；-360 m及以下水平為主要生產(chǎn)水平，進(jìn)風(fēng)總量為48.35 m3/s，各個中段的進(jìn)風(fēng)量均在9 m3/s以上，系統(tǒng)有效風(fēng)量率為80.09%，工作地點用風(fēng)量滿足設(shè)計要求。③-280 m水平99線盲風(fēng)井聯(lián)絡(luò)巷設(shè)置輔助回風(fēng)機(jī)站，風(fēng)機(jī)運行頻率35 Hz，-360 m水平以下深部回風(fēng)量為34.57 m3/s，風(fēng)機(jī)運行頻率還有上調(diào)空間，深部回風(fēng)量富余。④-280 m水平北回風(fēng)井北側(cè)采場與地表和下部-320 m采場貫通，-280、-320 m水平北回風(fēng)井北側(cè)采空區(qū)采取密封墻封堵，密封墻頂部與巷道接頂處密封不嚴(yán)實，在-240 m水平主扇風(fēng)壓作用下，漏風(fēng)風(fēng)量為4.74 m3/s。

3.2 礦井風(fēng)質(zhì)分析

礦井風(fēng)溫、粉塵含量及有毒有害氣體含量影響礦井風(fēng)質(zhì)。有毒有害氣體主要是井下爆破作業(yè)產(chǎn)生的炮煙。進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)檢測時距離放炮時間較長，有毒有害氣體未檢出。新鮮風(fēng)流粉塵含量低于0.5 mg/m3，放礦溜井處布置有密閉噴霧降塵措施，作業(yè)環(huán)境內(nèi)粉塵濃度不高于10 mg/m3。

圖3為井下溫度檢測結(jié)果，分析可得：①井下51個測點中，最低溫度為18.4℃，最高溫度為25.1℃，未超過28℃，符合規(guī)范要求。②圖中8條曲線代表臘子溝金礦8個中段，曲線的前半段測點為進(jìn)風(fēng)側(cè)測點，后半段為回風(fēng)側(cè)測點。各中段的溫度變化趨勢為進(jìn)風(fēng)側(cè)溫度低于回風(fēng)側(cè)溫度。-280 m中段進(jìn)風(fēng)側(cè)與回風(fēng)溫差為5℃，99線盲風(fēng)井井口聚集大量霧氣，影響視野。③中段溫度隨著開采深度的增加而增加，-200 m水平平均氣溫為19.3℃，-480 m水平平均氣溫為23.3℃，每延深一個中段，進(jìn)風(fēng)側(cè)氣溫增加約0.6～1.6℃，回風(fēng)側(cè)氣溫增加約1.0～1.6℃。

3.3 主輔扇性能評估

臘子溝金礦采用主輔扇通風(fēng)系統(tǒng)，主扇位于-240 m水平北風(fēng)井井口，風(fēng)機(jī)型號為DK45-6-№16，輔扇位于-280 m水平99線盲風(fēng)井聯(lián)絡(luò)巷，風(fēng)機(jī)型號為K40-4-№15。主輔扇工況見表3。

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系統(tǒng)裝機(jī)功率290 kW，實耗功率134.91 kW，主扇運行效率71%，輔扇運行效率60%，系統(tǒng)風(fēng)機(jī)平均效率為65.5%。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)最低排塵風(fēng)速及獨立硐室通風(fēng)要求，對井下作業(yè)面風(fēng)量進(jìn)行定量優(yōu)化，優(yōu)化后的礦井總風(fēng)量由60 m3/s降低為45.36 m3/s，在滿足作業(yè)面通風(fēng)要求的同時，還降低了礦井通風(fēng)總能耗。

（2）根據(jù)采場的空間位置分布及井巷的通風(fēng)能力，臘子溝金礦通風(fēng)方式調(diào)整為單翼對角抽出式通風(fēng)。與中間對角式通風(fēng)方式相比，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)北區(qū)回風(fēng)不變，南區(qū)回風(fēng)變?yōu)檫M(jìn)風(fēng)，增加井下進(jìn)風(fēng)通道，降低通風(fēng)阻力，節(jié)約能耗。

（3）利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算技術(shù)，臘子溝金礦主輔扇通風(fēng)系統(tǒng)主扇型號為DK45-6-№16，輔扇型號為K40-4-№15。經(jīng)實測，主扇滿頻率運行時系統(tǒng)總風(fēng)量為60.37 m3/s，與設(shè)計相比，風(fēng)量富裕15.01 m3/s。輔扇運行頻率為35 Hz，-360 m及以下水平總進(jìn)風(fēng)量為48.35 m3/s，系統(tǒng)有效風(fēng)量率達(dá)到80.09%，主要生產(chǎn)區(qū)域通風(fēng)效果得到保障。

（4）經(jīng)實測，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)，能有效迅速排出井下爆破作業(yè)產(chǎn)生的有毒有害氣體，放礦溜井處均采取了噴霧降塵措施，粉塵濃度小于10 mg/m3，井下最高風(fēng)溫為25.1℃，風(fēng)速、風(fēng)溫和風(fēng)質(zhì)均滿足礦山安全規(guī)程要求，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠。