張繼維 陳吉祥 王瑞鵬

摘? 要：為有效解決某金屬礦井下多中段生產時存在污風和新鮮風串風通風問題，本設計以回風井為回采中心，在礦體垂直方向上采用倒梯形的回采方式，建立Ventsim三維通風模型。根據井下各工作面需風量，計算礦井總需風量，并模擬計算井下通風系統(tǒng)的負壓，綜合考慮自然風壓和高海拔因素，最終選取滿足井下合理通風的主通風機。

關鍵詞：通風? 多中段生產? 倒梯形? Ventsim? 高海拔

中圖分類號：TD745 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）04（c）-0039-04

Design of "Inverted Trapezoid" Mining Ventilation System

ZHANG Jiwei1? CHEN Jixiang1? WANG Ruipeng2*

（1. Jiuquan Steel （Group） Tiangong Mining Investment Co.， Ltd.， Jiayuguan， Gansu Province， 735100 China;

2. MCC Shen Kan Qinhuangdao General Engineering Design & Research Institute Corporation， Qinhuangdao， Hebei Province， 066004? China）

Abstract： In order to effectively solve the problem of waste air and fresh air cross ventilation in a metal mine， the design takes the return air shaft as the mining center， adopts the inverted trapezoidal mining method in the vertical direction of the ore body， and establishes the Ventsim three-dimensional ventilation model. According to the air demand of each working face in the mine， the total air demand of the mine is calculated， and the negative pressure of the ventilation system in the mine is simulated. Considering the natural wind pressure and high altitude factors， the main fan meeting the reasonable ventilation in the mine is finally selected.

Key Words： Ventilation; Multi section production; Inverted trapezoid; Ventsim; High altitude

金屬礦井下通風是礦山生產的重要組成部分。通風系統(tǒng)是制約井下工作環(huán)境和勞動強度的主要因素。目前國內井下生產礦山多采用單中段開采方式，解決井下通風的方法主要有數值模擬和手工計算方法。通風系統(tǒng)的合理建立既要考慮井下風速的要求，又要考慮經濟合理性。因此選擇較為貼合實際的通風方式必須綜合考慮多種因素，主要考慮的因素為：自然風壓、高海拔、風速、風量、阻力損失、成本、是否串風等。

以往研究多數學者研究對象為單中段生產的通風系統(tǒng)，本次研究為井下多中段生產的通風系統(tǒng)。本研究以高海拔地區(qū)某金屬礦為研究背景，針對某金屬礦采礦權范圍內3020～3225m之間礦體，規(guī)劃采礦回采順序形式采用倒梯形，建立集中機械通風系統(tǒng)。根據井下各工作面需風量，計算礦井總需風量，并模擬計算井下通風系統(tǒng)的負壓，綜合考慮自然風壓和高海拔因素，最終選取滿足井下合理通風的主通風機。

1? 工程概況

某金屬礦主要采用淺孔留礦法回采礦體，井下已形成3225m、3163m、3120m、3070m、3020m出礦中段和主平硐水平，目前礦山多中段、多區(qū)域、多礦房同時作業(yè)。3020m中段以上各中段礦石由2t電動運礦設備運至礦石溜井，下放至主平硐水平，再由7t電機車牽引2m3側卸式礦車經主平硐直接運往選礦廠 ;各中段廢石由2t電動運礦設備運至平硐口廢石場排棄。人員、材料及設備通過地表簡易公路經各中段平硐到達工作面。

2? “倒梯形”回采方式

“倒梯形”回采方式是針對金屬礦山井下多中段生產。以回風井為回采中心，上一中段超前下一中段生產，上中段已生產完區(qū)域的中段運輸巷道作為下一中段的回風巷道，下一中段的污風和上一中段的新鮮風沒有相互干擾[1-2]?！暗固菪巍被夭煞绞绞疽鈭D見圖1。

3? 通風系統(tǒng)

該礦設計采用集中機械式通風方式。在14號勘探線附近建立回風井，井筒凈直徑2.5m，內設梯子間，兼做安全出口。新鮮風由各中段平硐進入，經中段運輸巷道、天井聯(lián)絡道、礦塊天井進入采場，清洗采場工作面后的污風由礦塊內另一側天井、回風聯(lián)絡道、回風井、3225m中段北側平硐排至地表。該礦井下通風系統(tǒng)三維模型見圖2。

3.1 風量計算

井下需風量主要按照采礦工作面、掘進工作面和硐室等排塵所需最小風速條件進行計算，并按照井下同時工作的最大人數對井下需風量進行驗證[3-6]。井下無柴油設備，本次設計不進行柴油設備需風量驗證。

井下同時工作最多人數為44人，按供給新鮮風量不得小于4m3/min·人，按井下同時工作的最多人數計算礦井風量為2.93m3/s。按照采礦工作面、掘進工作面、硐室等排塵風速計算井下需風量，經計算，礦井總風量為50.60m3/s。因此礦井總需風量應取50.60m3/s，萬噸耗風量1.87m3/s。

3.2 負壓計算

該礦屬于高海拔礦山，井巷摩擦阻力系數與空氣重率成正比，則井巷風阻也與空氣重率成正比，高原礦井風阻應按下式校正[7]。

R=R0γZ/γ0，或R=KγR0

式中：R—高山礦井巷道的風阻，Kμ;

R0—海拔高度為0 m時的風阻，Kμ。

Kγ=（1-Z/44300）4.256，0.72。

計算的主要基礎數據見表1。

設計采用Ventsim通風軟件對礦山通風系統(tǒng)進行通風網絡解算，并根據需要選擇井下生產所需風機。在礦井通風總阻力計算時，選擇一條阻力最大的風路，該段風路計算所得的通風總阻力即為礦井總阻力。經計算，礦井通風最困難時期負壓值為323.50 Pa。

根據現有的氣象資料、參照類似礦山地下氣候條件計算，該礦的自然風壓在-69.32～107.53Pa之間，見表2。

4? 風機配置

設計充分考慮高海拔地區(qū)大氣壓、空氣在井下的摩擦阻力系數以及風機特性，同時考慮風機10%～15%的風量損失以及150～200Pa的機站負壓損失，通風系統(tǒng)考慮20%局部阻力[8-12]。

考慮到井下生產時自然風壓較大，風機風壓應考慮自然風壓的影響：H=473.50+69.3=542.8Pa（高海拔地區(qū)下，風機的風壓）;

考慮高原因素導致風機效率的降低，由于風機曲線是按標準大氣壓進行繪制，因此風機選型時對高原風壓進行換算：

H標Pa（標準狀態(tài)下，風機的風壓）

式中：H——高海拔地區(qū)下，風機的風壓，單位Pa;

H標——標準狀態(tài)下，風機的風壓，單位Pa;

ρ——高海拔地區(qū)的空氣密度，0.80 kg/m3。

經計算，選用一臺K40-6-No.18型風機可以滿足礦山通風要求，電機功率為110kW，同時配備同型號電機1臺，3225m中段風機硐室內設置1臺起吊能力為1 t的手拉葫蘆，方便風機檢修和電機更換。

礦山共需設置井下生產時共需JK55-1№5型局扇10臺，其中7臺工作，3臺備用;JK58-1№4型局扇17臺，其中13臺工作，4臺備用。

5? 結論

（1）本文采用倒梯形回采方案，可有效解決多中段生產串風問題。

（2）本次設計考慮的因素為：自然風壓、高海拔、風速、風量、動阻損失、通風成本等，與現場生產實際較為貼近。

（3）可有效降低井下粉塵濃度，形成貫穿風流，縮短炮煙消散時間，降低有毒有害氣體濃度。

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