李凡超

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司， 湖南 郴州市 423037)

0 引言

柿竹園多金屬采礦場井下采用平硐+斜坡道+主溜井的開拓方式，目前，主要作業(yè)中段有+407 m、+445 m、+470 m、+490 m、+514 m、+536 m、+558 m、+586 m水平，主要集中在東部和北部的作業(yè)區(qū)域，其中+407 m、+470 m、+490 m為主要的出礦中段。隨著開采的不斷推進，多金屬采礦場井下通風(fēng)系統(tǒng)也經(jīng)過多次調(diào)整：2003年采用上下分區(qū)抽出式通風(fēng)系統(tǒng)；2008年通風(fēng)系統(tǒng)改造為兩翼對角式。由于礦區(qū)主要開采區(qū)域的不斷改變，東部+586 m水平風(fēng)機已經(jīng)無法適應(yīng)當前的生產(chǎn)回風(fēng)需求，同時+470 m水平西部作業(yè)污風(fēng)無法快速排出。為能更好地解決系統(tǒng)通風(fēng)問題，將原東部+586 m水平的K40-6-№22型250 kW的抽出式風(fēng)機轉(zhuǎn)移安裝在+470 m水平西北角。

多金屬采礦場屬于高山開采，井下主要采用分段鑿巖階段礦房法回采礦房，并采用崩落法對礦柱進行回采。在早期的開采過程中，形成的一個大采空區(qū)導(dǎo)致地表塌陷，直通地表形成“天窗”，“天窗”面積達到300 m×300 m，最低已通至+445 m水平，形成較大的自然大氣壓差，對井下的通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。由于多金屬采礦場井下中段采用棋盤式開拓方式，且受“天窗”的影響，導(dǎo)致原復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示，原有+536 m水平75 kW風(fēng)機、+470 m和+490 m西部的250 kW 風(fēng)機服務(wù)范圍有限，不能覆蓋至北部的作業(yè)區(qū)域。而東回風(fēng)井未安裝風(fēng)機，導(dǎo)致東部和北部的作業(yè)區(qū)域回風(fēng)不暢。井下密閉、風(fēng)門和風(fēng)窗等通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置不到位，導(dǎo)致井下作業(yè)風(fēng)流調(diào)節(jié)困難。井下在爆破時，有炮煙隨斜坡道和主溜井等進入+470 m下部水平的作業(yè)面，導(dǎo)致井下局部區(qū)域作業(yè)環(huán)境差。因此需對礦山目前的通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，確保礦井安全生產(chǎn)。

1 井下通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，井下風(fēng)流主要有以下3種狀態(tài)：

（1）下風(fēng)通風(fēng)。下風(fēng)季節(jié)比較嚴重的時期為夏季7，8，9月份，新鮮風(fēng)流主要通地表形成的“天窗”及+490 m上部各水平與外部相通的平硐口進入，部分風(fēng)流進入采場后經(jīng)+536 m水平西北部75 kW 風(fēng)機排出地表，部分風(fēng)流經(jīng)斜坡道、材料提升井、管道天井進入各個水平及各工作面?；仫L(fēng)主要由西北部+490 m水平、+470 m水平的250 kW風(fēng)機及+490 m水平（太平里巷、紅旗平硐、汽運巷等）、+385 m水平運輸大巷、+368 m水平通往地表的平硐排出。

（2）上風(fēng)通風(fēng)。上風(fēng)季節(jié)時期新鮮風(fēng)流通過+490 m水平及以上水平的各個平硐進入，即采區(qū)新鮮風(fēng)流從+490 m水平南邊平硐硐口進入，污風(fēng)分別由+490 m與+470 m水平西北角主扇平硐、+536 m水平回風(fēng)道、“天窗”排出地表；+385 m主運輸水平，新鮮風(fēng)流從斜坡道及下水井進入，經(jīng)運輸平巷和裝礦硐室后，污風(fēng)從由12 km措施巷或野雞尾鉛鋅礦老窿及螢石管纜回風(fēng)平硐排出地表；+368 m水平為排水水平，該水平進風(fēng)由+385 m水平斜坡道進入，平硐排出。

此時受自然風(fēng)壓的作用，風(fēng)機的效率作用下降，“天窗”成為主要的回風(fēng)通道，極易造成+490 m水平無軌出礦設(shè)備、汽車、鏟車排放的尾氣及二次爆破產(chǎn)生的炮煙粉塵不能及時按照原設(shè)計從主扇排出，+457 m等深部水平進風(fēng)量不足，給井下安全生產(chǎn)帶來較大影響。

（3）礦井內(nèi)部與外部溫度基本持平的狀態(tài)。此狀態(tài)多發(fā)生在春夏之交或秋季，此時自然風(fēng)壓對井下的影響作用最小，井下風(fēng)流流動主要依靠+536 m、+470 m、+490 m水平的主扇風(fēng)機的作用，風(fēng)機處于高效運轉(zhuǎn)狀態(tài)。除風(fēng)機出口處通地表的回風(fēng)平硐外，各通地表通道均處于進風(fēng)狀態(tài)，井下風(fēng)流與設(shè)計狀態(tài)相符。

2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，柿竹園公司多金屬采礦場井下通風(fēng)系統(tǒng)存在下列幾個問題。

（1）已有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。多金屬采礦場為多年生產(chǎn)老礦井，井下開拓范圍較大，+490 m水平以上采空區(qū)較多，且未及時進行充填封閉，造成了井下巷道空區(qū)繁多，通風(fēng)線路過長，平面和立面上都存在棋盤式角聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等。目前，通風(fēng)系統(tǒng)利用地表多井進風(fēng)和兩個分區(qū)回風(fēng)的通風(fēng)方式，但由于通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜，造成井下有效風(fēng)量率低，風(fēng)流不能很好地到達作業(yè)面。且由于早年的大爆破形成塌陷區(qū)（即“天窗”），使得井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜。

（2）通風(fēng)構(gòu)筑物不完善。井下老采區(qū)較多，未及時設(shè)置構(gòu)筑物進行密閉。在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，隨著開采工作的延伸，作業(yè)水平、作業(yè)盤區(qū)和作業(yè)面等不適合設(shè)置構(gòu)筑物和局扇等調(diào)節(jié)措施。造成了井下風(fēng)路混亂，新鮮風(fēng)、污風(fēng)串聯(lián)，局部循環(huán)風(fēng)及風(fēng)流短路、漏風(fēng)嚴重、污風(fēng)滯留等問題，通風(fēng)管理異常困難。

（3）自然風(fēng)壓影響大。多金屬采礦場屬于高山開采，采用平硐+斜井+主溜井的開拓方式，地表不同時刻的溫差變化大，且在通地表“天窗”的作用下導(dǎo)致井下自然風(fēng)壓變化也大，從而對礦井通風(fēng)產(chǎn)生很大的影響。在生產(chǎn)活動中，自然風(fēng)壓與風(fēng)機產(chǎn)生較大的對抗作用，影響風(fēng)機的正常運行，導(dǎo)致能耗增大，而自然的風(fēng)壓調(diào)控比較困難。

（4）東部和北部作業(yè)區(qū)域回風(fēng)困難。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段多金屬采礦場的采掘作業(yè)主要集中在東部和北部區(qū)域，而東回風(fēng)井內(nèi)未安裝主扇風(fēng)機加強回風(fēng)，導(dǎo)致采掘作業(yè)及二次爆破時污風(fēng)無法快速排出地表，且炮煙隨下行風(fēng)進入下部作業(yè)中段。

3 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查測定

結(jié)合現(xiàn)場的調(diào)查情況，對井下通風(fēng)測定數(shù)據(jù)進行整理和分析，具體結(jié)果如下。

（1）礦井總進風(fēng)量統(tǒng)計詳見表1。

表1 礦井進風(fēng)量統(tǒng)計

（2）礦井總回風(fēng)量統(tǒng)計詳見表2。

表2 礦井回風(fēng)量統(tǒng)計

因多金屬采礦場屬于高山開采，且受上部“天窗”的影響，井下通風(fēng)系統(tǒng)受自然風(fēng)壓影響較大。塌陷區(qū)通地表無法完整統(tǒng)計井下的進回風(fēng)風(fēng)口的風(fēng)量，此處總進、回風(fēng)量僅以現(xiàn)有通地表口及風(fēng)機回風(fēng)量作為統(tǒng)計標量。

（3）各水平進回風(fēng)情況分析見表3。

表3 礦井進風(fēng)量統(tǒng)計

4 礦井總需風(fēng)量核算

計算礦井總需風(fēng)量是檢驗當前主扇工作是否達到井下生產(chǎn)需求和布置通風(fēng)工程的重要依據(jù)。

式中，K為礦井漏風(fēng)系數(shù)；Q采為回采工作面的計算風(fēng)量，m3/s；Q備為回采備用工作面的計算風(fēng)量，m3/s；Q掘為掘進工作面的計算風(fēng)量，m3/s；Q硐為硐室的計算風(fēng)量，m3/s；Q其他為其他需風(fēng)點的計算風(fēng)量。

（1）同時作業(yè)的回采工作面數(shù)10個，均為巷道型采場，備用回采工作面5個。

（2）同時掘進工作面數(shù)18個，其中，鑿巖工作面12個，鏟裝廢石工作面6個。

（3）需獨立供風(fēng)硐室：井下設(shè)置有炸藥庫 1個；裝、卸礦硐室20個，+490 m變電硐室2個；

（4）鏟運設(shè)備為柴油設(shè)備。

多金屬采礦場井下風(fēng)點及需風(fēng)量見表 4。由表4可知，總需風(fēng)量為244.95 m3/s，漏風(fēng)系數(shù)取1.3，可得總風(fēng)量為318.44 m3/s。

表4 多金屬采礦場井下用風(fēng)點及需風(fēng)量

根據(jù)上述風(fēng)量分配原則，以及結(jié)合礦井下年生產(chǎn)能力、采礦方法、采場開采強度和生產(chǎn)計劃的安排，需對井下各需風(fēng)作業(yè)地點進行合理的風(fēng)量分配。由于多金屬采礦場井下水平較多，開拓系統(tǒng)復(fù)雜，進風(fēng)口較少，但作業(yè)點相對集中，需風(fēng)量分配見表5。

表5 主要進風(fēng)口風(fēng)量分配

5 通風(fēng)優(yōu)化方案

根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)劃及井下通風(fēng)的實際情況，采用兩翼多風(fēng)機分區(qū)回風(fēng)方案，保留+470 m、+490 m、+385 m水平西部的風(fēng)機作為西翼，負責+514～+536 m西部、+490 m西部和北部、+470 m西部以下的通風(fēng)需求。根據(jù)礦區(qū)的生產(chǎn)計劃，東部區(qū)域?qū)⒆鳛橹饕纳a(chǎn)盤區(qū)，在東回風(fēng)井安裝一臺大功率主扇，將東回風(fēng)井作為東翼，主要負責東部盤區(qū)+407～+586 m 之間的通風(fēng)區(qū)域。深部+385 m 和+368 m作為單獨的回風(fēng)區(qū)域，利用其現(xiàn)有的回風(fēng)平硐回風(fēng)。因此，整個井下通風(fēng)系統(tǒng)形成東西兩翼多分區(qū)的回風(fēng)系統(tǒng)。

5.1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

在每個階段礦體的上下盤開鑿兩條沿走向互相平行的巷道，一條作進風(fēng)道，另一條作回風(fēng)道，構(gòu)成平行雙巷通風(fēng)網(wǎng)。各階段采場均由本階段進風(fēng)道得到新鮮風(fēng)流，其污風(fēng)可經(jīng)上階段或本階段的排風(fēng)道排走（見圖1）。

圖1 平行雙巷式階段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

平行雙巷式通風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，能有效地解決風(fēng)流串聯(lián)。利用現(xiàn)有的開鑿工程，適于在礦體較厚、較富、開采強度大、對通風(fēng)要求較高的礦山。

井下主要進風(fēng)井采用原有的+490 m水平的主要進風(fēng)口，主要有紅旗大巷、汽運大巷、西部斜井、西北平巷和太平里巷，困難時期可利用“天窗”進行進風(fēng)。

利用原有的+536 m西回風(fēng)平硐、+490 m西回風(fēng)平硐、+470 m西回風(fēng)平硐和+385 m螢石管道回風(fēng)巷進行回風(fēng)。由于東部和北部采場回風(fēng)困難，設(shè)計重新利用+586 m東回風(fēng)井進行回風(fēng)。

5.2 井下通風(fēng)動力系統(tǒng)優(yōu)化

井下通風(fēng)動力是維持整個通風(fēng)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的必要條件。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，多金屬采礦場井下+490 m和+470 m水平安裝的風(fēng)機的服務(wù)范圍有限，既不能完全服務(wù)于+490 m、+470 m、+457 m及以下水平的作業(yè)區(qū)域，也無法服務(wù)于+514 m及以上水平的作業(yè)面。且東部作業(yè)區(qū)域與該風(fēng)機之間隔著一個“天窗”，導(dǎo)致風(fēng)流調(diào)控存在困難。因此，需對井下通風(fēng)動力系統(tǒng)進行優(yōu)化，具體優(yōu)化措施如下。

（1）+586 m水平東回風(fēng)井增設(shè)主扇，解決東部回風(fēng)困難及裝卸礦二次爆破時炮煙隨斜坡道及溜井往下部水平流動的問題。

（2）+514 m水平北環(huán)道增設(shè)輔扇，將污風(fēng)排至東回風(fēng)井，主要解決北部通風(fēng)不暢的問題。

（3）+490 m水平風(fēng)機優(yōu)化：①將+490 m北部下+480 m水平斜坡道的22 kW風(fēng)機轉(zhuǎn)換風(fēng)機方向，由原有的向下壓改為往上抽，風(fēng)流經(jīng)過 P8巷道進入東回風(fēng)井；②原安裝在P1、P2、P3與P4平巷南段安裝的K40-4-№10型15 kW輔扇繼續(xù)運行；③在有二次爆破的地方，應(yīng)設(shè)置輔扇加強通風(fēng)，且風(fēng)機風(fēng)流方向應(yīng)朝向水平回風(fēng)方向。

（4）+470 m水平北部風(fēng)機優(yōu)化。①將該風(fēng)機挪至北環(huán)道西側(cè)的+470 m至+490 m電纜井處，P2巷道與C4巷道交匯處。污風(fēng)經(jīng)+470 m至+490 m電纜井進入+490 m北回風(fēng)道，最后經(jīng)+490 m水平250 kW 主風(fēng)機排出地表，風(fēng)機主要解決北部區(qū)域裝卸礦風(fēng)塵、汽車尾氣及作業(yè)污風(fēng)回風(fēng)問題。②將+470 m北部上+480 m水平斜坡道頂部的的22 kW風(fēng)機轉(zhuǎn)換風(fēng)機方向，由原有的向下壓改為往上抽，風(fēng)流經(jīng)過+480 m水平鑿巖巷道、+480 m至+490 m斜坡道等進入+490 m回風(fēng)道及東回風(fēng)井。

（5）+386 m水平西平硐風(fēng)機優(yōu)化。①調(diào)整北部西平硐的45 kW風(fēng)機位置。將該風(fēng)機調(diào)整至P4平巷與北環(huán)道交匯處的西側(cè)，風(fēng)流從北運輸巷出地表；②螢石管道平巷75 kW風(fēng)機現(xiàn)停止運行，該風(fēng)機應(yīng)在二次爆破炮煙影響+385 m作業(yè)環(huán)境時，適時設(shè)置30 Hz頻率運行1 h排出炮煙。

5.3 根據(jù)實際情況完善井下通風(fēng)構(gòu)筑物

井下風(fēng)流調(diào)控措施主要采用通風(fēng)構(gòu)筑物來引導(dǎo)、阻斷和調(diào)節(jié)風(fēng)流的裝置，可以簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)節(jié)風(fēng)流走向，主要包括風(fēng)墻、風(fēng)窗、風(fēng)門、風(fēng)橋和導(dǎo)風(fēng)板等。多金屬采礦場井下通風(fēng)構(gòu)筑物較少，風(fēng)流紊亂，可調(diào)性較差，會產(chǎn)生較多的通風(fēng)問題。因此，需對井下進行通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)計，同時要設(shè)置專職通風(fēng)構(gòu)筑物管理人員，根據(jù)生產(chǎn)要求和井下通風(fēng)狀況，對井下通風(fēng)構(gòu)筑物進行管理、檢查，保證設(shè)施處于完好狀態(tài)，保證風(fēng)路的暢通和通風(fēng)系統(tǒng)的完善。

5.4 加強日常通風(fēng)管理

礦井通風(fēng)管理是礦井生產(chǎn)過程中重要的管理內(nèi)容之一。通風(fēng)管理工作的好壞直接關(guān)系井下通風(fēng)狀態(tài)的好壞。通風(fēng)狀況的好壞直接影響到井下工人的身體健康與生命安全、礦井的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。做好礦井通風(fēng)工作，一方面要針對現(xiàn)場實際情況，解決相關(guān)的礦井通風(fēng)技術(shù)難題；另一方面要從系統(tǒng)安全角度出發(fā)，全面提高通風(fēng)管理的整體水平。所以，為實現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)，在提高通風(fēng)技術(shù)水平的同時，必須加強礦井通風(fēng)的管理工作。

5.5 后期通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)劃

根據(jù)多金屬采礦場井下的生產(chǎn)規(guī)劃，現(xiàn)已建立+536 m西部回系統(tǒng)、+490 m西部回風(fēng)井貫、+470 m西部回風(fēng)系統(tǒng)和東回風(fēng)井系統(tǒng)。隨著開采的不斷推進，當+514 m水平及以上水平東部等作業(yè)區(qū)域開采結(jié)束時，應(yīng)對系統(tǒng)進一步調(diào)整，調(diào)整措施如下：

（1）將+536 m水平75 kW風(fēng)機停止運行；

（2）將+514 m至+586 m水平通東回風(fēng)井回風(fēng)道的風(fēng)窗全部關(guān)閉。

6 結(jié)語

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的完善是礦山生產(chǎn)安全的關(guān)鍵部分，通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)充分利用礦山現(xiàn)有和規(guī)劃的工程設(shè)施。根據(jù)柿竹園多金屬采礦場礦山開采現(xiàn)狀，結(jié)合礦山深部延伸的開拓運輸系統(tǒng)、采礦方法等系統(tǒng)考慮礦山的通風(fēng)系統(tǒng)方案，通過對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、動力系統(tǒng)進行優(yōu)化、完善井下通風(fēng)構(gòu)筑物、加強日常通風(fēng)管理，可以根據(jù)井下實際需風(fēng)情況進行調(diào)節(jié)，提高風(fēng)機裝置效率，有效解決井下通風(fēng)存在的問題。