姜 鵬 陳曉云

(1.中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600；2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

眼前山鐵礦是鞍山鋼鐵(集團(tuán))公司重要的生產(chǎn)礦山。礦山采用露天方式開(kāi)采，1960年開(kāi)始建設(shè)，2012年露天開(kāi)采結(jié)束。目前礦山正在進(jìn)行過(guò)渡期掛幫礦體開(kāi)采，即將結(jié)束。

礦區(qū)地處千山風(fēng)景區(qū)東北5 km，西距鞍山市中心22 km。北鄰砬子山鐵礦，西鄰關(guān)寶山鐵礦，東鄰谷首峪村，南鄰洪臺(tái)溝村，行政隸屬鞍山市千山區(qū)管轄。礦山保有資源/儲(chǔ)量礦石量35 428.88 萬(wàn)t，資源豐富，儲(chǔ)量巨大，鞍鋼將其規(guī)劃為年產(chǎn)礦石800 萬(wàn)t/a的特大型地下礦山。

眼前山鐵礦總體走向東西，礦體東西長(zhǎng)，南北較寬，傾角陡。如果不采取行之有效的通風(fēng)措施，井下作業(yè)條件將非常惡劣。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮礦山開(kāi)采技術(shù)條件，合理布置通風(fēng)系統(tǒng)，滿足礦山安全生產(chǎn)的要求。

1 礦床賦存條件

眼前山鐵礦礦區(qū)內(nèi)出露地層有鞍山群、遼河群和第四系地層，以鞍山群變質(zhì)巖為主。礦體走向東西，由三個(gè)礦體組成(Fe1、Fe2、Fe3)，其中Fe1是主礦體，礦體東西長(zhǎng)1 600 m，南北向?qū)?5～194 m，在Fm-1斷裂以西的礦體傾向NE，傾角70°～85°；在Fm-1斷裂以東礦體傾向SW，傾角74°～86°，局部礦體直立。

礦區(qū)礦石主要為磁鐵礦，其次有少量赤鐵礦，假象赤鐵礦、碳酸鐵和硅酸鐵。

礦床工程地質(zhì)條件、礦床水文地質(zhì)條件均屬中等類型。

2 采礦工程設(shè)計(jì)方案

2.1 開(kāi)采方式及建設(shè)規(guī)模

根據(jù)礦體賦存情況，設(shè)計(jì)采用地下開(kāi)采。建設(shè)規(guī)模為800 萬(wàn)t/a。

2.2 開(kāi)拓系統(tǒng)

本次設(shè)計(jì)為深部礦體開(kāi)采，開(kāi)采范圍為：西端幫-123～-501 m標(biāo)高之間，東端幫-141～-501 m標(biāo)高之間，南、北幫-141～-501 m標(biāo)高之間和露天底-183～-501 m之間的礦體。設(shè)計(jì)確定最低開(kāi)拓標(biāo)高為-501 m，采用階段高度為180 m。主要開(kāi)拓運(yùn)輸水平為-321、-501 m階段運(yùn)輸水平。首采階段為-123～-321 m階段。設(shè)-123 m回風(fēng)水平、-213 m輔助水平、-303 m專用進(jìn)風(fēng)水平及-567 m破碎水平、-633 m皮帶水平、-695 m粉礦清理水平。

采用豎井、主斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓方式。布置兩條主井、一條副井、三條進(jìn)風(fēng)井和三條回風(fēng)井、一條主斜坡道。

主井為箕斗井，井筒凈直徑Φ6.5 m，井口標(biāo)高121 m，井底標(biāo)高-693 m。

副井為罐籠井，承擔(dān)任務(wù)有人員、部分材料、新水平準(zhǔn)備廢石、粉礦提升、排水、進(jìn)風(fēng)，通風(fēng)量為190 m3/s。井筒由117 m至-730.8 m，井筒凈直徑為6.5 m。選用雙層雙車單罐籠配平衡錘提升系統(tǒng)；井口設(shè)預(yù)熱設(shè)施；設(shè)梯子間，兼做安全出口。

1號(hào)主進(jìn)風(fēng)井承擔(dān)任務(wù)有井下大件設(shè)備提升、進(jìn)風(fēng)，通風(fēng)量為200 m3/s。井筒由105 m至-321 m，井筒凈直徑為4.5 m。2號(hào)主進(jìn)風(fēng)井內(nèi)設(shè)置罐籠，承擔(dān)任務(wù)有少量人員、材料運(yùn)輸、檢修、排水、進(jìn)風(fēng)，通風(fēng)量為120 m3/s。井筒由135 m至-321 m，井筒凈直徑5.5 m。提升系統(tǒng)采用雙層單車單罐籠配平衡錘提升系統(tǒng)；井口設(shè)預(yù)熱設(shè)施；設(shè)梯子間，兼做安全出口。3號(hào)主進(jìn)風(fēng)承擔(dān)任務(wù)進(jìn)風(fēng)，通風(fēng)量350 m3/s。井筒由124 m至-303 m，井筒凈直徑6.0 m。

西主回風(fēng)井承擔(dān)任務(wù)回風(fēng)，通風(fēng)量為200 m3/s。井筒由92 m至-321 m，井筒凈直徑4.5 m。設(shè)梯子間，兼做安全出口。東主回風(fēng)井承擔(dān)任務(wù)回風(fēng)，通風(fēng)量為350 m3/s。井筒由138 m至-321 m，井筒凈直徑6.0 m。中央主回風(fēng)井承擔(dān)任務(wù)回風(fēng)，通風(fēng)量為350 m3/s。井筒由112 m至-321 m，井筒凈直徑6.0 m。

主斜坡道作為大型無(wú)軌設(shè)備通道，并可作為人員、材料、設(shè)備等輔助運(yùn)輸通道。硐口標(biāo)高119 m，基建期最低開(kāi)拓標(biāo)高為-141 m，與東、西采區(qū)斜坡道相接，利用采區(qū)斜坡道與各分層相連。主斜坡道長(zhǎng)2 605.6 m，坡度為15°，每間隔300 m設(shè)坡度不大于3°的緩坡段，并在緩坡段處設(shè)錯(cuò)車道。主斜坡道進(jìn)風(fēng)量為40 m3/s。開(kāi)拓系統(tǒng)詳見(jiàn)圖1。

2.3 采礦方法

根據(jù)眼前山鐵礦礦體賦存條件，采用垂直礦體走向布置采礦進(jìn)路的無(wú)底柱分段崩落采礦法[1]。采用分段高度18 m、進(jìn)路間距20 m的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在厚大的礦體中間增設(shè)聯(lián)絡(luò)道，聯(lián)絡(luò)道間距為60～70 m，每六條進(jìn)路布置一條溜井。

3 通風(fēng)系統(tǒng)

3.1 通風(fēng)方式

眼前山鐵礦采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式。井下通風(fēng)系統(tǒng)可分為四個(gè)部分：采場(chǎng)通風(fēng)、運(yùn)輸水平通風(fēng)、主斜坡道通風(fēng)、溜破系統(tǒng)通風(fēng)。其中以采場(chǎng)需風(fēng)量最大、最復(fù)雜。

主要進(jìn)風(fēng)構(gòu)筑物為副井、1號(hào)主進(jìn)風(fēng)井、2號(hào)主進(jìn)風(fēng)井、3號(hào)主進(jìn)風(fēng)井和主斜坡道，主要回風(fēng)構(gòu)筑物為西主回風(fēng)井、中央主回風(fēng)井和東主回風(fēng)井。井下新鮮風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，經(jīng)工作面的污風(fēng)由回風(fēng)口排出地表，詳見(jiàn)圖1。

圖1 開(kāi)拓系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

3.2 井下總需風(fēng)量

井下總需風(fēng)量是工作面的需風(fēng)量、獨(dú)立通風(fēng)硐室的需風(fēng)量與其他需風(fēng)量以及井下的漏風(fēng)量累加的總和[2]。眼前山鐵礦工作面的需風(fēng)量、獨(dú)立通風(fēng)硐室的需風(fēng)量和其他需風(fēng)量分別為470.8、100、30 m3/s；眼前山鐵礦內(nèi)部漏風(fēng)系數(shù)為1.15，外部漏風(fēng)系數(shù)為1.3，井下漏風(fēng)量為299.2 m3/s；井下總需風(fēng)量為900 m3/s。礦山規(guī)模為800 萬(wàn)t/a，礦山萬(wàn)噸風(fēng)量比為1.125，詳見(jiàn)表1。

表1 按照排塵風(fēng)速風(fēng)量計(jì)算井下總需風(fēng)量表

3.3 分區(qū)通風(fēng)

下通風(fēng)系統(tǒng)可分為四個(gè)部分：采場(chǎng)通風(fēng)、運(yùn)輸水平通風(fēng)、主斜坡道通風(fēng)、破碎系統(tǒng)通風(fēng)。其中以采場(chǎng)需風(fēng)量最大，通風(fēng)系統(tǒng)最為復(fù)雜。

1)采場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)

采場(chǎng)采用分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，井下新風(fēng)分別通過(guò)1、2、3號(hào)主進(jìn)風(fēng)井和副井進(jìn)入-303 m進(jìn)風(fēng)水平。新風(fēng)進(jìn)入-303 m進(jìn)風(fēng)水平后，經(jīng)進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷至各采區(qū)進(jìn)風(fēng)天井。再由采區(qū)進(jìn)風(fēng)天井至各開(kāi)采分層，新風(fēng)經(jīng)鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)絡(luò)巷利用局扇送至工作面。沖刷工作面后的污風(fēng)再經(jīng)鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)絡(luò)巷至回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、采區(qū)回風(fēng)天井。由采區(qū)回風(fēng)天井排至-123 m回風(fēng)水平，最后分別經(jīng)東、西、中央主回風(fēng)井排至地表。

根據(jù)礦山布置通風(fēng)井筒位置，為保證把新風(fēng)均勻的送到采場(chǎng)工作面。設(shè)計(jì)沿礦體走向劃為5個(gè)通風(fēng)區(qū)，每個(gè)通風(fēng)區(qū)走向長(zhǎng)度 270～400 m；對(duì)于礦體厚大的通風(fēng)區(qū)段，垂直礦體走向每間隔70 m布置一條脈外運(yùn)輸巷道，并增設(shè)一條采區(qū)進(jìn)風(fēng)天井加強(qiáng)采場(chǎng)通風(fēng)效果，詳見(jiàn)圖2。

圖2 采場(chǎng)通風(fēng)分區(qū)示意圖

表2 采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)天井通風(fēng)區(qū)段劃分及參數(shù)表

續(xù)表

2)運(yùn)輸水平通風(fēng)系統(tǒng)

-321 m運(yùn)輸水平新風(fēng)主要通過(guò)2號(hào)主進(jìn)風(fēng)井和副井進(jìn)入，經(jīng)裝、卸礦硐室、爆破器材分庫(kù)、運(yùn)輸巷道后，由西、中央、東主回風(fēng)井排至地表。另外為改善上盤(pán)運(yùn)輸巷道及穿脈巷道的通風(fēng)效果，設(shè)計(jì)在礦體上盤(pán)中部，增加一條運(yùn)輸水平進(jìn)風(fēng)井(-303～-321 m)。該部分風(fēng)流通過(guò)-303 m進(jìn)風(fēng)水平進(jìn)入運(yùn)輸水平進(jìn)風(fēng)井，通過(guò)運(yùn)輸水平進(jìn)風(fēng)井至-321 m水平上盤(pán)運(yùn)輸巷道，經(jīng)上盤(pán)巷道、穿脈巷道至下盤(pán)運(yùn)輸巷道，由東、西主回風(fēng)井排至地表。

-501 m運(yùn)輸水平新風(fēng)主要通過(guò)副井進(jìn)入，經(jīng)由溜破系統(tǒng)回風(fēng)井至-321 m水平，再通過(guò)通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷排至中央主回風(fēng)井。

3)主斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)

主斜坡道因采場(chǎng)內(nèi)負(fù)壓進(jìn)風(fēng)，不設(shè)置通風(fēng)機(jī)站。新風(fēng)主要通過(guò)主斜坡道硐口進(jìn)入，經(jīng)主、采區(qū)斜坡道至采場(chǎng)，由采區(qū)回風(fēng)天井、主回風(fēng)井排至地表。

4)破碎系統(tǒng)通風(fēng)

破碎系統(tǒng)新風(fēng)主要通過(guò)副井進(jìn)入，經(jīng)破碎系統(tǒng)三水平(破碎、皮帶和粉礦清理水平)，沖刷工作面后的污風(fēng)由破碎系統(tǒng)回風(fēng)井至-321m運(yùn)輸水平中央主回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，由中央主回風(fēng)井排至地表。

3.4 機(jī)站設(shè)置

眼前山鐵礦礦井通風(fēng)采用多級(jí)機(jī)站通風(fēng)方式。Ⅰ級(jí)機(jī)站-主進(jìn)風(fēng)井聯(lián)絡(luò)巷、Ⅱ級(jí)機(jī)站-采區(qū)進(jìn)風(fēng)天井聯(lián)絡(luò)巷、Ⅲ級(jí)機(jī)站-采區(qū)回風(fēng)天井聯(lián)絡(luò)巷、Ⅳ級(jí)機(jī)站-主回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)巷，各井筒的聯(lián)絡(luò)巷分別設(shè)置風(fēng)機(jī)機(jī)站。

4 通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果

設(shè)計(jì)建立了礦井通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算模型，進(jìn)行計(jì)算機(jī)解算。眼前山鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)分為四級(jí)機(jī)站，其中一級(jí)機(jī)站12個(gè)、二級(jí)機(jī)站31個(gè)、三級(jí)機(jī)站13個(gè)、四級(jí)機(jī)站13個(gè)。計(jì)算結(jié)果如下：

1)通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量897.02 m3/s，滿足核算礦井總風(fēng)量的要求。

2)通風(fēng)系統(tǒng)裝機(jī)容量4 924 kW，開(kāi)機(jī)容量4 665 kW，實(shí)耗功率3 942 kW，機(jī)站風(fēng)機(jī)平均效率84.5%。

3)副井、1號(hào)主進(jìn)風(fēng)井、2號(hào)主進(jìn)風(fēng)井、3號(hào)主進(jìn)風(fēng)井、主斜坡道進(jìn)風(fēng)量分別為189.2 m3/s、199.65 m3/s、117.92 m3/s、349.26 m3/s、40.99 m3/s。

4)西主回風(fēng)井、中央主回風(fēng)井、東主回風(fēng)井回風(fēng)量分別為198.94 m3/s、348.93 m3/s、349.15 m3/s。

5)噸礦通風(fēng)耗電3.94 kWh(按8 000 h/a計(jì)算)。

主要通風(fēng)計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 主要通風(fēng)計(jì)算參數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

特大型的地下開(kāi)采礦山的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，技術(shù)難度大。眼前山鐵礦設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)滿足安全生產(chǎn)要求，為礦山生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)保障。在礦山實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)建立通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)，完善通風(fēng)系統(tǒng)，為井下生產(chǎn)創(chuàng)造良好的作業(yè)條件。