譚文兵，杜俠飛，馮鈺煒，李 可

（1.成都新茂啟源礦業(yè)有限公司，四川 成都 610051；2.廣安交投建材有限公司，四川 廣安 638000）

對于地下礦山而言，礦井通風在礦山掘、采、供、充、提升、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)中發(fā)揮著至關重要的作用，通過風機、管道、風門、風墻等通風系統(tǒng)、網(wǎng)絡源源不斷向井下各用風作業(yè)點供給新鮮空氣，滿足人員呼吸、稀釋有毒有害氣體和粉塵，確保礦山安全生產。隨著礦山采礦活動不斷向深部延伸拓展，通風網(wǎng)絡漸趨復雜、風流調控能力不足、風量分配不合理、回風阻力增大、通風系統(tǒng)維護管理能力不足等問題逐漸凸顯[1]，就必須立足礦山實際對原有通風系統(tǒng)進行了優(yōu)化調整。李亞俊等[2]針對主要生產作業(yè)區(qū)域發(fā)生轉移、原有通風系統(tǒng)風量分配不合理的問題，提出新建分區(qū)通風系統(tǒng)加以解決；程力等[3]在計算三山島金礦西山礦區(qū)需風量的基礎上，運用軟件模擬解算確定了優(yōu)化方案；胡勇等[4]針對漏風嚴重、總風量不足等問題，采用Ventsim三維模擬軟件對提出的通風系統(tǒng)優(yōu)化方案進行了比選；林敏[5]根據(jù)礦山現(xiàn)有通風系統(tǒng)運行測評結果，通過調整風機頻率、設置專用回風水平等措施進行改進調整；王海寧等[6]利用迭代解算法對井下風流狀態(tài)進行了模擬分析；賴明照等[7]利用仿真模擬軟件對多級機站通風方式模擬研究。

由于礦井通風系統(tǒng)主要由進風段、用風段和回風段三部分構成，在分析通風系統(tǒng)現(xiàn)狀時，可從進風總量、中段及分層通風網(wǎng)絡、風量調節(jié)設施、回風主扇風機布置等方面入手。

1 8#礦體通風系統(tǒng)現(xiàn)狀簡介

某銅礦新區(qū)8#盲礦體分布在6#～12#勘探線之間，礦體群產于F55斷層組控制的刺穿體與白云巖接觸帶的兩側，受刺穿構造、斷裂構造控制。礦體走向近SN，傾向W，傾角50°～80°，主要采用淺孔留礦法、小分段深孔崩落法、淺采回采區(qū)域突變部分輔以深孔崩落等進行礦體回采。

地表新鮮風流通過143風井進入十二中段（863m水平），再由中段進風井、十四斜井等分別進入十三中段（812m水平）、十四中段（782m水平）各用風作業(yè)點。污風則通過14-13回風井、13-12回風井以及采區(qū)內天、溜井等統(tǒng)一經十二中段1249回風道、獅山段盲井、南回風井回至地面，如圖1所示。

圖1 8#礦體通風系統(tǒng)現(xiàn)狀示意圖

然而，隨著十三中段探采工程的全面展開，上部分層與之貫通的人行、溜礦井數(shù)量急劇增多，導致十三中段內進回風混亂，漏、循環(huán)、串聯(lián)現(xiàn)象嚴重。且在十四中段開拓工程穩(wěn)步推進，尚未形成有效的通風系統(tǒng)的情況下，導致十三、十四中段通風不暢，炮煙、粉塵等有毒有害物質無法及時排出，一方面職工勞動效率下降，影響生產進度，另一方面也存在威脅職工身心健康和人身安全的隱患。

2 通風系統(tǒng)優(yōu)化調整

2.1 優(yōu)化思路

總的來說，通風系統(tǒng)優(yōu)化需遵循“系統(tǒng)簡單、安全可靠、經濟合理”的原則。針對該銅礦8#礦體通風系統(tǒng)存在的問題，工程技術人員在實地調查、測量的基礎上，擬按照“單翼對角式通風形式”的思路進行通風系統(tǒng)優(yōu)化改造。

（1）獅山十三中段由百米風井進風，經十三中段各穿脈大巷回到上沿大巷儲沙井后，歸入十二中段1249回風道。

（2）獅山十四中段由新斜井進風，經十四中段各穿脈大巷后回到1402大巷的3#回風井后，直接回到十二中段1249回風道。

2.2 需風量計算[8]

（1）按井下同時工作的最多人數(shù)計算：

（2）按排塵風速計算，計算結果見表1。8#礦體十三、十四中段作業(yè)面所需排塵風量為16.33m3/s，遠大于同時作業(yè)最多人員需風量2m3/s，故需風量按16.33m3/s進行計算的基礎上，再按一般礦井進行選取1.2的總需風量備用系數(shù)，則十三、十四中段總需風量為19.6m3/s。

表1 按排塵風速計算需風量結果表

2.3 8#礦體通風阻力計算[9]

井巷通風阻力按其產生的地點、性質可分為摩擦阻力、局部阻力兩類，其中摩擦阻力可根據(jù)式1、式2計算得出，而在一般情況下局部阻力較小，僅占礦井總阻力的10%～20%，故本文取摩擦阻力的15%作為局部阻力估算值。

式中：R摩為井巷摩擦風阻（N·s2/m8）；

α為通風摩擦阻力系數(shù)（N·s2/m4）；

L為巷道長度（m）；

P為巷道斷面周邊長度（m）；

S為巷道斷面面積（m2）；

Q為巷道通過風量（m3/s）；

h摩為巷道通風摩擦阻力（Pa）。

按進風段、用風段、回風段分別計算8#礦體十三、十四中段通風阻力，見表2。根據(jù)文獻[9]附錄一，通風摩擦阻力系數(shù)α取值為0.0008。

表2 8#礦體十三、十四中段通風阻力計算表

根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，選用K40-6-12輔助扇風機（理論風量9.9～21.7m3/s，全風壓111～510pa，功率為15kw）分別安裝于十三回風井井口、十四中段回風井井腳，采用抽出式通風，可滿足通風要求。

2.4 優(yōu)化方案 （見圖2）

圖2 8#礦體通風系統(tǒng)優(yōu)化改造系統(tǒng)圖

2.4.1 優(yōu)化十三中段通風系統(tǒng)

（1）在1302大巷做一扇木制密閉風門，避免新風直接從材料井回走。

（2）在1350大巷與十三中段下沿大巷彎道處做一道金屬風門迫使新鮮風流經1364—1361穿脈大巷后回走。

（3）分別在1360—1354穿脈大巷與上沿大巷交匯端做好密閉，在上沿大巷與820水平各采場相通的小井處作好密閉，避免廢風進入上水平采場。

（4）打開1350大巷內上通十二中段1249巷道的儲沙井作為十三中段的總回風井來統(tǒng)一回風，并在井口安裝一臺K40-6-12的15KW輔扇克服回風阻力，在增加回風量充分利用風機有效功率的同時做好相關巷道的密閉工作。

（5）834、820水平各作業(yè)面統(tǒng)一由1279-2#進風井進風，1#回風井回風。

2.4.2 優(yōu)化十四中段通風系統(tǒng)

（1）在十三中段1368大巷1#措施小井口安裝一臺壓入式局扇，把新鮮風壓入十四斜井后再流入十四中段大巷。

（2）十四中段3#風井作為十四中段專用回風井，并在3#風井井腳安裝一臺K40-6-12的15KW輔助扇風機。

（3）在十三中段1355大巷2#探井外作一道密閉風門，使2#探井與十四中段3#風井連通形成專用回風井，污風通過2#探井回到846水平專用風道內再進入1249巷道。

（4）在846水平2#探井口安裝隔篩、圍欄滿足人行、通風要求。

3 優(yōu)化效果分析

3.1 通風效果

方案實施后十三中段總進風量增加57%，回風量提高了54%。改造后十三中段有效風量率為85.7%較改造前提高了25.8%，粉塵合格率提升到94%，風速合格率為86%；十四中段總進風量增加68.7%，回風量提高了74.9%。十四中段有效風量率為85.7%較改造前提高了20.5%，粉塵合格率提升到95%，風速合格率為87%，見表3。通風防塵各項指標比改造前均有較大幅度提高，及時消除因8#礦體通風不利造成的安全隱患，達到了預期效果。

表3 8#礦體十三、十四中段巷道通風狀況統(tǒng)計表

3.2 經濟效果

經優(yōu)化改造后，8#礦體十三、十四中段進、回風風速的提高，大大減少了局部扇風機的使用數(shù)量。其中十三中段1368、1364、1362、1361大巷內，為強化通風而使用的11Kw局部扇風機4臺，1362-2材料井口7.5KW局部一臺；十四中段1403、1404、1405、1406、1407大巷應用的5臺11Kw局部扇風機，3#進風井井腳7.5Kw的輔助扇風機，在改造項目實施后逐一撤除。共撤除11Kw局部扇風機9臺、7.5Kw局部扇風機2臺。則因通風系統(tǒng)優(yōu)化改造后撤除的局扇風機功率114Kw，年可節(jié)約用電費用35.2萬元。

4 結語

8#礦體十三、十四中段探采過程中，工程技術人員采用單翼對角式布置的通風系統(tǒng)優(yōu)化改造思路，通過增設密閉風門、調整進回風井巷等措施對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化調整，在提升巷道內風速、風量的同時，有效降低了巷道內空氣溫度和粉塵濃度，實現(xiàn)了風流不串聯(lián)、不擴散污染。此外還通過減少中段大巷內局扇風機數(shù)量達到了節(jié)能的效果。單翼對角式布置方式，使得風流總體上流動路線為直向行，它具有風流路線短，阻力小、漏風少、生產時間內風壓穩(wěn)定，風量分配均勻，出風井遠離工作區(qū)，污染小等優(yōu)點，為同類金屬礦山局部區(qū)域礦體規(guī)模較小、形態(tài)變化較大時的資源回采通風網(wǎng)絡設計、優(yōu)化提供一定的參考借鑒。