吳志全

（新余良山礦業(yè)有限責(zé)任公司）

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦山生產(chǎn)安全的重要保障，一個(gè)合理且穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)能夠有效改善井下作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)效益。然而礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為一個(gè)非靜態(tài)的系統(tǒng)，會(huì)隨著礦井生產(chǎn)位置的移動(dòng)呈現(xiàn)非線(xiàn)性的動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)?shù)V山生產(chǎn)重心下沉?xí)r，原有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的合理性及穩(wěn)定性遭到破壞，無(wú)法滿(mǎn)足正常生產(chǎn)的需要［1～2］。綜上所述，隨著采掘的動(dòng)態(tài)推進(jìn)，開(kāi)展礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化具有重要意義。

某鐵礦中淺部礦產(chǎn)資源開(kāi)采工作基本完成，生產(chǎn)重心已逐漸向深部靠攏，隨著深部采掘工作的推進(jìn)，原有的通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化［3］，導(dǎo)致通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)路線(xiàn)混亂，造成深部通風(fēng)困難，嚴(yán)重制約了該鐵礦的正常生產(chǎn)。本研究通過(guò)對(duì)該鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行重新勘測(cè)，從礦井總風(fēng)量、通風(fēng)方式、機(jī)站設(shè)置、通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置以及風(fēng)機(jī)選型等方面對(duì)該系統(tǒng)重新優(yōu)化，改善井下通風(fēng)困難、污風(fēng)串聯(lián)、風(fēng)量分配不均等問(wèn)題。

1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

該鐵礦目前采用中央進(jìn)風(fēng)、兩翼回風(fēng)的中央對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流從主井、副井、輔助斜坡道進(jìn)入，流經(jīng)各個(gè)中段后從兩側(cè)東西回風(fēng)井流出。通風(fēng)系統(tǒng)主要機(jī)站布置于東西回風(fēng)井地表處，其中東部回風(fēng)井運(yùn)行2 臺(tái)DK40-6-No21 型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，裝機(jī)功率為2×200 kW；西部回風(fēng)井運(yùn)行1 臺(tái)DK62（B）-8-№27 型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，裝機(jī)功率為2×355 kW，溜破專(zhuān)用回風(fēng)井設(shè)置了1臺(tái)11 kW抽出式風(fēng)機(jī)；-5 m 分段中段進(jìn)風(fēng)井聯(lián)巷安裝了1 臺(tái)K40-8-№18型風(fēng)機(jī)，功率為37 kW；-5～+40 m分段西區(qū)4個(gè)盤(pán)區(qū)下口各安裝了1臺(tái)11 kW風(fēng)機(jī)，承擔(dān)中段通風(fēng)。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料以及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)該鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)存在以下問(wèn)題。

（1）現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足該鐵礦深部采掘工作推進(jìn)的需要，各分段風(fēng)量分配不合理，加上采場(chǎng)及盤(pán)區(qū)未設(shè)置有效引風(fēng)措施，導(dǎo)致礦井有效風(fēng)量率偏低，深部通風(fēng)效果較差。

（2）隨著鐵礦深部采掘工作的推進(jìn)，通風(fēng)工程未及時(shí)更新，井下部分通風(fēng)巷道兼具進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)2項(xiàng)功能，造成采場(chǎng)污風(fēng)串聯(lián)、漏風(fēng)；-200 m 中段副井反風(fēng)嚴(yán)重，污風(fēng)通過(guò)副井進(jìn)入上部中段，污染上部采場(chǎng)新鮮風(fēng)流。

（3）該鐵礦通風(fēng)機(jī)站所建立的時(shí)間較早，目前所采用風(fēng)機(jī)均未采取變頻節(jié)能技術(shù)，造成通風(fēng)成本遠(yuǎn)超理論成本；溜破專(zhuān)用回風(fēng)井設(shè)置的風(fēng)機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足溜破系統(tǒng)及運(yùn)輸中段回風(fēng)風(fēng)量要求，達(dá)不到井下最低通風(fēng)排塵要求。

2 通風(fēng)優(yōu)化技術(shù)研究

2.1 礦井總風(fēng)量核定

根據(jù)相關(guān)安全規(guī)程［4］，礦井需風(fēng)量的核算一般考慮3 個(gè)方面［5-7］，即礦山所使用的柴油設(shè)備、排塵風(fēng)速及井下同時(shí)工作的最多人數(shù)，由于按排塵風(fēng)速計(jì)算的需風(fēng)量較大，故按照排塵風(fēng)速確定需風(fēng)量。根據(jù)該鐵礦年度采掘計(jì)劃安排計(jì)算的實(shí)際需風(fēng)量結(jié)果見(jiàn)表1。

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2.2 通風(fēng)方式優(yōu)化

2.2.1 系統(tǒng)通風(fēng)方式

本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案采用兩翼對(duì)角抽出式通風(fēng)網(wǎng)路，中央進(jìn)風(fēng)、東西部回風(fēng)。進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)副井主要進(jìn)風(fēng)，輔助斜坡道輔助進(jìn)風(fēng)，副井新鮮風(fēng)流通過(guò)-20 和-65 m 中段進(jìn)入，進(jìn)入中段后通過(guò)中段進(jìn)風(fēng)井進(jìn)入-5 和-50 m 分段西采區(qū)。輔助斜坡道與各分段均相通，進(jìn)風(fēng)后直接分至東區(qū)各需風(fēng)分段。礦區(qū)設(shè)置2 條專(zhuān)門(mén)的回風(fēng)井，東區(qū)+10，-5 和-20 m 分段污風(fēng)通過(guò)回風(fēng)巷匯入東部回風(fēng)井。西區(qū)+85，+40 和-5 m 分段污風(fēng)通過(guò)回風(fēng)巷匯入西部回風(fēng)井。東、西部污風(fēng)通過(guò)地表設(shè)置的回風(fēng)機(jī)站將污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)井排至地表。具體通風(fēng)路線(xiàn)見(jiàn)圖1。

溜破系統(tǒng)新鮮風(fēng)流由副井進(jìn)風(fēng)，分別進(jìn)入破碎中段、皮帶道中段和粉礦清理中段，污風(fēng)由溜破專(zhuān)用風(fēng)井回至+114 m 中段，經(jīng)回風(fēng)井、+100 m 分段匯入東部回風(fēng)井，通過(guò)東部回風(fēng)井將污風(fēng)排至地表。

2.2.2 采區(qū)通風(fēng)優(yōu)化

將礦山劃分為東西2 個(gè)采區(qū)，其中+85～-20 m 分段西區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)新鮮風(fēng)流通過(guò)+40，-5 和-50 m 進(jìn)風(fēng)分段進(jìn)入各盤(pán)區(qū)，各盤(pán)區(qū)新鮮風(fēng)流通過(guò)下部分段進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)入，清洗工作面后的污風(fēng)經(jīng)上分段回風(fēng)巷回至西部回風(fēng)井。+25～-20 m 分段東區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)新鮮風(fēng)流通過(guò)輔助斜坡道進(jìn)入采場(chǎng)，各采場(chǎng)新鮮風(fēng)流通過(guò)下部分段通風(fēng)上山進(jìn)入，清洗工作面后的污風(fēng)回至上分段回風(fēng)巷。

2.3 機(jī)站設(shè)置

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，原有東、西回風(fēng)機(jī)站設(shè)置合理，所以東、西回風(fēng)井基站不變。在中段進(jìn)風(fēng)井與-5和-50 m 分段聯(lián)絡(luò)巷分別設(shè)置進(jìn)風(fēng)機(jī)站，負(fù)責(zé)礦區(qū)西區(qū)新鮮風(fēng)流。為滿(mǎn)足深部+85～-50 m 分段西區(qū)采掘作業(yè)的需要，在+114 m 中段溜破專(zhuān)用回風(fēng)硐室設(shè)置輔助通風(fēng)站。

2.4 通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置

為有效降低或避免礦井漏風(fēng)，調(diào)節(jié)風(fēng)流分配，提高井下風(fēng)流利用率，根據(jù)該鐵礦礦區(qū)的風(fēng)流調(diào)控需要來(lái)設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物。

（1）為了打破破碎回風(fēng)井污風(fēng)串連的困境，決定在+114 m 中段專(zhuān)用破碎回風(fēng)井聯(lián)巷分別設(shè)置1 道風(fēng)門(mén)，共計(jì)3道。

（2）+100 m 中段礦石已逐漸開(kāi)采完畢，目前所需用風(fēng)量較少，為了將風(fēng)流引入深部采區(qū)，達(dá)到合理分配風(fēng)量的目的，在+100 m 中段輔助斜坡道聯(lián)巷設(shè)置1道風(fēng)門(mén)，2 處運(yùn)輸巷到空區(qū)分別設(shè)置1 道風(fēng)墻和1 道風(fēng)門(mén)。

（3）為了規(guī)范風(fēng)流流經(jīng)路線(xiàn)，減少人為管理因素對(duì)系統(tǒng)造成的影響，在+40 m 分段西區(qū)運(yùn)輸巷設(shè)置1套自動(dòng)風(fēng)門(mén)，西區(qū)回風(fēng)聯(lián)巷設(shè)置1道調(diào)節(jié)風(fēng)窗。

（4）在+25 和+10 m 分段進(jìn)風(fēng)井聯(lián)巷分別設(shè)置1道風(fēng)墻，減少風(fēng)流進(jìn)入。

（5）在+25 m 分段02 線(xiàn)回風(fēng)井聯(lián)巷設(shè)置1 道風(fēng)門(mén)，防止串風(fēng)。

（6）-20 和+25 m 分段西1 主巷98 線(xiàn)回風(fēng)井聯(lián)巷分別設(shè)置1道風(fēng)墻，簡(jiǎn)化通風(fēng)系統(tǒng)路線(xiàn)。

（7）為調(diào)整+10 m 分段東區(qū)的風(fēng)量，在回風(fēng)井聯(lián)巷設(shè)置1 道調(diào)節(jié)風(fēng)窗，+10 m 分段100 線(xiàn)回風(fēng)井聯(lián)巷設(shè)置1道風(fēng)門(mén)。

（8）-65 m中段破碎回風(fēng)井聯(lián)巷設(shè)置3道風(fēng)門(mén)，防止污風(fēng)循環(huán)。

2.5 風(fēng)機(jī)選型

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，東部主風(fēng)機(jī)選用2 臺(tái)DK40-6-№21 型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，功率為2×200 kW，西部主風(fēng)機(jī)選用1臺(tái)DK62（B）-8-№27型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，功率為2×355 kW，滿(mǎn)足目前礦山通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量要求，但考慮到節(jié)能減排，應(yīng)在通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)配置變頻器，風(fēng)機(jī)根據(jù)采區(qū)實(shí)際需風(fēng)量變頻運(yùn)行。經(jīng)過(guò)三維動(dòng)態(tài)模擬解算軟件的解算，東部回風(fēng)機(jī)站的風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率為37 Hz，西部回風(fēng)機(jī)站運(yùn)行頻率為39 Hz。-5 m 分段進(jìn)風(fēng)井聯(lián)巷設(shè)置1 臺(tái)K40-8-№18型（功率37 kW）風(fēng)機(jī)，-50 m 分段進(jìn)風(fēng)井聯(lián)巷設(shè)置1臺(tái)K40-8-№18 型（功率37 kW）風(fēng)機(jī)，安裝角度均為32°，有風(fēng)墻形式安裝。

西區(qū)盤(pán)區(qū)進(jìn)風(fēng)口分別設(shè)置1 臺(tái)K40-8-№14 型（功率11 kW）風(fēng)機(jī)，無(wú)風(fēng)墻、無(wú)擴(kuò)散器形式安裝。

溜破機(jī)站設(shè)置1 臺(tái)K45-6-№14 型（功率45 kW）風(fēng)機(jī)，安裝角度為40°，有風(fēng)墻形式安裝。

2.6 方案實(shí)施效果

根據(jù)優(yōu)化方案對(duì)該鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行梳理調(diào)整，方案實(shí)施后，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)各中段及機(jī)站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，得出各井筒進(jìn)風(fēng)風(fēng)量分配（表2）、各井筒回風(fēng)風(fēng)量分配（表3）以及風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行工況（表4）。

注：“＋”表示風(fēng)流流出井筒，“－”表示風(fēng)流流入井筒。注：“＋”表示風(fēng)流流出井筒，“－”表示風(fēng)流流入井筒。

通過(guò)各井筒進(jìn)風(fēng)風(fēng)量分配（表2）得知，深部主要用風(fēng)中段（+25和+20 m 中段）和溜破系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量分別為39.68，47.72 和72.05 m3/s，基本滿(mǎn)足深部開(kāi)采的要求，中段風(fēng)量分配合理，驗(yàn)證了通風(fēng)優(yōu)化方案的合理性。

各井筒回風(fēng)風(fēng)量分配（表3）表明，該通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，系統(tǒng)回風(fēng)量有明顯的改善。其中東部回風(fēng)井回風(fēng)量達(dá)到98.89 m3/s，西部回風(fēng)井回風(fēng)量為132.08 m3/s，各中段回風(fēng)量滿(mǎn)足配比要求。

經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)選型優(yōu)化后，通風(fēng)系統(tǒng)中的機(jī)站單機(jī)運(yùn)行效率均大于60%，其中西風(fēng)井回風(fēng)機(jī)站風(fēng)機(jī)效率最低，為70.20%，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率最高為-5 m中段的進(jìn)風(fēng)機(jī)站，達(dá)到84.90%。

3 結(jié) 論

（1）通過(guò)礦山通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，掌握了該鐵礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)面臨井下風(fēng)量分配不均、采區(qū)漏風(fēng)串風(fēng)、溜破風(fēng)機(jī)選型不合理及機(jī)站能源浪費(fèi)等問(wèn)題，從礦井總風(fēng)量的重新計(jì)算核定、通風(fēng)方式優(yōu)化、機(jī)站設(shè)置合理性評(píng)估、通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置以及風(fēng)機(jī)選型5 個(gè)方面對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)可以得出，優(yōu)化方案實(shí)施后，礦井總風(fēng)量達(dá)到230.97 m3/s，其中東部回風(fēng)井回風(fēng)量為82.9 m3/s，西部回風(fēng)井回風(fēng)量達(dá)到103.4 m3/s，滿(mǎn)足井下采掘、充填以及各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)所需風(fēng)量（174.72 m3/s）的要求，各中段風(fēng)量能按技術(shù)方案合理分配，滿(mǎn)足各中段所需風(fēng)量要求。

（3）機(jī)站總裝機(jī)容量為1 192 kW，實(shí)耗功率為768.45 kW，系統(tǒng)風(fēng)機(jī)單臺(tái)運(yùn)行效率為70.20%～84.90%，風(fēng)機(jī)平均效率為80.61%，滿(mǎn)足單機(jī)運(yùn)行效率大于60%、平均運(yùn)行效率大于65%的要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了優(yōu)化方案的合理性。