夏 文 孫茂貴 逯富強(qiáng) 趙宗毅

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)姑山礦業(yè)有限公司）

地下礦山斜坡道在掘進(jìn)施工一定距離后，由于通風(fēng)路線長、彎道多，局部通風(fēng)設(shè)計難度大，若工作面新鮮風(fēng)流不足，不僅影響生產(chǎn)效率，甚至造成通風(fēng)安全事故，科學(xué)合理的通風(fēng)設(shè)計對于高效生產(chǎn)和通風(fēng)安全至關(guān)重要。鐘九鐵礦斜坡道總長度達(dá)到4 430.66 m，掘進(jìn)方式為獨頭掘進(jìn)，采用局部通風(fēng)方式，存在通風(fēng)路線長、阻力大、工作面新鮮風(fēng)流不足的問題，不僅影響生產(chǎn)效率，而且存在極大的安全隱患。為確保通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠和通風(fēng)安全，對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

鐘九鐵礦輔助斜坡道硐口位于副井西北約50 m處，地表開口標(biāo)高為+14 m，底標(biāo)高為-440 m，凈斷面尺寸為4.2 m×3.6 m（寬×高），直道段坡度為12%，彎道段為平坡。輔助斜坡道與各生產(chǎn)中段通過平巷聯(lián)通，作為大型設(shè)備和材料下放的通道，有助于減輕副井開拓工程施工的負(fù)擔(dān)，提高礦山井下治水抗風(fēng)險能力；同時輔助斜坡道兼做礦山的安全出口，并承擔(dān)輔助進(jìn)風(fēng)任務(wù)，在鐘九鐵礦基建過程中擔(dān)任非常重要的角色。

斜坡道設(shè)計總長度為4 430.66 m，其中，+12～-140 m 水平斜坡道長度為1 458.96 m，-140～-200 m水平斜坡道長度為631.40 m，-200～-260 m 水平斜坡道長度為520.54 m，-260～-320 m 水平斜坡道長度為531.28 m，-320～-380 m 水平斜坡道長度為666.55 m，-380～-440 m 水平斜坡道長度為621.93 m。2021 年，鐘九鐵礦斜坡道正式開工建設(shè)，隨著斜坡道不斷向深部掘進(jìn)。至2021 年底，斜坡道施工已折返4 個彎道，長距離的通風(fēng)和彎道增多，使得斜坡道掘進(jìn)工作面的通風(fēng)越來越困難。目前采用的局部通風(fēng)方式由于通風(fēng)阻力明顯增大，存在通風(fēng)不暢，尤其是迎頭供風(fēng)不足，致使工作面爆破產(chǎn)生的污風(fēng)、鏟運(yùn)設(shè)備油煙稀釋時間長，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度與安全生產(chǎn)。因此，急需對鐘九鐵礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以改善長距離獨頭施工的斜坡道通風(fēng)質(zhì)量，保證作業(yè)環(huán)境良好，提高斜坡道開拓效率。

2 斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化原則

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和改造是一項復(fù)雜的技術(shù)工作，不僅要考慮當(dāng)前斜坡道開拓掘進(jìn)情況、現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備設(shè)施情況、通風(fēng)現(xiàn)狀等，還要考慮到整個斜坡道掘進(jìn)期間，甚至是掘進(jìn)完成后進(jìn)入生產(chǎn)期的各種情況及其變化。因此，本次斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化原則：①提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得用風(fēng)地點風(fēng)量滿足要求、風(fēng)流方向保持不變；②利用現(xiàn)有的井巷和通風(fēng)設(shè)備，最大限度減少輔助工程及新設(shè)備采購；③根據(jù)工程計劃要求，合理安排掘進(jìn)部署，充分發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的通風(fēng)能力；④改善礦井通風(fēng)狀況，創(chuàng)造良好的職業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，提高斜坡道掘進(jìn)效率，保障作業(yè)人員身體健康；⑤在改善礦井通風(fēng)效果的基礎(chǔ)上，盡可能節(jié)約能耗，以提高本礦經(jīng)濟(jì)效益；⑥在阻力較大地點，應(yīng)設(shè)法采取降阻措施，以減少通風(fēng)阻力，使通風(fēng)系統(tǒng)合理化［1-3］。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)路線

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化是通風(fēng)方式、通風(fēng)類型、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)節(jié)方法所涉及的各種參數(shù)的合理組合。結(jié)合鐘九鐵礦斜坡道的實際開拓掘進(jìn)計劃，確定本次通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)路線：調(diào)查斜坡道通風(fēng)現(xiàn)狀，測定斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)阻力，確定礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分支風(fēng)阻，編制通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，確定通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案、風(fēng)機(jī)選型，利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件對通風(fēng)網(wǎng)路進(jìn)行模擬解算［4］。

2.3 斜坡道掘進(jìn)工作面需風(fēng)量

根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（GB 16423—2020）及《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)安全技術(shù)規(guī)范》（AQ 2013—2008）等國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，并參照國內(nèi)外類似礦山通風(fēng)降溫實踐經(jīng)驗，各掘進(jìn)工作面通風(fēng)排塵平均風(fēng)速要求不小于0.5 m/s。鐘九鐵礦斜坡道設(shè)計最大斷面為14.83 m2，故滿足規(guī)范要求的最小需風(fēng)量為7.42 m3/s，考慮到斜坡道的實際通風(fēng)效率以及損耗，最終確定斜坡道需風(fēng)量為8.0 m3/s。

2.4 斜坡道通風(fēng)優(yōu)化方案

根據(jù)現(xiàn)場施工條件及通風(fēng)需求，通風(fēng)優(yōu)化方案采用單翼對角抽出通風(fēng)方式。其施工方法為在斜坡道地表平硐口附近施工一條直徑為2 m 回風(fēng)井，回風(fēng)井分5 段進(jìn)行施工，并施工斜坡道聯(lián)巷使該井與各分段斜坡道相通，各分段標(biāo)高及施工順序如下：①第一段回風(fēng)井從地表+12 m 水平施工至-118 m水平，在斜坡道-118 m水平施工水平回風(fēng)聯(lián)巷與回風(fēng)井連通；②第二段回風(fēng)井從-118 m水平施工至-181 m水平，在斜坡道-181 m 水平施工回風(fēng)井倒段聯(lián)巷回風(fēng)井連通；③第三段回風(fēng)井從-181 m 水平施工至-218 m 水平，在斜坡道-218 m 水平施工施工回風(fēng)井倒段聯(lián)巷回風(fēng)井連通；④第四段回風(fēng)井從-218 m水平施工至-301 m 水平，在斜坡道-301 m 水平施工施工回風(fēng)井倒段聯(lián)巷回風(fēng)井連通；⑤第五段回風(fēng)井從-301 m 水平施工至-344 m 水平，在斜坡道-344 m水平施工施工回風(fēng)井倒段聯(lián)巷回風(fēng)井連通。

2.5 風(fēng)機(jī)選型

2.5.1 風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)量

風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)量：

式中，Qj為風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)量，m3/s；K為通風(fēng)機(jī)裝置的漏風(fēng)系數(shù)，取1.1；q為礦井所需風(fēng)量，m3/s。

風(fēng)機(jī)計算風(fēng)量根據(jù)礦井風(fēng)量計算及礦井風(fēng)量分配。經(jīng)計算，斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)-440 m 中段回風(fēng)機(jī)站風(fēng)量為8.8 m3/s。

2.5.2 風(fēng)機(jī)的計算負(fù)壓

風(fēng)機(jī)的計算負(fù)壓：

式中，Hj為風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)壓，Pa；H為礦井通風(fēng)阻力，Pa；△h為通風(fēng)裝置阻力，一般取150～200 Pa；ho為消聲裝置阻力，可取50～100 Pa；Hz為自然風(fēng)壓，Pa，當(dāng)自然風(fēng)壓起阻力作用時取正號，起動力作用時取負(fù)號；Hd為擴(kuò)散器的動力損失，Pa。

礦井通風(fēng)阻力是選擇通風(fēng)機(jī)主要參之一，為了經(jīng)濟(jì)合理，同時使得巷道不會因風(fēng)壓過大造成安裝、維修等管理困難，須控制總阻力不能太大。本次通風(fēng)阻力計算分3 段進(jìn)行，第一段為回風(fēng)井通風(fēng)阻力，第二段為斜坡道聯(lián)巷通風(fēng)阻力，第三段為斜坡道通風(fēng)阻力。選擇最困難時期作為通風(fēng)阻力計算線路，當(dāng)斜坡道掘進(jìn)至-344 m 中段時為最困難時期，此時斜坡道長度為3 584.81 m，通過計算，斜坡道通風(fēng)總阻力H=200.37 Pa。斜坡道通風(fēng)阻力具體計算結(jié)果見表1。

風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓根據(jù)礦井通風(fēng)負(fù)壓計算。經(jīng)計算，確定斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)全壓為400.36 Pa。

2.5.3 風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量及工作風(fēng)壓通過風(fēng)機(jī)選型計算，斜坡道各中段回風(fēng)井聯(lián)巷選擇1 臺K45-6№11 風(fēng)機(jī)（功率15 kW），有風(fēng)墻形式安裝，葉片安裝角度為40°。該風(fēng)機(jī)為移動式風(fēng)機(jī)，隨著斜坡道掘進(jìn)深度的增加逐步下移，服務(wù)于斜坡道各掘進(jìn)中段。

風(fēng)機(jī)布置及性能參數(shù)見表2。

主扇的控制系統(tǒng)為出廠自帶，主要涉及主控系統(tǒng)、變距系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等，用于控制主扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，保障礦井通風(fēng)系統(tǒng)的正常與安全運(yùn)行。主扇風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)有運(yùn)行、暫停、停機(jī)、緊急停機(jī)，每種狀態(tài)是1 個活動層次，運(yùn)行狀態(tài)層級最高，急停狀態(tài)最低。風(fēng)機(jī)特性曲線如圖1所示。

3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算

通風(fēng)系統(tǒng)方案確定后，根據(jù)井下開采條件，對井下各種類型井巷規(guī)格及作業(yè)中段布置、作業(yè)點分布、典型巷道的通風(fēng)阻力等進(jìn)行了調(diào)查與數(shù)據(jù)整理，建立了井巷風(fēng)阻原始數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分支原始數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)參數(shù)原始數(shù)據(jù)、機(jī)站參數(shù)原始數(shù)據(jù)等通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。利用Ventsim 三維通風(fēng)模型對方案進(jìn)行系統(tǒng)通風(fēng)效果模擬解算，最終確定的實施方案達(dá)到預(yù)期效果［5］。

針對通風(fēng)系統(tǒng)所設(shè)置的回風(fēng)機(jī)站，將礦井參數(shù)及風(fēng)機(jī)型號帶入Ventsim 三維通風(fēng)模型進(jìn)行三維動態(tài)仿真模擬，具體解算模型見圖2。通過解算，斜坡道進(jìn)風(fēng)量與回風(fēng)井相等，均為12.4 m3/s，說明本通風(fēng)系統(tǒng)是合理的。

4 結(jié)語

針對鐘九鐵礦斜坡道實際問題及通風(fēng)需求，根據(jù)現(xiàn)狀測定及分析得到目前存在的關(guān)鍵通風(fēng)問題（通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、污風(fēng)循環(huán)現(xiàn)象、風(fēng)機(jī)效率低），制定出單翼對角抽出通風(fēng)方式斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)方案，通過計算確定斜坡道獨頭掘進(jìn)工作面需風(fēng)量為8.0 m3/s、斜坡道通風(fēng)阻力為200.37 Pa。再根據(jù)風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量及工作風(fēng)壓，確定斜坡道各中段回風(fēng)井聯(lián)巷選擇1 臺K45-6№11 風(fēng)機(jī)（功率15 kW），采用有風(fēng)墻形式安裝，葉片安裝角度為40°。最后通過Ventsim 三維通風(fēng)模型進(jìn)行三維動態(tài)仿真模擬，確定了該方案及各類參數(shù)能夠解決獨頭長距離斜坡道通風(fēng)問題，大大減小斜坡道因通風(fēng)除塵問題而帶來的安全隱患，顯著提高了斜坡道的建設(shè)效率。