摘要：礦井通風(fēng)的實質(zhì)是依靠通風(fēng)動力，源源不斷地向井下提供新鮮空氣，稀釋并排出有毒有害物質(zhì)，為井下作業(yè)人員提供良好的環(huán)境，從而保證礦山安全生產(chǎn)。排山樓金礦的生產(chǎn)中心逐步向新民礦區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，針對其現(xiàn)有井下通風(fēng)系統(tǒng)存在的供風(fēng)量不足，風(fēng)流短路，難以滿足正常生產(chǎn)要求等問題，結(jié)合現(xiàn)場測風(fēng)結(jié)果和礦山未來生產(chǎn)規(guī)劃，提出了側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案，并采用Ventsim通風(fēng)模擬軟件對方案進(jìn)行計算分析。分析結(jié)果表明：新的通風(fēng)系統(tǒng)方案通風(fēng)效果改善明顯，并能滿足改擴建后新民礦區(qū)的通風(fēng)需求，具有很好的應(yīng)用推廣價值。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)；分區(qū)通風(fēng)；Ventsim通風(fēng)模擬軟件；井筒斷面計算；數(shù)值模擬；風(fēng)機效率

[中圖分類號：TD724 文章編號：1001-1277（2025）03-0054-05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.11792/hj20250310 ]

引言

采礦業(yè)一直是生產(chǎn)原材料的基礎(chǔ)工業(yè)，對于維持社會正常發(fā)展至關(guān)重要。目前，隨著礦產(chǎn)資源逐漸枯竭，礦山開采開始逐步轉(zhuǎn)為地下開采，而地下作業(yè)空間相對狹小，資源開采過程中產(chǎn)生的粉塵及爆破產(chǎn)生的氣體，使得井下工作環(huán)境相對惡劣。因此，礦井通風(fēng)質(zhì)量好壞嚴(yán)重影響著礦山安全生產(chǎn)［1-3］。

遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“排山樓金礦”）新民礦區(qū)由于礦體西翼缺乏有效的回風(fēng)通道，致使提升井和盲斜井以西的開采區(qū)域處于風(fēng)流短路狀態(tài)，并且新民礦區(qū)井下缺乏有效的風(fēng)流調(diào)控措施，使得井下風(fēng)量難以實現(xiàn)合理分配。為此，本研究針對排山樓金礦新民礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，同時兼顧新民礦區(qū)改擴建后井下深部中段的通風(fēng)需求，提出了側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案，對新增進(jìn)風(fēng)井筒斷面進(jìn)行計算，確保進(jìn)風(fēng)通道滿足井下需求。采用Ventsim通風(fēng)模擬軟件對方案進(jìn)行數(shù)值模擬分析，數(shù)值模擬結(jié)果顯示：研究提出的通風(fēng)優(yōu)化技術(shù)方案可有效改善新民礦區(qū)井下通風(fēng)效果，并能滿足新民礦區(qū)未來改擴建后的通風(fēng)需求。

1工程背景

目前，排山樓金礦共有2個分礦：上排礦區(qū)和新民礦區(qū)，實際生產(chǎn)能力分別為1 500 t/d和400 t/d。其中，新民礦區(qū)采用豎井加盲斜井進(jìn)行開拓，通風(fēng)系統(tǒng)為對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，屬于獨立通風(fēng)系統(tǒng)，井下通風(fēng)利用現(xiàn)有罐籠井和盲斜井作為進(jìn)風(fēng)井兼安全出口，污風(fēng)經(jīng)人行通風(fēng)井進(jìn)入上中段沿脈回風(fēng)道，經(jīng)端部回風(fēng)井抽出地表，主扇風(fēng)機位于223 m中段37# 勘探線回風(fēng)井附近（主扇風(fēng)機型號及參數(shù)如表1所示）。

表1主扇風(fēng)機型號及參數(shù)

Table1Main fan models and parameters

[指標(biāo) 參數(shù) 風(fēng)機型號 DK40-6-No17 轉(zhuǎn)速/（r·min-1） 980 電動機型號 Y3155-6 功率/kW 2×75 風(fēng)量/（m3·s-1） 26.5～63.5 風(fēng)壓/Pa 491～2 171 風(fēng)機葉片角度/（°） 25 風(fēng)機效率/% 80 ]

由于上排礦區(qū)剩余開采資源量已經(jīng)不多，排山樓金礦生產(chǎn)重心正逐步向新民礦區(qū)轉(zhuǎn)移。按照排山樓金礦對新民礦區(qū)未來的發(fā)展規(guī)劃，新民礦區(qū)的生產(chǎn)能力將大幅度增加到1 500 t/d。為滿足新民礦區(qū)未來的生產(chǎn)需求，排山樓金礦初步確定在礦體東翼（現(xiàn)有回風(fēng)井以東）施工1條連通各個中段的斜坡道。因此，新民礦區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案在解決現(xiàn)有通風(fēng)問題的基礎(chǔ)上，還要兼顧未來的發(fā)展規(guī)劃，以滿足擴產(chǎn)能后的通風(fēng)需求。

2通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化是根據(jù)礦山現(xiàn)場條件，采用各種有效方法尋求礦井通風(fēng)的電能消耗低，投資少，安全可靠，管理方便的最佳系統(tǒng)方案［4］。因此，針對新民礦區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案，需要考慮到礦山實際條件的約束：①受當(dāng)?shù)貤l件限制，新民礦區(qū)無法在礦區(qū)西翼施工1條通達(dá)地表的回風(fēng)井，構(gòu)成中央進(jìn)風(fēng)兩翼回風(fēng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；②礦區(qū)東翼巖體滲水量巨大，無法在礦體東翼布置入風(fēng)井，否則會出現(xiàn)冬季井筒結(jié)冰現(xiàn)象，造成井筒完全堵塞，無法入風(fēng)；③靠近礦區(qū)東翼即將施工的斜坡道與各個中段的連接處要做好密閉工作，防止斜坡道無軌設(shè)備產(chǎn)生的廢氣摻入到新鮮風(fēng)流中。

2.1側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案

結(jié)合礦山的實際現(xiàn)場條件和生產(chǎn)規(guī)劃，最終確定采用側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案（如圖1所示）。方案實質(zhì)為：在礦體西翼掘進(jìn)盲豎井形成一個獨立進(jìn)風(fēng)井，因此新民礦區(qū)將形成2個獨立的分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，主進(jìn)風(fēng)井巷包括提升井、措施井輔助進(jìn)風(fēng)（主要服務(wù)223 m中段和180 m中段的東部區(qū)域）、盲豎井（負(fù)責(zé)提升井和盲斜井以西和深部中段的進(jìn)風(fēng)），主回風(fēng)井巷為東回風(fēng)井［5］。

1）通風(fēng)東分區(qū)。通風(fēng)東分區(qū)主要是指新民礦區(qū)223 m中段、180 m中段提升井以東和140 m中段、100 m中段盲斜井以東的區(qū)域。在該分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，提升井和措施井為223 m中段和180 m中段進(jìn)風(fēng)井，盲斜井為140 m中段和100 m中段進(jìn)風(fēng)井，各中段的回風(fēng)井均為東回風(fēng)井。

2）通風(fēng)西分區(qū)。通風(fēng)西分區(qū)主要是指新民礦區(qū)223 m中段、180 m中段提升井以西，140 m中段、100 m中段盲斜井以西和65 m中段及以下中段區(qū)域。在該分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中，提升井和盲豎井為140 m中段和100 m中段進(jìn)風(fēng)井，回風(fēng)井為東回風(fēng)井。新鮮風(fēng)流經(jīng)提升井到達(dá)223 m中段和180 m中段，通過運輸巷道到達(dá)礦體西翼的盲豎井，經(jīng)盲豎井到達(dá)盲斜井以西和深部中段，在洗刷工作面之后，污風(fēng)經(jīng)東回風(fēng)井排出地表。

側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案的優(yōu)勢在于：①在無法施工西風(fēng)井連通地表的前提下，施工盲豎井，讓新鮮風(fēng)流沿著盲豎井到達(dá)礦體西側(cè)，解決現(xiàn)有提升井西部區(qū)域風(fēng)路短路的問題；②盲豎井可隨著開采深度向下繼續(xù)延伸，可以服務(wù)于深部中段；③可以實現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)，按需分配。

2.2盲豎井井筒斷面計算

為保證礦區(qū)西翼盲豎井（進(jìn)風(fēng)井）能夠滿足改擴建后的新民礦區(qū)風(fēng)量需求，需要對盲豎井的井筒斷面尺寸進(jìn)行計算，確保井巷風(fēng)速滿足GB 16423—2020《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定。

2.2.1井下需風(fēng)點通風(fēng)量計算

1）中深孔大爆破需風(fēng)量計算。新民礦區(qū)井下采礦工藝以中深孔為主，采礦方法為分段鑿巖階段礦房采礦法，采場內(nèi)由于存在礦柱，多為封閉性采場。爆破后，在采場內(nèi)部形成較高的氣壓，在這個壓力作用下，炮煙通過天井、漏斗和耙礦巷道向外涌出至回風(fēng)巷道，其通風(fēng)過程與巷道型采場相似，故按排煙計算，大爆破后的采場需風(fēng)量（Q）為：

式中：t1為通風(fēng)時間（s）；i為炮孔涌出系數(shù)，取0.175；A1為大爆破的炸藥量（kg）；V為充滿炮孔的巷道容積（m3），V=V1+iA1bc，其中，V1為排風(fēng)側(cè)巷道容積，約為1 866.6 m3，bc為1 kg炸藥所產(chǎn)生的全部氣體量，約為0.9 m3。

根據(jù)排山樓金礦生產(chǎn)現(xiàn)狀，井下大爆破后通風(fēng)時間約為4.5 h，大爆破消耗炸藥量為10 t。因此，采用分段鑿巖階段礦房采礦法回采的采場大爆破后需風(fēng)量為4.5 m3/s。

2）二次破碎爆破通風(fēng)需風(fēng)量計算。

（1）按排出炮煙計算需風(fēng)量。經(jīng)統(tǒng)計，新民礦區(qū)二次爆破炸藥單耗為0.25 kg/t，按未來出礦量1 500 t/d進(jìn)行計算，二次爆破共消耗炸藥375 kg，每班單次爆破炸藥消耗量約為125 kg。排出炮煙需風(fēng)量（Qp）計算公式為：

式中：A2為二次爆破消耗的炸藥量（kg）；SB為出礦巷道的斷面積（m2）；lB為出礦巷道長度的一半（m）；t2為二次破碎爆破后的通風(fēng)時間（s）。

經(jīng)計算：Qp=5.13 m3/s。因此，按排出炮煙計算需風(fēng)量為5.13 m3/s。

（2）按排塵風(fēng)速計算需風(fēng)量，計算公式為：

[Qp=Sv]（3）

式中：S為巷道斷面積（m2）；v為排塵風(fēng)速，按巷道型回采工作面要求的排塵風(fēng)速為0.15～0.5 m/s，取0.5 m/s。

經(jīng)計算：Qp=3.645 m3/s。因此，按排塵風(fēng)速計算掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量為3.645 m3/s。

綜上，二者取最大值，則新民礦區(qū)二次破碎爆破通風(fēng)需風(fēng)量為5.13 m3/s。

由于無法估計新民礦區(qū)改擴建后的需風(fēng)點數(shù)量，只能根據(jù)上排礦區(qū)的生產(chǎn)情況，預(yù)估改擴建后其需風(fēng)點需風(fēng)量為30 m3/s。因此，新民礦區(qū)需風(fēng)量為39.63 m3/s，考慮其采礦方法主要為空場采礦法，存在采空區(qū)漏風(fēng)，因此取風(fēng)量備用系數(shù)k=1.35，則最終新民礦區(qū)需風(fēng)量為53.5 m3/s。

2.2.2按生產(chǎn)能力校核需風(fēng)量

新民礦區(qū)生產(chǎn)能力按1 500 t/d、每年作業(yè)時間330 d進(jìn)行計算，其生產(chǎn)能力為49.5萬t/a，屬于大型礦井。則根據(jù)生產(chǎn)能力對新民礦區(qū)需風(fēng)量進(jìn)行校核計算如下：

式中：A為礦井年產(chǎn)量（萬t）；Y為萬噸耗風(fēng)量，大型礦井萬噸耗風(fēng)量為1.2～3.5 m3/s，取1.5 m3/s。

經(jīng)計算：Q=74.25 m3/s。因此，新民礦區(qū)按萬噸耗風(fēng)量估算礦井需風(fēng)量為74.25 m3/s。

通過中深孔大爆破炸藥消耗量和生產(chǎn)能力分別計算新民礦區(qū)的需風(fēng)量，綜合二者結(jié)果，最終確定新民礦區(qū)需風(fēng)量為74.25 m3/s。根據(jù)GB 16423—2020《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定，井巷允許最高風(fēng)速［4］如表2所示。

3通風(fēng)系統(tǒng)方案數(shù)值模擬分析

目前，國內(nèi)應(yīng)用比較普遍的通風(fēng)系統(tǒng)三維仿真軟件是澳大利亞開發(fā)的Ventsim三維通風(fēng)模擬軟件。該軟件是一款實用性較強的礦井通風(fēng)仿真模擬軟件，可建立直觀的礦井三維通風(fēng)系統(tǒng)模型，通過路徑模擬、風(fēng)網(wǎng)解算和風(fēng)機設(shè)置，對通風(fēng)系統(tǒng)的效果進(jìn)行模擬、控制與優(yōu)化設(shè)計［6-11］。

3.1通風(fēng)系統(tǒng)三維模型創(chuàng)建

打開Ventsim通風(fēng)模擬軟件，建立圖層，根據(jù)中段地質(zhì)平面圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)繪制通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)路、井筒，并設(shè)置斷面類型、尺寸參數(shù)、巷道摩擦系數(shù)（如表3所示）等；根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案，進(jìn)行風(fēng)機、密閉工程等通風(fēng)構(gòu)筑物布置［12-16］。采用Ventsim通風(fēng)模擬軟件建立的改擴建后新民礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)三維模型如圖2所示。

3.2風(fēng)機工況

根據(jù)所確定的側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案進(jìn)行數(shù)值模擬，改擴建后新民礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)主要風(fēng)機運行情況為：主扇風(fēng)機工況點全壓1 061.6 Pa，風(fēng)量51.5 m3/s，風(fēng)速10.4 m/s，風(fēng)機效率75 %，功率72.8 kW，軸功耗76.7 kW，其風(fēng)機工況風(fēng)壓、風(fēng)機效率曲線如圖3、圖4所示。

總體來看，新民礦區(qū)的風(fēng)機處于穩(wěn)定、高效運轉(zhuǎn)狀態(tài)，風(fēng)機效率均達(dá)到60 %，技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性良好，符合GB 16423—2020" 《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定［17］。

3.3通風(fēng)指標(biāo)

根據(jù)GB 16423—2020" 《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》要求，井下采掘工作面進(jìn)風(fēng)中的空氣成分（按體積計算）氧氣濃度應(yīng)不低于20 %，CO濃度不應(yīng)高于0.002 4 %；采掘面溫度不高于27 ℃（濕球溫度），風(fēng)速不小于0.25 m/s。

根據(jù)模型計算結(jié)果，其主要風(fēng)路節(jié)點的風(fēng)速統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表4所示，其風(fēng)速、風(fēng)量和溫度均滿足要求，因此側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案可以滿足礦山生產(chǎn)通風(fēng)要求。

4結(jié)論

1）根據(jù)排山樓金礦新民礦區(qū)現(xiàn)場實際條件及未來發(fā)展規(guī)劃，提出了側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)方案為最終的通風(fēng)技術(shù)方案，該方案在解決目前新民礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)提升井以西區(qū)域風(fēng)流短路問題的基礎(chǔ)上，還兼顧了深部中段的通風(fēng)需求，實現(xiàn)了按需供風(fēng)，分區(qū)獨立調(diào)整。

2）根據(jù)新民礦區(qū)井下通風(fēng)需求和礦井的生產(chǎn)能力，對技術(shù)方案中新增盲豎井進(jìn)風(fēng)通道的井筒斷面進(jìn)行了計算，確定在符合GB 16423—2020" 《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定前提下，圓形井筒斷面尺寸最小直徑為2.5 m。

3）采用Ventsim 通風(fēng)模擬軟件對側(cè)翼對角式分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的主輔扇風(fēng)機工況和主風(fēng)路節(jié)點風(fēng)速進(jìn)行模擬分析，風(fēng)機的運轉(zhuǎn)效率、風(fēng)速、風(fēng)量和溫度均滿足要求，符合礦山生產(chǎn)通風(fēng)要求。

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Optimization of the ventilation system in the Xinmin mining district of the

Paishanlou Gold Mine

Li Chuanying1， Zhou Le2， Zhao Long2， Zhao Tianye1， Bi Junkuo1

（1. Liaoning Paishanlou Gold Mining Co.， Ltd.; 2.Changchun Gold Research Institute Co.， Ltd.）

Abstract：The essence of mine ventilation lies in utilizing ventilation power to continuously supply fresh air underground， dilute and remove toxic and harmful substances， and provide a safe working environment for personnel， thereby ensuring safe and normal mining operations. As production at the Paishanlou Gold Mine gradually shifts to the Xinmin mining district， the existing ventilation system faces challenges such as insufficient air supply， airflow short?circuiting， and failure to meet operational demands. Based on field airflow measurements and future production plans， a flank diagonal zoning ventilation system was proposed. Ventsim ventilation simulation software was employed to analyze the proposed system. Results demonstrate that the new ventilation design significantly improves ventilation efficiency， meets the expanded operational needs of the Xinmin mining district， and holds strong potential for broader application.

Keywords：mine ventilation; zoning ventilation; Ventsim ventilation simulation software; shaft cross?section calculation; numerical simulation; fan efficiency