大红山铁矿通风系统现状分析与调控策略*

杨光勇，王旭斌，谢宁芳

(1．云铜迪庆矿业股份有限公司，云南 迪庆 674400;2．云南省安全生产监督管理局，云南 昆明 650041;3．昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

大红山铁矿通风系统现状分析与调控策略*

杨光勇1，王旭斌2，谢宁芳3

(1．云铜迪庆矿业股份有限公司，云南 迪庆 674400;2．云南省安全生产监督管理局，云南 昆明 650041;3．昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

文章分析了目前我国最大的地下金属矿山─大红山铁矿通风系统的现状及存在的问题，并提出了通风系统调控的具体措施与方法，文中有大量珍贵的通风系统测定数据和技术指标可供参考。

矿井通风系统;多级机站通风;大红山铁矿;昆明钢铁集团

1 概况与扩产前景

昆明钢铁集团 (公司)大红山铁矿一期400万t/a工程于2007年投产，目前，大红山铁矿原矿产量只能满足昆明钢铁集团铁矿石需求量的约三分之一，根据昆钢集团的发展战略，依托大红山丰富的铁矿石资源，大红山铁矿最终将开发成年产1 200万t原矿的特大型铁矿石基地。至2009年初，大红山铁矿露天及地下扩产项目的设计、施工已全面展开，利用大红山铁矿400万t/a已有工程开发的地下扩产项目主要有:720 m头部50万t/a工程;Ⅰ号铜矿带150万t/a工程;Ⅲ、Ⅳ矿体80万t/a工程;二道河100万t/a工程;400万t/a深部工程等等。除了深部工程尚处于方案研究外，其余扩产项目已陆续进入施工图设计、主控工程施工、基建探矿等阶段，大多数扩产项目与目前已投产的400万t/a工程密切关联，在通风系统设计时，尽管都按各自相对独立的原则进行设计，但是由于井下运输、人员往来、措施工程、共用通风巷道等因素，投产后，各系统将难免会以目前400万t/a工程通风系统为中心连接成一个相互贯通、相互影响的大型复杂通风系统。

初步计算，与400万t/a工程关联的扩产项目全部投产后 (产量达到880万t/a)，通风系统的总风量将达到约1 500 m3/s，机站风机总装机功率达到约6 000 kW，主力机站风机达到50台，通风巷道的总长度将超过160 km，各工程汇总数据见表1。

表1 大红山铁矿扩产后主要通风系统汇总数据Tab.1 Summarized data for main ventilation system of Dahongshan iron mine after expanded production

2 大红山铁矿400万t/a工程通风系统改造前运行状况分析

九十年代初，大红山铁矿即开始不同采矿规模(100万 t/a、150万 t/a、200万 t/a、400万 t/a等)的设计和论证，井下各大系统最终定型于2005年版初步设计优化，即按照400万t/a规模进行设计实施。通风系统也进行了传统主扇通风、全抽出式多级机站通风、压抽结合多级机站通风等不同方案的设计和比较，最终确定为以抽为主、压抽结合的多级机站通风模式，矿井总风量综合考虑工程投资、降温、排烟、排尘、排氡等因素后确定为480 m3/s。

根据2005年版初步设计优化，大红山铁矿400万t/a工程通风系统设计、实施方案为:

通风系统共设4级机站进行压抽结合通风，其中一、二级机站压入，三、四级机站抽出，一级机站只设置1个装机点，即一级机站1#风机设于主进风斜井底380m进风平巷中，压入全系统约50%的新鲜风量;深部采场二级机站2#～5#风机安装在采场各分段进风井联道中，直接向采场工作面供风，中部采场 (Ⅰ、Ⅱ采区)二级机站6#～7#风机安装在各自回风平巷中;三级机站8#～10#风机分别设于破碎系统360 m回风平巷、510 m回风平巷、650 m回风平巷;四级机站11#～12#风机为系统总回风，设于1#、2#总回风斜井口。破碎系统形成相对独立的通风系统，新鲜风由皮带斜井和斜坡道供给，污风通过破碎系统回风井由8#风机抽到360 m回风平巷中。

通过设计方开发的通风软件进行网络解算，矿井总风量为480.56 m3/s，万吨矿石用风率1.20，装机总功率为2 280 kW，风机总台数17台，主要区段的分风结果为:深部采区252.14 m3/s，中部采区163.22 m3/s，380 m运输中段回风16.25 m3/s，破碎系统48.95 m3/s。

通风系统于2007年投产运行后，矿山委托第三方科研单位对通风系统进行了较全面的测量，同时把实测结果与设计值 (网络解算结果)进行了对比，其中主要汇总数据见表2，各风机站测量数据见表3。通过表中数据分析如下:

矿井总风量实测结果比设计值即网络解算结果偏高约10%左右，这与通风巷道实际施工断面整体大于设计计算值所致;有效风量率、通风耗能、风机实际功率等与设计结果接近，通风系统主要通风巷道 (主进风斜井、主斜坡道、720 m主平坑、胶带斜井、650 m回风平巷、1#～2#回风斜井、360 m破碎系统回风道等)的风量分配实测结果与网络解算结果相差较小。除少数机站因漏风短路出现异常外，通风系统各主力机站风机的实测工况数据、风机效率等指标与设计网络解算结果接近。

通风系统投产后存在的主要问题是380 m中段回风巷反风 (导致部分穿脉反风)、510 m风机站9#风机 (深部采区总回风机站)风量异常偏高、625 m中部Ⅱ采区回风机站7#风机及360 m破碎系统回风机站8#风机风压工况异常偏低、二级机站2#～6#风机风压工况异常偏低等，上述问题都可归结为局部通风网络结构失控问题，即现实巷道拓扑关系、巷道属性及连通性与设计不一致，这种情况在基建期或生产初期十分明显。

综上所述，大红山铁矿原设计400万t/a工程通风系统投产运行后在矿井总风量、有效风量率、风机总效率、主要通风干道的分风风量、各采区分风总量、进风源风质、主要通风干道的风速等方面均达到设计要求，也符合国家规程规范要求，尤其是主进风斜井在一级机站1#风机的作用下，进风量达到287.90 m3/s，占总进风量约55%，充分发挥了进风斜井的进风功能，减轻了主斜坡道、胶带斜井的进风压力，同时也就减少的汽车尾气、胶带斜井粉尘对井下空气的污染。若能针对系统出现的问题采取进一步调控措施，井下工作面取得较好的通风效果应在情理之中。

表2 大红山铁矿原设计通风系统测量汇总数据Tab.2 Summarized data for original ventilation system measurement of Dahongshan iron mine

表3 大红山铁矿原设计通风系统各级风机站测量数据Tab.3 Measured data for all level fan station of original ventilation system in Dahongshan iron mine

3 大红山铁矿400万t/a工程通风系统改造后运行状况分析

大红山铁矿400万t/a工程2007年投产后不久，与之相关的扩产项目已提到议事日程上，为了排出废石需要，把专用进风斜井暂时改造为箕斗提升斜井，同时拆除装在进风斜井底的一级机站1#风机以及部分原设计的二级机站风机，作为通风补救措施，在380 m中段回风平巷 (1#斜井脚)、炸药库回风道、360 m破碎系统回风平巷、中部采区分段通风联道、深部采区等多处新增安装了7.5～90 kW风机约18台，总装机功率约360 kW，形成了大红山铁矿400万t/a工程改造后通风系统。通风系统改造后，矿山也进行了相关测定，主要汇总数据见表4，风机测定数据见表5。

根据测定结果及反馈资料分析表明，尽管通风系统在总风量、额定功率、实际功率等指标与改造前较为接近，但是通风系统的整体通风效果发生了较大变化，没有达到预期效果，具体分析如下:

表4 大红山铁矿通风系统改造后测量汇总数据Tab.4 Measured and summarized data for reformed ventilation system in Dahongshan iron mine

1)取消一级机站后，主进风斜井的风量从改造前的287.90 m3/s减少至163.10 m3/s，受到汽车尾气污染的主斜坡道的进风量从106.48 m3/s增加到161.36 m3/s，720 m主运输平巷的进风量从77.96 m3/s增至121.60 m3/s，主要进风干道的分风格局变得不合理。

2)主进风斜井改造为箕斗斜井同时兼作进风井，新鲜风源进一步受到矿尘污染，同时也不符合“箕斗井不应兼作进风井”的安全规程要求。

3)通风系统改造后，进入矿井的新风量在进风段即受到了的污染，主要污染源有进风斜井排碴矿尘、胶带斜井运矿粉尘、主斜坡道汽车尾气及内燃热等，受污染的进风量约占总进风量的70%(虽然原设计系统也存在胶带斜井运矿粉尘、主斜坡道汽车尾气等污染源，但是受到污染的进风量相对较少，约占总进风量的30%)，这也是通风系统改造后井下工作环境没有明显提升的原因之一。

4)主斜坡道的风速从改造前的5.20 m/s上升到7.88 m/s，已接近安全规程允许风速的上限，有大量汽车运行的斜坡道，其过高的风量和风速会增加井下的污染范围，还会给车辆安全行驶带来隐患，万一车辆发生燃烧事故，有毒有害的浓烟将直接危及井下人员的生命安全。

5)取消原设计一级机站以及部分二级机站风机后，额外增加了约18台各种型号的风机，这些风机没有经过通风网络计算和配型，随意性较大，与原设计的三、四级机站风机难以匹配，造成通风网络阻塞和“大马拉小车”的现象，实际是增加了通风系统的阻力和耗能。

6)原设计的4级机站共17台风机均纳入了远程集中监控系统，风机的启动、反风、运行状态监控、相关参数测量等是可控的或自动化的。通风系统改造后，超过半数的风机失去远程控制，孤立地运行在井下各个角落，需要投入大量人力来巡回检查，管理十分不便。改造后的通风系统已失去整体反风功能，遇到井下火灾或有毒气体泄露事故时，需要通风系统整体反风来趋利避害将无能为力。

综上所述，取消一级机站、利用主进风斜井作为排碴通道，虽然短期内为扩产项目服务、加快扩产进程取得了一定成效，但是本区400万t/a工程通风系统也为此付出了代价。随着大量扩产工程以及本区400万t/a接替工程向深度推进，如果再不采取强有力措施和调控方案，井下通风问题会更加突出和尖锐。

表5 大红山铁矿通风系统改造后各级风机站测量数据Tab.5 Measured data for all level fan station of reformed ventilation system in Dahongshan iron mine

4 大红山铁矿通风系统瓶颈问题及调控策略

大红山铁矿工程在长期的设计、论证过程中，局限于当时的投资环境及市场地位，井下各大系统(通风系统、运输系统、破碎系统、胶带提升系统等)并没有过多考虑到扩产工程的需求，尤其是井下通风系统，为了压缩整体工程的项目投资，早期设计还削减了较多与通风有关的工程，如原来考虑三条断面约22 m2的总回风斜井，削减为两条，总风量从原设计600 m3/s减到480 m3/s，方案设计受到一定影响。2007年投产后，制约通风系统的能力提升、影响通风效果的因素较为复杂，综合分析如下:

1)主要通风巷道断面不足，特别是总回风巷道断面严重偏小，1#～2#总回风斜井出口段断面之和约为44 m2，却要负担480 m3/s的回风量，投产后实际回风量高达547 m3/s，平均风速达到12.43 m/s;负担380 m运输水平及360 m破碎系统回风任务的1#回风斜井下段 (380～510 m)通风断面只有约10 m2，通风阻力很高，制约了破碎系统及380 m运输水平通风效果;投产后各通风主干道的风速 (改造前)已接近安全规程的上限，如主进风斜井为14.81 m/s，1#回风斜井上段为11.18 m/s，2#回风斜井上段为13.47 m/s，都明显超过经济合理风速的范围。

2)在通风网路设计方面，除了少数专用通风井巷外，大部分通风巷道与井下运输巷道共用，没有独立的通风网路设计，矿井通风与运输的矛盾在无轨开采矿山尤为突出。井下运输影响矿井通风的主要表现为:运输道、措施道破坏通风网络结构，造成漏风或短路;风机站、通风构筑物常与运输车辆相矛盾;无轨车辆尾气通过运输道污染新鲜风流，等等。

3)进风段新鲜风流受到污染，无轨车辆尾气是主要污染源之一。改造前通风系统进风段受到污染的新鲜风流仅有约30%，改造后上升至70%，这是由于主进风斜井改为箕斗斜井后造成的，主进风斜井没有一级机站控制分风后，大量新风按自然分风规律被动从主斜坡道进入而造成污染。

4)通风系统动态性管理措施失控。井下通风网络是个变动的网络，没有一劳永逸的通风系统，虽然主干通风网络不易变动，但是局部地段或采区网络巷道结构经常受到破坏，造成巷道漏风、巷道反风、风机短路等现象，因此必须及时研究和采取合理的通风措施才能确保井下通风效果，这一工作从投产起将贯穿矿山开采的整个服务年限。

针对上述制约大红山铁矿通风系统的若干瓶颈问题，采取相应的调控策略与措施建议为:增加总进风井和总回风井数量或断面，服务于本区及扩产项目的主控通风巷道应尽早投入使用;尽快恢复原来一级机站风机或在其它位置新建一级机站风机，使得在进风段无污染的新风量达到70%以上;通过控制分风策略或其它措施，尽量减少主斜坡道的进风量，同时对入井的所有车辆安装尾气净化装置;在后续扩产项目通风系统设计上，尽可能多地设计独立的通风网路，避免与无轨运输发生矛盾;加快矿井通风管理队伍的建设，以适应日趋复杂的通风系统管理需要。

［1］谢宁芳．通风专家3.0版主要功能及在矿山中的应用．矿业快报，2001，(13):35－39．

［2］赵梓成．矿井通风计算及程序设计．云南:云南科技出版社，1992．

［3］谢宁芳．矿井通风系统优化设计方法与技巧．有色金属设计，1994，(2):1－10．

［4］谢宁芳．多级机站通风及其发展新动向．有色金属设计，1992，(2):15－20．

Analysis and Control Strategy for the Current Situation of Ventilating System in Dahongshan Iron Mine

YANG Guang－yong1，WANG Xu－bin2，XIE Ning－fang3
(1．Diqing Mining Industry Co．，Ltd．，CHINALCO，Diqing，Yunnan 674400，China;2．Yunnan Province Administration of Work Safety，Kunming，Yunnan 650041，China;3．Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co．，Ltd．，Kunming，Yunnan 650051，China)

The current situation and existing problems of the ventilation system in Dahongshan Iron Mine is analyzed in this paper，which is the biggest underground metal mine in China;and the specific measures and methods for controlling of the ventilation system is presented in this paper too，and there are many measured data and technical targets of ventilation system can be valuable reference．

ventilation system of mine;multi－staged fan station;Dahongshan Iron Mine;Kunming Iron and Steel Group

TD72

A

1006－0308(2011)05－0009－05

2011－05－18

杨光勇 (1966－)，男，云南嵩明县人，工程师。