锡矿山南矿浅部通风系统优化方案的研究

刘黔峰，彭 雄

（锡矿山闪星锑业有限公司， 湖南 冷水江市 417502）

锡矿山南矿浅部通风系统优化方案的研究

刘黔峰，彭 雄

（锡矿山闪星锑业有限公司， 湖南 冷水江市 417502）

针对锡矿山南矿浅部采空区多、通风线路紊乱的现状，对现有通风系统风量、风压、风阻及网络结构的合理性进行了分析，对通风系统进行全面评价，提出了优化方案，确定了改造措施，从而达到改善井下作业环境，提高残矿回收率的目的。

通风系统；风量；风压；风阻；网络结构；优化方案

南矿是锡矿山闪星锑业有限责任公司的一个主要采选生产单位，现有员工1400人，年采掘总量30万t，其中浅部残矿回收占1/3，采、掘、出作业地点30个。由于周围采空区密布，残矿开采通风条件复杂，通风线路紊乱，因此必须对通风系统进行优化，以最大限度地改善残矿回收的通风条件。

1 南矿浅部通风系统现状

锡矿山南矿浅部老窿多，距地表近，进风口多，主要进风通道有一直井、一窿口、二窿口和342充填道。中段之间有盲斜井贯穿，利用采准过程中的横风巷、一些老巷道、310充填道和上部中段平巷作为回风巷道。回风分为两部分，有主扇2台，一台安装在101平巷，型号为FSB－160－60轴流式风机，功率75kW，风量45m3/s，有效风量率66%，负责南炼厂保安矿柱区域生产的通风，污风由1号风井排出地表；另一台安装在360平巷，型号为KG40－12轴流式风机，功率37kW，风量30m3/s，有效风量率58%，负责西部残采区域的通风，污风从2号风井抽出地表（见图1）。南矿浅部现有两台主扇装置的性能见表1。

图1 南矿浅部通风系统布置示意

表1 南矿浅部两台主扇装置性能测定

掘进工作面采用局部通风，型号为GKJ56－Z型节能轴流通风机，有2kW、5.5kW、11kW 等5种类型。作业面采用抽压混合式通风，采用Φ300的柔性风筒。

2 现有通风系统能力校核

2.1 浅部风量校核

矿井总风量为各采掘工作面、需独立通风硐室所需风量与其他需风量以及矿井漏风量之和：

式中：Q——矿井总风量，m3/s；

qh——回采工作面所需风量，m3/s，取4m3/s；

qj——掘进工作面所需风量，m3/s，取1m3/s；

qd——独立通风的硐室所需风量，m3/s，取10 m3/s；

qt——其他工作面所需风量，m3/s，取5m3/s；

k1——外部漏风系数，取1.1；

k2——内部漏风系数，取1.2。

1号主扇负责21个作业地点的通风，经计算需风量Q1＝71.28m3/s；2号主扇负责10个作业面的通风，经计算需风量Q2＝33m3/s。

比照表1可看出，现有两台主扇均不能满足浅部残采的通风需要。

2.2 风压校核

主扇风压一般通过通风系统总阻力和自然风压来校核，经计算得出：1号风井通风阻力为Hf1＝766.07Pa，2号风井通风阻力为 Hf2＝142.3Pa；1号风井在通风容易和通风困难两个时期的自然风压hn易＝99.11Pa，hn难＝111.75Pa，2号风井hn易＝62.86Pa，hn难＝89.22Pa。

主扇静风压按如下公式计算：

式中：Hfr，min——主扇通风容易时的静风压，Pa；

Hfr，max——主扇通风困难时的静风压，Pa；

hn——矿井自然风压，Pa；

Hf——矿井通风阻力，Pa。

故1号风机通风容易和通风困难时期的静风压分别为 Hfr，min＝666.96Pa，Hfr，max＝877.82Pa；2号风机静风压为Hfr，min＝79.44Pa，Hfr，max＝231.52Pa。

现有1号主扇全压为568Pa，静风压不能克服通风阻力；现有2号主扇全压为488Pa，能够克服该线路通风阻力，可以满足该区域通风需求。

2.3 风速校核

风速按下式进行验算：

式中：V——工作面风速，m/s；

S——运输巷道断面积，m2；

V允——巷道允许通过最大风速，m/s。

通过实地检测，1、2号风井各系统巷道均满足风速要求。

2.4 通风网络结构合理性分析

网络结构合理性系数是由自然分风的压力与按需分风的压力比值确定，即：

式中：K——网络结构合理性系数；

HN——自然分风时系统的压力；

H—按需分风时系统的压力。

单一风机工作的通风系统K值应在1以下，一般要求K＞0.85，但也不能过小；若K＜0.6，则在采掘布局上要加以注意和改进；对于多风井系统，由于受相邻系统影响，可能比值大于1，此时应进行调整。

根据通风系统模拟数据得出：1号风井K＝0.76，系统较合理；2号风井K＝0.31，系统不合理。

3 矿山当前通风系统评价

（1）现有通风系统难以维持生产，随着浅部残采力度不断增大，风量不能满足生产的需求，同时由于通风网络复杂，开采不断延伸，西部和中部线路加长，现有风机难以克服不断增大的通风阻力，因此通风系统须进行必要的改造。

（2）从技术指标分析，主扇使用年限太久，导致主扇设备老化，无配件更换，效率偏低。

（3）棋盘式通风网路管理困难，一些风门时常打开，容易造成污风外泄，新风短路，形成污风串联，污风循环。

（4）由于矿山多中段同时作业，各中段没有独立的回风平巷，受生产条件的影响，上下中段在作业地点的分布上有时无法避开，造成下部中段污风影响上部中段空气质量，对作业人员的人身健康造成一定损害。

（5）随着浅部残采力度的增大并向边部延伸，主扇迁入井下后，上部的残采与深部回采之间的矛盾较严重。同时浅部漏风严重，通风效率较低。

4 通风系统优化方案

（1）将1、2窿口342充填道和1直井作为进风井，1号风井、2号风井和3号风井作为主要回风井（见图1）。

（2）在3号风井底部安装1台主扇（可以用西部主扇代替），以解决南矿东部残采和探矿时的通风问题，并且与东部13中段主扇形成接力，以解决该主扇风压不足的问题。在5中段东部安装风门以协调浅部和深部开采在不同时期的通风需求。

（3）中部残采通过浅部1号风井回风，并在适当位置安装风门达到合理分配风量的目的，协调东、中、西部残采在不同时期的通风需求。

（4）西部残采通过浅部2号风井回风。

（5）由于锡矿山同时开采的中段多，各中段没有专门的回风巷道，污风通过回风天井直接进入上中段运输巷道，造成空气质量下降。建议各中段采场采用阶梯式布置，随深度的增加，采场布置依次靠近主回风井。

（6）由于空区分布复杂，漏风严重，残采工作需按采场集中布置的原则制定采掘计划，同时开采中段不宜大于2个。及时对空区进行超前探测，并进行充填和封堵，以减小浅部残采漏风，保证残采工作的安全进行。

5 风机选型

通风系统方案优化结果表明，需对南矿浅部通风系统进行改造，选择新的主扇。

（1）风量计算：

式中：Qj——风机计算风量，m3/s；

K——通风装置漏风系数，取1.1；

Q——矿井所需风量，m3/s。

（2）风压计算：

式中：Hj——风机的计算负压，Pa；

Hf——矿井通风阻力，Pa；

△h——通风装置阻力，取150Pa；

hc——消声装置阻力，取50Pa。

（3）风机选型。浅部1号风机通风系统主扇应满足风量Qj＝78.4m3/s，通风容易和困难时期的风压分别为Hj易＝866.96Pa和Hj难＝1077.82Pa，故选用K40－8－No24风机；浅部2号风机通风系统主扇应满足风量Qj＝36.3m3/s，通风容易和困难时期的风压分别为Hj易＝279.44Pa和Hj难＝431.52Pa，可选用主扇型号为K40－8－No18。

6 结束语

根据以上优化方案，对南矿浅部通风系统进行了调整改造，更换了2台主扇。通过近半年的监测数据来看：风机运行效果良好，井下各作业地点的风量、风速及粉尘浓度等指标均达到标准要求，作业环境得到了明显改善，完全能满足正常生产的需要，井下通风更加经济合理。

［1］ 采矿手册编辑委会.采矿手册：第6卷［M］.北京：冶金工业出版社，1999：56－141.

［2］ 王英敏.矿井通风与防尘［M］.北京：冶金工业出版社，2006.

［3］ 邓家军.湖南宝山有色金属矿业有限责任公司矿井通风系统优化［J］.湖南有色金属，2009，25（2）：1－3.

［4］ 吴国珉.典型有色金属矿山矿井通风系统优化与防尘技术研究［D］.长沙：中南大学，2008：4－53.

［5］ 文勇胜.金属矿山地下开采通风系统优化的重要性［J］.金属世界，2009（2）：63－66.

［6］ 陶树银，熊正明，程 哲，等.金属矿山矿井通风系统优化研究［J］.矿业研究与开发，2012，32（2）：58－60，83.

［7］ GB16423－2006.金属非金属矿山安全规程［S］.

［8］ AQ2013.1－2008.金属非金属地下矿山通风安全技术规范［S］.

2012－09－07）

刘黔峰（1970－），男，湖南隆回县人，采矿工程师，主要从事矿山通风防尘与安全管理工作，Email：lqf0310＠163.com。