阜山金矿通风系统优化改造方案研究

梁 超，扈守全

(山东中矿集团，山东烟台264000)

矿井通风系统是地下开采矿山矿井生产系统的重要组成部分，矿井通风系统的运行状态直接关系到矿山生产安全，对矿井的安全性、企业的经济效益起着十分重要的作用[1-3]。

阜山金矿根据矿体的赋存特征及围岩特性，采矿方法为上向水平分层尾砂充填法，目前矿山采矿规模为800t/d，2011年采掘总量为65万t。矿山开拓系统采用竖井、盲竖井联合开拓方式，主要开拓井巷有主竖井、副井、充填井、207#主井、2#竖井、盲主井、1#盲竖井、2#盲竖井、3#盲竖井、5#盲竖井及 6#措施井等。

目前井下采场工作面16个，掘进工作面25个，主要集中在15中段至24中段。随着生产的进一步进行，矿山通风系统面临主竖井出风、生产区域处于污风带、深部生产中段高温高湿及有害气体超标等通风安全问题，对井下作业人员身体健康造成危害，并对井口提升设施形成安全隐患，因此需对矿山目前的通风系统进行优化改造，保障矿井安全生产。

1 矿井通风系统现状

1.1 通风方式

阜山金矿井下现有通风方式为副井、充填井、采空区进风，主竖井回风，整个矿井通风系统大致可分为以下三个通风区域。

1)207#矿体新鲜风流经副井、充填井、采空区下到14中段后，经14中段至16中段的风井到达16中段，沿6#措施井下到深部 17、18、19、20 等中段的作业水平。清洗工作面后的污风一部分沿盲主井上到16中段、一部分沿3#盲竖井上到16中段，再经主竖井排出地表。

2)206#矿体新鲜风流通过2#盲竖井和采空区下深部17、19、20、21等作业中段，清洗工作面后的污风沿5#盲竖井经20中段、16中段大巷至主竖井排出地表。

3)南部矿体新鲜风流经过副井、1#盲竖井、2#盲竖井下到深部 17、18、19、20、21 等作业中段，清洗工作面后的污风沿各中段通风天井上到15中段，沿大巷到206#矿体再通过采场天井下到16中段，最后经主竖井排出地表。

1.2 目前存在的问题

通过对阜山金矿井下通风系统现状进行全面检测，检测结果显示阜山金矿通风系统存在如下问题。

1)主竖井为混合井，承担矿石、废石、材料、人员的提升，同时作为井下主回风井，16中段是矿石、材料及人员的主要通道，兼作矿井总回风通道，作业人员及主要采掘运输设施设备处于污风区域，对人员身心健康及设施设备造成危害。

2)22中段到28中段深部开拓区域未形成有效通风风路，通风量仅有14.34m3/s，测点风温30℃→33℃，高温高湿及有害气体累积问题严重。

3)2#盲竖井南部采区无专用回风井巷工程，无法有效解决该采区通风困难问题。

4)井下设置了大量风门阻风，因设置地点多位于运输行人通道，常处于开启状态而形同虚设。

5)大部分新鲜风通过采空区在自然风压作用下进入井下。自然风压随季节性变化，使得井下通风系统不稳定，可能造成巷道无风及风流逆转，严重影响矿井的安全生产。

6)井下各中段无专用回风巷道，多中段同时作业存在污风串联现象。

2 通风系统优化设计

2.1 矿井总风量核定

矿井总风量计算是矿井通风设计的一个极其重要的内容，正确计算矿井总风量是选择主要通风设备和布置通风工程的重要依据。矿井风量计算时，因按排尘计算的风量一般大于排烟风量，故通常采掘工作面按排尘风速计算。

分项计算全矿总风量

式中:K为矿井漏风系数;n采为同时工作的某类回采工作面数;q采为某类回采工作面的计算风量;n备为某类回采备用工作面的数量;q备为某类回采备用工作面的计算风量;n掘为同时工作的某类掘进工作面数;q掘为某类掘进工作面的计算风量;n硐为某类硐室的数量，主要指炸药库、破碎硐室等;q硐为某类硐室的计算风量;n其他为某类其他需风点的数量，包括主溜井装卸矿点、喷锚支护工作面等，并考虑具体情况供风;q其他为某类其他需风点的计算风量。

结合矿山生产技术条件，充分考虑井下作业面的工作性质、通风排尘所需风速，计算所需风量为100.5m3/s，风量计算详见表 1。

表1 矿井需风量计算表

2.2 通风系统方式

根据阜山金矿井下通风系统存在问题，经研究提出的优化改造方案如下所示。

1)采用主竖井进风，副井及1#盲竖井(改作专用回风井，可保留提升设施或设置梯子间作为安全出口)、充填井回风的单翼对角抽出式通风。

2)16中段作为进风水平，总的新鲜风流通过主竖井直接下行到16中段井底车场，新鲜风流经3#盲竖井、盲主井、2#盲竖井进入深部作业中段。

3)14中段作为总回风水平，清洗工作面后的污风通过5#盲竖井、6#措施井上行汇至14中段总回风水平，再经1#盲竖井、充填斜井、回风天井进入副井和充填井排出地表。

4)主回风机站设在14中段盲主井西侧(原进风机站)以及8#穿脉巷。

5)采区及采场风量依靠辅扇进行合理调节。

2.3 机站设置和通风设备

本次通风系统优化改造共设两个主回风机站，分别设在14中段盲主井西侧(原进风机站)和8#穿脉巷。通过对不同型号风机进行计算机网络解算比较，确定2个主回风机站各选用1台DK45-6-No.17对旋风机，其中:14中段盲主井西侧回风机站(原进风机站)选用一台 DK45-6-No.17对旋风机(2×132kW/台)，设计该机站风机叶片安装角度取最大值45°/40°，变频控制;14中段8#穿脉巷回风机站选用一台 DK45-6-No.17对旋风机(2×132kW/台)，根据系统总风量要求和该型号风机性能参数，设计该机站风机叶片安装角度取最大值45°/40°，变频控制;15中段2#盲竖井西侧大巷和22中段5#盲竖井联巷各选用一台K40-6-No.15辅扇(37kW/台)，16中段3#盲竖井东大巷保留原K40-6-No.15辅扇(37kW/台)，均采取无风墙形式安装抽出式运行，辅扇叶片安装角度取26°。

2.4 主要通风构筑物

经优化改造，井下新增通道构筑物有12中段主竖井石门设置2道风门;14中段2#盲竖井联巷分别设置2道风门;14中段盲主井西侧大巷以及下16中段风井联巷分别设置2道风门;污风通过5#盲竖井至15中段后，需施工一条回风井，使污风上到14中段总回风水平;主要生产中段下降到22中段以下时，需新掘一条回风井，解决深部作业区域通风。

3 通风系统优化方案网络解算

通风系统优化方案基本确定后，需建立通风网络利用多机站及多级机站通风软件对方案进行系统通风效果模拟计算，根据结果对方案进行调整修改使最终确定的实施方案达到预期效果[4-8]。

3.1 通风网络解算基本原理

机械通风系统通过风机将新鲜风流送到井下各采掘作业需风点，由于通风网络包括大量的井巷，自然分风及风量调节计算比较复杂，且工作量大，为此必须借助计算机进行通风方案网路解算。

风流在通风网路中流动时，除服从能量守衡定律(伯努里方程)，还遵守风量平衡定律、风压平衡定律和阻力平衡定律。任何通风网路均由N条巷道、J个节点和M个网孔构成(M=N－J+1)，在网路解算时，应用阻力平衡定律列出N个方程，求解N个巷道的风压未知数。应用风量平衡定律列出J－1条巷道风量。应用风压平衡定律列出M(N－J+1)个网孔(由两条以上巷道分支首尾相联形成回路)风压平衡方程，联合前面方程求解巷道的自然分配风量。

根据阜山金矿井下开采现状，对井下各种类型井巷规格及作业中段布置、作业点分布、典型巷道的通风阻力等进行了调查与数据整理，建立了井巷风阻原始数据、网络节点分支原始数据、风机参数原始数据、机站参数原始数据等通风网络数据库。

阜山金矿通风网络共包括57个节点、87条分支。

3.2 通风系统优化方案网络解算结果

阜山金矿通风系统优化改造设计方案计算机网络解算结果见表2。

表2 通风系统优化方案解算结果

由表2中的通风系统优化方案解算结果可知，经优化提出的通风改造方案达到预期效果，满足矿山安全生产要求。

4 结论

针对阜山金矿井下通风系统存在的主竖井出风、生产区域处于污风带、深部生产中段高温高湿及有害气体超标等通风安全问题，结合开采条件和井巷结构特点，对通风系统主要井巷通风能力、作业中段风量分配、机站设置及风机优选、通风构筑物设置等进行了综合分析研究，提出了通风系统优化改造方案，并对优化改造方案进行了模拟解算，结算结果表明优化改造方案达到了预期效果。

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