龙山金锑矿通风系统方案优化

何 伟

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

龙山金锑矿通风系统方案优化

何 伟1，2，3

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

结合龙山金锑矿通风系统现状，分析了该矿目前通风系统存在问题。根据其多条矿脉赋存情况，将通风系统划分为主通风分区、北部通风分区和西部通风分区。在分区通风系统的基础上，对压入式和抽出式2种通风形式下的通风工程量、风量利用率、管理投资等方面进行了对比分析，最终确定采用分区抽出式通风系统方案。

分区通风 压入式 抽出式

湖南省龙山金锑矿始采于清末，至今已有100多a的开采历史。经多期改扩建工程后，单个矿块生产能力可超过1 000 t/月，矿山设计出矿能力为18万t/a，实际出矿能力为24万t/a。矿山1#、2#矿脉及其下盘的4#矿脉已探采到430 m中段，为矿山的主要采矿矿脉。6#、7#、8#、11#、12#等矿脉开拓、探采到790 m中段。矿井原为留矿法开采，因矿岩不稳固，采下的矿石积存在采场中无法放出，现改用上向分层干式充填法，采用电耙出矿和辅助充填。从中段脉外运输大巷每隔50 m施工一条穿脉，不开采之前见矿即停，做采矿准备时才施工沿脉，与前后穿脉对穿后扩刷和砌混凝土拱，施工下盘中央充填井(距矿体3 m以上)，通上中段后即可开始采矿。采矿回收率93%、贫化率15%、采掘比95 m/kt。

1 现有通风系统及运行情况

2007年矿山建立了机械通风系统，只服务1#、2#及其下盘的4#矿脉630 m中段以下，其他矿体没有任何通风工程。由于在630 m中段以上各平硐之间的高差和井内外的温差，在上、下平硐及其井内斜井、上山、空区之间构成了良好的自然通风回路。1#、2#及其下盘的4#矿脉进入630 m中段以下采掘作业后，原良好的自然通风条件不复存在。 矿井通风系统为两翼对角抽出式，中央以副井和1#主井进风，经中段车场流向各作业点，清洗作业面后，经采场充填井和中段溜井流向上中段平巷，最后集中到东、西两翼回风井，在630 m中段东、西两翼主力风机作用下上排至930 m中段，再经平窿或空区排出地表。

630 m中段风机开机后，下部区域新鲜风流从副井(主、副井470 m中段联络道贯通后主井也进风)进入，流向下部各中段(590,550,510,470 m)，通过采场天井、中段空溜井流向上中段后集中到东西两翼回风井，在630 m中段风机作用下排向670 m 中段。西风井的污风全部从670 m中段溢出，东风井的污风绝大部分从670 m中段溢出，少量污风继续上行，一部分通过上部自然风流的作用扩散到窿外，一部分回流至下部区域，其比例大小受矿井自然风流的影响，冬、夏时出地表比例最大，春夏、秋冬交替之时最小，有时完全不出地表。此时，下部上排的污风在670～470 m中段循环流动。

2 通风系统存在的问题

(1)对机械通风系统认识不够。井下 630 m 中段以上为平窿开拓，自然通风条件好，矿山在近百年开采过程中，尽管上世纪90年代在790 m中段建立了机械通风系统，因其作用不大而废弃。630 m 中段以下为盲斜井开拓，不具备自然通风条件，必须采用机械通风。2007年在630 m中段建立起下部区域的机械通风系统，因专业管理水平有限，考虑通风问题不够周全，造成一些长距离、边远迎头施工困难，达不到通风需求。

(2)通风系统无人监管，风机运行时间不合理[1]。矿区机械通风系统完全处于无人监管状态，整个系统没有一个通风构造物，风流并没有按设计路线流动，风井所有格筛上都有垮落物或杂物，上部风井被安装斗口用于储存充填废石，风井790 m以上没有与地表贯通，上行的污风在自然通风不畅的情况下污染上部区域。630 m中段以下生产为三班运转，主扇仅开一班，630 m中段2台风机虽规定每天10：30后开机，实际上开机与否无人过问，以至风机硐室中风门损坏、垮塌无人报告。

(3)风井规格小、局部风阻大。从矿山资料来看，矿体已下延到了-100 m水平，从地表到下部垂直高差约1 200 m，考虑平巷增加的风井长度，预计风井全长为1 200～1 400 m，现风井断面为2.8 m2,太小达不到系统通风要求；上、下两段风井贯通后，其连接处没按要求做成流线型，产生涡流，增大了局部风阻。

(4)潜在地热危害。该矿270 m以下为深井开采，经测定，470 m中段(东、西两端)空气温度为25 ℃，按正常地热增温率3 ℃/100 m，预计270 m中段将达31 ℃，现副井已下掘到310 m水平，地温问题已凸显。

3 矿井通风系统方案设计

根据矿山基本条件、矿体赋存情况，制定了矿井通风系统改造设计方案：方案一为分区抽出式通风，方案二为分区压入式通风。

3.1 分区抽出式通风

3.1.1 分区设立和风量分配

根据各矿体赋存情况，通风分区划分如下：①主通风分区(一通风分区)，为1#、2#矿脉及其下盘的4#矿脉，采取两翼对角抽出式通风系统，分区设计风量37 m3/s，东、西两风井各承担50%的排风量；②西部通风分区(二通风分区)，为5#、18#、17#、23#、6#、7#矿脉，采取中央抽出式通风系统，分区风量30 m3/s；③北部通风分区(三通风分区)，为20#、10#、11#、12#、8#矿脉，采取单翼对角抽出式通风系统，分区风量为25 m3/s，其中8#矿脉风量为15 m3/s。

以上各通风分区风量是根据本分区服务矿体的储量比分配的。

3.1.2 主通风分区(一通风分区)

该分区为矿山生产、作业重心，区域通风系统雏形已初步形成，本方案要求对原有工程全部利用，对工程不到位或不当的实施改造。分区风井断面为2.8 m2，计算风井经济断面为4 m2，为考虑系统增容余量，设计风井断面为4.5 m2。

经计算，主通风分区困难时期通风阻力见表1。现安装的2台K40-6-№15风机，电机37 kW，能满足270 m中段以上的通风要求。

表1 主通风分区困难时期通风阻力计算

区域的新鲜风源：630 m中段以上以平硐群和空区进风，630 m以下副井和1#主井进风，本通风分区同时还为其他两通风分区提供新鲜风源。工程预计：510～790 m风井扩刷580 m，790 m以上风井上掘200 m，510～310 m风井下延400 m，风井断面为4.5 m2。

3.1.3 西部通风分区(二通风分区)

贯通790 m中段18#矿脉的沿脉与6#矿脉沿脉，待630 m探矿坑道到位后施工630～790 m、790～900 m 地井，构成630～900 m中段的通风回路，当本通风分区探矿情况明了，选择适当地点(6#矿脉的下盘823～825线)设计施工630～900 m中段通风井，风机(K45-4-№13，90 kW)先期安装在790 m中段，后期安装在630 m中段。待630～470 m、470～270 m(6#、7#、18#、17#、23#各1条)地井到位后将风井下延到310 m中段。

区域新鲜风源：630 m以上(含630 m)以630,790 m主穿脉，礼坪工区的平硐和5#矿脉730 m平窿进风，630 m以下以470,270 m主穿脉、5#矿脉和本区域的630～470 m ,470～270 m地井进风。

通风工程预计：900～630 m为280 m，630～310 m 为320 m，风井断面为5.5 m2。

3.1.4 北部通风分区(三通风分区)

待630 m主穿脉施工到位后，从630 m上掘地井，分别通8#矿脉790 m中段和11#矿脉的830 m平窿，构成630～830 m中段通风回路。在8#矿脉北翼施工790～630 m风井、11#矿脉北翼施工830～630 m 风井，当8#矿脉与10#、11#、12#矿脉地井(630～470 m ,470～270 m)下掘后，风井随之而下延。

风机(K45-4-№12，75 kW)先期安装在830 m平窿，后期将风机下移至630 m，有2个方案：一是在630 m的8#、11#矿脉风井各安装1台风机向上排风；二是在630 m施工8#、11#矿脉专用回风道600 m，将830 m风机下移630 m中段。

区域新鲜风源：630 m以上(含630 m)以630,790 m主穿脉，礼坪工区的平硐及10#、11#、12#矿体830 m以上平窿(970,1 030 m)进风，630 m以下以470,270 m的主穿脉、20#矿脉和本区域的630～470 m ,470～270 m地井进风。

通风工程预计：8#矿脉790～310 m风井共计480 m，10#、11#、12#矿脉830～310 m风井共计520 m，断面均为4 m2。

3.1.5 工程量及投资估算

预计工程量为2 320 m，扩刷580 m，安装风机2台。估算投资：溜井单价为1 773元/m，扩刷1 000元/m， K45-4-№13(90 kW)风机25万元/台，K45-4-№12(75 kW)风机20万元/台，安装风机 5万元/台，合计价为534.336万元(其中主通风分区为178.564万元)。

3.2 分区压入式通风

通风分区划分方式与第一方案相同。

3.2.1 主通风分区(一通风分区)

主通风分区通风方式与第一方案相同，北部、西部分区采用压入式通风。为保证井下进风量，在主通风分区副井旁设计施工一条专用进风井(可兼作为人行、管道井)。

3.2.2 西部通风分区(二通风分区)

在630 m以上，待630 m探矿坑道到位后，施工630～790 m,790～900 m地井，构成630～900 m中段通风回路，风机安装在630 m通往23#、17#、18#的主穿脉旁；470 m以上，待探矿坑道到位后施工470～630 m地井，构成该中段通风回路，风机下移至470 m通往23#、17#、18#的主穿脉旁；270 m以上，待270 m探矿坑道到位后施工270～470 m地井，构成该中段通风回路，风机下移至270 m通往23#、17#、18#的主穿脉旁。

区域新鲜风源：主通风分区和5#矿脉区域进风，风流通过各矿体地井进风，污风沿空区上行至900 m中段，出风为礼坪工区的平硐。本分区通风工程预计：风机硐室90 m，安装K45-4-№13风机1台。

3.2.3 北部通风分区(三通风分区)

630 m以上，待630 m探矿坑道到位后施工630～790 m ,790～830 m地井，构成630～830 m中段的通风回路，风机安装在630 m通往8#、10#、11#、12#的主穿脉旁；470 m以上，待470 m探矿坑道到位后施工470～630 m地井，构成该中段通风回路，风机下移至在470 m通往8#、10#、11#、12#的主穿脉旁；270 m以上，待270 m探矿坑道到位后施工270～470 m地井，构成该中段通风回路，风机下移至270 m中段通往8#、10#、11#、12#的主穿脉旁。

区域新鲜风源：主通风分区和20#矿脉区域，风流通过各矿体地井进风，污风沿空区上行至830 m平窿出地表。本区通风工程预计：风机硐室90 m，安装K45-4-№12风机1台。

预计工程量：进尺1 500 m，扩刷580 m，钻孔300 m，新购风机2台，安装6台次。

投资估算：地井单价2 000元/m，平巷833元/m，K45-4-№13(90 kW)风机25万元/台，K45-4-№12(75 kW)风机20万元/台，安装风机5万元/台次，合计472.588万元。

3.3 矿井通风系统优化方案确定

方案一工程量大，管理简单，风量利用率高，通风效果好；方案二工程量小，但系统运行后风流管理复杂，通风效果差，且各自矿体开拓、提升地井均作为本矿体的出风井。综合比较后，采用方案一作为该矿矿井通风系统改造方案。改造后的主通风分区系统见图1。

4 结 语

(1)根据龙山金锑矿井下通风系统现状，从通风系统管理、风机运行制度、风井规格以及地热角度，分析了目前通风系统存在的问题。结合该矿多条矿脉赋存情况，将通风系统划分为主通风分区、北部通风分区和西部通风分区3个通风区域。

(2)根据通风分区风机布置形式，对压入式和抽出式两种不同通风形式下的通风工程量、风量利用率、管理投资等方面进行了对比分析，最终选择分区抽出式通风系统方案，通风效率高，能耗低，取得了预期的效果。

[1] 王孝东，胡乃联，戴晓江，等.复杂多采区通风系统改造方案研究[J].金属矿山，2012(10)：120-126.

[2] 袁梅芳，袁永忠，刘伟强，等.峪耳崖金矿冬季竖井防冻通风系统的研究[J].金属矿山，2012(11)：129-131.

图1 主通风分区通风系统示意

2015-05-10)

何 伟(1983—)，男，工程师，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。