某矿通风系统的优化与改造

曾凌方

(长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南长沙 410011)

某矿通风系统的优化与改造

曾凌方

(长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南长沙 410011)

为解决某矿山地下开采通风能力不足和通风困难等现状，对矿山现有通风系统所存在的问题进行具体分析和研究，通过绘制通风系统网络图和技术经济对比，确定适合于该矿山的通风系统，改造后的通风系统符合有关规程规范，大大改善了井下工作环境，确保安全高效生产。

通风系统；方案优化；系统改造

0 引 言

通风系统是生产矿山较为重要的一个系统。保证采掘工作面有足够的新鲜风流，并及时排除污浊空气和防止污浊空气扩散，是确保井下作业环境的基础。《国家安全生产法》规定所有地下开采的矿井必须具备完善的通风系统、可靠的通风动力设施和风流控制设施，在发生灾害时，能及时、有效地控制风向和风量，并与其它措施相结合，从而防止灾害扩大，进而消除或减少事故发生率。我国《金属非金属矿山安全规程》明确规定了井下作业面进风流中氧气、二氧化碳和粉尘等有毒有害气体的浓度要求[1-2]。根据各作业地点需风量的要求，矿井通风系统一般由通风设备、通风网络、通风构筑物和其他控制设施构成。矿井通风系统的好坏直接影响到矿井的安全和规模保障。近几年由于地下通风不佳，引起一氧化碳及其他有害气体中毒、窒息，造成伤亡事故的例子屡见不鲜。[3-5]

1 某矿井通风现状及存在主要问题

某矿为钨锡多金属矿，生产规模为150 kt/a (500 t/d)，采用平硐＋盲主斜井＋盲竖井联合开拓，采用浅孔留矿法开采。由于多年的开采，采空区分布整个矿区＋330m、＋280m中段上部，采空区已经贯通，导致回风中段漏风严重。

1.1 通风现状

矿山原设计利用485m平硐、535m平硐进风，东、西翼竖井、575m平硐回风。新鲜风流经平硐、盲竖井进入生产中段，分风到各个采场需风工作面，冲刷工作面后，污风经回风天井，汇至回风中段再由东、西两翼回风井排出地表。东、西两翼阶段回风井分别位于矿区两翼，相距约1.0 km，进风石门入风口位于矿区中部。从而形成中央进风，东、西回风的中央对角式通风系统。

通过现场调查和复核后发现，该矿通风系统实际为单翼对角式通风系统。如图1所示。需风中段位于485m水平以下，进风分为两段，第一段利用485m平硐、535m平硐进风，第二段利用位于矿区东部的盲竖井(副井)进风，通过副井石门进入需风中段。东翼回风系统井巷工程部分位于矿体开采的移动带以内，并且已经出现大面积坍塌，阶段回风井与采空区连通，导致东翼回风风路中断。西翼回风系统井巷工程部分位于矿体开采的移动带以内，尚未出现坍塌等问题，西翼回风系统保持正常运行。所以，矿山实际运行的通风系统为东翼进风、西翼回风的单翼对角式通风系统。东、西两翼回风井的主扇风机均安装于井下＋485m水平。东、西两翼风机型号为:DK40－6－NO18，风量31.5m3/s～75.4m3/s，全压551～2433 Pa。

1.2 现有通风系统存在问题

通过对矿山现有通风系统的风路调查、风速(风量)测定、通风网络数值模拟等，发现存在的主要问题如下。

(1)进风风路较长、断面小、风阻大。该矿通风系统进风风路是平硐接盲竖井，485m平硐长1700m，535m平硐断面3.79m2，通风阻力大。通风系统总进风断面为8.91～12.70m2，井下需风量100m3/s，进风风速7.87～11.22m/s，已经超过安全规程进风风速上限8m/s。依据《金属非金属矿山安全规程》，在现有进风断面条件下，矿井供风能力不够。

(2)回风风路不通畅。东、西翼阶段回风井包括竖井和联络平巷大部分位于采矿移动带以内，由于部分回风井巷坍塌极易造成东、西翼回风风路堵死。目前东翼回风风路485m中段至575m平硐硐口之间已经中断，东翼风机只能将污风排至采空区内。东翼380m回风石门已坍塌堵死，导致矿区280，330m中段东翼回风风路中断。

图1 矿山现有通风系统

(3)井下空区多，漏风严重。井下485m中段以上自1980年代开始开采以来，遗留的采空区在160万m3以上。485m中段以下至330m中段也存在大量采空区，并且上下采空区贯通。由于矿山未及时密闭采空区，导致上部进风风路中新鲜风漏进采空区，回风风路负压损失，风流从上部采空区流入回风风路，下部生产采场回风能力不足、工作面新鲜风少，采场气候环境恶劣。

2 通风系统的优化和改造

2.1 矿井总需风量

（一）在中学地理课堂教学中，更应该学习对生活有用的地理知识。寻找与学生生活相关的案例，把身边的实例融入到地理课堂,让教与学跳出教本,走到现实生活中,使地理课堂大起来，让地理知识从学生的生活中走来，再有目的地将地理问题提炼出来，让地理知识返回到学生的实际学习生活当中，让学生感受生活化的地理，采用地理的眼光看待周围的生活，增强了学生生活中的地理意识，更加有利于发掘每个学生自主学习地理知识的潜能，正真的提高学生学习地理积极性的活力。

依据矿山现有生产能力(150 kt/a)，实际矿井需风点，并为今后矿山扩产和深部开采留有余地，复核计算井下需风量。井下需风量包括三部分:采矿工作面需风量、掘进工作面需风量、井下硐室需风量。经井下调查:同时回采采场10个、备采采场数5个，掘进工作面10个，其中采切掘进工作面6个、开拓掘进工作面4个。井下现有炸药存放点3个，坑内空压机房1个，同时卸矿点2个。先按排尘风量、排尘风速、排除炮烟所需风量予以核算并取大值，内、外部漏风系数分别按照1.1和1.2来考虑，合计总风量为101.77m3/s，万吨耗风比为2.37m3/ 万t。

2.2 拟定通风方案

根据矿山开拓系统及矿体分布情况，提出两个方案进行比较:方案Ⅰ—两翼对角式通风改造方案；方案Ⅱ—单翼对角式通风改造方案。

2.2.1 方案Ⅰ—两翼对角式通风改造方案

中央进风:充分利用现有开拓系统井巷工程，利用东翼的535，485m平硐接盲竖井，刷扩535m平硐进风断面，减少通风阻力，增加进风量。其中将盲竖井的石门入风点调整到0线附近(矿区中央)，以实现中央进风。

西翼回风井采用575m平硐接盲回风斜井回风。利用575m平硐250m，向西北方向掘进盲回风斜井到达矿区南部12号勘探线的380m水平，接西翼盲回风竖井。西翼盲回风竖井井口标高380m，井底标高280m。

东翼回风井采用明回风斜井接盲回风竖井回风。明回风斜井是利用原575m平硐工业场地，向北东方向掘进东翼回风斜井到达矿区南部9号勘探线的380m水平，接东翼盲回风竖井。东翼盲回风竖井井口标高380m，井底标高280m，回风服务到180m水平。从而形成中央进风，东、西翼回风的两翼对角式通风系统。通风系统简化示意见图2。

图2 方案Ⅰ通风系统简化示意

2.2.2 方案Ⅱ—单翼对角式通风方案

2.3 通风系统改造方案比较与选择

对2个方案做了详细工程布置，利用Ventism三维通风仿真系统建立了通风网络模型，并进行网络解算，从而进行了方案综合比较，方案比较结果见表1。

图3 方案Ⅱ通风系统简化示意

表1 通风方案综合比较表

方案Ⅰ(两翼对角式通风)的通风风路比较顺畅，风机运营能耗低，但矿区东翼矿量较少，生产时期增加人工分风工作量。方案Ⅱ(单翼对角式通风)的通风管理简便、人工分风工作量少，但回风风量集中，增加通风阻力，风机运营能耗较方案Ⅰ高。虽然方案Ⅱ比方案Ⅰ的年经营费高(见表2)，但方案Ⅰ的工程量和投资大，且方案Ⅱ通风管理相对容易。考虑到矿山实际情况，两翼对角式通风方案的通风流畅性优势不显著，但基建投资较大。因此推荐方案Ⅱ，即单翼对角式通风方案。

表2 通风方案累计运行费NPV/万元

2.4 推荐通风系统网络解算

结合矿山实际风量分配情况，输入通风网络模拟参数，利用Ventism三维通风系统仿真软件对网络进行优化和解算，得出矿山通风困难时期和容易时期各巷道风量、风速、负压、局部阻力、总阻力等数据。从模拟数据分析:西翼回风竖井2027.28～459.13 Pa，需风量101.77m3/s。最终选择西翼回风竖井风机型号为DK－8－NO26。

3 结 论

(1)通过对现有通风系统的调查，详细分析了目前矿山通风系统存在的主要问题。

(2)针对目前矿山面临的通风问题，提出两种通风方案，分别从工程量、可比投资、年经营费等方面对比，得出最佳的通风方式是采用单翼对角式通风方案，并选择合适的风机DK－8－NO26。

(3)通风系统调整与改造后，运行中对主要通风机进行了性能鉴定、通风阻力测定，达到预期通风效果，认为本次通风系统改造是成功的。

[1]GB16423－2006.金属非金属矿山安全规程[S].

[2]AQ2013.2－2008.金属非金属地下矿山通风技术规范[S].

[3]卢 杰，蒋仲安，牛 伟，等.西石门铁矿通风系统改造[J].金属矿山，2013(6):118-119.

[4]徐则林.中小型复杂矿山通风系统改造[J].采矿技术，2006，6 (3):396-397.

[5]王运敏.现代采矿手册(中册)[M].北京:冶金工业出版社，2012.

2014-10-06)

曾凌方(1981－)，男，湖南邵阳人，硕士研究生，工程师，主要从事矿山设计与研究方面工作，Email：zeng0824 ＠sohu.com。