解决下向分层回采进路通风问题可行性分析

马元磊，吕海政

（莱钢集团莱芜矿业有限公司，山东莱芜 271100）

经验交流

解决下向分层回采进路通风问题可行性分析

马元磊，吕海政

（莱钢集团莱芜矿业有限公司，山东莱芜 271100）

下向分层进路胶结充填采矿法进路回采过程中的通风采用传统的局扇风筒来加强通风，该通风方式存在诸多的缺陷。通过分析下向分层进路胶结充填采矿法在进路回采过程中出现的通风问题以及目前局扇风筒通风方式的缺陷，提出了铺设铁皮回风管道形成通风回路的方案建议，并对其技术可行性和经济可行性进行探讨分析。

下向进路胶结充填采矿法；回采进路；回风管道；铁皮管道；局部通风

莱钢集团莱芜矿业有限公司下属的马庄铁矿、业庄铁矿、谷家台铁矿目前采用的采矿方法为机械化盘区下向分层进路胶结充填采矿法。该采矿方法是以胶结充填体作为人工假顶，在人工假顶的保护下进路掘进式采矿，自上而下分层回采并逐条进路充填。回采出矿作业采用BM281凿岩台车、HT82凿岩台车、锚杆台车、喷浆台车、大斗容铲运机、装药服务车、运药车等一系列大型设备，形成1条完整的机械化生产线。该采矿方法具有矿石贫化损失小、生产效率高、采矿作业安全系数高等优点，但是随着该采矿方法的不断推广应用，进路回采过程中的通风问题逐步凸显，成为下向采矿过程中的一大难题。传统的局扇风筒通风方式不能够再满足目前生产通风模式，需进一步升级改进。

1 现阶段进路采矿存在的通风问题

机械化盘区下向进路胶结充填采矿法在进路回采过程中，随着采矿工作自上而下的开展，上水平采准工程和进路矿房全部充填，造成通风回路的堵塞，进路回采过程中全部为独头工作面掘进，目前采用传统的局扇风筒来加强通风。

局扇通风存在以下弊端：1）局扇通风成本较高。1台5.5 kW局扇工作1 a所消耗的电费为3万元左右。并且风筒消耗量也较大，据统计，局扇通风吨矿成本约为0.61元。2）局扇通风实际上已经失去排除爆破炮烟的作用，局扇主要起到施工过程中降温、改善工作环境等作用。3）污风与新鲜风相互混合，需风地点受到污风污染。4）操作人员劳动强度加大。爆破之前必须回撤风筒，施工之前必须接风筒到工作地点，循环反复增加了操作人员的劳动强度。5）风筒易受到爆破飞石击砸，受损后局扇通风起不到应有的效果。风筒损坏频繁得不到及时更换，漏风严重，通风效果不理想。6）由于局扇通风效果较差，导致部分工作面温度达到30℃，炮烟久聚不散，柴油设备尾气弥漫，现场工作环境恶劣。

局扇风筒通风方案的优点：运用相对成熟，机动灵活。缺点：1）局扇通风相当于把污风进行扩散稀释，易出现污风串风对相邻地点造成污染；2）通风效率低，风筒易破损，漏风不可避免；3）每条进路需要安设风机，一个盘区需安设多个局扇进行通风，局扇使用量大。

2 铺设回风管道的通风方案

鉴于传统的局扇风筒通风方式不能够满足生产需要，建议利用管道铺设回风通道形成盘区通风系统，解决进路矿房通风问题。以进路穿沿脉交错布置的铺管方式对方案进行介绍。

2.1 第1分层管道布置

第1分层各条穿脉进路充填之前预铺设回风管道（直径Φ50 cm），回风管道需要延伸到封堵墙外侧，铺设高度距底板1.5 m，每间隔10 m安装1条长度为1.5 m的竖管，竖管底部堵塞并与底板接触，相邻进路竖管需交错布置。第1分层全部采矿完毕之后，把第1分层预埋的全部回风管道用直径80～100 cm的主管道进行连接，并在中间位置安设风机对下一水平进行抽出式通风，直接把污风排放到回风井［1-2］。铺设形式如图1所示。

2.2 第2分层通风方式及管道布置

第2分层沿脉进路采矿过程中每掘进10 m即可掘进到短管位置，去掉管塞即形成通风回路。要求进路施工到下一条短管位置后，及时用管塞把前一条回风短管堵塞，已保证作业迎头风量充足。

第2分层各条沿脉进路充填之前，依次下向延伸竖管（直径Φ50 cm），即在第1层预埋的竖管各安设1条竖向通风管道，服务于第3层采矿回风。以此循环，形成整个盘区的通风系统。整个盘区形成的通风管道铺设形式如图2所示。

图1 第1层管道铺设

图2 盘区通风管道

2.3 管道通风方案的优缺点

优点：1）管道通风能够实现矿房污风的汇集并集中排放到回风井，不会出现污风串风现象，有效地避免了污风污染新鲜风流问题；2）管道通风能够提高通风效率，减少漏风；3）1个风机解决整个盘区通风问题，风路调整只需要堵塞管道口即可实现，操作方便，节省了局扇的使用；4）爆破后炮烟立即自动排放，有利于提高劳动效率；5）减少风井联络道的施工，减少了通风相关的工程量。缺点：管道通风易堵塞，管道堵塞之后影响范围较大。

2.4 管道通风方案经济性比较

经过多方考察和对比，因铁皮通风管道的价格比较低廉，选择铁皮厚度为0.8 mm的螺旋风管作为通风管道［3］。管道通风方案与局扇风筒通风方案的经济性比较以铁皮管道市场实时价格为依据，以规格50 m×50 m×25 m（5层进路矿房）的采矿盘区为基础进行了计算比较，该盘区矿石量23.4万t。

1）管道通风方案成本计算。材料费：竖管道（Φ 50 cm）1 375 m×36元/m=4.95万元；预先安设的第一层管道（Φ50 cm）435 m×36元/m=1.71万元，主管道（Φ80 cm）50 m×56元/m=0.28万元，三通55个× 50元/个=0.25万元。人工费：按照平均每条进路铺设管道消耗3个工时估算，铺设管道消耗工时150个工时（每个工时100元），工值1.5万元。电费：采矿时间按照估算10个月（每月回采5条进路），电费为7.16万元。共合计15.85万元。吨矿通风成本为0.68元/t。

2）局扇风筒通风方案成本计算。材料费：据2010—2014年风筒消耗量统计推算（采矿617万t，风筒消耗额14.4万元），采矿23.4万t消耗风筒费用为0.55万元。人工费：包括维修人员安设局扇消耗工时和反复回撤风筒消耗工时，按照每条进路消耗2个工时估算，估算消耗工时100个（每个工时100元），工值1万元。电费：采矿时间按照估算10个月（每月采5条进路），电费10.13万元。合计11.68万元。吨矿通风成本为0.50元。

经济性比较结果。管道通风与局扇风筒通风相比较，管道通风方案的吨矿通风成本增加0.18元，但是管道通风可以减少通风井和联络巷道的施工，减少局扇的消耗，加算此两项之后，预计管道通风方案与局扇风筒通风相比，通风成本相差不大［4］。

3 铁皮管道通风方案的技术可行性分析

3.1 铁皮通风管道阻力计算

目前公司采用局扇的供风量为2.86 m3/s（风筒直径45 cm，出口风速18 m/s左右），铁皮通风管道阻力计算以该供风量作为单个作业迎头的基础风量，采矿盘区规格50 m×50 m×25 m，同时布置3个迎头作业，总回风量为8.58 m3/s。

铺设的铁皮回风管道回风状态分为两种简化情况：1）主管道回风状态。该状态的风量为3个作业迎头的风量之和，风量为8.58 m3/s；由图1和图2可知，主管道最大回风长度为50 m左右。2）分支管道回风状态。该状态的风量为单个作业迎头的风量，风量为2.86 m3/s；由图1和图2可知，分支管道最大回风长度为75 m左右。

主管道风量为8.58 m3/s不同管道直径对应的阻力数据，分支管道风量2.86 m3/s不同管道直径对应的阻力均可查阅《钢铁企业采暖通风设计手册》，阻力数据如表1、表2所示［5］。

表1 主管道不同管道直径对应的阻力

表2 分支管道不同管道直径对应的阻力

3.2 主管道不同管道类型对应的出口动压损失

主管道风量8.58 m3/s时，不同管道直径对应的出口动压损失计算见表3。

主管道通风阻力计算：风量为8.58 m3/s，摩擦阻力计算长度为25 m，局部通风阻力按1个拐点，动压损失按主管道出口动压损失进行计算。

分支管道通风阻力计算：风量为2.86 m3/s，摩擦阻力计算长度为75 m，局部通风阻力按两个拐点进行计算。两者之和即为总通风阻力。不同型号的管道搭配，通风总阻力计算结果如表4所示。

表3 不同管道直径对应的出口动压损失

表4 不同型号管道搭配对应的总阻力

3.3 管道及风机型号的选择

通过通风阻力的比较，兼顾铁皮管道对充填体顶板的稳固性影响以及其安装难度大小，建议选择主管道直径为80 cm，分支管道直径为50 cm，此时通风阻力为931 Pa。

该风量和风阻要求，可以选择JK40-1NO7风机实现全盘区通风，该风机风量8.8～10.5 m3/s，全压769～1 025 Pa，电机功率15 kW。

3.4 可行性研究结果

铁皮管道通风方案从技术上是可行的，技术能够通过铁皮管道加风机实现盘区的通风。

4 铁皮管道通风运用过程中的注意事项

缓倾斜薄矿体如何铺设通风管道问题。倾斜薄矿体进路布置方式一般采用沿脉布置，而不是穿沿脉交错布置。缓倾斜矿体通风管道的布置只需沿着矿体倾向斜向布管即可形成通风管道铺设。

1）铺设铁皮管道对顶板稳固性的影响。进路采矿过程中，每间隔10 m裸露Φ50 cm的通风管道，裸露面积0.196 m2，对顶板的稳固性应该不会造成很大的影响。

2）采矿过程中准确找到回风点。下一水平采矿过程中能否准确揭露并找到回风点至关重要，建议预设回风管道过程中，竖向短管与底板必须接触。

3）胶结充填过程中防止通风管道被充填体灌满。铺设通风管道之后，充填过程中，回风管道允许漏水进入管道，但不允许漏浆进入管道。一旦漏浆至灌满通风管道后，会造成通风管道的堵塞失效。建议管道搭接接头位置用麻袋片包扎以防止充填泥浆漏入管道。

5 结论和建议

5.1 铁皮管道通风方案技术上可行、经济上合理，该通风方案能够解决机械化盘区下向进路胶结充填采矿法的通风问题。

5.2 铁皮管道通风方案能够减少操作人员的劳动强度，彻底改变目前传统的局部通风不佳的情况，并且能够实现爆破之后立即通风，从而提高了工作效率。

5.3 随着矿山机械化水平的不断提高，井下柴汽油设备的大规模应用，造成井下空气质量极差，工作环境比较恶劣。铁皮管道通风方案能够有效地避免污风串风现象，能够实现污风汇集之后集中排放，对改善井下工作环境和保障操作人员的健康十分有利。

［1］樊海艳.下向进路分层无分段充填开采通风系统改进［J］.金属矿山，2015，44（7）：143-146.

［2］肖玉武.下向水平分层进路式胶结充填采矿法回采进路通风问题探索［J］.新疆有色金属，2014（4）：14-15.

［3］耿爱平，赵明祥.下向进路式充填采矿法顺路通风理论及技术［C］//中国煤炭学会.第十届全国采矿学术会议论文集.北京，2015：199-204.

［4］袁哲.下向分层回采中形成通风道的新方法［J］.世界采矿快报，1990（32）：19-20.

［5］冶金工业部建设协调司，中国冶金建设协会.钢铁企业采暖通风设计手册［M］.北京：冶金工业出版社，1996.

［6］王怀勇，于润沧，束国才.机械化进路式下向充填采矿法的应用与发展［J］.中国矿山工程，2013（1）：4-6.

TD72

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1004-4620（2017）02-0072-03

2016-08-18

马元磊，男，1987年生，2010年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业。现为莱钢集团莱芜矿业有限公司工程师，从事采矿技术工作。