石膏石矿通风系统的安全性试验及措施

张晓芳

（长治市潞城区应急救援指挥中心，山西 长治047500）

引言

矿井通风系统的通风性能和安全性是保证地下矿山生产的关键分系统，对于石膏石矿也不例外。石膏石矿通风系统主要功能是将生产过程中所产生的粉尘、有害气体的浓度控制在安全范围之内。而通风系统在实际运行中存在风流短路、漏风、风流反向以及污风循环等问题，严重威胁着石膏石矿生产及作业人员的安全性[1]。本文着重对某石膏石矿通风系统的安全性进行试验分析，并提出相关的安全措施。

1 某石膏石矿工程概况

地质条件：石膏石矿所开采的为石膏岩，且石膏岩的平均厚度为11 m，目前可供开采的石膏岩的厚度为6 m，石膏岩层的倾向为89°，平均倾角为1.5°。该石膏石矿最顶部的岩层类型为粉砂质泥岩，中间岩层类型为泥岩；石膏岩底部为粉砂岩并伴有部分粉砂质泥岩。

水文条件：该石膏石矿所属地域的平均降水量为1 141.8 mm，主要降水季节集中于每年的4月份到9月份。经现场探测可知，在石膏石矿顶板有呈点滴状的地下水渗出，其涌水量非常小，尚不能够形成水流，其水文条件很简单。

开采条件：整体而言，石膏石矿的顶底板岩层的力学性能较好，但仍存在冒顶和坍塌的可能。但是，该矿井口位置相对稳固。目前，该矿采用主平硐+斜坡道的开拓方式，并采用类似于煤矿工作面的房柱式的前进式开采方式[2]。

2 该矿井通风系统的确定

根据该石膏石矿地质、水文情况，该矿井原采用中央并列式通风方式，并且所选型通风机的工作面方式为抽出式。综合考虑该矿井的开采条件，提出采用矿山大管道抽出式主扇机械通风方式。对应的主扇管道抽出式通风方式的系统框图如图1所示。

图1 主扇抽出式通风系统框图

如图1所示，主扇抽出式通风系统主要包括抽出式风机、导风连接箱、主风管和支风管。其中，可通过调风板槽对工作面的风速进行控制，以保证通风量与实际工作相匹配的目的，从而实现节能通风[3]。

经理论计算，该矿正常生产时采掘工作面所需风量为630 m3/min，根据管道直径及其相关条件其对应的风速为10.5 m3/s，局部通风机通风量为108 m3/min，其他需风量为126 m3/min。根据上述各部分通风量，按照1.15的安全系数该矿井所需总风量为993.6 m3/min，对应总风速为16.56 m3/s。

基于上述理论计算结果，所选择通风机型号为FBCZ4-11A，按照“一用一备”的原则为矿井配两台主通风机，并为采掘工作面配置两台局部通风机，具体型号为YBT-5.5。上述两通风机的关键参数见下页表1。

3 矿井通风系统安全性试验

3.1 矿井通风系统安全性试验的方案设计

为验证基于上述通风机对应通风方案的安全性，本次试验采用相关仪器设备对矿井正常生产过程中风速、有害气体的浓度、氧气的浓度以及粉尘浓度等参数进行监测，判定其是否均在标准范围之内，进而验证该矿井通风系统的安全性和有效性[4]。本次试验所选用的仪器设备的类型及关键参数如表2所示。

表1 矿井配置通风机参数

表2 仪器设备类型及参数统计

1）矿井风速测量：风速检测的目的是判断其是否满足抽取炮烟的要求。因此，矿井通风口的位置作为风速的测量点。

氧气的测量：根据标准设定低限值和高限值报警位置，测量不同地点氧气的浓度变化。

2）有害气体的检测：将四合一检测仪中置入不同的传感器（CO、CH4、H2S），并根据标准要求设定不同有害气体的报警限值，测量不同位置有害气体的浓度变化情况，并实时记录数据。

3）粉尘测量：将粉尘检测仪置于相应的位置，对工作面的粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度进行测量。

3.2 矿井通风系统安全性试验的结果分析

本次试验对通风系统运行前后各参数的变化情况进行对比，具体如表3所示。

表3 矿井通风系统运行前后参数对比

如表3所示：矿井通风系统运行前后氧气浓度变化不大，但是工作面有害气体浓度经通风系统作用后均降至0；总粉尘质量浓度从1 000 mg/m3降低至2 mg/m3，其中，工作面呼吸性粉尘质量浓度从6 mg/m3降低至0.4 mg/m3。因此，当前通风系统的通风性能能够保证工作面有害气体和粉尘浓度满足相关标准要求，即证明通风系统具有良好的效果[5]。

4 矿井通风系统的安全性策略

1）在实际生产过程中必须严格加强对通风系统的管理，定期对通风设备、设施等进行检修，必须按照相关规定为工作面指定配风量，且抽风口必须距离工作面管道10～15 m；

2）在通风系统正常运行之前，应对通风机性能、通风阻力进行测定，保证每年开展一次反风演习，为突发事故做准备；

3）矿井通风系统正式运行后，应每年对工作面风量进行核算，并及时对通风设备、通风方案进行调整。