柿竹园多金属采矿场通风系统优化方案

李凡超

(湖南柿竹园有色金属有限责任公司， 湖南 郴州市 423037)

0 引言

柿竹园多金属采矿场井下采用平硐+斜坡道+主溜井的开拓方式，目前，主要作业中段有+407 m、+445 m、+470 m、+490 m、+514 m、+536 m、+558 m、+586 m水平，主要集中在东部和北部的作业区域，其中+407 m、+470 m、+490 m为主要的出矿中段。随着开采的不断推进，多金属采矿场井下通风系统也经过多次调整：2003年采用上下分区抽出式通风系统；2008年通风系统改造为两翼对角式。由于矿区主要开采区域的不断改变，东部+586 m水平风机已经无法适应当前的生产回风需求，同时+470 m水平西部作业污风无法快速排出。为能更好地解决系统通风问题，将原东部+586 m水平的K40-6-№22型250 kW的抽出式风机转移安装在+470 m水平西北角。

多金属采矿场属于高山开采，井下主要采用分段凿岩阶段矿房法回采矿房，并采用崩落法对矿柱进行回采。在早期的开采过程中，形成的一个大采空区导致地表塌陷，直通地表形成“天窗”，“天窗”面积达到300 m×300 m，最低已通至+445 m水平，形成较大的自然大气压差，对井下的通风系统产生很大的影响。由于多金属采矿场井下中段采用棋盘式开拓方式，且受“天窗”的影响，导致原复杂的通风网络更加复杂。根据现场调查结果显示，原有+536 m水平75 kW风机、+470 m和+490 m西部的250 kW 风机服务范围有限，不能覆盖至北部的作业区域。而东回风井未安装风机，导致东部和北部的作业区域回风不畅。井下密闭、风门和风窗等通风构筑物设置不到位，导致井下作业风流调节困难。井下在爆破时，有炮烟随斜坡道和主溜井等进入+470 m下部水平的作业面，导致井下局部区域作业环境差。因此需对矿山目前的通风系统进行优化，确保矿井安全生产。

1 井下通风系统现状

根据现场调查分析，井下风流主要有以下3种状态：

（1）下风通风。下风季节比较严重的时期为夏季7，8，9月份，新鲜风流主要通地表形成的“天窗”及+490 m上部各水平与外部相通的平硐口进入，部分风流进入采场后经+536 m水平西北部75 kW 风机排出地表，部分风流经斜坡道、材料提升井、管道天井进入各个水平及各工作面。回风主要由西北部+490 m水平、+470 m水平的250 kW风机及+490 m水平（太平里巷、红旗平硐、汽运巷等）、+385 m水平运输大巷、+368 m水平通往地表的平硐排出。

（2）上风通风。上风季节时期新鲜风流通过+490 m水平及以上水平的各个平硐进入，即采区新鲜风流从+490 m水平南边平硐硐口进入，污风分别由+490 m与+470 m水平西北角主扇平硐、+536 m水平回风道、“天窗”排出地表；+385 m主运输水平，新鲜风流从斜坡道及下水井进入，经运输平巷和装矿硐室后，污风从由12 km措施巷或野鸡尾铅锌矿老窿及萤石管缆回风平硐排出地表；+368 m水平为排水水平，该水平进风由+385 m水平斜坡道进入，平硐排出。

此时受自然风压的作用，风机的效率作用下降，“天窗”成为主要的回风通道，极易造成+490 m水平无轨出矿设备、汽车、铲车排放的尾气及二次爆破产生的炮烟粉尘不能及时按照原设计从主扇排出，+457 m等深部水平进风量不足，给井下安全生产带来较大影响。

（3）矿井内部与外部温度基本持平的状态。此状态多发生在春夏之交或秋季，此时自然风压对井下的影响作用最小，井下风流流动主要依靠+536 m、+470 m、+490 m水平的主扇风机的作用，风机处于高效运转状态。除风机出口处通地表的回风平硐外，各通地表通道均处于进风状态，井下风流与设计状态相符。

2 通风系统存在的主要问题

根据现场调查分析，柿竹园公司多金属采矿场井下通风系统存在下列几个问题。

（1）已有通风网络复杂。多金属采矿场为多年生产老矿井，井下开拓范围较大，+490 m水平以上采空区较多，且未及时进行充填封闭，造成了井下巷道空区繁多，通风线路过长，平面和立面上都存在棋盘式角联通风网络等。目前，通风系统利用地表多井进风和两个分区回风的通风方式，但由于通风系统内部网络的复杂，造成井下有效风量率低，风流不能很好地到达作业面。且由于早年的大爆破形成塌陷区（即“天窗”），使得井下通风网络更加复杂。

（2）通风构筑物不完善。井下老采区较多，未及时设置构筑物进行密闭。在现有的生产条件下，随着开采工作的延伸，作业水平、作业盘区和作业面等不适合设置构筑物和局扇等调节措施。造成了井下风路混乱，新鲜风、污风串联，局部循环风及风流短路、漏风严重、污风滞留等问题，通风管理异常困难。

（3）自然风压影响大。多金属采矿场属于高山开采，采用平硐+斜井+主溜井的开拓方式，地表不同时刻的温差变化大，且在通地表“天窗”的作用下导致井下自然风压变化也大，从而对矿井通风产生很大的影响。在生产活动中，自然风压与风机产生较大的对抗作用，影响风机的正常运行，导致能耗增大，而自然的风压调控比较困难。

（4）东部和北部作业区域回风困难。调查发现，现阶段多金属采矿场的采掘作业主要集中在东部和北部区域，而东回风井内未安装主扇风机加强回风，导致采掘作业及二次爆破时污风无法快速排出地表，且炮烟随下行风进入下部作业中段。

3 通风系统调查测定

结合现场的调查情况，对井下通风测定数据进行整理和分析，具体结果如下。

（1）矿井总进风量统计详见表1。

表1 矿井进风量统计

（2）矿井总回风量统计详见表2。

表2 矿井回风量统计

因多金属采矿场属于高山开采，且受上部“天窗”的影响，井下通风系统受自然风压影响较大。塌陷区通地表无法完整统计井下的进回风风口的风量，此处总进、回风量仅以现有通地表口及风机回风量作为统计标量。

（3）各水平进回风情况分析见表3。

表3 矿井进风量统计

4 矿井总需风量核算

计算矿井总需风量是检验当前主扇工作是否达到井下生产需求和布置通风工程的重要依据。

式中，K为矿井漏风系数；Q采为回采工作面的计算风量，m3/s；Q备为回采备用工作面的计算风量，m3/s；Q掘为掘进工作面的计算风量，m3/s；Q硐为硐室的计算风量，m3/s；Q其他为其他需风点的计算风量。

（1）同时作业的回采工作面数10个，均为巷道型采场，备用回采工作面5个。

（2）同时掘进工作面数18个，其中，凿岩工作面12个，铲装废石工作面6个。

（3）需独立供风硐室：井下设置有炸药库 1个；装、卸矿硐室20个，+490 m变电硐室2个；

（4）铲运设备为柴油设备。

多金属采矿场井下风点及需风量见表 4。由表4可知，总需风量为244.95 m3/s，漏风系数取1.3，可得总风量为318.44 m3/s。

表4 多金属采矿场井下用风点及需风量

根据上述风量分配原则，以及结合矿井下年生产能力、采矿方法、采场开采强度和生产计划的安排，需对井下各需风作业地点进行合理的风量分配。由于多金属采矿场井下水平较多，开拓系统复杂，进风口较少，但作业点相对集中，需风量分配见表5。

表5 主要进风口风量分配

5 通风优化方案

根据现有生产规划及井下通风的实际情况，采用两翼多风机分区回风方案，保留+470 m、+490 m、+385 m水平西部的风机作为西翼，负责+514～+536 m西部、+490 m西部和北部、+470 m西部以下的通风需求。根据矿区的生产计划，东部区域将作为主要的生产盘区，在东回风井安装一台大功率主扇，将东回风井作为东翼，主要负责东部盘区+407～+586 m 之间的通风区域。深部+385 m 和+368 m作为单独的回风区域，利用其现有的回风平硐回风。因此，整个井下通风系统形成东西两翼多分区的回风系统。

5.1 通风网络优化

在每个阶段矿体的上下盘开凿两条沿走向互相平行的巷道，一条作进风道，另一条作回风道，构成平行双巷通风网。各阶段采场均由本阶段进风道得到新鲜风流，其污风可经上阶段或本阶段的排风道排走（见图1）。

图1 平行双巷式阶段通风网络结构

平行双巷式通风网结构简单，能有效地解决风流串联。利用现有的开凿工程，适于在矿体较厚、较富、开采强度大、对通风要求较高的矿山。

井下主要进风井采用原有的+490 m水平的主要进风口，主要有红旗大巷、汽运大巷、西部斜井、西北平巷和太平里巷，困难时期可利用“天窗”进行进风。

利用原有的+536 m西回风平硐、+490 m西回风平硐、+470 m西回风平硐和+385 m萤石管道回风巷进行回风。由于东部和北部采场回风困难，设计重新利用+586 m东回风井进行回风。

5.2 井下通风动力系统优化

井下通风动力是维持整个通风系统正常运转的必要条件。根据现场调查结果可知，多金属采矿场井下+490 m和+470 m水平安装的风机的服务范围有限，既不能完全服务于+490 m、+470 m、+457 m及以下水平的作业区域，也无法服务于+514 m及以上水平的作业面。且东部作业区域与该风机之间隔着一个“天窗”，导致风流调控存在困难。因此，需对井下通风动力系统进行优化，具体优化措施如下。

（1）+586 m水平东回风井增设主扇，解决东部回风困难及装卸矿二次爆破时炮烟随斜坡道及溜井往下部水平流动的问题。

（2）+514 m水平北环道增设辅扇，将污风排至东回风井，主要解决北部通风不畅的问题。

（3）+490 m水平风机优化：①将+490 m北部下+480 m水平斜坡道的22 kW风机转换风机方向，由原有的向下压改为往上抽，风流经过 P8巷道进入东回风井；②原安装在P1、P2、P3与P4平巷南段安装的K40-4-№10型15 kW辅扇继续运行；③在有二次爆破的地方，应设置辅扇加强通风，且风机风流方向应朝向水平回风方向。

（4）+470 m水平北部风机优化。①将该风机挪至北环道西侧的+470 m至+490 m电缆井处，P2巷道与C4巷道交汇处。污风经+470 m至+490 m电缆井进入+490 m北回风道，最后经+490 m水平250 kW 主风机排出地表，风机主要解决北部区域装卸矿风尘、汽车尾气及作业污风回风问题。②将+470 m北部上+480 m水平斜坡道顶部的的22 kW风机转换风机方向，由原有的向下压改为往上抽，风流经过+480 m水平凿岩巷道、+480 m至+490 m斜坡道等进入+490 m回风道及东回风井。

（5）+386 m水平西平硐风机优化。①调整北部西平硐的45 kW风机位置。将该风机调整至P4平巷与北环道交汇处的西侧，风流从北运输巷出地表；②萤石管道平巷75 kW风机现停止运行，该风机应在二次爆破炮烟影响+385 m作业环境时，适时设置30 Hz频率运行1 h排出炮烟。

5.3 根据实际情况完善井下通风构筑物

井下风流调控措施主要采用通风构筑物来引导、阻断和调节风流的装置，可以简化通风网络和调节风流走向，主要包括风墙、风窗、风门、风桥和导风板等。多金属采矿场井下通风构筑物较少，风流紊乱，可调性较差，会产生较多的通风问题。因此，需对井下进行通风构筑物设计，同时要设置专职通风构筑物管理人员，根据生产要求和井下通风状况，对井下通风构筑物进行管理、检查，保证设施处于完好状态，保证风路的畅通和通风系统的完善。

5.4 加强日常通风管理

矿井通风管理是矿井生产过程中重要的管理内容之一。通风管理工作的好坏直接关系井下通风状态的好坏。通风状况的好坏直接影响到井下工人的身体健康与生命安全、矿井的生产效率和经济效益。做好矿井通风工作，一方面要针对现场实际情况，解决相关的矿井通风技术难题；另一方面要从系统安全角度出发，全面提高通风管理的整体水平。所以，为实现矿井的安全生产，在提高通风技术水平的同时，必须加强矿井通风的管理工作。

5.5 后期通风系统规划

根据多金属采矿场井下的生产规划，现已建立+536 m西部回系统、+490 m西部回风井贯、+470 m西部回风系统和东回风井系统。随着开采的不断推进，当+514 m水平及以上水平东部等作业区域开采结束时，应对系统进一步调整，调整措施如下：

（1）将+536 m水平75 kW风机停止运行；

（2）将+514 m至+586 m水平通东回风井回风道的风窗全部关闭。

6 结语

矿井通风系统的完善是矿山生产安全的关键部分，通风系统的优化应充分利用矿山现有和规划的工程设施。根据柿竹园多金属采矿场矿山开采现状，结合矿山深部延伸的开拓运输系统、采矿方法等系统考虑矿山的通风系统方案，通过对通风网络、动力系统进行优化、完善井下通风构筑物、加强日常通风管理，可以根据井下实际需风情况进行调节，提高风机装置效率，有效解决井下通风存在的问题。