某金屬礦礦井通風系統(tǒng)測定與評價

詹俊，劉祖文，朱易春，萬三明

(江西理工大學，江西贛州341000)

某金屬礦礦井通風系統(tǒng)測定與評價

詹俊，劉祖文，朱易春，萬三明

(江西理工大學，江西贛州341000)

礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)劣對地下礦山的安全生產有重大影響。在對某金屬礦山通風系統(tǒng)進行詳細調查與現(xiàn)場測定的基礎上，以風速(量)合格率、風質合格率及有效風量率等十項鑒定指標為評價依據(jù)，對該礦山的通風系統(tǒng)進行了系統(tǒng)評價與分析，指出該礦通風系統(tǒng)存在主扇與礦井現(xiàn)需風量不匹配、有效風量率低、通風構筑物不完善、風流調控設施不到位及管理不善，導致風流紊亂、內部漏風、風流短路嚴重、風量分配不合理及采場通風條件差等問題，并針對問題提出了相應的改進意見與措施，以期改善礦山井下作業(yè)點的環(huán)境，有效解決井下的通風問題。

礦井通風;測定;系統(tǒng)評價

礦井通風系統(tǒng)是由向井下各作業(yè)點供給新鮮空氣、排出污染空氣的通風網絡、通風動力以及風流調控構筑物等構成的工程體系［1］，它直接關系礦山企業(yè)的安全生產和生產效率［2－4］。近年來，隨著經濟的快速發(fā)展，礦石資源的需求量逐步增加，許多礦山擴大生產能力，使得原設計通風系統(tǒng)無法滿足擴產后的要求［5－6］。隨著礦井開采深度的增加、開采范圍的擴大、巷道長度的不斷伸展，導致礦井通風網絡發(fā)生變化，原有主扇工況與礦井通風現(xiàn)狀不匹配，使得通風效率低，通風效果不佳，亟待對原有系統(tǒng)進行相應的技術改造［7－15］。本研究以某金屬礦山為例，在對該礦通風系統(tǒng)進行現(xiàn)場調查與測定的基礎上，以《金屬非金屬地下礦山通風技術規(guī)范》為依據(jù)，對礦井十項指標進行計算與分析，得出該礦礦井通風系統(tǒng)安全運行中存在的問題，并提出相應的改進措施。

1 礦井通風現(xiàn)狀

該礦采用豎井-斜坡道聯(lián)合開拓系統(tǒng)，采礦方法為無底柱留礦法。目前已開拓的中段包括+111 m、+94 m、+78 m、－60 m、－85 m、－100 m、－115 m、－130 m、－145 m、－160 m、－180 m及－190 m共計 12個中段。其中 －85 m、－115 m、－145 m及－180 m中段為輔中段，+78 m中段及以上老采區(qū)已結束回采工作，－190 m中段為主提升運輸中段。該礦年產量為90萬t。

該礦礦井通風系統(tǒng)為兩翼對角抽出式通風系統(tǒng)，新鮮風流主要由230 m斜坡道、老主井及新主井多路進入，經各中段的運輸平巷通過中段回風巷進入西風井(僅連接－100 m與－130 m中段)及5106回風井，污風最后由西回風井及5106回風井通過主扇排至地表。現(xiàn)有西回風井地表風機房安裝主扇風機，風機型號為DK40－6－No20礦用對旋軸流通風機，功率為2×160 kW，現(xiàn)有5106回風井地表風機房安裝主扇風機，風機型號為FBDCZ－8－No22礦用對旋軸流通風機，功率為2×160 kW。通風系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 各主要生產中段(不包括輔中段)通風系統(tǒng)示意圖Fig.1 The ventilation system schematic diagram of major production midpiece(not including auxiliary midpiece)

2 測定使用的儀器

測定儀器主要有ZRQF型熱球風速儀、DEM6型三杯式高速風表、空盒氣壓計、YYT-200B型傾斜壓差計、礦用濕度計、8252數(shù)字式壓差計、標準畢托管、DJ－3型三相多功能電能測試儀及HILTI PD40型激光測距儀等。

3 測定內容、方法和結果

3.1 同時通風點數(shù)量確定

依據(jù)礦山實際情況，確定同時通風點數(shù)量為35個。

3.2 系統(tǒng)基本情況調查與測點布置

對該金屬礦進行全面仔細的調查，調查主要內容包括所有進出風通道、各中段通風網絡、主扇安裝地點及型號參數(shù)、各作業(yè)地點、井下各通風調控構筑物等。在調查的基礎上布置116個測點。

3.3 通風參數(shù)測定

1)斷面積測定:井巷斷面測定方法為在巷道腰線高度的巷道寬度上取若干等距離點，從對應的底板點測量它們到上頂部的垂高，將巷道的橫斷面劃分成若干個梯形，計算出它們的梯形面積并疊加，即可獲得該測點的巷道斷面積。斷面積按式(1)進行計算。

式中:B-巷道凈寬度，m;N-B的等分數(shù);a1-測定初始點的巷道高度，m;an+1-測定末尾點的巷道高度，m。

2)風速測定:風速使用ZRQF型熱球風速儀和DEM6型三杯式高速杯式風表(風速大于3 m/s時采用)測定，高速風表測風采用走線法，熱球風速儀測風采用點測法，每個測風點重復測量3次，且相對誤差小于5%，取平均值。

3)大氣壓、溫度及空氣濕度測定:大氣壓及溫度采用空盒氣壓計測定，空氣濕度采用濕度計測定。

4)主扇風壓測定:用標準皮托管和壓差計測出主扇前后的靜壓差，風機風壓按式(2)進行計算(主扇安裝在地表作抽出式通風)。

式中:H扇-風機裝置有效壓力，Pa;Hs-風機裝置靜壓，Pa;ρ硐-風機硐室內空氣密度，kg/m3; V硐-風機硐室斷面實際平均風速，m/s。

5)電機輸入功率的測定:用DJ-3型三相多功能電能測試儀測定電機的輸入功率。

3.4 通風系統(tǒng)鑒定指標

本次共測定35個同時通風點數(shù)，其中風速合格點數(shù)僅為6個，風質合格點數(shù)為18個。西回風井主扇風量為60.73 m3/s，風壓為1 942.8 Pa，功率為209.09 kW。5106回風井主扇風量為60.93 m3/s，風壓為1 317.5 Pa，功率為160.2 kW。兩臺主扇風機供應風量為121.66 m3/s，需風量為170 m3/s。通風系統(tǒng)評價采用《金屬非金屬地下礦山通風技術規(guī)范--通風系統(tǒng)鑒定指標》(AQ2013.5-2008)提供的十項鑒定指標，通風系統(tǒng)測定后計算的各指標匯總結果見表1。

表1 主要鑒定指標結果匯總Table 1 The summaries of main results of identification indicators

4 通風系統(tǒng)存在的問題與改進意見

4.1 通風系統(tǒng)存在的問題及分析

現(xiàn)有通風系統(tǒng)采用兩翼對角抽出式通風，從調查及測定結果來分析，該系統(tǒng)存在以下幾個問題:

1)礦井主扇與礦井現(xiàn)需風量不匹配。礦井目前供風量為121.66 m3/s，而需風量為170 m3/s，風量供需比為0.72，小于《金屬非金屬地下礦山通風技術規(guī)范--通風鑒定指標》規(guī)定的風量供需比合格標準。主要原因是近兩年礦山不斷擴大生產規(guī)模，產量由60萬t/a提高到90萬t/a，使得原設計通風系統(tǒng)選用風機無法滿足現(xiàn)生產供風量需求。

2)有效風量率低。全礦有效風量為57.9 m3/s，風機裝置風量為121.66 m3/s，全礦有效風量率為47.59%。造成有效風量率低的主要原因是采空區(qū)、溜礦井多，使得新鮮風流未通過作業(yè)面而直接通過溜礦井短路漏風。

3)主扇裝置效率不高。全礦平均風機裝置效率為60.32%，小于《金屬非金屬地下礦山通風技術規(guī)范--通風鑒定指標》規(guī)定的70%要求。主要是因為通風調控構筑物設置不太合理及調控不當，例如西回風井只與－100 m和－130 m中段相通，而礦山卻在－100 m和－130 m中段均設置了較小的調節(jié)風窗，使得風量沒有按需分配，而是人為增大了西回風井主扇的通風阻力。5106風機風硐內(風機入口側)開有一排水明溝(未設置通風構造物進行密閉)，形成風流短路，也是造成風機效率下降的一個原因。

4)風速合格率低。該金屬礦井35個需風點，就有多達17個作業(yè)點無風，只有6個達到規(guī)程風量要求，井下風量合格率僅17.14%。主要原因是局扇安裝方式不合理，礦山大部分局扇風筒均存在不同程度的破損現(xiàn)象。礦山各中段主要進風和回風風路多處與采空區(qū)相通，造成風流紊亂、內部漏風、風流短路，風量分配不合理及采場通風條件差。井下部分掘進工作面采用高壓風通風，供風量僅為0.25～0.80 m3/s，風量明顯不足。

5)風質合格率低。該金屬礦井35個需風點，風質合格點18個，不合格點17個，風質合格率僅為51.43%。風質合格率低的主要原因是新主井為混合井，混合井作進風井時，未采取有效的凈化措施;同時井下鏟、裝、運作業(yè)基本采用無軌柴油設備，每臺設備未設有廢氣凈化裝置。

6)礦山進、回風井巷阻力大。造成阻力大的原因有－190 m中段盲進風井聯(lián)絡道堆積設備材料;－160 m中段盲進風井聯(lián)絡道堆積廢渣;－130 m中段回風井聯(lián)絡道堆積廢渣;－60 m中段回風巷冒頂片幫落石未清理干凈;－130 m中段西回風井和5106回風井聯(lián)絡道積水;西回風井－130 m中段回風巷排水明溝設在調節(jié)風窗下部造成回風道水流形成水霧狀噴灑。

7)礦山未建立專門的通風管理機構和隊伍，無法對井下通風構筑物(風門、風橋、風窗、密閉墻等)進行有效的安裝、檢查、維修和管理。由于通風構造物調控任務沒有專門負責人及具體任務未落實到人，礦山部分主要回風井巷調控設施不到位。例如－60 m中段安裝了30 kW輔扇處的風門，先是掉落，檢修后，門開啟方向相反，易造成損壞漏風;－160 m中段6#井巷道坍塌，未設調節(jié)風窗;－100～－60 m人行斜井的上方(－60 m處)安設的風門不能自行關閉，需設扣緊裝置。

4.2 改進意見與措施

針對現(xiàn)有礦井通風系統(tǒng)存在的問題，為了提高現(xiàn)有通風系統(tǒng)的通風效果，提出如下改進意見及建議:

1)礦山主要進風和回風風路與采空區(qū)相通處砌墻密閉;定期清除主要回風道積水及礦渣，使得風路暢通。

2)因西回風井主扇僅與－100 m和－130 m中段相通，建議將－85 m及－115 m中段回風引入西回風井，將該兩輔中段回風與西回風井連接通道進行有效的維護(空區(qū)密閉及巷道雜物清理)。

3)5106風機風硐內(風機入口側)排水明溝改為U型水封排水槽，西回風井－130 m中段回風巷排水明溝改為U型水封排水槽，且主排水溝應偏離主風流方向。

4)沒有貫穿風流的作業(yè)點(距離貫穿風流巷道超過7 m)，應安裝局部通風設備。局部通風的風筒口與工作面的距離:壓入式通風應不超過10 m;抽出式通風應不超過5 m;混合式通風，壓入風筒的出口應不超過10 m，抽出風筒的入口應滯后壓入風筒的出口5 m以上。壓入式通風進風口應設在新鮮風流處，并防止產生循環(huán)風;抽出式通風出風口應設在主風流下側處，若下風側風流會污染其他作業(yè)點，則應將抽出的污風用風筒直接引入最近的回風巷內。

5)礦山新主井為混合提升井，混合井作進風井時，應采取有效的凈化措施，使得風源質量得到保證。井下鏟、裝、運作業(yè)基本采用無軌柴油設備，每臺設備應設有廢氣凈化裝置。

6)因礦山為多中段同時作業(yè)，且各中段均無專用回風通道，所以建議礦山在生產采場布置時盡量按照由上及下，上中段作業(yè)超前下中段，由兩側向進風巷方向后退式回采順序，以避免污風串聯(lián)。

7)建議礦山成立專門的通風管理機構和隊伍，配備通風專業(yè)技術人員，制定井下通風管理制度，明確職責，把通風工作納入到日常的生產計劃和安全管理工作中去。確保對井下通風構筑物(風門、風橋、風窗、密閉墻等)進行檢查、維修和管理。例如增大各中段回風側的調節(jié)風窗的可調節(jié)面積，使之具有相應的風量按需分配調節(jié)功能;人員進出后，及時關閉各處設置的風門;各作業(yè)中段隨時根據(jù)需風點變化進行構筑物調節(jié)，達到風量的按需分配。

5 結論

礦山針對改進意見進行通風系統(tǒng)專項整治，建立了專門的通風管理機構和隊伍。采取清理進回風井巷堆積物、完善與管理通風構造、密閉采空區(qū)等措施，使得通風狀況有了一定的改善。但通風系統(tǒng)是一個不斷變化的動態(tài)系統(tǒng)，再好的設計也不能一勞永逸，應經常進行通風系統(tǒng)維護，進行各通風構造物調節(jié)、風機工況調節(jié)，以保證井下風量能滿足作業(yè)人員進行正常生產需要。

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Measurement and evaluation of ventilation system in a metal mine

ZHAN Jun，LIU Zuwen，ZHU Yichun，WAN Sanming
(Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou Jiangxi 341000，China)

The advantages and disadvantages of mine ventilation system have significant impact on the safety production of underground mine.Based on detailed investigation and field measuring a metal mine ventilation system，This paper has systematically evaluated the ventilation system according to ten appraisal indicators，such as air volume percent of pass，the qualified rate and the effective air flow rate.It shows that the mine ventilation system has some problems with mismatching between the main fan and mine，low effective air flow rate，incomplete ventilation structure，lack of regulation facilities and poor management.The consequence is the flow disorder，internal air leakage，serious air short circuit，unreasonable air distribution and stope ventilation.In order to improve the work environment on the underground bases and solve the problems of mine ventilation effectively，corresponding improvement opinions and measures are put forward.

mine ventilation;measurement;system evaluation

TD72

Α

1671-4172(2015)01-0074-03

詹俊(1988－)，男，碩士研究生，安全工程專業(yè)，主要從事礦井通風安全研究。

劉祖文(1969－)，男，博士，教授，主要從事水處理技術與環(huán)境污染控制技術及應用、礦井通風安全研究。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.017