三山島金礦新立分礦斜坡道通風系統(tǒng)優(yōu)化

候成錄 何順斌 王明斌 趙洪凱 王鵬飛 周 偉 居偉偉

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

山東三山島金礦是我國黃金工業(yè)“七五”期間的重點建設項目，是我國100家最大的有色金屬采選企業(yè)之一，也是目前全國機械化程度最高的地下開采黃金礦山[1]。該礦下設西山、新立、倉上和平里店4個分礦。新立分礦位于城山公路西側新立村，地理坐標為東經119°56′15″～119°57′00″，北緯37°23′15″～37°24′00″。新立分礦生產能力已達4 000 t/d，采用豎井+斜坡道開拓系統(tǒng)，采用充填采礦法生產[2-3]。井下設-165，-200，-240，-280，-320，-360，-400，-440，-480，-520，-560，-600 m 共12個中段，其中-165 m中段作為總回風中段，主要采礦作業(yè)中段分布于-200，-360，-400 m 水平，平均出礦品位為2.2 g/t[4]。

1 通風系統(tǒng)現狀

新立分礦采用副井(φ4.5 m)、主豎井(φ6.0 m)、措施井(φ3.5 m)以及斜坡道(斜坡道在-150 m水平與西山分礦貫通)進風，兩翼東回風井(φ3.0m)、西回風井(φ6.0m)回風的兩翼抽出式通風系統(tǒng)。新鮮風流經副井、主豎井、措施井和斜坡道進入，經各中段石門、中段巷道、采場等用風點，污風主要經東西兩翼倒段回風天井和55#線管纜井上至-165 m水平回風巷道，最后由東西兩翼-165 m 水平回風機站送入東、西風井排出地表。西翼倒段回風井(φ5.0m)位于123#線附近，井筒標高為-165～-320 m，-320～-440 m水平采用倒段風井，井筒斷面規(guī)格為5 m×4.2 m。東翼倒段回風井位于3#線附近-165～-240 m水平，井筒斷面規(guī)格為2.6 m×2.8 m，-240～-320 m水平為豎井，由于充填體進入，已被廢棄。新立分礦的主要井巷工程參數及功能見表1。

表1 新立分礦主要井巷工程參數及功能

新立分礦通風系統(tǒng)設有2個主回風機站，分別位于-165 m水平東、西兩翼回風井聯(lián)巷，東回風井聯(lián)巷回風機站運行1臺BDK62-8-№26型對旋風機(主扇)，電機功率為2×250 kW，西回風井聯(lián)巷回風機站運行1臺DK52-8-№32風機(主扇)，電機功率為2×450 kW。

2 斜坡道通風現狀

新立分礦斜坡道凈斷面面積為15 m2，中段標高為-150～-600 m，在-150 m水平經中段大巷與西山分礦貫通，沿西山分礦-150 m水平至地表斜坡道出入地表。斜坡道在通風系統(tǒng)中承擔著進風通道的作用，新鮮風流經各中段斜聯(lián)巷進入生產區(qū)域，沖洗采場后進入兩翼倒段回風井，經東西回風井回至地表。當前斜坡道進風量為15.03 m3/s，各中段斜聯(lián)巷風流方向紊亂。-200，-600 m中段斜聯(lián)巷風流方向為輔助斜坡道→中段巷；-240，-320，-360，-400，-440，-480 m中段斜聯(lián)巷及-600 m 中段車場聯(lián)絡巷風流方向為中段巷→斜聯(lián)巷。-320 m中段斜聯(lián)巷有大量隨風流粉塵進入輔助斜坡道，污染斜坡道風質。

新立分礦斜坡道通風存在的問題有：①斜坡道設計進風量為50 m3/s，由于多方面原因，斜坡道自投入使用以來，一直未達到原設計的進風量要求，并且進風量大小受季節(jié)性氣候影響較大；②斜坡道風質較差，各個中段斜坡道聯(lián)巷風流狀態(tài)差異大，風流調控難度較大；③斜坡道內能見度低、濕度大，巷道壁腐蝕嚴重，降低了支護層的穩(wěn)定性，增加了斜坡道返修維護費用[5]；④斜坡道作為主要運輸行人通道，若發(fā)現火災事故，斜坡道風流向上將導致污風不斷向上部富集，使其無法作為逃生通道。

3 斜坡道通風優(yōu)化設計

斜坡道為新立分礦主要的運輸通道，也是設計的進風通道之一[4]。本研究在維持礦山現有通風系統(tǒng)不變的基礎上，根據斜坡道通風情況及存在的問題，對斜坡道的進風方式進行了優(yōu)化，通過構建斜坡道通風模型，將礦山主豎井、措施井的新鮮風流從-240 m 中段東北巷引入斜坡道，通過增設進風輔扇，增加進風動力，使得新鮮風流經斜坡道聯(lián)巷進入中段作業(yè)場所，沖洗作業(yè)面后進入東西兩翼倒段回風井[6-9]。

3.1 通風方式優(yōu)化方案及技術措施

按三山島金礦探采選8 000 t/d擴建工程初步設計要求核算[4]，新立分礦斜坡道設計進風量為50 m3/s。通風方式優(yōu)化方案為：①-150 m水平貫通處至-240 m中段通風方式，新鮮風流從斜坡道-150 m 水平貫通處與-240 m中段主豎井、措施井聯(lián)巷進入-200，-240 m中段聯(lián)巷，沖洗作業(yè)場所的污風主要經東西兩翼倒段回風天井進入回風系統(tǒng)；②-240 m分段～-480 m中段通風方式，新鮮風流從-240 m中段主豎井、措施井聯(lián)巷進入-320，-360，-400，-440，-480 m中段聯(lián)巷，沖洗作業(yè)場所的污風主要經東西兩翼倒段回風天井進入回風系統(tǒng)；③-480～-600 m中段通風方式，新鮮風流從-600 m中段主豎井石門巷進入-560，-520 m 中段聯(lián)巷，沖洗作業(yè)場所的污風主要經東西兩翼倒段回風天井進入回風系統(tǒng)。具體通風技術措施為：①完成新立分礦東翼149#線-386～-200 m 中段回風井工程、55#線-400～-626 m中段回風井工程以及西翼123#線-440～-600 m中段回風井工程；②控制-173，-187 m分段回風量，在-165 m中段回風巷內封閉-173，-187 m中段采場風井上口，合理分配作業(yè)采場回風量；③在-240 m 中段67#線附近增設輔助通風機進行強制送風，將-240 m中段主混合井、措施井的新鮮風流引入斜坡道；④在-600 m中段主井、副井及主混合井馬頭門增設風門，控制-600 m中段總進風量；⑤封閉-307 m 分段貫通處，增設2道風門作為應急通道。

3.2 -240 m中段進風機站設置和通風設備

斜坡道通風系統(tǒng)進風機站設置于-240 m中段67#線運輸巷。經過對K45-6-№15、K45-6-№16、K45-6-№17等不同型號的風機進行計算機網絡解算比較，確定-240 m中段67#線運輸巷進風機站安設1臺K45-6-№16(90 kW/臺)風機，葉片安裝角度取最大值為40°，實現變頻控制。該型風機具體參數見表2。

表2 風機性能參數

本研究選用的軸流風機具有運轉效率高、噪聲低、節(jié)電效果顯著等特點，可方便實現反轉反風功能(風機控制柜具有正轉、停止、反轉功能按鈕)，反風率大于60%，無需修筑反風道[10-12]。

3.3 通風網絡解算

機械通風系統(tǒng)通過風機將新鮮風流輸送至井下各個采掘作業(yè)需風點，由于通風網絡包括大量井巷，自然分風及風量調節(jié)計算比較復雜，且工作量大，故須借助計算機進行通風方案網絡解算。通風網絡模型建立后，利用多機站及多級機站通風軟件對方案進行系統(tǒng)通風效果模擬計算，根據計算結果對設計方案進行調整修改，使得最終確定的通風優(yōu)化方案達到預期效果[13-15]。

新立分礦斜坡道通風系統(tǒng)優(yōu)化設計方案的計算機網絡解算結果見表3，各主要井筒風量分配情況見表4，斜坡道各中段聯(lián)巷風量分配情況如表5及圖1所示。

表3 通風系統(tǒng)優(yōu)化設計方案解算結果

表4 各主要井筒風量分配情況 m3/s

表5 斜坡道各中段聯(lián)巷風量分配情況

新立分礦總風量為342.78 m3/s，其中主豎井進風量為174.88 m3/s，副井進風量為78.26 m3/s，措施井進風量為39.52 m3/s，斜坡道進風量為50.12 m3/s，斜坡道進風量達到設計風量(50.00 m3/s)要求。

主回風機站設置及工況：①-165 m水平東翼回風機站，有風墻形式運行1臺BDK62-8-№26型風機(2×250 kW/臺)，葉片角度45°/40°，變頻控制，機站風量105 m3/s，實耗功率313.25 kW，風機效率78%；②-165 m水平西翼回風機站，有風墻形式運行1臺DK52-8-№32型風機(2×450 kW/臺)，葉片角度45°/40°，變頻控制，機站風量227.78 m3/s，實耗功率650.81 kW，風機效率80%；③-240 m水平67#線進風機站，有風墻形式運行1臺K45-6-№16風機型(90 kW/臺)，葉片角度40°，變頻控制，機站風量53.72 m3/s，實耗功率55.17 kW，風機效率73%。

4 結 語

在維持三山島金礦新立礦井現有通風系統(tǒng)不變的基礎上，通過在67#線運輸巷增設1臺K45-6-№16型風機，確保斜坡道穩(wěn)定進風，解決了斜坡道長年性反風的技術難題，改善了斜坡道的通風環(huán)境，提高了斜坡道支護層的穩(wěn)定性，降低了斜坡道維護費用，可供類似礦山借鑒。

圖1 新立分礦斜坡道通風系統(tǒng)示意(單位：m3/s)

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