地下金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與安全管理探析

庫啟賢

（四川鑫源礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610072）

近些年，由于各礦井的開采年限不斷增加，礦產(chǎn)資源逐漸減少，使得礦井開采深度越來越深，工作人員面對的生產(chǎn)條件變得愈加復(fù)雜，尤其是深層次的礦井通風(fēng)阻力相對較大，如果企業(yè)在金屬礦開采過程中不能保證良好的井下通風(fēng)條件，必然會提高井下生產(chǎn)危險程度，因此企業(yè)必須將優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)作工作重點。

1 四川某礦業(yè)采礦工程概述

1.1 工程概況

金屬礦區(qū)位于青藏高原東部、橫斷山脈中部，地形延綿起伏，礦區(qū)地處高原、氣候寒冷、年平均氣溫15℃至-5℃，夏季最高氣溫達(dá)35.4℃，冬季最低氣溫-19.1℃，礦體走向為“近南北、傾向東”，傾角在75°至80°之間，礦體平均厚度為5.31m，是該礦業(yè)的主要開采目標(biāo)。

1.2 通風(fēng)條件

該金屬礦區(qū)屬于高山型礦床，復(fù)雜多樣的高原地理氣候，氣壓低、含氧量少、氣候干燥寒冷、溫差大、太陽輻射強烈、大風(fēng)和大雪等極大地影響和制約著高海拔礦山地下開釆的正常生產(chǎn)。在正式開采工作中，該礦業(yè)在4100m以上的地方采用了壓入式通風(fēng)方式，在4100m以下的地方使用了壓抽結(jié)合多級機站通風(fēng)方式，加大了新鮮風(fēng)的流動頻率，對提高礦山井下生產(chǎn)安全程度具有積極影響。

2 金屬礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

通風(fēng)系統(tǒng)的主要作用是為金屬礦山井下生產(chǎn)工作提供新鮮空氣、稀釋有害氣體、排除粉塵等，能夠有效調(diào)節(jié)井下通風(fēng)環(huán)境，有利于營造良好的工作環(huán)境，極大程度上保證了工作人員的生命健康安全。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

通過發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢對井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，將自動化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、計算機技術(shù)與通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)建礦井通風(fēng)三維仿真及決策系統(tǒng)，將風(fēng)機動力變電監(jiān)測、風(fēng)機運行參數(shù)與PLC自動控制，依托工業(yè)以太網(wǎng)、數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模塊、復(fù)合模塊等[1]，形成礦井通風(fēng)三維設(shè)計、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)，用于通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、除塵降溫、反風(fēng)演習(xí)、以通風(fēng)仿真為基礎(chǔ)的通風(fēng)決策支持等領(lǐng)域，使用該系統(tǒng)可以幫助礦山企業(yè)進(jìn)行合理的通風(fēng)管理，節(jié)約通風(fēng)成本，保障高海拔礦山資源的順利開釆具有重要意義。

（1）智能化系統(tǒng)管理。在對井下通風(fēng)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行改造時，采用礦井通風(fēng)三維仿真及決策系統(tǒng)，利用先進(jìn)的計算機圖形、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，形成初步的三維通風(fēng)系統(tǒng)圖，通過運行“風(fēng)流模擬”，檢查風(fēng)網(wǎng)運行是否正常。系統(tǒng)計算礦井總需風(fēng)量及各中段的按需分配風(fēng)量，適當(dāng)設(shè)置構(gòu)筑設(shè)施進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算，得出各巷道通風(fēng)阻力、通風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)阻等參數(shù)，確定需要優(yōu)化調(diào)節(jié)的巷道分支，以達(dá)到通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造目標(biāo)。如金屬礦井下總風(fēng)量估算，Q=AY（式中：Q—礦井總風(fēng)量，m3/s；A—礦井年產(chǎn)量，100萬t/a；Y—萬噸耗風(fēng)量，1.2m3/s～3.5m3/s（萬t），需總風(fēng)量為120m3/s～350m3/s。依據(jù)實際采掘、回采作業(yè)量復(fù)核排煙、排塵所需風(fēng)量，計算實際需風(fēng)量114.44m3/s，風(fēng)量供需比為1.2×1.1=1.32并對高原作業(yè)條件下井下進(jìn)行增壓通風(fēng)，進(jìn)一步修正設(shè)計系數(shù)為1.22，實際需要風(fēng)量215.01m3/s。井下各作業(yè)地點按照各進(jìn)風(fēng)風(fēng)路自然分配的規(guī)律，各中段的采礦生產(chǎn)量均衡條件和《有色金屬礦山生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》風(fēng)速要求分配風(fēng)量，利用三維仿真及決策系統(tǒng)核算巷道通風(fēng)阻力、各點風(fēng)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）通風(fēng)設(shè)施優(yōu)化。對井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，為了保證其各項功能切實落實，需要對系統(tǒng)硬件進(jìn)行優(yōu)化，采用多井進(jìn)風(fēng)南北兩翼回風(fēng)冬季巖石預(yù)熱的壓抽混合通風(fēng)系統(tǒng)方案，對壓入、抽出通風(fēng)線路進(jìn)行優(yōu)化改造，新掘?qū)Ｓ眠M(jìn)風(fēng)井與各中段連通，解決各中段主要進(jìn)風(fēng)，新鮮風(fēng)流經(jīng)中段下盤運輸巷、穿脈到達(dá)各作業(yè)點，設(shè)立南北翼主回風(fēng)井、中段上盤回風(fēng)道，顯著提高通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)量，消除原通風(fēng)系統(tǒng)存在的盲區(qū)。合理利用冬季自然風(fēng)壓Hn=342.54Pa、夏季自然風(fēng)壓Hn=-206.04Pa影響值，選取合理變頻調(diào)控設(shè)備及風(fēng)機[2]。

2.2 優(yōu)化礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)

金屬礦山井下巷道主要采用并聯(lián)與串聯(lián)兩種方式相互連接，對于前者需要根據(jù)實際作業(yè)情況調(diào)節(jié)通風(fēng)量，由于在該連接方式下風(fēng)只能流過單個巷道，故而污染程度比較輕、風(fēng)的利用率相對較高，極大程度上保證了施工作業(yè)區(qū)域的安全性；后者的優(yōu)點主要表現(xiàn)為風(fēng)流大、風(fēng)速快，但在具體使用中因為無法及時調(diào)節(jié)風(fēng)量，所以容易形成相對嚴(yán)重的污染，若是發(fā)生連鎖反應(yīng)便會降低井下巷道空氣質(zhì)量。由此可知，在對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化時，應(yīng)優(yōu)先選用并聯(lián)連接方式，如此方能保證井下通風(fēng)條件達(dá)標(biāo)，降低巷道污染與漏風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生率。

3 金屬礦山井下通風(fēng)安全管理措施

3.1 提高信息化管理水平

制約井下通風(fēng)安全的因素比較多，比如有害氣體、火災(zāi)、爆炸等，企業(yè)只有對各影響因素有一個明確且深入的了解，才能有效提高安全隱患的防范水平，因此在信息技術(shù)與科學(xué)技術(shù)皆得到快速普及發(fā)展的當(dāng)今社會，企業(yè)必須發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的作用，切實提高井下通風(fēng)環(huán)境的信息化管理水平。第一，增加資金與技術(shù)投入，對通風(fēng)系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行更新與完善，全面引進(jìn)當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)，重視自動化、智能化、數(shù)字化等技術(shù)的重要性，保證通風(fēng)系統(tǒng)功能的全面落實；第二，企業(yè)可以安排專業(yè)人員攜帶專業(yè)設(shè)備對井下通風(fēng)條件進(jìn)行定期檢測，分析，為保證井下通風(fēng)安全提供支持；第三，充分發(fā)揮GIS、GPS、RS等技術(shù)的應(yīng)用價值，將其與通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，對金屬礦山井下環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)督與控制，有利于及時發(fā)現(xiàn)故障問題并在第一時間向有關(guān)人員示警，對維護工作人員生命安全、提高通風(fēng)安全管理效果具有重要意義。

3.2 強化管理隊伍建設(shè)

對過去井下通風(fēng)安全事故原因進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)人為因素是影響安全管理效果的主要因素，因而企業(yè)若想從根本上降低安全事故發(fā)生率，必須強化管理隊伍建設(shè)，培養(yǎng)綜合素質(zhì)較高且復(fù)合能力較強的專業(yè)人才。首先，企業(yè)應(yīng)保證井下通風(fēng)安全管理隊伍的完整度，技術(shù)人員、數(shù)據(jù)分析人員、監(jiān)管人員必須就位，同時要求各方工作人員切實發(fā)揮自身專業(yè)能力，以此保證通風(fēng)安全管理相關(guān)規(guī)范真正落到實處。其次，保證工作人員與崗位要求一致，有針對性地選聘與安排人才，只有與崗位真正契合的員工才能在遇到突發(fā)事故時快速做出反應(yīng)，為創(chuàng)建安全的井下通風(fēng)環(huán)境奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上所述，通風(fēng)系統(tǒng)作用能否充分發(fā)揮直接影響金屬礦山井下作業(yè)質(zhì)量，若是井下通風(fēng)條件比較差，必然會引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，企業(yè)要對井下通風(fēng)管理與生產(chǎn)安全管理予以高度重視，借助現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改造，以此增強系統(tǒng)的安全性與可靠性，進(jìn)一步提高礦井抵御風(fēng)險的能力。