空區(qū)降阻在紅透山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)中的實踐*

李印洪，李亞俊，鐘生元

空區(qū)降阻在紅透山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)中的實踐*

李印洪1, 2，李亞俊1, 2，鐘生元1, 2

(1.湖南有色冶金勞動保護(hù)研究院，湖南 長沙 410014；2.非煤礦山通風(fēng)防塵湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410014)

紅透山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)多年，作業(yè)面多，需風(fēng)量大，但線路長阻力大供風(fēng)量小，按照傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)難以實現(xiàn)提高通風(fēng)系統(tǒng)總供風(fēng)量的目的。針對紅透山礦井下的實際情況，根據(jù)其?407 m中段以上基本不作業(yè)的現(xiàn)狀，利用礦體開采后遺留的采空區(qū)、溜井、通風(fēng)行人井等過風(fēng)通道進(jìn)行回風(fēng)，達(dá)到了降低回風(fēng)端阻力，增加井下通風(fēng)系統(tǒng)總供風(fēng)量，節(jié)約主扇開啟臺數(shù)及運轉(zhuǎn)總功率的目的。

礦井通風(fēng);空區(qū)降阻;回風(fēng)端;隔離層

紅透山礦自1958年建礦至今已開采60多年，2006~2008年井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，目的是提高井下通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)量，改善井下部分作業(yè)面高溫環(huán)境，井下項目實施后效果良好。

1 項目實施背景

紅透山礦床位于渾河大斷裂帶的上盤，為前寒武紀(jì)復(fù)雜化了的沉積變質(zhì)銅礦床。主要開采的礦脈為1號脈、3號脈、7號脈、30號脈、31號脈等5條。主礦體走向為北75°~85°東，傾向南東，傾角70°~80°之間。在?647 m中段—?767 m中段之間其傾角變緩，為30°左右，受摺曲構(gòu)造控制，在這段出現(xiàn)反傾角。同時在?647 m中段以下，礦體沿走向方向由西向東側(cè)伏，側(cè)伏角為15°。

紅透山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成為中央進(jìn)風(fēng)，兩翼回風(fēng)。由于線路長，阻力大，主扇為地表+井下串聯(lián)抽出式，西部通風(fēng)分區(qū)在地表及?467 m中段安裝了兩臺主扇，主扇型號為70B2-21-NO24（350 kW地表），DK45-6-NO19（264 kW井下?467 m中段）；東部通風(fēng)分區(qū)在地表、?287 m中段、?467 m中段各安裝了一臺主扇，主扇型號為70B2-21-NO24（370 kW地表），DK40-6-NO19（220 kW井下?287 m中段），DK45-6-NO20（500 kW井下?47 m中段）。通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及通風(fēng)系統(tǒng)測試，紅透山礦通風(fēng)系統(tǒng)存在如下幾個特點。

（1）井下作業(yè)面多，總供風(fēng)量低。經(jīng)測定，在5臺主扇都開啟的情況下，總供風(fēng)量為101 m3/s，而按照井下作業(yè)面計算，需風(fēng)量為160 m3/s。供風(fēng)量低的原因是回風(fēng)線路長，阻力高。由于礦山開采多年，對回風(fēng)井進(jìn)行刷大工程難度大，故難以使用直接擴大斷面的常規(guī)方式來提供總供風(fēng)量。

圖1 紅渣山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)

（2）建設(shè)了冬季巖石預(yù)熱系統(tǒng)，自然風(fēng)壓幫助主扇通風(fēng)。

（3）在73 m中段已進(jìn)行部分循環(huán)風(fēng)利用，能提高供風(fēng)量10 m3/s。

2 紅透區(qū)礦井下空區(qū)降阻實踐

空區(qū)降阻是把上部已經(jīng)完成開采活動區(qū)域中所遺留的空區(qū)、天井、平巷乃至不嚴(yán)密的充填體的裂隙等通道利用起來，用做回風(fēng)使用，擴大回風(fēng)斷面，從而大規(guī)模降低回風(fēng)端阻力的一種通風(fēng)系統(tǒng)降阻手段。

2.1 井下空區(qū)降阻的必要性

（1）由于礦山開采多年，對回風(fēng)井進(jìn)行擴刷工程難度大，故難以使用直接擴大斷面的常規(guī)方式來提高總供風(fēng)量。

（2）對井下的現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，井下開采時分幾個步驟進(jìn)行。首先是對礦房進(jìn)行開采，其次是回采頂、底柱，中段大規(guī)模的開采充填結(jié)束后，還要組織收礦隊對殘留礦石進(jìn)行殘采。但各中段存在上百條天井、礦石溜井、人行通風(fēng)井等工程未充填，通達(dá)上部中段，且二步回采礦柱時未進(jìn)行完全充填，?287 m中段至上部更是存在大量采空區(qū)可以通風(fēng)。

（3）紅透山礦井下通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機安裝功率較高，西部通風(fēng)分區(qū)為570 kW，東部通風(fēng)分區(qū)為1134 kW，風(fēng)量測定顯示，西部風(fēng)量為42 m3/s，阻力為3740 Pa，其中進(jìn)風(fēng)端+用風(fēng)端阻力610 Pa，回風(fēng)端阻力為3140 Pa，回風(fēng)端阻力占系統(tǒng)阻力的83.9%；東部通風(fēng)分區(qū)風(fēng)量為59 m3/s，阻力為4560 Pa，其中進(jìn)風(fēng)端+用風(fēng)端阻力為630 Pa，回風(fēng)端阻力為3930 Pa，回風(fēng)端阻力占系統(tǒng)阻力的86.2%。需要對回風(fēng)端進(jìn)行降阻。

（4）紅透山礦井下已進(jìn)行了多年生產(chǎn)，經(jīng)過多次殘礦回收活動，?407 m中段以上遺留資源少，事實上?407 m中段以上已結(jié)束生產(chǎn)活動。

2.2 井下空區(qū)降阻方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解，紅透山礦井下133 m至地表的空區(qū)為預(yù)熱區(qū)，是新鮮風(fēng)流的通道，故133 m中段以上的空區(qū)預(yù)熱作用給以保留，不予安排；?407 m中段以下為目前的重點作業(yè)區(qū)，正在進(jìn)行開采活動，也無法安排通風(fēng)工程實施；故該次通風(fēng)降阻工程選擇了?407 m中段~133 m中段的空區(qū)作為實施區(qū)域，也即利用?407，?347，?287 m等10個中段540 m垂高的空區(qū)來進(jìn)行降阻，降阻方案見圖2。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)降阻方案

為了實施空區(qū)回風(fēng)，首先必須建立兩個隔離中段（對空區(qū)采取膠結(jié)充填、隔離、避讓等措施），防止主扇從空區(qū)短路抽風(fēng)造成短路風(fēng)流浪費能量，同時可以防止自然風(fēng)流對生產(chǎn)作業(yè)中段的干擾。根據(jù)調(diào)查，在?407，133 m中段建立隔離層符合紅坑口的實際情況；其次在隔離中段（?407，73 m中段）把東部、西部回風(fēng)平巷的密閉打開，在?407，73 m中段維護(hù)好一條兩個回風(fēng)系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)道，方便污風(fēng)進(jìn)入空區(qū)及今后對通風(fēng)系統(tǒng)的檢查測試；最后在隔離中段（?407中段）上部各中段的石門入風(fēng)口處砌筑風(fēng)門風(fēng)墻，防止污風(fēng)串入大豎井，污染進(jìn)風(fēng)風(fēng)源。

2.3 空區(qū)降阻實施效果

紅透山礦井下東、西部分區(qū)空區(qū)降阻工程實施后，在單開西部、東部分區(qū)?467 m中段一臺主扇的情況下，主扇風(fēng)量達(dá)到了西部49 m3/s，東部72 m3/s，較原來通風(fēng)系統(tǒng)主扇風(fēng)量有了20 m3/s的增加，但運行的風(fēng)機功率降低了940 kW。

由礦井通風(fēng)能降耗方面的技術(shù)經(jīng)驗可知，在通風(fēng)系統(tǒng)未改變的情況下，通風(fēng)系統(tǒng)的能耗與風(fēng)量的3次方成正比：

式中，1、1分別為狀態(tài)1的風(fēng)量、功率；2、2分別為狀態(tài)2的風(fēng)量、功率。

若照此功率推算，則紅透山礦井下在西部49 m3/s，東部72 m3/s的風(fēng)量下所需功率為西部905 kW，東部2061 kW，但運用了空區(qū)降阻技術(shù)后，運行功率僅為西部264 kW，東部500 kW，運行功率上西部分區(qū)節(jié)約641 kW，東部分區(qū)節(jié)約1561 kW。當(dāng)然同時節(jié)約的還有地表及?287 m中段風(fēng)機停開的檢修、保養(yǎng)、人員工資費用，從經(jīng)濟效益來看，是非常合算的。

3 結(jié) 論

根據(jù)我國有色金屬礦開采時間的推進(jìn)，開采深度的延伸，井下通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)的困難也越來越多。其突出的表現(xiàn)是隨著開采深度的增加，通風(fēng)系統(tǒng)的線路長、阻力大的特點隨之明顯，若是加上產(chǎn)量的提高，作業(yè)面增加較多，則井下生產(chǎn)極容易產(chǎn)生供風(fēng)量滿足不了生產(chǎn)的問題。若一味增加局扇、輔扇的數(shù)量，伴隨作業(yè)面風(fēng)流而來的串聯(lián)風(fēng)、循環(huán)風(fēng)及相應(yīng)存在的作業(yè)面溫度高的問題更難以解決，給生產(chǎn)安全帶來新的隱患。故在礦山在進(jìn)入深部開采、擴大產(chǎn)能等需風(fēng)量超出初步設(shè)計所建立的通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)量的情況下，應(yīng)根據(jù)礦山自身通風(fēng)系統(tǒng)的特點，合理進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究，改善井下生產(chǎn)環(huán)境，保障安全生產(chǎn)進(jìn)行。

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(2019-04-03)

李印洪(1975—)，男，湖南長沙人，高級工程師，主要從事金屬礦山通風(fēng)防塵設(shè)計工作，Email: 781974176@ qq.com。

國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFC08000302).