利用采場順路天井改造通風(fēng)天井應(yīng)用研究

邱金銘，黃 文，黃澤祥，周 林，郭遠樹

（崇義章源鎢業(yè)股份有限公司淘錫坑鎢礦，江西 贛州 341300）

1 工程背景

淘錫坑鎢礦屬崇義章源鎢業(yè)股份有限公司下屬分公司，安標(biāo)化二級達標(biāo)單位、國家級綠色礦山，是一家以生產(chǎn)鎢精礦為主，回收其他伴生有色金屬為輔的中型有色金屬采選企業(yè)。

礦山成立于1970年12月，采用平硐+盲豎井+盲斜井聯(lián)合開拓方式開拓礦井，應(yīng)用兩翼對角抽出式機械通風(fēng)系統(tǒng)保證礦井通風(fēng)。目前，已形成10個中段，分中段高度50m。礦體傾角為：75°～86°，厚度約為0.4m，屬急傾斜極薄礦體。礦區(qū)圍巖穩(wěn)固，礦體沿走向和傾向變化不大。因此，采用淺孔留礦法開采礦體[1]。礦塊沿礦體走向布置，礦房長度一般布置為50m～80m，階段垂直高度為50m，間柱寬度2m，頂柱厚度3m，底柱高度2.9m，溜斗間距5.0m，兩側(cè)設(shè)順路天井，采幅約1.1m左右，采場生產(chǎn)能力90t/d，采礦作業(yè)面15個，礦山日采礦能力1350t/d。

礦山多中段同步開采、作業(yè)點面多且分散。通風(fēng)系統(tǒng)存在諸多問題，如：采空區(qū)、廢棄硐室和廢棄巷道多，系統(tǒng)漏風(fēng)量較大；主要回風(fēng)井?dāng)嗝嫘?、拐彎多、路線長，通風(fēng)阻力大；井下作業(yè)環(huán)境溫度高，濕度大；分中段風(fēng)量不足、分風(fēng)不合理，局部通風(fēng)不良、污風(fēng)串聯(lián)，井下作業(yè)環(huán)境差，溫度高，容易出現(xiàn)中毒窒息事故，給安全生產(chǎn)帶來極大壓力[2]。為解決以上問題，建立和完善井下合理有效的機械通風(fēng)系統(tǒng)，改善井下作業(yè)環(huán)境改善通風(fēng)效果，進行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造迫在眉睫。

2 通風(fēng)系統(tǒng)

礦山2018年委托長沙礦山研究院開展礦山通風(fēng)系統(tǒng)改造及優(yōu)化設(shè)計研究，通過應(yīng)用分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)，并采取了一系列的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施，計算通阻力，選取了合適的風(fēng)機。通過Ventsim三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案對容易時期和困難時期進行模擬計算，建立和完善井下合理有效的機械通風(fēng)系統(tǒng)，改善井下作業(yè)環(huán)境。

設(shè)計采用分區(qū)接力通風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合礦山通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，利用礦脈采空區(qū)回風(fēng)。為克服采空區(qū)回風(fēng)，回風(fēng)井巷斷面小，回風(fēng)阻力大，設(shè)計回風(fēng)段通風(fēng)阻力由地表主扇承擔(dān)，進風(fēng)段和用風(fēng)段的通風(fēng)阻力由井下分區(qū)接力風(fēng)機承擔(dān)。井下分為西北分區(qū)和東南分區(qū)，寶山礦組和棋洞礦組為西北通風(fēng)分區(qū)，楓嶺坑礦組和爛埂子礦組為東南通風(fēng)分區(qū)。

西北通風(fēng)分區(qū)接力風(fēng)機安裝在+106m中段V18脈處，擔(dān)負寶山礦組和棋洞礦組的用風(fēng)；西北通風(fēng)分區(qū)主扇安裝在+362m回風(fēng)平硐，位于+362m標(biāo)高108線南側(cè)，擔(dān)負寶山礦組和棋洞礦組上部采空區(qū)的回風(fēng)。東南通風(fēng)分區(qū)接力風(fēng)機安裝在+106m中段16線回風(fēng)平巷TFV43-1（206～106）天井西側(cè)，擔(dān)負寶山礦組和棋洞礦組的用風(fēng)；東南通風(fēng)分區(qū)主扇安裝在+432m回風(fēng)平硐，位于+432m標(biāo)高403線東側(cè)，擔(dān)負楓嶺坑礦組和爛埂子礦組上部采空區(qū)的回風(fēng)。

中段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)以階梯式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)為主，平行雙巷式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)為輔。在+106m中段形成隔離層，密閉通上部中段的采空區(qū)、采場天井、溜礦井和中段回風(fēng)天井等，防止系統(tǒng)漏風(fēng)和污風(fēng)串聯(lián)。

礦山西北分區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)+56m至+106m中段目前的通風(fēng)天井?dāng)嗝婷娣e4.5m2（長＊寬：3m＊1.5m），小于通風(fēng)系統(tǒng)要求最小斷面面積6.28m2要求。通過利用結(jié)束回采采場順路天井改造通風(fēng)天井，增加一路通風(fēng)天井，以滿足通風(fēng)系統(tǒng)要求。

3 改造通風(fēng)天井方法

3.1 技術(shù)路線

棋洞片區(qū)+56m中段V21-3#采場位于棋洞礦組056m中段中部，靠近回風(fēng)井，屬礦井兩翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)+056m中段西北分區(qū)的端部。礦山利用改采場順路天井改造為通風(fēng)天井，通過預(yù)留間柱、多個沿中段采場上采方向間隔布置的保安間柱和混凝土隔墻相互配合，可顯著提高采場中原有順路天井的穩(wěn)固性，使其能作為通風(fēng)天井使用。

3.2 改造方案

采場回采過程中，順路天井一側(cè)按要求預(yù)留長度2m的永久性、連續(xù)性間柱，另一側(cè)隨采場上采間隔高度5米左右預(yù)留不同規(guī)格的保安礦柱，用于支撐周邊圍巖穩(wěn)固，預(yù)防采場大面積片幫跨落，確保順路天井后期用于通風(fēng)天井的永久性穩(wěn)固。

待采場回采至設(shè)計高度后，在靠近順路天井側(cè)頂板處向上施工3個通風(fēng)切井（規(guī)格長＊寬約為：2m＊1.5m）與上部中段回風(fēng)巷道貫穿，用于天井形成后上下中段聯(lián)通通風(fēng)。

采場結(jié)束回采后，通過在順路天井靠近主柱邊澆筑30cm厚的鋼筋混凝土隔墻，作為通風(fēng)天井邊，待混凝土穩(wěn)固后，拆除順路天井人行平臺與梯子，減少通風(fēng)阻力，最終形成斷面面積2.6m2（長＊寬：1.7m＊1.5m）的永久性通風(fēng)天井。

圖1 利用順路天井改造通風(fēng)天井布置圖

井下各中段及采場的實際情況、作業(yè)環(huán)境和所需風(fēng)量不同，對通風(fēng)系統(tǒng)最小斷面面積的需求也不相同，當(dāng)一個人行井?dāng)嗝婷娣e低于通風(fēng)系統(tǒng)最小斷面面積時，可對同一采場中的另一人行井也進行改造，使其成為通風(fēng)天井。

根據(jù)本方案的具體實施，一個采場可改造1～2個通風(fēng)天井，可根據(jù)實際需要進行選擇，例如可根據(jù)圍巖穩(wěn)固性、作業(yè)環(huán)境、需風(fēng)量等因素進行選擇。具體地，通風(fēng)切井也可為多個，當(dāng)通風(fēng)切井為多個時，可在人行井上方間隔分布。通風(fēng)切井可位于人行井的正上方和或斜上方，優(yōu)選位于人行井正上方或圍繞人行井的周向分布，由此可進一步有利于實現(xiàn)采礦中段的上下通風(fēng)，減少通風(fēng)阻力。

同時，條件允許情況下可在有需要的采場中均設(shè)置該通風(fēng)天井，即可使井下上下多個中段對應(yīng)位置采場均形成通風(fēng)天井聯(lián)通，由此既可滿足通風(fēng)系統(tǒng)的斷面需求，還可完全省去人工掘進通風(fēng)天井的操作。

3.3 通風(fēng)效果

通過采場順路天井改造成通風(fēng)天井后，一部分+056m中段污風(fēng)通過此天井回風(fēng)排至上部+106m中段回風(fēng)巷道，配合原有4.5m2通風(fēng)天井，井下西北分區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)+56m至+106m中段通風(fēng)天井?dāng)嗝婷娣e約為7.1m2，可滿足+56m中段至+106m中段西北分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)要求。

4 安全與經(jīng)濟效益

本方案利用結(jié)束回采采場人行井改造通風(fēng)天井，具有施工方便，經(jīng)濟成本低，不需人工掘進天井，提高了安全生產(chǎn)系數(shù)，克服了機械掘進成本高的缺點，改造后的天井滿足通風(fēng)系統(tǒng)要求，有效改善了井下通風(fēng)系統(tǒng)，優(yōu)化了井下作業(yè)環(huán)境。

（1）人工掘進天井作業(yè)風(fēng)險高，存在較大安全隱患，利用結(jié)束回采采場人行井改造通風(fēng)天井，不需人工掘進天井，規(guī)避了中毒窒息、冒頂片幫、松石傷人等作業(yè)風(fēng)險。

（2）礦山上部中段礦脈大部分已回采結(jié)束，巷道年久失修，且巷道斷面尺寸較小，天井鉆機入場困難，機械施工有難度。

（3）利用結(jié)束回采采場人行井改造通風(fēng)天井，僅增加了基建澆筑鋼筋混凝土的費用47m＊1.5m＊0.3m＊450元/m3=9500元，與人工掘進天井47m＊1400元/m=65800元，機械掘進天井47m＊3300元/m=155100元費用對比，經(jīng)濟效益明顯。

5 結(jié)論與建議

通過通風(fēng)系統(tǒng)改造及優(yōu)化的實施，在礦山原有井巷的基礎(chǔ)上，合理利用采空區(qū)回風(fēng)，下部各中段間增設(shè)回風(fēng)天井；擴大主要回風(fēng)井巷斷面，把風(fēng)流拐彎處巷道修成圓弧型，減少通風(fēng)阻力，優(yōu)化了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，縮短了風(fēng)流路線，在經(jīng)濟上很合理，達到了預(yù)期效果，滿足了礦井總需風(fēng)量的要求，各主扇運行效率高，運行工況點合理，有效風(fēng)量率得到顯著提高，作業(yè)地點風(fēng)流穩(wěn)定、風(fēng)量充足、通風(fēng)效果良好且安全可靠、經(jīng)濟合理。

礦山通風(fēng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，應(yīng)合理進行生產(chǎn)布局，認真組織均衡生產(chǎn)，嚴(yán)格貫徹回采順序，縮短生產(chǎn)時間，提高采掘強度，為礦井通風(fēng)創(chuàng)造良好條件。隨著開采中段的不斷深入，須根據(jù)生產(chǎn)的實際需求對風(fēng)量進行合理調(diào)控，保證采掘工作面風(fēng)量需求。同時，隨著生產(chǎn)的進行，及時對結(jié)束作業(yè)的中段以及廢棄巷道和采場進行封閉，加強對主要通風(fēng)設(shè)備、巷道和通風(fēng)構(gòu)筑物的維護與管理，減少或避免系統(tǒng)漏風(fēng)。