銅礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究與應(yīng)用

彭貴邦

（云南黃金集團(tuán)香格里拉市云礦紅牛礦業(yè)有限公司，云南 香格里拉 674400）

1 通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

該礦山使用的通風(fēng)系統(tǒng)是側(cè)翼對角抽風(fēng)。副井、一中段進(jìn)風(fēng)平硐、二中段主運(yùn)輸平硐、輔助斜坡道共同進(jìn)風(fēng)，盲回風(fēng)井和一中段主回風(fēng)平硐接力回風(fēng)，二中段以上的中段通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)完成，并于2019年開始在礦井內(nèi)運(yùn)行，持續(xù)不斷的輸送新鮮空氣，保證井內(nèi)空氣流通和工人的生命安全。

當(dāng)側(cè)翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)在紅牛銅礦中投如使用后，井內(nèi)的通風(fēng)環(huán)境發(fā)生了明顯的改變，該系統(tǒng)的運(yùn)行有效提高了空氣轉(zhuǎn)換效率，但因為四分段以及三分段正在進(jìn)行采礦作業(yè)，采場分布的范圍較廣，上下分段通道彼此貫通，且通風(fēng)設(shè)施的配置無法滿足井內(nèi)實際的通風(fēng)需求、且設(shè)備布置位置不合理，各個通風(fēng)設(shè)備輸送的空氣在井內(nèi)交匯出現(xiàn)亂流，導(dǎo)致局部地段出現(xiàn)無風(fēng)或反風(fēng)的情況，不僅無法滿足通風(fēng)需求且造成了大量的風(fēng)流浪費(fèi)[1,2]。而三中段礦井因工程進(jìn)度較慢，使得工程內(nèi)還沒有挖掘進(jìn)、回風(fēng)井的位置，因此無法形成完善的井內(nèi)系統(tǒng)通風(fēng)，導(dǎo)致該地段空氣質(zhì)量極低，且轉(zhuǎn)換效率低，嚴(yán)重影響礦井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和施工進(jìn)度。

2 礦井通風(fēng)設(shè)計的原則和要求

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的原則

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計所遵循的原則為：第一，通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成要具備簡單、穩(wěn)定、可調(diào)控性強(qiáng)等特點(diǎn)。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的布置則需將通風(fēng)設(shè)備放置在合理部，并最大限度地減少風(fēng)門與調(diào)節(jié)風(fēng)窗的數(shù)量，以便在礦井內(nèi)建設(shè)局部地區(qū)反風(fēng)系統(tǒng)，以有效增強(qiáng)礦井各部位的風(fēng)量和質(zhì)量。第二，通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化可以有效防止災(zāi)害發(fā)生，有效通風(fēng)可以將開采過程中產(chǎn)生的氣體和粉塵盡快的排出井內(nèi)，并有效降低井內(nèi)溫度，避免因溫度過高而導(dǎo)致氣體或粉塵爆炸。第三，合理運(yùn)用通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)費(fèi)，在全面掌握礦井內(nèi)的通風(fēng)通道后，在最新開采的巷道內(nèi)使用最優(yōu)斷面。第四，保證通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的科學(xué)合理和可行性，保證系統(tǒng)的通風(fēng)能力能夠滿足礦井內(nèi)開采作業(yè)的需求，且能夠達(dá)到政府頒布的礦井安全通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的具體要求

設(shè)計人員在設(shè)計優(yōu)化方案之前要綜合考慮影響井內(nèi)通風(fēng)的所以因素，礦井開采作業(yè)對于通風(fēng)系統(tǒng)的需求包含以下幾點(diǎn)：一是任何礦井都必須具備獨(dú)立且完善的通風(fēng)系統(tǒng)，并可以為井內(nèi)提供充足的空氣與風(fēng)量來保障礦井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及工人的安全性，保證開采作業(yè)能夠順利進(jìn)行。二是任何礦井都要具備兩個或兩個以上的安全出口，且每個出口之間的距離不得小于30m。以保證出現(xiàn)安全事故時，工人能夠快速通過安全出口撤離到地面。用于通風(fēng)的總回風(fēng)道禁止任何人通行，以免工人被卷入通風(fēng)設(shè)備。三是進(jìn)風(fēng)井口的選取要避開有害氣體侵?jǐn)_的地區(qū)，進(jìn)風(fēng)井還能起到防洪的作用。另外，從礦井排出的氣體和噪聲不能對井內(nèi)環(huán)境造成影響，以免威脅到礦井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。四是任何礦井使用的通風(fēng)系統(tǒng)都是機(jī)械設(shè)備，在設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)時，進(jìn)風(fēng)氣流不能經(jīng)過采空區(qū)和塌陷區(qū)。如果真的需要通過這兩個地區(qū)，井內(nèi)工人需在該區(qū)域建筑密閉性極好的通風(fēng)假巷道。五是設(shè)計人員在進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計時，要注意控制成本，盡量減少通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)、優(yōu)化以及運(yùn)行所需要的費(fèi)用。

3 紅牛銅礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)計算

紅牛銅礦的通風(fēng)路線是副井、一中段、二中段硐口以及輔助斜坡道為進(jìn)風(fēng)口，五分段、六分段和三中段為回風(fēng)口。礦井通風(fēng)的總風(fēng)量為各采掘地區(qū)、需獨(dú)立通風(fēng)的硐室需風(fēng)量以及礦井漏風(fēng)量之和。

擴(kuò)展通風(fēng)系統(tǒng)以及備采、掘進(jìn)、回采時的通風(fēng)情況可用作礦井總阻力計算的數(shù)據(jù)。巷道內(nèi)的通風(fēng)阻力可根據(jù)以下公式計算：

式中：hi代表巷道內(nèi)的通風(fēng)阻力，其單位是Pa；Ri代表巷道內(nèi)的摩擦風(fēng)阻，其單位是Ns2/m3；S是礦井巷道內(nèi)的通風(fēng)斷面，其單位表示為m2；P是巷道通風(fēng)斷面的周邊長度，表示單位是m；L代表巷道長度，其單位是m；qi表示巷道內(nèi)的通風(fēng)量，其單位表示為m3/s；α則代表巷道內(nèi)的通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)，其單位可表示為Ns2/m4。

利用公式計算可以得出，礦山的主要通風(fēng)路線是二中段到一中段，其通風(fēng)阻力為1496.36Pa。

3.2 礦井內(nèi)各風(fēng)路優(yōu)化措施

在全面掌握井內(nèi)通風(fēng)路線和通風(fēng)情況后，在保證側(cè)翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對各中段進(jìn)行優(yōu)化處理。

3.2.1 一中段

一中段是該礦井的主要回風(fēng)巷道，可將其分為東西兩部分進(jìn)行優(yōu)化處理。首先，由于三分段的東部礦體已基本完成回采作業(yè)，不需作為三分段的回風(fēng)巷，而四分段的東部礦體則以三分段的東部巷道作為其回風(fēng)巷，污風(fēng)經(jīng)過YD2及穿脈巷道到達(dá)9線回風(fēng)井排至一中段中段，因此，東部地段無需再考慮回風(fēng)工作，可將周邊巷道封閉起來。另外，西部巷道則作為四分段及三分段的回風(fēng)巷，污風(fēng)經(jīng)1#、2#、3#及4#充填回風(fēng)井排至一中段中段西部巷道內(nèi)，為了防止污風(fēng)串流，需對副沿脈周邊巷道及井筒進(jìn)行封堵密閉。

3.2.2 三分段

三分段目前東部礦體除厚大礦體（KT2-1）外，其余礦體已全部回采結(jié)束，西部礦體群正在利用上向水平分層充填采礦法回采。中段風(fēng)流分兩部分考慮，其一為西部正在回采礦體的風(fēng)流情況，東部巷道則作為四段的回風(fēng)巷道，主要考慮污風(fēng)的流向。

（1）西部礦體群風(fēng)流：中段新鮮風(fēng)從二中段，經(jīng)由1#管纜井進(jìn)入（1#管纜井在1’線附近），洗刷各作業(yè)面后，從1#、2#及4#充填回風(fēng)井上排至一中段中段，因此，三分段-YD3作為主要的新鮮風(fēng)流巷道，需將對應(yīng)不用的巷道進(jìn)行封堵。

（2）東部回風(fēng)巷：東部巷道主要作為四分段淺采采場回風(fēng)巷道用，四分段淺采采場污風(fēng)經(jīng)各個采場人行通風(fēng)井，進(jìn)入三分段，再從三分段東部穿脈匯集于三分段-YD2巷道，經(jīng)7’線穿脈，最終由9線回風(fēng)井上排至一中段中段，再排出地表。為此，需將YD2周邊穿脈巷道及部分天井進(jìn)行封堵。

3.2.3 四分段

四分段正在回采的礦體有西部礦體群，采用上向水平分層充填采礦法采礦，東南部礦體，采用淺孔留礦法采礦，風(fēng)路優(yōu)化情況從以上兩部分進(jìn)行說明。

（1）西部上向水平盤區(qū)：西部礦體群以盤區(qū)為單位，采用上向水平分層充填采礦法回采。每個盤區(qū)內(nèi)分布有3～4條礦體，在盤區(qū)最西側(cè)均布置有一條充填回風(fēng)井，回風(fēng)井貫通一中段中段，作為盤區(qū)的回風(fēng)通道。在四分段-YD3旁邊，由南至北，分別布置有1#管纜井、3#、5#及8#短溜井，這些井可作為四分段西部盤區(qū)的新鮮風(fēng)入口，風(fēng)流經(jīng)挑頂聯(lián)道洗刷工作面后，由充填回風(fēng)井上排至一中段中段，最終排出地表。

（2）東部淺采范圍：東南部正在建設(shè)及回采的淺采采場有6個，該部分區(qū)域1’線處布置有老1#溜井聯(lián)通二中段，作為中段新鮮風(fēng)入口。新鮮風(fēng)經(jīng)采場人行通風(fēng)井進(jìn)入采場，洗刷工作面后從另一側(cè)人行通風(fēng)井排至三分段，再經(jīng)9線回風(fēng)井排至一中段中段，最后排出地表。

3.2.4 三中段

4047m中段作為礦山新鮮風(fēng)的主要進(jìn)風(fēng)通道，礦山新鮮風(fēng)流的來源有三，一是副井（通過一中段中段1#平硐，經(jīng)一中段馬頭門進(jìn)入），二是二中段主平硐，三是輔助斜坡道。副井及主平硐進(jìn)入的新鮮風(fēng)，經(jīng)短溜井及管纜井進(jìn)入四分段及三分段，斜坡道新鮮風(fēng)主要供二中段以下工程用，為加強(qiáng)風(fēng)流流速，計劃在二中段聯(lián)絡(luò)道口原風(fēng)機(jī)硐室處安裝一臺壓入式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率30kw。

3.2.5 五分段

五分段新鮮風(fēng)通過斜坡道進(jìn)入，利用局扇壓入到各作業(yè)面，洗刷作業(yè)面后，污風(fēng)利用抽出式風(fēng)機(jī)排出至5’線臨時回風(fēng)井，上排至二中段，再經(jīng)原2#溜井上排至四分段，通過5#溜井上排至三分段，再經(jīng)9線回風(fēng)井排至一中段中段，最后通過主扇排出地表。

3.2.6 六分段

目前，六分段YD1S已經(jīng)掘進(jìn)至0-1線臨時回風(fēng)井位置，計劃在該位置掘進(jìn)一條通風(fēng)井至四分段，作為新鮮風(fēng)進(jìn)風(fēng)井。另目前該分段尚無臨時風(fēng)井貫通其余中段或分段，新鮮風(fēng)的入口及污風(fēng)出口都是斜坡道，因此，要改善分段內(nèi)空氣質(zhì)量，只能嚴(yán)格按安全要求，將新鮮風(fēng)壓入式風(fēng)機(jī)固定于分段聯(lián)絡(luò)道口或斜坡道向上方向，風(fēng)筒接至距離作業(yè)面10m范圍內(nèi)，污風(fēng)抽出式風(fēng)機(jī)固定于作業(yè)面15m范圍內(nèi)，風(fēng)筒接到聯(lián)絡(luò)道與斜坡道交叉口向下10m左右處，經(jīng)三中段5’線臨時回風(fēng)井排至二中段，再經(jīng)原2#溜井上排至4059.5m分段，通過5#溜井上排至三分段，再經(jīng)9線回風(fēng)井排至一中段中段，最后通過主扇排出地表。

3.2.7 三中段

三分段新鮮風(fēng)通過斜坡道進(jìn)入，利用局扇壓入到各作業(yè)面，洗刷作業(yè)面后，污風(fēng)利用抽出式風(fēng)機(jī)排出至5’線臨時回風(fēng)井，上排至二中段，再經(jīng)原2#溜井上排至四分段，通過5#溜井上排至三分段，再經(jīng)9線回風(fēng)井排至一中段中段，最后通過主扇排出地表。

4 結(jié)論

由于通風(fēng)系統(tǒng)會隨著開采地區(qū)的變化而不斷調(diào)整設(shè)備放置位置，所以，設(shè)計人員需全面掌握礦井內(nèi)的工作情況，以及各巷道之間的通風(fēng)需求和聯(lián)系，根據(jù)巷道內(nèi)的風(fēng)流情況，合理布置通風(fēng)設(shè)備，以有效改善井內(nèi)各段的通風(fēng)情況和空氣質(zhì)量，達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化目的。通過優(yōu)化礦井的通風(fēng)系統(tǒng)，可以有效降低井內(nèi)溫度，快速將有毒氣體和粉塵排出，改善空氣質(zhì)量，減少風(fēng)流交互混亂的情況，并保障工人的安全以及開采作業(yè)的順利進(jìn)行。以利于國家、社會和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)提升和可持續(xù)發(fā)展。