羅山金礦四礦區(qū)井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

楊鐵江 李 明 周 偉 許 峰 劉鵬飛 徐金江

（1.山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院；2.山東中礦集團(tuán)有限公司；3.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

羅山金礦四礦區(qū)地處山東省煙臺(tái)市招遠(yuǎn)市玲瓏鎮(zhèn)臺(tái)上村東，井下淺部中段采掘作業(yè)基本結(jié)束，主要生產(chǎn)區(qū)域向深部下沉，隨著礦山生產(chǎn)重心由上部中段向深部-600 m中段以下（東部）轉(zhuǎn)移，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變，通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)工程欠缺、深部采區(qū)通風(fēng)困難等問題開始顯現(xiàn)，已開始制約礦山正常生產(chǎn)。

1 礦山通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

羅山金礦四礦區(qū)采用1#豎井、主豎井進(jìn)風(fēng)，西風(fēng)井回風(fēng)的抽出式機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。系統(tǒng)主回風(fēng)機(jī)站設(shè)在-440 m水平東區(qū)，有風(fēng)墻形式運(yùn)行1臺(tái)DK45-6-№19軸流對旋風(fēng)機(jī)，裝機(jī)功率2×200 kW，變頻控制，風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率42 Hz。6#盲井-840 m水平段、-920 m水平段各運(yùn)行1臺(tái)K40-6-№15軸流風(fēng)機(jī)，裝機(jī)功率37 kW，承擔(dān)西區(qū)少量回風(fēng)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)存在問題分析

經(jīng)現(xiàn)場勘查、設(shè)計(jì)資料分析及通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測情況，礦山通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題分析如下。

（1）礦井總風(fēng)量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)檢測結(jié)果，羅山金礦通風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量約為100 m3/s，與設(shè)計(jì)總風(fēng)量（150 m3/s）相比欠缺50 m3/s，且東西兩翼總風(fēng)量均有所欠缺。建議對礦井總風(fēng)量根據(jù)生產(chǎn)采場實(shí)際布置情況進(jìn)行重新核算［1］。

（2）井下-600 m水平以下部分地點(diǎn)及中段通風(fēng)工程跟進(jìn)不及時(shí)，風(fēng)流串聯(lián)、短路及漏風(fēng)等問題顯現(xiàn)。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究

3.1 礦井總風(fēng)量核算

礦井需風(fēng)量一般按井下同時(shí)工作的最多人數(shù)、按排塵風(fēng)速、按柴油設(shè)備運(yùn)行3種方法計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取需風(fēng)量最大值。按排塵風(fēng)速計(jì)算的需風(fēng)量一般大于另外2種方法計(jì)算的需風(fēng)量。因此，礦山均選用按排塵風(fēng)速來計(jì)算其需風(fēng)量。根據(jù)礦山采掘作業(yè)特點(diǎn)，采場作業(yè)環(huán)境濕球溫度為25～27℃，礦山通風(fēng)排塵風(fēng)速取值為0.5～0.6 m/s［2-3］，礦井需風(fēng)量計(jì)算如表1所示。

注：系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)0.2［4］。

考慮到礦山井下深部高溫、高濕現(xiàn)象突出，同時(shí)考慮到在生產(chǎn)變動(dòng)時(shí)期因通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及時(shí)帶來的風(fēng)量不均衡因素，礦井通風(fēng)的風(fēng)量應(yīng)在計(jì)算需風(fēng)量的基礎(chǔ)上再乘上系統(tǒng)風(fēng)量備用系數(shù)，風(fēng)量備用系數(shù)取值為1.35［4-6］，礦井總風(fēng)量為148.72 m3/s。

3.2 通風(fēng)方式

3.2.1 系統(tǒng)通風(fēng)方式

根據(jù)礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力、礦層賦存等條件，在確保礦井安全的前提下，選擇東區(qū)、西區(qū)分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)。結(jié)合礦山井巷工程的布置，受限于當(dāng)前礦體賦存條件，以及礦山采掘計(jì)劃部署，礦山延用現(xiàn)有兩翼對角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，新鮮風(fēng)流主要從主豎井、1#豎井進(jìn)入，井下污風(fēng)由西回風(fēng)井、2#豎井排出地表。

通風(fēng)方式：-360 m水平為系統(tǒng)回風(fēng)水平，東區(qū)污風(fēng)從東倒段回風(fēng)井（φ5 m）上至-440 m水平，經(jīng)東區(qū)回風(fēng)機(jī)站（運(yùn)行1臺(tái)DK45-6-№19型風(fēng)機(jī)，功率2×200 kW/臺(tái)）作用沿-440 m水平至-360 m水平回風(fēng)井（2條風(fēng)井，其中1條風(fēng)井需新掘1條繞道）上至-360 m水平；西區(qū)增設(shè)主扇風(fēng)機(jī)，位于-600 m水平3#盲井回風(fēng)巷，污風(fēng)前期從7#盲井→-640 m水平大巷→-640～-600 m水平斜坡道→3#盲井（φ3.5 m）上至-360 m水平，匯集到-360 m水平的污風(fēng)全部沿西風(fēng)井（φ6 m）排出地表；后期-920～-760 m水平中段回風(fēng)井（φ5 m）擴(kuò)刷結(jié)束后，7#盲井不作為回風(fēng)使用；污風(fēng)從各中段經(jīng)-920～-760 m水平回風(fēng)井→-760～600 m水平回風(fēng)井→-680 m水平大巷→-640～-600 m水平斜坡道→3#盲井（φ3.5 m）上至-360 m水平，匯集到-360 m水平的污風(fēng)全部沿西風(fēng)井（φ6 m）排出地表。通風(fēng)系統(tǒng)示意圖參見圖1。3.2.2采區(qū)通風(fēng)方式

為減少作業(yè)時(shí)期相鄰區(qū)域內(nèi)下中段污風(fēng)經(jīng)采場天井回至上中段，與上中段新風(fēng)混合，形成風(fēng)流串聯(lián)，污染上中段作業(yè)采場進(jìn)風(fēng)風(fēng)源，采場通風(fēng)方式采用間隔式上下行通風(fēng)模式，相鄰中段上中段承擔(dān)下中段和自身中段回風(fēng)［7-8］。

-680 m水平段作為總回風(fēng)中段，-760，-840，-920 m水平作為回風(fēng)中段，-720，-800，-880 m水平作為進(jìn)風(fēng)中段。

礦山采區(qū)通風(fēng)方式調(diào)整結(jié)果：-680，-760，-840 m水平均為回風(fēng)水平，分別承擔(dān)-720 m水平、-720和-800 m水平、-840和-880 m水平的回風(fēng)功能。

3.3 機(jī)站設(shè)置

3.3.1 回風(fēng)機(jī)站

根據(jù)現(xiàn)場查勘，以及礦山通風(fēng)需求，優(yōu)化方案延用東區(qū)現(xiàn)有主回風(fēng)機(jī)站。新增西區(qū)主回風(fēng)機(jī)站，主要承擔(dān)東區(qū)及西區(qū)少量作業(yè)場所回風(fēng)。

3.3.2 輔助通風(fēng)機(jī)站

原則上采用風(fēng)窗調(diào)整風(fēng)量，后期根據(jù)實(shí)際需要再增設(shè)輔助機(jī)站。

3.4 新增通風(fēng)井巷工程

（1）為保證東區(qū)通風(fēng)效果，新掘1條東區(qū)-440 m水平回風(fēng)繞道（截面積6 m2），連接?xùn)|區(qū)回風(fēng)巷與-440 m水平通-360 m水平回風(fēng)井，增加?xùn)|區(qū)回風(fēng)斷面，減小局部通風(fēng)阻力。

（2）-760～-920 m水平倒段回風(fēng)井（φ5.0 m）施工。

（3）6#盲井至3#盲井-600 m水平段之間施工風(fēng)機(jī)硐室，并對-600 m水平巷道進(jìn)行擴(kuò)刷（截面積8 m2）。

（4）3#盲豎井-360 m水平段回風(fēng)巷擴(kuò)刷（截面積8 m2）。

3.5 通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置

（1）斜坡道-600 m水平上口聯(lián)巷設(shè)置風(fēng)門。

（2）3#措施井-640 m水平聯(lián)巷設(shè)置風(fēng)門。

（3）6#盲豎井-680 m水平靠近盲主豎井一側(cè)設(shè)置風(fēng)門。

（4）1#盲豎井-760 m水平設(shè)置風(fēng)門。

（5）盲主井豎井、1#盲豎井、6#盲豎井-840 m水平聯(lián)巷設(shè)置風(fēng)門。

3.6 機(jī)站風(fēng)機(jī)優(yōu)選

根據(jù)優(yōu)化方案，沿用東區(qū)-440 m水平回風(fēng)機(jī)站。即東區(qū)-440 m水平回風(fēng)機(jī)站沿用DK45-6-№19型軸流式風(fēng)機(jī)1臺(tái)，功率2×200 kW，風(fēng)機(jī)安裝在回風(fēng)井回風(fēng)巷內(nèi)，變頻遠(yuǎn)程控制。新增西區(qū)回風(fēng)機(jī)站，設(shè)于6#盲井與3#盲井-600 m水平聯(lián)巷。針對通風(fēng)系統(tǒng)所設(shè)置的通風(fēng)機(jī)站，將不同風(fēng)機(jī)型號(hào)帶入Ventsim通風(fēng)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，風(fēng)機(jī)選型情況具體如下。

（1）東區(qū)-440 m水平回風(fēng)機(jī)站維持原狀，風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率42 Hz，回風(fēng)量77.1 m3/s。

（2）西區(qū)-600 m水平回風(fēng)機(jī)站增設(shè)1臺(tái)DK45-6-№19型軸流式風(fēng)機(jī)，功率2×200 kW，變頻遠(yuǎn)程控制，運(yùn)行頻率50 Hz，回風(fēng)量86.1 m3/s。

優(yōu)化方案計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果如表2、表3所示。

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系統(tǒng)裝機(jī)容量/kW 800礦井總風(fēng)量/（m3/s）163.2系統(tǒng)裝機(jī)容量/kW 800通風(fēng)阻力/Pa 2 502.2機(jī)站風(fēng)機(jī)效率/%76.27表 3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案主要技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)論

（1）通過礦井通風(fēng)調(diào)研，掌握了羅山金礦四礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)礦井總風(fēng)量不足、生產(chǎn)中段風(fēng)量分配失調(diào)、深部通風(fēng)工程欠缺等問題，其主要原因是礦山生產(chǎn)重心由上部中段向深部中段（東部）轉(zhuǎn)移，用風(fēng)區(qū)域改變導(dǎo)致現(xiàn)有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無法滿足通風(fēng)需求。

（2）結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際存在問題，提出了分區(qū)多機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。新增西區(qū)回風(fēng)機(jī)站，設(shè)定風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)及安裝位置，承擔(dān)該區(qū)域回風(fēng)功能，并提高礦井總風(fēng)量；新掘東區(qū)-440 m水平回風(fēng)繞道等3項(xiàng)通風(fēng)工程，減小系統(tǒng)局部通風(fēng)阻力。

（3）礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后，實(shí)測礦井總風(fēng)量達(dá)到165.5 m3/s，東區(qū)回風(fēng)量為78.2 m3/s，西區(qū)回風(fēng)量為87.3 m3/s，2臺(tái)主扇平均效率為78.6%，進(jìn)一步驗(yàn)證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的可行性。

（4）建議礦山進(jìn)一步開展風(fēng)機(jī)智能控制技術(shù)研究，隨著井下作業(yè)地點(diǎn)及需風(fēng)量的變化，靈活調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，迅速排出作業(yè)場所粉塵及有害氣體。