柿竹園多金屬采礦場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

李凡超

(湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司， 湖南 郴州市 423037)

0 引言

柿竹園多金屬采礦場(chǎng)井下采用平硐+斜坡道+主溜井的開拓方式，目前，主要作業(yè)中段有+407 m、+445 m、+470 m、+490 m、+514 m、+536 m、+558 m、+586 m水平，主要集中在東部和北部的作業(yè)區(qū)域，其中+407 m、+470 m、+490 m為主要的出礦中段。隨著開采的不斷推進(jìn)，多金屬采礦場(chǎng)井下通風(fēng)系統(tǒng)也經(jīng)過多次調(diào)整：2003年采用上下分區(qū)抽出式通風(fēng)系統(tǒng)；2008年通風(fēng)系統(tǒng)改造為兩翼對(duì)角式。由于礦區(qū)主要開采區(qū)域的不斷改變，東部+586 m水平風(fēng)機(jī)已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)回風(fēng)需求，同時(shí)+470 m水平西部作業(yè)污風(fēng)無法快速排出。為能更好地解決系統(tǒng)通風(fēng)問題，將原東部+586 m水平的K40-6-№22型250 kW的抽出式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)移安裝在+470 m水平西北角。

多金屬采礦場(chǎng)屬于高山開采，井下主要采用分段鑿巖階段礦房法回采礦房，并采用崩落法對(duì)礦柱進(jìn)行回采。在早期的開采過程中，形成的一個(gè)大采空區(qū)導(dǎo)致地表塌陷，直通地表形成“天窗”，“天窗”面積達(dá)到300 m×300 m，最低已通至+445 m水平，形成較大的自然大氣壓差，對(duì)井下的通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。由于多金屬采礦場(chǎng)井下中段采用棋盤式開拓方式，且受“天窗”的影響，導(dǎo)致原復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，原有+536 m水平75 kW風(fēng)機(jī)、+470 m和+490 m西部的250 kW 風(fēng)機(jī)服務(wù)范圍有限，不能覆蓋至北部的作業(yè)區(qū)域。而東回風(fēng)井未安裝風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致東部和北部的作業(yè)區(qū)域回風(fēng)不暢。井下密閉、風(fēng)門和風(fēng)窗等通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置不到位，導(dǎo)致井下作業(yè)風(fēng)流調(diào)節(jié)困難。井下在爆破時(shí)，有炮煙隨斜坡道和主溜井等進(jìn)入+470 m下部水平的作業(yè)面，導(dǎo)致井下局部區(qū)域作業(yè)環(huán)境差。因此需對(duì)礦山目前的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，確保礦井安全生產(chǎn)。

1 井下通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，井下風(fēng)流主要有以下3種狀態(tài)：

（1）下風(fēng)通風(fēng)。下風(fēng)季節(jié)比較嚴(yán)重的時(shí)期為夏季7，8，9月份，新鮮風(fēng)流主要通地表形成的“天窗”及+490 m上部各水平與外部相通的平硐口進(jìn)入，部分風(fēng)流進(jìn)入采場(chǎng)后經(jīng)+536 m水平西北部75 kW 風(fēng)機(jī)排出地表，部分風(fēng)流經(jīng)斜坡道、材料提升井、管道天井進(jìn)入各個(gè)水平及各工作面?；仫L(fēng)主要由西北部+490 m水平、+470 m水平的250 kW風(fēng)機(jī)及+490 m水平（太平里巷、紅旗平硐、汽運(yùn)巷等）、+385 m水平運(yùn)輸大巷、+368 m水平通往地表的平硐排出。

（2）上風(fēng)通風(fēng)。上風(fēng)季節(jié)時(shí)期新鮮風(fēng)流通過+490 m水平及以上水平的各個(gè)平硐進(jìn)入，即采區(qū)新鮮風(fēng)流從+490 m水平南邊平硐硐口進(jìn)入，污風(fēng)分別由+490 m與+470 m水平西北角主扇平硐、+536 m水平回風(fēng)道、“天窗”排出地表；+385 m主運(yùn)輸水平，新鮮風(fēng)流從斜坡道及下水井進(jìn)入，經(jīng)運(yùn)輸平巷和裝礦硐室后，污風(fēng)從由12 km措施巷或野雞尾鉛鋅礦老窿及螢石管纜回風(fēng)平硐排出地表；+368 m水平為排水水平，該水平進(jìn)風(fēng)由+385 m水平斜坡道進(jìn)入，平硐排出。

此時(shí)受自然風(fēng)壓的作用，風(fēng)機(jī)的效率作用下降，“天窗”成為主要的回風(fēng)通道，極易造成+490 m水平無軌出礦設(shè)備、汽車、鏟車排放的尾氣及二次爆破產(chǎn)生的炮煙粉塵不能及時(shí)按照原設(shè)計(jì)從主扇排出，+457 m等深部水平進(jìn)風(fēng)量不足，給井下安全生產(chǎn)帶來較大影響。

（3）礦井內(nèi)部與外部溫度基本持平的狀態(tài)。此狀態(tài)多發(fā)生在春夏之交或秋季，此時(shí)自然風(fēng)壓對(duì)井下的影響作用最小，井下風(fēng)流流動(dòng)主要依靠+536 m、+470 m、+490 m水平的主扇風(fēng)機(jī)的作用，風(fēng)機(jī)處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。除風(fēng)機(jī)出口處通地表的回風(fēng)平硐外，各通地表通道均處于進(jìn)風(fēng)狀態(tài)，井下風(fēng)流與設(shè)計(jì)狀態(tài)相符。

2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，柿竹園公司多金屬采礦場(chǎng)井下通風(fēng)系統(tǒng)存在下列幾個(gè)問題。

（1）已有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。多金屬采礦場(chǎng)為多年生產(chǎn)老礦井，井下開拓范圍較大，+490 m水平以上采空區(qū)較多，且未及時(shí)進(jìn)行充填封閉，造成了井下巷道空區(qū)繁多，通風(fēng)線路過長，平面和立面上都存在棋盤式角聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等。目前，通風(fēng)系統(tǒng)利用地表多井進(jìn)風(fēng)和兩個(gè)分區(qū)回風(fēng)的通風(fēng)方式，但由于通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜，造成井下有效風(fēng)量率低，風(fēng)流不能很好地到達(dá)作業(yè)面。且由于早年的大爆破形成塌陷區(qū)（即“天窗”），使得井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜。

（2）通風(fēng)構(gòu)筑物不完善。井下老采區(qū)較多，未及時(shí)設(shè)置構(gòu)筑物進(jìn)行密閉。在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，隨著開采工作的延伸，作業(yè)水平、作業(yè)盤區(qū)和作業(yè)面等不適合設(shè)置構(gòu)筑物和局扇等調(diào)節(jié)措施。造成了井下風(fēng)路混亂，新鮮風(fēng)、污風(fēng)串聯(lián)，局部循環(huán)風(fēng)及風(fēng)流短路、漏風(fēng)嚴(yán)重、污風(fēng)滯留等問題，通風(fēng)管理異常困難。

（3）自然風(fēng)壓影響大。多金屬采礦場(chǎng)屬于高山開采，采用平硐+斜井+主溜井的開拓方式，地表不同時(shí)刻的溫差變化大，且在通地表“天窗”的作用下導(dǎo)致井下自然風(fēng)壓變化也大，從而對(duì)礦井通風(fēng)產(chǎn)生很大的影響。在生產(chǎn)活動(dòng)中，自然風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的對(duì)抗作用，影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致能耗增大，而自然的風(fēng)壓調(diào)控比較困難。

（4）東部和北部作業(yè)區(qū)域回風(fēng)困難。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段多金屬采礦場(chǎng)的采掘作業(yè)主要集中在東部和北部區(qū)域，而東回風(fēng)井內(nèi)未安裝主扇風(fēng)機(jī)加強(qiáng)回風(fēng)，導(dǎo)致采掘作業(yè)及二次爆破時(shí)污風(fēng)無法快速排出地表，且炮煙隨下行風(fēng)進(jìn)入下部作業(yè)中段。

3 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查測(cè)定

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查情況，對(duì)井下通風(fēng)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，具體結(jié)果如下。

（1）礦井總進(jìn)風(fēng)量統(tǒng)計(jì)詳見表1。

表1 礦井進(jìn)風(fēng)量統(tǒng)計(jì)

（2）礦井總回風(fēng)量統(tǒng)計(jì)詳見表2。

表2 礦井回風(fēng)量統(tǒng)計(jì)

因多金屬采礦場(chǎng)屬于高山開采，且受上部“天窗”的影響，井下通風(fēng)系統(tǒng)受自然風(fēng)壓影響較大。塌陷區(qū)通地表無法完整統(tǒng)計(jì)井下的進(jìn)回風(fēng)風(fēng)口的風(fēng)量，此處總進(jìn)、回風(fēng)量僅以現(xiàn)有通地表口及風(fēng)機(jī)回風(fēng)量作為統(tǒng)計(jì)標(biāo)量。

（3）各水平進(jìn)回風(fēng)情況分析見表3。

表3 礦井進(jìn)風(fēng)量統(tǒng)計(jì)

4 礦井總需風(fēng)量核算

計(jì)算礦井總需風(fēng)量是檢驗(yàn)當(dāng)前主扇工作是否達(dá)到井下生產(chǎn)需求和布置通風(fēng)工程的重要依據(jù)。

式中，K為礦井漏風(fēng)系數(shù)；Q采為回采工作面的計(jì)算風(fēng)量，m3/s；Q備為回采備用工作面的計(jì)算風(fēng)量，m3/s；Q掘?yàn)榫蜻M(jìn)工作面的計(jì)算風(fēng)量，m3/s；Q硐為硐室的計(jì)算風(fēng)量，m3/s；Q其他為其他需風(fēng)點(diǎn)的計(jì)算風(fēng)量。

（1）同時(shí)作業(yè)的回采工作面數(shù)10個(gè)，均為巷道型采場(chǎng)，備用回采工作面5個(gè)。

（2）同時(shí)掘進(jìn)工作面數(shù)18個(gè)，其中，鑿巖工作面12個(gè)，鏟裝廢石工作面6個(gè)。

（3）需獨(dú)立供風(fēng)硐室：井下設(shè)置有炸藥庫 1個(gè)；裝、卸礦硐室20個(gè)，+490 m變電硐室2個(gè)；

（4）鏟運(yùn)設(shè)備為柴油設(shè)備。

多金屬采礦場(chǎng)井下風(fēng)點(diǎn)及需風(fēng)量見表 4。由表4可知，總需風(fēng)量為244.95 m3/s，漏風(fēng)系數(shù)取1.3，可得總風(fēng)量為318.44 m3/s。

表4 多金屬采礦場(chǎng)井下用風(fēng)點(diǎn)及需風(fēng)量

根據(jù)上述風(fēng)量分配原則，以及結(jié)合礦井下年生產(chǎn)能力、采礦方法、采場(chǎng)開采強(qiáng)度和生產(chǎn)計(jì)劃的安排，需對(duì)井下各需風(fēng)作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行合理的風(fēng)量分配。由于多金屬采礦場(chǎng)井下水平較多，開拓系統(tǒng)復(fù)雜，進(jìn)風(fēng)口較少，但作業(yè)點(diǎn)相對(duì)集中，需風(fēng)量分配見表5。

表5 主要進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量分配

5 通風(fēng)優(yōu)化方案

根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)劃及井下通風(fēng)的實(shí)際情況，采用兩翼多風(fēng)機(jī)分區(qū)回風(fēng)方案，保留+470 m、+490 m、+385 m水平西部的風(fēng)機(jī)作為西翼，負(fù)責(zé)+514～+536 m西部、+490 m西部和北部、+470 m西部以下的通風(fēng)需求。根據(jù)礦區(qū)的生產(chǎn)計(jì)劃，東部區(qū)域?qū)⒆鳛橹饕纳a(chǎn)盤區(qū)，在東回風(fēng)井安裝一臺(tái)大功率主扇，將東回風(fēng)井作為東翼，主要負(fù)責(zé)東部盤區(qū)+407～+586 m 之間的通風(fēng)區(qū)域。深部+385 m 和+368 m作為單獨(dú)的回風(fēng)區(qū)域，利用其現(xiàn)有的回風(fēng)平硐回風(fēng)。因此，整個(gè)井下通風(fēng)系統(tǒng)形成東西兩翼多分區(qū)的回風(fēng)系統(tǒng)。

5.1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

在每個(gè)階段礦體的上下盤開鑿兩條沿走向互相平行的巷道，一條作進(jìn)風(fēng)道，另一條作回風(fēng)道，構(gòu)成平行雙巷通風(fēng)網(wǎng)。各階段采場(chǎng)均由本階段進(jìn)風(fēng)道得到新鮮風(fēng)流，其污風(fēng)可經(jīng)上階段或本階段的排風(fēng)道排走（見圖1）。

圖1 平行雙巷式階段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

平行雙巷式通風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，能有效地解決風(fēng)流串聯(lián)。利用現(xiàn)有的開鑿工程，適于在礦體較厚、較富、開采強(qiáng)度大、對(duì)通風(fēng)要求較高的礦山。

井下主要進(jìn)風(fēng)井采用原有的+490 m水平的主要進(jìn)風(fēng)口，主要有紅旗大巷、汽運(yùn)大巷、西部斜井、西北平巷和太平里巷，困難時(shí)期可利用“天窗”進(jìn)行進(jìn)風(fēng)。

利用原有的+536 m西回風(fēng)平硐、+490 m西回風(fēng)平硐、+470 m西回風(fēng)平硐和+385 m螢石管道回風(fēng)巷進(jìn)行回風(fēng)。由于東部和北部采場(chǎng)回風(fēng)困難，設(shè)計(jì)重新利用+586 m東回風(fēng)井進(jìn)行回風(fēng)。

5.2 井下通風(fēng)動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化

井下通風(fēng)動(dòng)力是維持整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果可知，多金屬采礦場(chǎng)井下+490 m和+470 m水平安裝的風(fēng)機(jī)的服務(wù)范圍有限，既不能完全服務(wù)于+490 m、+470 m、+457 m及以下水平的作業(yè)區(qū)域，也無法服務(wù)于+514 m及以上水平的作業(yè)面。且東部作業(yè)區(qū)域與該風(fēng)機(jī)之間隔著一個(gè)“天窗”，導(dǎo)致風(fēng)流調(diào)控存在困難。因此，需對(duì)井下通風(fēng)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化措施如下。

（1）+586 m水平東回風(fēng)井增設(shè)主扇，解決東部回風(fēng)困難及裝卸礦二次爆破時(shí)炮煙隨斜坡道及溜井往下部水平流動(dòng)的問題。

（2）+514 m水平北環(huán)道增設(shè)輔扇，將污風(fēng)排至東回風(fēng)井，主要解決北部通風(fēng)不暢的問題。

（3）+490 m水平風(fēng)機(jī)優(yōu)化：①將+490 m北部下+480 m水平斜坡道的22 kW風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換風(fēng)機(jī)方向，由原有的向下壓改為往上抽，風(fēng)流經(jīng)過 P8巷道進(jìn)入東回風(fēng)井；②原安裝在P1、P2、P3與P4平巷南段安裝的K40-4-№10型15 kW輔扇繼續(xù)運(yùn)行；③在有二次爆破的地方，應(yīng)設(shè)置輔扇加強(qiáng)通風(fēng)，且風(fēng)機(jī)風(fēng)流方向應(yīng)朝向水平回風(fēng)方向。

（4）+470 m水平北部風(fēng)機(jī)優(yōu)化。①將該風(fēng)機(jī)挪至北環(huán)道西側(cè)的+470 m至+490 m電纜井處，P2巷道與C4巷道交匯處。污風(fēng)經(jīng)+470 m至+490 m電纜井進(jìn)入+490 m北回風(fēng)道，最后經(jīng)+490 m水平250 kW 主風(fēng)機(jī)排出地表，風(fēng)機(jī)主要解決北部區(qū)域裝卸礦風(fēng)塵、汽車尾氣及作業(yè)污風(fēng)回風(fēng)問題。②將+470 m北部上+480 m水平斜坡道頂部的的22 kW風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換風(fēng)機(jī)方向，由原有的向下壓改為往上抽，風(fēng)流經(jīng)過+480 m水平鑿巖巷道、+480 m至+490 m斜坡道等進(jìn)入+490 m回風(fēng)道及東回風(fēng)井。

（5）+386 m水平西平硐風(fēng)機(jī)優(yōu)化。①調(diào)整北部西平硐的45 kW風(fēng)機(jī)位置。將該風(fēng)機(jī)調(diào)整至P4平巷與北環(huán)道交匯處的西側(cè)，風(fēng)流從北運(yùn)輸巷出地表；②螢石管道平巷75 kW風(fēng)機(jī)現(xiàn)停止運(yùn)行，該風(fēng)機(jī)應(yīng)在二次爆破炮煙影響+385 m作業(yè)環(huán)境時(shí)，適時(shí)設(shè)置30 Hz頻率運(yùn)行1 h排出炮煙。

5.3 根據(jù)實(shí)際情況完善井下通風(fēng)構(gòu)筑物

井下風(fēng)流調(diào)控措施主要采用通風(fēng)構(gòu)筑物來引導(dǎo)、阻斷和調(diào)節(jié)風(fēng)流的裝置，可以簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)節(jié)風(fēng)流走向，主要包括風(fēng)墻、風(fēng)窗、風(fēng)門、風(fēng)橋和導(dǎo)風(fēng)板等。多金屬采礦場(chǎng)井下通風(fēng)構(gòu)筑物較少，風(fēng)流紊亂，可調(diào)性較差，會(huì)產(chǎn)生較多的通風(fēng)問題。因此，需對(duì)井下進(jìn)行通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)，同時(shí)要設(shè)置專職通風(fēng)構(gòu)筑物管理人員，根據(jù)生產(chǎn)要求和井下通風(fēng)狀況，對(duì)井下通風(fēng)構(gòu)筑物進(jìn)行管理、檢查，保證設(shè)施處于完好狀態(tài)，保證風(fēng)路的暢通和通風(fēng)系統(tǒng)的完善。

5.4 加強(qiáng)日常通風(fēng)管理

礦井通風(fēng)管理是礦井生產(chǎn)過程中重要的管理內(nèi)容之一。通風(fēng)管理工作的好壞直接關(guān)系井下通風(fēng)狀態(tài)的好壞。通風(fēng)狀況的好壞直接影響到井下工人的身體健康與生命安全、礦井的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。做好礦井通風(fēng)工作，一方面要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，解決相關(guān)的礦井通風(fēng)技術(shù)難題；另一方面要從系統(tǒng)安全角度出發(fā)，全面提高通風(fēng)管理的整體水平。所以，為實(shí)現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)，在提高通風(fēng)技術(shù)水平的同時(shí)，必須加強(qiáng)礦井通風(fēng)的管理工作。

5.5 后期通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)劃

根據(jù)多金屬采礦場(chǎng)井下的生產(chǎn)規(guī)劃，現(xiàn)已建立+536 m西部回系統(tǒng)、+490 m西部回風(fēng)井貫、+470 m西部回風(fēng)系統(tǒng)和東回風(fēng)井系統(tǒng)。隨著開采的不斷推進(jìn)，當(dāng)+514 m水平及以上水平東部等作業(yè)區(qū)域開采結(jié)束時(shí)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步調(diào)整，調(diào)整措施如下：

（1）將+536 m水平75 kW風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行；

（2）將+514 m至+586 m水平通東回風(fēng)井回風(fēng)道的風(fēng)窗全部關(guān)閉。

6 結(jié)語

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的完善是礦山生產(chǎn)安全的關(guān)鍵部分，通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)充分利用礦山現(xiàn)有和規(guī)劃的工程設(shè)施。根據(jù)柿竹園多金屬采礦場(chǎng)礦山開采現(xiàn)狀，結(jié)合礦山深部延伸的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)、采礦方法等系統(tǒng)考慮礦山的通風(fēng)系統(tǒng)方案，通過對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、完善井下通風(fēng)構(gòu)筑物、加強(qiáng)日常通風(fēng)管理，可以根據(jù)井下實(shí)際需風(fēng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高風(fēng)機(jī)裝置效率，有效解決井下通風(fēng)存在的問題。