干堰塘鍶礦長距離獨(dú)頭掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)技術(shù)探討*

楊廷剛 周 偉 許 峰 吳冷峻3

（1.重慶足鍶礦業(yè)集團(tuán)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

局部通風(fēng)是指利用局部通風(fēng)機(jī)或主要通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓對(duì)井下獨(dú)頭巷道進(jìn)行通風(fēng)［1］。在礦山基建時(shí)期，針對(duì)長距離掘進(jìn)且無法形成貫穿風(fēng)流的作業(yè)面，一般采用局部強(qiáng)化通風(fēng)，其中安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)是礦山常采用的通風(fēng)方式［2］。局部通風(fēng)的好壞對(duì)礦山的安全生產(chǎn)起到關(guān)鍵作用，國內(nèi)很多礦山的局部通風(fēng)系統(tǒng)存在“一風(fēng)吹”或“小馬拉大車”的現(xiàn)象，送到作業(yè)面的風(fēng)量往往滿足不了安全生產(chǎn)要求［3］。

本研究總結(jié)了國內(nèi)部分金屬礦山局部通風(fēng)系統(tǒng)常見問題，分析誘發(fā)原因，從通風(fēng)量核算、通風(fēng)方式、風(fēng)機(jī)選型、風(fēng)筒布設(shè)等方面提出了礦井局部通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為礦山局部通風(fēng)建設(shè)提供依據(jù)。

1 礦井局部通風(fēng)常見問題

局部通風(fēng)在礦井獨(dú)頭掘進(jìn)或采場(chǎng)通風(fēng)應(yīng)用中問題較為突出，主要體現(xiàn)如下。

（1）局部通風(fēng)機(jī)取風(fēng)位置不合理，易受工業(yè)場(chǎng)地作業(yè)產(chǎn)生的粉塵污染。

（2）接力串聯(lián)局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒連接方式不合理，造成局部通風(fēng)污風(fēng)循環(huán)。

（3）風(fēng)筒連接不合理，風(fēng)筒破損漏風(fēng)，送達(dá)至作業(yè)面的風(fēng)量偏小。

（4）壓入式局部通風(fēng)出風(fēng)口距離工作面太遠(yuǎn)，部分礦山達(dá)到30～50 m，無法保證局部通風(fēng)效果。

（5）長距離獨(dú)頭掘進(jìn)作業(yè)，一些礦山僅采用壓入式局部通風(fēng)，無抽出式局部回風(fēng)設(shè)施，作業(yè)區(qū)域污風(fēng)擴(kuò)散緩慢，巷道污風(fēng)聚積問題嚴(yán)重。

（6）大部分礦山未進(jìn)行局部通風(fēng)方案設(shè)計(jì)。

2 礦井局部通風(fēng)設(shè)計(jì)

為解決上述問題，對(duì)礦井局部通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，思路如下。

（1）局部通風(fēng)方式優(yōu)化。按照局部通風(fēng)機(jī)與風(fēng)筒的匹配情況以及局部通風(fēng)機(jī)在巷道內(nèi)的位置差異，將其分為壓入式、抽出式以及混合式3種通風(fēng)方式［4］。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇適合的通風(fēng)方式。

（2）需風(fēng)量核算。對(duì)于金屬礦山來說，掘進(jìn)工作面污濁空氣的成分主要是爆破后的炮煙及各種作業(yè)工序產(chǎn)生的礦塵，故局部通風(fēng)所需風(fēng)量以排出炮煙和礦塵作為計(jì)算依據(jù)［5］。

（3）通風(fēng)阻力計(jì)算。當(dāng)空氣沿風(fēng)筒運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)造成風(fēng)流能量損失。風(fēng)筒通風(fēng)阻力可分為2類：摩擦阻力（也稱為沿程阻力）和局部阻力。局部阻力的計(jì)算一般采用經(jīng)驗(yàn)公式。

（4）風(fēng)筒選擇。掘進(jìn)通風(fēng)使用的風(fēng)筒有金屬、玻璃鋼等硬質(zhì)風(fēng)筒和帆布、人造革等柔性風(fēng)筒。柔性風(fēng)筒重量輕易于貯存和搬運(yùn)，連接和懸吊也簡便。風(fēng)筒直徑的選擇主要取決于送風(fēng)量、送風(fēng)距離以及巷道斷面的大小等因素。生產(chǎn)中，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取標(biāo)準(zhǔn)直徑。

（5）局部通風(fēng)機(jī)選型。局部通風(fēng)機(jī)是局部通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)力源泉，根據(jù)風(fēng)量Q和通風(fēng)阻力H來選擇適合的局部通風(fēng)機(jī)。

3 案例分析

3.1 礦山通風(fēng)系統(tǒng)概況

（1）開拓現(xiàn)狀。干堰塘鍶礦位于重慶市大足區(qū)古龍鎮(zhèn)，采礦方法為空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，生產(chǎn)規(guī)模為40萬t/a。根據(jù)礦體賦存條件和地形，選用平硐—斜井開拓。

（2）通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀。干堰塘鍶礦礦體走向長度達(dá)2 388 m，286 m以上開采隨著生產(chǎn)的延續(xù)，前期采用主平硐進(jìn)風(fēng)、南1#回風(fēng)井回風(fēng)的對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。南1#回風(fēng)井地表井口安設(shè)1臺(tái)K45-4-№13型主扇風(fēng)機(jī)（90 kW/臺(tái)），承擔(dān)系統(tǒng)總回風(fēng)。礦山基建生產(chǎn)中，286 m北翼端部平巷長290 m，凈斷面7.77 m2，屬于長距離獨(dú)頭掘進(jìn)巷道，為創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，需要對(duì)該作業(yè)面進(jìn)行強(qiáng)制局部通風(fēng)。

3.2 通風(fēng)方式調(diào)整

壓抽混合式通風(fēng)是指安裝2臺(tái)局扇:1臺(tái)壓入式通風(fēng)，1臺(tái)抽出式通風(fēng)。這種通風(fēng)方法具備了壓入式和抽出式的優(yōu)點(diǎn)，通風(fēng)效果良好，多用于長距離巷道掘進(jìn)通風(fēng)。根據(jù)礦山286 m北翼端部巷道規(guī)格及掘進(jìn)作業(yè)特點(diǎn)，選用壓抽混合式通風(fēng)方式。

新鮮風(fēng)流取自286 m平硐，在地表距離平硐口10 m位置，安設(shè)1臺(tái)局扇，接柔性風(fēng)筒將新風(fēng)送到工作面。掘進(jìn)過程中及時(shí)延伸風(fēng)筒，保持風(fēng)筒末端距離工作面5～10 m。

抽出式風(fēng)筒吸風(fēng)口的位置應(yīng)比壓入式風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的位置更靠近工作面，抽出式局扇布置在掘進(jìn)作業(yè)面，出風(fēng)口接至286 m水平南1#回風(fēng)井聯(lián)巷，接柔性風(fēng)筒。

3.3 作業(yè)面風(fēng)量核算

需風(fēng)量要以排出作業(yè)面炮煙和礦塵作為計(jì)算依據(jù)。對(duì)于混合式通風(fēng)，需風(fēng)量按照壓入式、抽出式分別計(jì)算風(fēng)量。

壓入式：

抽出式：

式中，QY為壓入通風(fēng)所需風(fēng)量，m3/s；Qc為抽出通風(fēng)所需風(fēng)量，m3/s；lr為風(fēng)筒口到作業(yè)面的距離，取10 m；t為通風(fēng)時(shí)間，取500 s；A為一次爆破的炸藥消耗量，取50 kg；S為作業(yè)面斷面積，取7.77 m2。

經(jīng)計(jì)算得QY＝2.4 m3/s，QC＝3.0 m3/s。

當(dāng)QC＝3.0 m3/s，按排塵風(fēng)速驗(yàn)算v＝0.39 m/s＞0.25 m/s，滿足排塵風(fēng)速核算風(fēng)量要求。

3.4 通風(fēng)阻力計(jì)算

風(fēng)筒的阻力H可按下式計(jì)算。

式中，H1為風(fēng)筒的摩擦阻力，Pa；H2為風(fēng)筒接口的局部阻力和風(fēng)筒拐彎處的局部阻力，Pa，為簡化計(jì)算，局部阻力一般取摩擦阻力的50%。

3.4.1 壓入式通風(fēng)阻力

286 m北翼端部平巷長290 m，壓入式局扇安設(shè)在286 m平硐口以外10 m，困難時(shí)期送風(fēng)長度為300 m。壓入式通風(fēng)阻力見表1。

?

結(jié)合掘進(jìn)巷道斷面為7.77 m2的實(shí)際情況，綜合比較，確定采用?500 mm柔性風(fēng)筒。通風(fēng)阻力為2 261.28 Pa。

3.4.2 抽出式通風(fēng)阻力

抽出式局扇安設(shè)在286 m水平南1#回風(fēng)井聯(lián)巷，困難時(shí)期送風(fēng)長度為230 m。抽出式通風(fēng)阻力見表2。

?

采用1條?500 mm柔性風(fēng)筒從掘進(jìn)作業(yè)面接引至286 m水平南1#回風(fēng)井聯(lián)巷，風(fēng)筒通風(fēng)阻力為2 708.83 Pa。

3.5 局部通風(fēng)機(jī)選型

局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量應(yīng)在掘進(jìn)作業(yè)面需風(fēng)量計(jì)算的結(jié)果上考慮一定的備用系數(shù)，保證掘進(jìn)作業(yè)面風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

壓入式局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qjy=1.2Qy=1.2×2.4=2.88（m3/s）；抽出式局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qjc=1.2Qy=1.2×3.0=3.6（m3/s）；壓入式局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓Hjy=1.2Hy=1.2×2 261.28=2 713.54 Pa；抽出式局部通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓Hjc=1.2Hc=1.2×2 708.83=3 250.6 Pa。

因此，壓入式局部通風(fēng)機(jī)選用1臺(tái)FK№4.0/11（Ⅱ）型礦用局扇，該型號(hào)風(fēng)機(jī)參數(shù)：風(fēng)量范圍Q=2.2～3.5 m3/s；全壓范圍H=2921～1811 Pa；電機(jī)功率為11 kW；送風(fēng)距離為400 m。

抽出式局部通風(fēng)機(jī)選用1臺(tái)FK№5.25/30型礦用局扇，該型號(hào)風(fēng)機(jī)參數(shù)：風(fēng)量范圍Q=4.0～6.3 m3/s；全壓范圍H=3 776～2 648 Pa；電機(jī)功率為30 kW；送風(fēng)距離為600 m。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

根據(jù)局部通風(fēng)技術(shù)方案，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施運(yùn)行后對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行檢測(cè)，作業(yè)面風(fēng)量為3.6 m3/s，溫度為25.6℃，巷道風(fēng)速為0.46 m/s，超過預(yù)期要求，效果顯著。

4 結(jié) 論

（1）金屬礦山局部通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題有缺少掘進(jìn)作業(yè)面通風(fēng)方案設(shè)計(jì)，局扇和風(fēng)筒的選型及使用不合理，長距離巷道局部通風(fēng)量不足和通風(fēng)管理存在缺陷。

（2）為解決局部通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，根據(jù)掘進(jìn)巷道工程實(shí)際條件，對(duì)掘進(jìn)作業(yè)面的需風(fēng)量、通風(fēng)阻力、局扇選型布置、風(fēng)筒規(guī)格參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為礦井局部通風(fēng)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

（3）針對(duì)干堰塘鍶礦基建生產(chǎn)中長距離獨(dú)頭掘進(jìn)巷道局部通風(fēng)難題，以排炮煙風(fēng)速和排塵風(fēng)速核算作業(yè)面需風(fēng)量，分析摩擦阻力和局部阻力計(jì)算風(fēng)筒阻力，采用混合式通風(fēng)方式，壓入式局部通風(fēng)機(jī)選用1臺(tái)FK№4.0/11（Ⅱ）型礦用局扇，抽出式局部通風(fēng)機(jī)選用1臺(tái)FK№5.25/30型礦用局扇，獨(dú)頭巷道作業(yè)面風(fēng)量為3.6 m3/s，巷道風(fēng)速為0.46 m/s，取得了良好的局部通風(fēng)效果。