李印洪

（湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014）

金屬礦山井下局部通風的目的是為金屬礦山井下作業(yè)場所提供合格空氣，排出生產(chǎn)作業(yè)場所有毒有害物質(zhì)，調(diào)節(jié)生產(chǎn)作業(yè)場所空氣環(huán)境，是井下通風系統(tǒng)的重要組成部分，貫穿于金屬礦山的整個井下生產(chǎn)周期。我國自1953年華銅銅礦建立第一個井下通風系統(tǒng)以來［1］，井下局部通風方法及設備研究進展迅速，根據(jù)《采礦手冊》（冶金工業(yè)出版社1988年版）的介紹，當時局部通風方法有總風壓通風、擴散通風、引射器通風、高壓風通風、局扇通風（壓入式通風、抽出式通風、混合式通風），之后由于礦山生產(chǎn)技術(shù)、建設工程施工技術(shù)的發(fā)展，局部通風出現(xiàn)了風庫通風、并聯(lián)通風、鉆孔通風、雙巷平行掘進通風［2］、智能局部通風技術(shù)及成套裝備［3］、局部可控循環(huán)風通風［4］，變頻局扇通風［5］等新的局部通風方法、局部通風設備、局部通風設備運行管理方法。隨著我國礦山開采事業(yè)的發(fā)展，原有探明的淺近地表資源所剩無幾，深部勘探及開采、超深部勘探及開采已經(jīng)成為一個發(fā)展方向，同時大風量、高風壓主扇的開發(fā)和投入使用，井下主扇作業(yè)區(qū)域越來越大，由此產(chǎn)生了基建時期對遠距離局扇通風技術(shù)裝備的研究和大斷面局部通風方法研究。金屬礦山局部通風方法根據(jù)使用設備與否分為主風壓通風與局部設備通風兩個大項；在通風時期上，分為基建時期局部通風與礦山生產(chǎn)時期的局部通風；在局部通風方式上又可以根據(jù)設備相互作用的不同分成若干項。通風任務、通風方法均有不同。

1 不同局部通風方式簡介

目前金屬礦山使用的局部通風方式有多種，按時期分為礦山基建時期局部通風和礦山生產(chǎn)時期局部通風。

1.1 礦山基建時期局部通風

礦山基建建設時期，主要是指礦山開拓工程和輔助性生產(chǎn)設施的建設時期，通過基建建設形成礦山采選生產(chǎn)基本條件，如井下需形成開拓、運輸、供電、供氣、供水、排水、通風、充填八大系統(tǒng)。由于主通風系統(tǒng)尚未形成，局部通風負責將地面新鮮空氣送入作業(yè)面，同時排出井下污濁空氣，主要有高壓風通風、局扇通風及高壓風局扇混合通風三種類型。

1.1.1 高壓風局部通風法

在礦山基建施工中，鑿巖、鏟運等工序會使用風動設備，需要用到壓縮空氣，壓力為0.4～0.7 MPa，由空壓機設備提供，因作業(yè)點使用設備臺數(shù)的限制，壓縮空氣設備產(chǎn)能有富余，在局扇通風力不能及時，壓縮空氣能為作業(yè)面提供局部通風使用，高壓風局部通風在礦山生產(chǎn)過程中也經(jīng)常使用，其通風方法如圖1所示。

根據(jù)礦山設備的使用要求，高壓風的壓力不同，但空壓機的出口壓力一般是額定數(shù)值為0.7～1.2 MPa，通過儲氣罐的出口壓力調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)供風設備與用風設備的銜接。因高壓風壓力是常規(guī)空氣壓力的數(shù)倍，故其供風量的計算公式為：

式中：Q1為工作面風量／m3·s-1；A為高壓風壓力／MPa；Q2為高壓風風量／m3·min-1。

空壓機局部通風技術(shù)因供風壓力大，所以供風距離長，漏風率低，供風管徑小不影響生產(chǎn)布置，供風溫度低，能夠兼顧作業(yè)用風的優(yōu)點，在解決礦山井下基建局部通風困難上得到廣泛運用，在某些井下生產(chǎn)偏僻場所也經(jīng)常使用，以110 kW螺桿式空壓機為例，其供風量為21 m3／min（可以帶動7臺氣腿式鑿巖機作業(yè)），供風壓力為0.75 MPa，按照公式（1）的計算，能為作業(yè)面提供2.625 m3／s的風量，以0.2 m／s的排塵風速計算，僅能滿足13 m2井巷斷面掘進的局部通風需求，由此可以看出能耗高、風管鋪設費用大、時間長，是高壓風局部通風的缺點，故而限制了高壓風局部通風方法的使用范圍，一般作為局部通風的輔助手段。

1.1.2 局扇局部通風法

與生產(chǎn)時期局部通風法相同的是，基建時期局扇局部通風也分為壓入式、抽出式、混合式等幾種。其區(qū)別是壓入式通風新鮮風流由風管進入作業(yè)面，污風由掘進巷道排出；抽出式的新鮮風流由巷道進入，污風由風管排出；混合式通風主要是解決作業(yè)面爆破時容易崩壞抽出式局扇設備所使用的一種局部通風方法。其風流組織如圖2所示。

在局扇局部通風的三種模式中，有爆炸性氣體威脅的礦井（如煤礦）、有放射性粉塵危害的礦井（如氡子體）只能使用局扇壓入式局部通風方法。

圖2 局扇局部通風法示意圖

1.1.3 高壓風局扇混合局部通風法

高壓風局扇混合局部通風主要使用局扇局部通風，同時將高壓風作為局部通風新鮮風流的一部分考慮。

1.2 礦山生產(chǎn)時期局部通風

在礦山生產(chǎn)時期，礦山井下通風系統(tǒng)已經(jīng)形成，局部通風的目的是從主進風風流中取得新鮮風流供應工作面生產(chǎn)需要，同時將工作面產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)排入主回風風流中，擔負著調(diào)整改善工作面空氣質(zhì)量，保障礦山作業(yè)人員安全的重要任務。工作面分布在礦山生產(chǎn)區(qū)域不同位置，距離礦井通風系統(tǒng)主風流遠近也存在差別，故而每個礦山根據(jù)自身實際情況衍生出了較多的局部通風方法，如風庫通風、并聯(lián)通風、鉆孔通風、雙巷平行掘進通風、智能局部通風技術(shù)及成套裝備、局部可控循環(huán)風通風、變頻局扇通風等新的局部通風方法，這其中智能局部通風技術(shù)及成套裝備主要是為滿足煤礦的通風需求，在非煤礦山的應用不多。

1.2.1 風庫局部通風法

風庫局部通風法最初在長距離巷道掘進中得到使用，風庫的作用是調(diào)節(jié)兩臺局扇的風量匹配，防止上一級局扇風量過大或不足，導致出現(xiàn)局部阻力過大或風筒抽癟的情況發(fā)生，從而形成長距離巷道掘進的穩(wěn)定供風。后續(xù)發(fā)展為一臺大風量局扇供風，數(shù)臺小風量局扇接替為數(shù)個作業(yè)面供風的新型局部通風方式，較分風器相比，存在供風距離遠，壓力不累積，供應作業(yè)點數(shù)量可調(diào)的優(yōu)點，風庫的形式多樣，可以是一段巷道，也可以是一個硐室，還可以是一個可以回收的鐵皮盒子，風庫局部通風法如圖3所示。風庫局部通風法在主要井筒基建完成后，進行中段運輸巷道開拓時有較多使用。

1.2.2 鉆孔局部通風法

圖3 風庫局部通風法示意圖

隨著井下規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，井下大直徑鉆孔設備得到了廣泛的應用，如天井鉆機掘進、VCR爆破等，都需要深孔鉆機，當長距離巷道掘進時上一中段存在相應的巷道，可以考慮使用鉆孔局部通風法，為達到良好的通風效果，可以根據(jù)需要采用多個鉆孔。而使用吊罐法掘進天井時，鉆孔局部通風法為天井掘進主要的局部通風法。鉆孔局部通風法如圖4所示。鉆孔局部通風法的限制條件為：鉆孔長度不大于20 m，無排水影響。

圖4 鉆孔局部通風法示意圖

1.2.3 平行雙巷掘進局部通風法

當有兩條平行巷道進行長距離掘進時，可隔一段距離掘進貫通聯(lián)絡巷，在局扇的配合下，形成平行巷道掘進局部通風法，如圖5所示。

圖5 平行雙巷掘進局部通風法示意圖

1.2.4 可控循環(huán)風局部通風法

當作業(yè)面新鮮風流供應量小，可以使用部分風流循環(huán)使用的辦法來滿足臨時作業(yè)的局部通風需求，可控循環(huán)風局部通風法如圖6所示。

設作業(yè)面風量為Qf，新鮮風量為Qo，循環(huán)風量為Qc，三者之間的關(guān)系為：

循環(huán)風局部通風在礦山偏遠作業(yè)面有極大的經(jīng)濟性，在主風流不能滿足作業(yè)面通風需求時，通過增加局扇風量的做法來滿足作業(yè)面通風風量需求，但是應該滿足一定的條件，即進入作業(yè)面的風流中有毒有害物質(zhì)、溫度不能超過井下安全規(guī)程中的相關(guān)要求，故而需要對循環(huán)風流中有毒有害物質(zhì)進行凈化，同時對風機風流中有毒有害物質(zhì)濃度進行監(jiān)控，確保作業(yè)面作業(yè)人員的安全。國外局部循環(huán)風通風的研究認為，當Qc／Qf（循環(huán)率）小于30%時，局部循環(huán)風通風是能夠被接受的。

圖6 可控循環(huán)風局部通風法示意圖

2 不同局部通風方式適用的場所簡介

由上述可知，我國近年來礦山井下開采生產(chǎn)實踐所采用的局部通風類型種類繁多，優(yōu)缺點各有千秋，適用場所也有不同，見表1。

除表1所列局部通風方法，根據(jù)通風目的及使用設備組成的不同，尚有智能局部通風、制冷局部通風等獨特的局部通風方式，需要礦山生產(chǎn)單位根據(jù)自身情況，制定適合本單位的局部通風方式，達到經(jīng)濟有效改善井下作業(yè)場所空氣環(huán)境，從而保障井下作業(yè)人員安全的目的。

表1 局部通風方式適用場所一覽表

3 總 結(jié)

礦山企業(yè)開采作業(yè)對象存在特殊性，即每個礦山礦體賦存條件、礦巖物理性質(zhì)都具有特殊性，唯一性。故而同一種采礦方法在不同的礦山也表現(xiàn)多樣，存在不同的設計、參數(shù)、生產(chǎn)組織。同理，附屬于礦山生產(chǎn)而存在的局部通風方法也是多種多樣，可以依據(jù)作業(yè)面所處的環(huán)境、作業(yè)面本身的特征，選取合適的局部通風方法，當然也可以充分利用現(xiàn)有工程，或者根據(jù)通風設備及器材的進步，創(chuàng)新局部通風方法，引導礦山開采行業(yè)技術(shù)的不斷進步發(fā)展。