楊廷剛 周 偉 許 峰 吳冷峻3

（1.重慶足鍶礦業(yè)集團有限公司；2.中鋼集團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實驗室）

局部通風是指利用局部通風機或主要通風機產(chǎn)生的風壓對井下獨頭巷道進行通風［1］。在礦山基建時期，針對長距離掘進且無法形成貫穿風流的作業(yè)面，一般采用局部強化通風，其中安設局部通風機加強通風是礦山常采用的通風方式［2］。局部通風的好壞對礦山的安全生產(chǎn)起到關鍵作用，國內(nèi)很多礦山的局部通風系統(tǒng)存在“一風吹”或“小馬拉大車”的現(xiàn)象，送到作業(yè)面的風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系統(tǒng)常見問題，分析誘發(fā)原因，從通風量核算、通風方式、風機選型、風筒布設等方面提出了礦井局部通風系統(tǒng)設計方案，為礦山局部通風建設提供依據(jù)。

1 礦井局部通風常見問題

局部通風在礦井獨頭掘進或采場通風應用中問題較為突出，主要體現(xiàn)如下。

（1）局部通風機取風位置不合理，易受工業(yè)場地作業(yè)產(chǎn)生的粉塵污染。

（2）接力串聯(lián)局部通風機風筒連接方式不合理，造成局部通風污風循環(huán)。

（3）風筒連接不合理，風筒破損漏風，送達至作業(yè)面的風量偏小。

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

（5）長距離獨頭掘進作業(yè)，一些礦山僅采用壓入式局部通風，無抽出式局部回風設施，作業(yè)區(qū)域污風擴散緩慢，巷道污風聚積問題嚴重。

（6）大部分礦山未進行局部通風方案設計。

2 礦井局部通風設計

為解決上述問題，對礦井局部通風系統(tǒng)進行設計，思路如下。

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

（2）需風量核算。對于金屬礦山來說，掘進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，故局部通風所需風量以排出炮煙和礦塵作為計算依據(jù)［5］。

（3）通風阻力計算。當空氣沿風筒運動時，會造成風流能量損失。風筒通風阻力可分為2類：摩擦阻力（也稱為沿程阻力）和局部阻力。局部阻力的計算一般采用經(jīng)驗公式。

（4）風筒選擇。掘進通風使用的風筒有金屬、玻璃鋼等硬質(zhì)風筒和帆布、人造革等柔性風筒。柔性風筒重量輕易于貯存和搬運，連接和懸吊也簡便。風筒直徑的選擇主要取決于送風量、送風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)驗選取標準直徑。

（5）局部通風機選型。局部通風機是局部通風系統(tǒng)的動力源泉，根據(jù)風量Q和通風阻力H來選擇適合的局部通風機。

3 案例分析

3.1 礦山通風系統(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)，采礦方法為空場嗣后充填法，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）通風系統(tǒng)現(xiàn)狀。干堰塘鍶礦礦體走向長度達2 388 m，286 m以上開采隨著生產(chǎn)的延續(xù)，前期采用主平硐進風、南1#回風井回風的對角式通風系統(tǒng)。南1#回風井地表井口安設1臺K45-4-№13型主扇風機（90 kW/臺），承擔系統(tǒng)總回風。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，屬于長距離獨頭掘進巷道，為創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，需要對該作業(yè)面進行強制局部通風。

3.2 通風方式調(diào)整

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

新鮮風流取自286 m平硐，在地表距離平硐口10 m位置，安設1臺局扇，接柔性風筒將新風送到工作面。掘進過程中及時延伸風筒，保持風筒末端距離工作面5～10 m。

抽出式風筒吸風口的位置應比壓入式風機出風口的位置更靠近工作面，抽出式局扇布置在掘進作業(yè)面，出風口接至286 m水平南1#回風井聯(lián)巷，接柔性風筒。

3.3 作業(yè)面風量核算

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

壓入式：

抽出式：

式中，QY為壓入通風所需風量，m3/s；Qc為抽出通風所需風量，m3/s；lr為風筒口到作業(yè)面的距離，取10 m；t為通風時間，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)計算得QY＝2.4 m3/s，QC＝3.0 m3/s。

當QC＝3.0 m3/s，按排塵風速驗算v＝0.39 m/s＞0.25 m/s，滿足排塵風速核算風量要求。

3.4 通風阻力計算

風筒的阻力H可按下式計算。

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

3.4.1 壓入式通風阻力

286 m北翼端部平巷長290 m，壓入式局扇安設在286 m平硐口以外10 m，困難時期送風長度為300 m。壓入式通風阻力見表1。

?

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

3.4.2 抽出式通風阻力

抽出式局扇安設在286 m水平南1#回風井聯(lián)巷，困難時期送風長度為230 m。抽出式通風阻力見表2。

?

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

3.5 局部通風機選型

局部通風機工作風量應在掘進作業(yè)面需風量計算的結(jié)果上考慮一定的備用系數(shù)，保證掘進作業(yè)面風量達到設計要求。

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

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

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

3.6 現(xiàn)場應用效果

根據(jù)局部通風技術方案，現(xiàn)場實施運行后對應用效果進行檢測，作業(yè)面風量為3.6 m3/s，溫度為25.6℃，巷道風速為0.46 m/s，超過預期要求，效果顯著。

4 結(jié) 論

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

（2）為解決局部通風系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，根據(jù)掘進巷道工程實際條件，對掘進作業(yè)面的需風量、通風阻力、局扇選型布置、風筒規(guī)格參數(shù)進行了設計，為礦井局部通風設計提供理論指導。

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