李小安，李凌凱，李亞俊，周水祥

（1.香花嶺錫業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 424300；2.湖南有色環(huán)保研究院有限公司，湖南 長沙 410100）

礦山通風(fēng)系統(tǒng)問題是制約礦山安全生產(chǎn)的重要條件，良好的作業(yè)通風(fēng)條件對提高生產(chǎn)作業(yè)效率，保障作業(yè)人員身心健康均有重要意義［1，2］。

針對湖南省內(nèi)某礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查并分析其通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題，分析影響通風(fēng)系統(tǒng)的主要因素為：（1）礦山屬于高山平硐開拓類型，受自然風(fēng)壓影響，其645 m主平硐風(fēng)量、風(fēng)向不穩(wěn)定；（2）礦山前期民采、盜采現(xiàn)象嚴(yán)重，遺留大量窿口、空區(qū)與地表相連，風(fēng)流短路、漏風(fēng)嚴(yán)重；（3）礦山通風(fēng)構(gòu)筑物不完善，系統(tǒng)風(fēng)量難以調(diào)控［3］。研究針對通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)查中存在的問題，提出相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，以滿足礦山井下生產(chǎn)實際通風(fēng)需求，確保安全生產(chǎn)。

1 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)簡介

該礦山24線采區(qū)采用平硐＋盲斜井開拓，采區(qū)自645 m平硐往上部、下部開采，共有750 m、715 m、680 m、645 m、615 m、580 m、540 m七個中段，中段高度35～40 m，采礦方法為留礦法，現(xiàn)主要生產(chǎn)中段為715 m和580 m中段。通風(fēng)系統(tǒng)為單翼對角式，系統(tǒng)在680 m中段回風(fēng)巷安裝有一臺型號為K40-4-NO.12的主扇風(fēng)機(jī)。

礦區(qū)通過645平硐進(jìn)風(fēng)至5＃盲斜井進(jìn)風(fēng)至各中段井各中段端部回風(fēng)通路，通過680中段回風(fēng)巷主通風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)700 m主回風(fēng)巷排至地表（西瑤民窿平硐），形成單翼對角式通風(fēng)布局。

1.2 現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

1.24 線采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)采用645 m主平硐進(jìn)風(fēng)，由于礦山屬于平硐開拓類型，且前期民窿開采遺留大量空區(qū)透地表，受自然風(fēng)壓影響主平硐風(fēng)量、風(fēng)向不穩(wěn)定。

2.通風(fēng)構(gòu)筑物不完善，存在污風(fēng)循環(huán)。如680m中段采空區(qū)與700 m水平相連通，且700 m主回風(fēng)巷地表出口堵塞，主扇開啟后污風(fēng)循環(huán)，污風(fēng)無法排至地表。

3.礦山規(guī)劃開采的715 m至750 m中段采場通風(fēng)處于現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū)，不能形成有效通風(fēng)，需要對該區(qū)域通風(fēng)進(jìn)行合理組織優(yōu)化。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化研究

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案

根據(jù)礦山生產(chǎn)作業(yè)情況、現(xiàn)場調(diào)查及與礦方溝通，礦山24線采區(qū)，現(xiàn)645 m中段已經(jīng)開采結(jié)束，現(xiàn)主要開采中段為580 m中段，規(guī)劃開采715 m中段。

礦山24線采區(qū)采用單翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計中24線采區(qū)以645平硐為進(jìn)風(fēng)井，東風(fēng)井（原西瑤民窿平硐）為回風(fēng)井，構(gòu)成對角單翼式通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃開采的715 m中段采場通風(fēng)處于設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū)，不能形成有效通風(fēng)［4，5］；同時，礦山屬于平硐開拓礦山，受自然風(fēng)壓影響較大，平硐進(jìn)風(fēng)存在風(fēng)向、風(fēng)量不穩(wěn)的現(xiàn)象［6］。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，645 m主平硐風(fēng)流極易受氣候影響改變風(fēng)向。

為解決上述問題，研究擬采用645 m主平硐安裝平硐進(jìn)風(fēng)輔扇壓風(fēng)進(jìn)入礦井，解決主平硐進(jìn)風(fēng)問題，通風(fēng)系統(tǒng)采用單翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)，同時為解決715 m中段開采通風(fēng)問題，研究計劃在750 m中段通853硐口斜井位置安裝輔助區(qū)域通風(fēng)輔扇風(fēng)機(jī)，以解決該區(qū)域通風(fēng)問題，具體規(guī)劃進(jìn)、回風(fēng)線路如下：

1.24 線進(jìn)風(fēng)線路。新鮮風(fēng)流經(jīng)645 m平硐進(jìn)入，經(jīng)645 m中段石門進(jìn)風(fēng)至5＃盲斜井及東翼斜井，新鮮風(fēng)從5＃盲斜井及東翼斜井進(jìn)入各中段運(yùn)輸巷，經(jīng)人行天井進(jìn)入各中段作業(yè)采場。

2.24 線回風(fēng)線路。東部各中段作業(yè)污風(fēng)經(jīng)端部回風(fēng)天井匯至680 m中段回風(fēng)巷主要通風(fēng)機(jī)處，經(jīng)680 m至700 m回風(fēng)天井匯至700 m回風(fēng)平巷經(jīng)地表（原西瑤民窿）平硐口將污風(fēng)排至地表。

通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化方案示意圖如圖1所示。

圖1 優(yōu)化方案系統(tǒng)示意圖

2.2 通風(fēng)技術(shù)方案優(yōu)化技術(shù)措施

1.645 m主平硐進(jìn)風(fēng)受自然風(fēng)壓影響較為明顯，為克服自然風(fēng)壓影響，保障645 m中段風(fēng)向、風(fēng)量穩(wěn)定，擬在645 m中段主平硐旁環(huán)道內(nèi)增設(shè)645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)，以克服自然風(fēng)壓影響，保障通風(fēng)系統(tǒng)主平硐進(jìn)風(fēng)量。

2.進(jìn)風(fēng)環(huán)道645 m主平硐處，應(yīng)增設(shè)一組自動風(fēng)門，避免因增加645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)致使的風(fēng)流循環(huán)。

3.24 線采區(qū)，680 m中段26線現(xiàn)與700 m水平采空區(qū)相連通，680 m主扇開啟后會導(dǎo)致680～700m區(qū)域污風(fēng)循環(huán)，污風(fēng)無法排至地表，短期臨時措施可在680 m通5＃斜井運(yùn)輸巷安裝風(fēng)門，后期該區(qū)域作業(yè)結(jié)束進(jìn)行封堵或在680 m回風(fēng)巷新掘繞道避免污風(fēng)循環(huán)。

4.700 m主回風(fēng)巷通地表硐口（原西瑤民窿）目前為封堵狀態(tài)，系統(tǒng)污風(fēng)無法排至地表，應(yīng)及時打開該窿口。

5.為解決715 m中段開采通風(fēng)問題，研究計劃在750 m中段通853硐口斜井位置安裝輔助區(qū)域通風(fēng)輔扇風(fēng)機(jī)，并增設(shè)相應(yīng)通風(fēng)構(gòu)筑物。

6.700 m主回風(fēng)巷存在空區(qū)與680 m及其它區(qū)域相互連通，應(yīng)進(jìn)行密閉。

7.24 線采區(qū)存在大量空區(qū)，致使通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難，建議將空區(qū)治理（封堵）與通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)同時進(jìn)行。

2.3 通風(fēng)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計

2.3.1 進(jìn)風(fēng)通路優(yōu)化

24線采區(qū)為解決受自然風(fēng)壓影響，645主平硐風(fēng)向、風(fēng)量不穩(wěn)定的問題，研究在645 m中段主平硐旁環(huán)道內(nèi)增設(shè)645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)，保障主平硐進(jìn)風(fēng)至采區(qū)，并現(xiàn)利用現(xiàn)有680 m主回風(fēng)巷已安裝的24線主扇（K40-4-NO.12），將作業(yè)區(qū)域污風(fēng)排至地表。根據(jù)需風(fēng)量計算645m主平硐需進(jìn)風(fēng)為27 m3/s，所選645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓應(yīng)為：需要提供的壓力＋風(fēng)機(jī)裝置阻力＋動壓損失＋自然風(fēng)壓，風(fēng)量不低于27 m3/s。

按645 m主平硐風(fēng)機(jī)送風(fēng)至645 m中段5＃進(jìn)風(fēng)斜井，同時克服困難時期自然風(fēng)壓，保證進(jìn)風(fēng)風(fēng)量計算該風(fēng)機(jī)所需壓力［7］，根據(jù)對通風(fēng)線路的阻力計算，所需克服沿程阻力為245.24 Pa，則該645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)所需克服的阻力應(yīng)為：風(fēng)機(jī)克服通風(fēng)線路的沿程阻力＋局部阻力＋自然風(fēng)壓＋風(fēng)機(jī)裝置阻力＋動壓損失，據(jù)此計算該風(fēng)機(jī)所需克服阻力為：

245.24 ＋49.08＋150＋21.2＝465.52（Pa）

根據(jù)上述計算，取壓力值465.52 Pa為645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)所需克服的阻力，根據(jù)計算風(fēng)機(jī)所需壓力與風(fēng)量選擇645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)型號可與680 m主回風(fēng)巷風(fēng)機(jī)型號一致的風(fēng)機(jī)型號即K40-4-NO.12（風(fēng)機(jī)性能參數(shù)：風(fēng)量14.7～32.1 m3/s，風(fēng)壓242～1 118 Pa，電機(jī)功率37 kW）。

645 m主平硐輔扇風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)風(fēng)壓約為465 Pa，風(fēng)量約為27 m3/s，風(fēng)機(jī)安裝角度為29°，風(fēng)機(jī)效率接近90%。645 m主平硐輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖如圖2所示。

圖2 645 m主平硐輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖

2.3.2 715～750 m作業(yè)區(qū)域通風(fēng)優(yōu)化

24線采區(qū)規(guī)劃開采的715 m中段采場通風(fēng)處于設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū)，不能形成有效通風(fēng)，因此，針對規(guī)劃的24線采區(qū)的715～750 m作業(yè)區(qū)域通風(fēng)進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃，單獨(dú)考慮。根據(jù)礦山生產(chǎn)規(guī)劃，24線采區(qū)715～750 m作業(yè)區(qū)域共設(shè)置2個作業(yè)采場，1個備采采場，且不與24線其它區(qū)域同時作業(yè)，因此，該區(qū)域作業(yè)時不需增加24線采區(qū)系統(tǒng)風(fēng)量，僅需在該區(qū)域增加輔扇，將系統(tǒng)風(fēng)流至該區(qū)域供于生產(chǎn)用風(fēng)。

該區(qū)域通風(fēng)線路規(guī)劃利用該區(qū)域通地表853 m硐口的斜井作為回風(fēng)井，區(qū)域進(jìn)風(fēng)通過東翼斜井進(jìn)風(fēng)至作業(yè)區(qū)域，回風(fēng)利用通853 m硐口斜井與各中段聯(lián)通處匯至斜井，排至地表。

該區(qū)域2個作業(yè)采場，1個備采采場，實際需風(fēng)量為7 m3/s（已乘以備用系數(shù)），同時考慮該區(qū)域回風(fēng)系統(tǒng)兼顧680 m中段溜井倒礦粉塵排塵風(fēng)量4 m3/s，因此，該區(qū)域輔扇考慮風(fēng)量為11 m3/s，風(fēng)流取自24線645主平硐輔扇風(fēng)機(jī)風(fēng)流。

根據(jù)通風(fēng)線路規(guī)劃，對通風(fēng)線路的最大阻力進(jìn)行計算，通風(fēng)沿程阻力為84.67 Pa，局部阻力按20%計算，為16.93 Pa，通風(fēng)裝置阻力150 Pa，風(fēng)機(jī)出口動壓損失4.54 Pa，同時考慮自然風(fēng)壓影響較大，考慮自然風(fēng)壓103.83 Pa，則最大通風(fēng)阻力為359.97 Pa。

該區(qū)域線路最大通風(fēng)阻力為359.97 Pa，風(fēng)量為11 m3/s，選擇輔扇風(fēng)機(jī)為K40-4-NO.9（風(fēng)機(jī)性能參數(shù)：風(fēng)量6.2～13.5 m3/s，風(fēng)壓136～629 Pa），風(fēng)機(jī)安裝時，風(fēng)機(jī)安裝角度選擇29°，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為11.5 m3/s，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為405 Pa，風(fēng)機(jī)效率約為90%，24線采區(qū)715～750 m作業(yè)區(qū)域輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖如圖3所示。

圖3 24線采區(qū)715～750 m作業(yè)區(qū)域輔扇風(fēng)機(jī)曲線及工況點(diǎn)圖

3 結(jié) 語

對礦山24線采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)存在的主平硐受自然風(fēng)壓影響導(dǎo)致的風(fēng)量、風(fēng)向不穩(wěn)定，通風(fēng)構(gòu)筑物不完善，存在污風(fēng)循環(huán)及部分作業(yè)區(qū)域處于原現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)盲區(qū)，無法形成有效通風(fēng)等問題，有針對性地對該礦山的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究，并制定出相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化策略，在原通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加主平硐進(jìn)風(fēng)輔扇及通風(fēng)盲區(qū)輔扇，并規(guī)劃其回風(fēng)線路，該技術(shù)方案在不改變原通風(fēng)系統(tǒng)的前提下，充分利用了現(xiàn)礦山井下原有通路，符合礦山實際生產(chǎn)通風(fēng)需求，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和安全上均具有良好的可行性。