阜山金礦井下61#礦脈通風系統優化設計

汪林紅 王中利 李瑞昆 耿 偉 周 偉 賈敏濤

(1.中礦金業股份有限公司;2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室;4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

中礦金業股份有限公司阜山金礦位于山東省招遠市城北東阜山鎮，招遠—黃縣公路通過礦區，距招遠市24 km，距龍口30 km，交通十分便利。礦山地處玲瓏礦田，是一個埋深超過千米的深井礦床，始建于1972年，規模為50 t/d，后經多次改、擴建，生產規模達69萬t/a，出礦品位2.66 g/t，61#礦脈處于礦體南部 －680～－1000 m水平，采掘總量約30萬t/a。

1 開拓系統及生產概況

1.1 井下開拓系統

阜山金礦采用豎井、盲豎井聯合開拓，目前井下豎井和盲豎井共12條，各井筒主要參數見表1。

表1 阜山金礦各井筒主要參數

1.2 采礦方法及采場、掘進工作面分布

根據礦體的賦存特征及圍巖特性，采用上向水平分層尾砂充填法開采。

隨著生產開拓中段的延深，井下61#礦脈作業區域集中在南部－680～－1000 m水平，回采作業采場共4個，分別布置在 －680，－720，－760，－800 m 中段，采準掘進作業面1個，布置在－800 m中段，掘進工作面1個，布置在－840 m中段。

2 通風系統現狀

(1)通風方式。阜山金礦61#礦脈現有通風方式為主豎井、副井→1#盲豎井→2#盲豎井進風，民采空區回風的兩翼進風、中部集中抽出式通風系統。新鮮風流經主豎井→盲主井、副井→1#盲豎井→2#盲豎井兩條風路到達－720，－800 m等作業中段，清洗工作面后的污風沿6#盲豎井、7#措施井上到－680 m水平，再通過5#盲豎井，經－400 m中段主回風機作用，沿4#措施井排入－360 m水平以上民采空區。

(2)機站設置。61#礦脈通風系統主回風機站設置在 －400 m中段4#措施井聯巷，安裝一臺DK45-6-№17對旋風機(2×132 kW/臺)，變頻控制。

3 通風系統檢測結果及問題分析

3.1 通風系統檢測結果

各井筒及中段進、出風量見表2。

根據表2檢測數據，61#礦脈通風系統檢測結果如下:

(1)61#礦脈總回風量為58.36 m3/s，污風上到－400 m中段后沿4#措施井排入－360 m水平以上民采空區。

表2 阜山金礦各井筒及中段進、出風量

(2)系統總進風量為20.01 m3/s。其中副井－80 m水平進風6.49 m3/s，主豎井進風 13.52 m3/s(－440m水平進風21.21 m3/s，－360 m水平反風7.69 m3/s)。

(3)61#礦脈進風為2#盲豎井(下風量為6.93 m3/s)和盲主井(21.02 m3/s)進入，另有30.41 m3/s風量為民采漏進。

(4)－400 m中段回風機站(1臺DK45-6-№17對旋風機，開2臺電機)風量為58.36 m3/s，風機實耗功率為192.39 kW。

(5)井下各檢測點CO、CO2等有害氣體均未超標，高溫、高濕問題嚴重。其中－800 m中段2561采場溫度達到33.5℃;－760 m水平以下區域檢測點風溫為28.7～33.5℃，濕度均為100%。

3.2 通風系統存在的問題分析

(1)整個通風系統缺少專用回風井巷，不符合“通風系統至少有一個可靠的進風井和一個可靠的回風井”基本原則［1］。同時，污風排至相鄰的民采空區，易造成安全隱患。

(2)多中段同時作業，生產中段無專用回風水平，新風和污風串聯現象嚴重。

(3)－560 m中段新鮮風短路，有效風量利用率低。2#盲豎井區域與3#盲豎井區域貫通巷新風短路(約10 m3/s)，至6#措施井進入－440 m中段回風系統。

4 通風系統優化

優化后的通風系統采用“二進一回”的通風網絡，主豎井、副井進風，南風井(延深)回風的通風方式。－440 m中段作為61#礦脈進風水平，－360 m中段作為回風水平，污風通過南風井(延深)排出地表，減少污風內部循環。

4.1 通風系統方式

(1)進風系統。新風沿兩條線路進入井下:一路為地表→副井→1#盲豎井→2#盲豎井下到61#礦脈南翼深部作業區域;另一路為－440 m中段→盲主井下到61#礦脈深部北翼中段作業區域。－720，－800 m中段為進風水平。

溜破系統:新鮮風流由盲主井分別進入－920，－960 m中段。

(2)采區通風。深部各中段實行間隔式上下行通風。新風通過進風水平進入采場，清洗工作面后的污風經采區回風天井回至上(下)中段回風水平。

(3)回風系統。61#礦脈清洗工作面后的污風經采場中段回風水平(－680，－760 m中段)匯至6#盲豎井(φ4.7 m)，再經5#盲豎井(φ3.5 m，－680 m水平→－440 m水平)、中段通風井(2.5 m×2.5 m，－440 m水平→－360 m水平)上至－360m回風水平，經南風井排出地表。

盲主井溜破系統回風:新鮮風流經盲主井進入，污風經除塵凈化后由粉礦回收井上至－880 m中段巷。通風系統示意見圖1。

4.2 總風量核定

礦井需風量一般有下列3種計算方法，以選取需風量最大值:①按井下同時工作的最多人數計算所需風量(供風量每人每分鐘為4 m3);②按排塵風速計算所需風量(礦山所需要的總風量為各工作面所需風量和獨立通風的硐室所需風量之和);③按柴油設備運行的礦井計算所需風量(有柴油設備運行的礦井，按同時作業機臺數供風量4 m3/(kW·min)計算)［2］。

按排塵計算的需風量值一般大于其他兩種方法計算的需風量值，因此，該礦山按排塵風速來計算其需風量［3］?？紤]井下作業面的工作性質、通風排塵風速以及系統漏風系數等，計算61#礦脈需風量為44.93 m3/s。需風量計算詳見表3。

表3 礦井需風量計算

由于阜山金礦井下深部高溫、高濕現象突出，同時考慮通風降溫要求及在生產變動時通風系統調節不及時帶來的風量不均衡因素，在計算需風量的基礎上乘上系統風量備用系數1.35［4-5］，則61#礦脈總風量Q=60.65 m3/s。

4.3 機站設置和通風設備

61#礦脈井下通風系統機站位置設于－440 m水平206巷。

經過對 DK45-6-№17、DK45-6-№18以及 DK45-6-№19等不同型號風機進行計算機網絡解算比較，確定回風機站風機選型結果如下:－440 m水平206巷回風機站，運行 1臺 DK45-6-№17(2×132 kW/臺)風機，葉片安裝角度取最大值 45°/40°，變頻控制。

根據實際生產需要以及采場變化，深部作業區域配置輔扇對風量進行調節分配，采取無風墻形式安裝運行。選用1臺K40-6-№15型號輔扇，安裝在－760 m水平6#盲豎井聯巷，電機功率37 kW/臺，風機葉片角度取最大值32°，變頻控制;選用2臺K40-6-№12型號輔扇，安裝在－720，－800 m中段盲主井聯巷，電機功率15 kW/臺，風機葉片角度取最大值32°，變頻控制。風機性能參數見表4。

表4 風機性能參數

4.4 新增通風井巷工程

南風井地表至－80 m水平井筒斷面由現在的φ3.5 m擴刷至φ5.5 m，－80～－560 m水平按φ5.5 m延深;－360 m水平新掘一條回風巷，連接南風井與原回風巷(新掘回風巷長約300 m，斷面7 m2)。

4.5 網絡解算結果

建立通風網絡，利用多級機站通風軟件對方案進行系統通風效果模擬計算。根據模擬結果對設計方案進行調整，達到預期通風效果。

61#礦脈深部通風系統優化設計方案計算機網絡解算結果見表5、表6。

表5 深部通風系統優化設計方案解算結果

表6 各主要井筒風量分配 m3/s

(1)主回風機站設置及工況。－440 m水平206巷回風機站，有風墻形式運行1臺DK45-6-№17(132 ×2 kW/臺)風機，葉片角度 45°/40°，變頻控制。機站風量67.12 m3/s，實耗功率213.25 kW，風機效率75.06%。

(2)通風阻力及等積孔。通過模擬解算，61#礦脈總通風阻力2385 Pa，總風量67.12 m3/s。

總風阻:

等積孔:

通風難易程度屬中等。

(3)裝機容量及通風能耗。61#礦脈通風系統裝機容量331 kW，實耗功率243.02 kW，主回風機站風機效率75.06%。1 a按8000 h、平均電費按0.75元/h計算，則年通風耗電145.8120萬元。按年采掘總量30萬t計算，噸礦通風成本約4.86元。

5 結語

針對千米深井礦床多中段同時開采的特點，結合礦山在開采過程中形成的礦井總風量不足、回風工程欠缺、采區污風循環、深部通風環境差等問題，充分應用多中段風量調節控制技術、風壓平衡技術、多機站風機優選技術、多(級)機站通風模擬解算技術，對61#礦脈井下通風系統提出有針對性的優化改進措施，形成了一整套通風技術、措施和現場實施方案，理順了通風網路，提高了總風量，為礦山安全生產提供了保障。

［1］ 周 偉，吳冷峻，賈安民，等.蒼山鐵礦井下通風技術研究［J］.現代礦業，2010(11):86-88.

［2］ 國家安全生產監督管理局.GB 16423—2006 金屬非金屬礦山安全規程［S］.北京:中國標準出版社，2006.

［3］ 潘軍義，蔡順塑，董振民，等.梅山鐵礦二期通風系統設計優化［J］.金屬礦山，2004(4):69-71.

［4］ 王劍波，周 偉，吳冷峻，等.遠程集中控制技術在調節通風系統風壓平衡中的應用［J］.金屬礦山，2015(4):282-286.

［5］ 吳冷峻，宋愛東，周 偉，等.司家營鐵礦南區2000萬t/a工程通風系統優化研究［J］.金屬礦山，2011(10):139-143.