刘东锐　刘伟强　李印洪　姚银佩　王　志

(湖南有色冶金劳动保护研究院)



石湖金矿中深部通风系统改造方案

刘东锐刘伟强李印洪姚银佩王志

(湖南有色冶金劳动保护研究院)

详细分析了石湖金矿101采区通风系统现状、矿区通风系统存在的问题及制约矿山通风能力的因素，提出了符合矿山实际的中深部通风系统的改造方案，从技术、经济角度对该方案的可行性及有效性进行了对比分析，最终优选出符合采区实际的中深部通风系统改造方案，即两翼进风多井回风通风方案，供类似矿山通风系统优化改造参考。

通风系统改造两翼进风多井回风式通风方案优选

矿井通风系统作为井下八大主要系统之一，是向井下作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。矿井通风系统与井下各作业地点紧密相联，对全矿井的通风安全状况具有全局性影响[1-2]。石湖金矿一期工程于1991年开始建设，1993年建成投产，二期工程于1995年实施，开采中段为400～180m中段。2013年进行101采区180～-70m中段第三期工程建设，规模扩建至15万t/a的采、选生产能力。目前，井下已开拓至130m中段，2#竖井已下掘至-70m中段。由于矿体逐渐向南侧伏，井下开采重点逐渐往3#线以南倾斜，北风井通风效果及作用不明显。2012年进行39#线2#竖井施工，通风系统由初期的两翼对角式通风系统演变为两翼进风中央回风通风系统，井下现已进入中深部开采，由于进、回风线路长、通风阻力大、通风构筑物缺少及损坏、风路短路严重及中段采场通风网路不完善等问题，导致井下需风量严重不足，污风串联难以排出地表，致使井下安全生产留下了较大的安全隐患，因此，需对该矿101采区的通风系统进行优化改造。

1　矿区通风现状

101采区井下一期工程于1993年建成投产，设计开采规模为150t/d(5万t/a)，开采中段为600～400m中段，通风系统采用两翼对角井下抽出式通风系统，北风井负担3#线以北矿体开采，主扇安装于井下600m中段，主扇型号K40-6No15，功率37kW；南风井(现中央回风井)负担3#线以南矿体开采，主扇型号K40-6No15，功率37kW。中段通风网路采用阶梯式通风网路，即上中段作为下中段开采的回风。101采取二期工程北风井主扇由600m中段下移至400m中段，南风井主扇在400m中段安装一台主扇(型号K40-6No15，功率37kW)，与600m中段主扇形成串联，同时，南风井兼作安全通道，在风井内架设了行人梯子平台。2011年进行了39#线2#竖井施工，通风系统演变为两翼进风中央回风通风系统，即3#～5#线1#竖井、39#线2#竖井进风，15#～17#线中央回风井回风。2013年矿山已开始180～-70m中段第三期工程建设，目前井下已开拓至130m中段，39#线2#竖井以下掘至-70m中段，通风系统仍采用两翼进风中央回风通风系统。

2　通风系统存在的问题

目前101采区矿井机械通风系统的3台主扇因通风系统布局不合理、通风阻力大、局部正面通风阻力过大等因素，主扇运行效果不理想，导致主扇多年来长期处于停止运转状态，完全靠自然通风解决井下作业中段通风问题，造成井下需风量严重不足。井下260，220m中段7.5kW风机的排污风未进入系统回风巷道，全部在300，260，220m中段近距离区域循环，严重影响了作业人员的身心健康，不符合国家安全生产要求。经测定，101采区地表进风量仅为13.32m3/s，根据目前产量15万t/a的需风量计算，101采区井下开采需风量在45m3/s以上，现通风系统能力无法满足井下开采通风需求。同时，600，560，260，220，180m中段、2#竖井石门及2#竖井地表均检测出CO等有毒气体，2#竖井618m平硐测得最大CO含量为600×10-6，对618m平硐作业人员已构成了安全威胁。目前，矿区各中段风量分配不合理，中段、采场通风网路不完善，污风串联严重。15#～17#线中央回风井各中段回风巷道缺少通风构筑物，2#线北风井各中段回风巷道通风构筑物损害严重，导致风路短路严重，风量无法按需分配，且中央回风井行人梯子平台未撤除，导致回风断面小、阻力大。该矿山缺少矿井通风技术专职人员，导致井下通风现场管理不到位，通风系统构筑物损坏极为严重，回风巷道堵塞严重，无法得到及时处理，无法实现随着井下生产的变化及时调节通风网路及主扇运转工况，主扇无法有效正常运转。综上所述，101采区现有的矿井通风系统能力无法满足井下开采通风需求。

3　改造方案设计

3.1改造方案设计原则

101采区中深部通风系统改造设计原则为[3-5]：①满足《金属非金属矿山安全规程》相关要求；②应与矿山生产规划高速发展的客观要求相适应，在确保安全生产的前提下，力求经济合理；③根据矿井开拓方式、采矿方法、矿床赋存状况、矿体产状形态、矿区地形地貌、矿区实际情况以及矿井生产能力、开采强度等客观要求，综合考虑；④尽可能根据矿区气候条件的变化，使自然风压有益于通风系统，避免自然风压对通风系统造成不利影响；⑤尽可能对矿区实际情况进行彻底调查，利用现有的工程实现通风系统的改造及提升。

3.2改造方案3.2.1方案一(两翼进风多井回风通风方案)

(1)进风路线。新鲜风流由地表从1#、2#竖井进入井下，经各中段石门分风，经中段运输平巷、穿脉平巷到达作业面，其中1#竖井新鲜风流进入130～600m各中段，后进入采场工作面；2#竖井新鲜风流通过石门进入480，180，130m中段，进入各工作区域。

(2)回风路线。石湖金矿101采区生产能力将扩至15万t/a，中央风井无法满足井下回风需求，故将北风井与中央风井共同担负回风任务。350m中段以下各中段污风由天井汇至350m中段后，分流成2部分污风向地表排出。其中，15#线以北巷道作为专用回风巷道，将部分污风汇至北风井，排出地表；剩余部分由南风井(中央风井)回风至地表。

(3)主扇位置。主扇选用DK40-6No18的2×90kW风机，安装于300m中段(图1)。

图1　两翼进风多井回风通风方案

3.2.2方案二(两翼进风中央回风通风方案)

(1)进风路线。新鲜风流由地表从1#、2#竖井进入井下，经各中段石门分风，经中段运输平巷、穿脉平巷到达作业面，其中1#竖井新鲜风流进入130～600m各中段，后进入采场工作面；2#竖井新鲜风流通过石门进入480，180，130m中段，进入各工作区域。

(2)回风路线。石湖金矿101采区的生产能力将扩至15万t/a，中央风井无法满足回风需求，故掘进一条天井担负回风任务，由350m中段至地表，为降低通风阻力，断面为尺寸设定为3m×2m。

(3)主扇位置。主扇选用DK40-6No18的2×90kW风机，安装于300m中段(图2)。

图2　两翼进风中央回风通风方案

3.2.3方案优选

通风阻力计算，可知方案一的摩擦阻力为1 207.17Pa，局部阻力为241.43Pa，总阻力为1 448.60Pa；方案二的摩擦阻力为1 319.89Pa，局部阻力为263.98Pa，总阻力为1 783.86Pa，可见方案二阻力大于方案一。方案二需对中央风井断面进行扩大，存在施工难度大、费用高，安全性差等缺点；方案一仅需施工一条专用通风天井，大部分均利用原有工程，具有施工难度低、施工费用少、安全性高等优点。方案一、方案二的装机容量均为247kW，运行费用基本一致。经综合对比分析可知，方案一具有投入少、工程周期短、安全系数高、经济性高等优点，故本研究选择方案一(两翼进风多井回风通风方案)作为石湖金矿101采区中深部通风系统改造方案。

4　结　语

以石湖金矿101采区为例，在分析该采区通风系统存在问题的基础上，设计了2套通风系统改造方案，经过详细的技术经济对比分析，最终确定了该采区的通风系统改造方案为两翼进风多井回风通风方案，对于类似矿山通风系统优化改造有一定的借鉴价值。

[1]王英敏.矿井通风与安全[M].北京：冶金工业出版社，1979.

[2]吴超.矿井通风与空气调节[M].长沙：中南大学出版社，2008.

[3]彭斌.大型复杂矿井通风系统优化研究[D].南昌：江西理工大学，2014.

[4]彭家兰.金属矿山通风系统优化与管理[D].南昌：江西理工大学，2014.

[5]吴国珉.典型有色金属矿山矿井通风系统优化与防尘技术研究[D].长沙：中南大学，2008.

2016-06-12)

刘东锐(1987—)，男，工程师，硕士，410014 湖南省长沙市雨花区香樟路601号。