王红兵 贾敏涛

(1.铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿;2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)



多机站通风在多中段回采矿山的应用

王红兵1贾敏涛2,3,4

(1.铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿;2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

为进一步提高多中段回采矿山通风系统的可靠性，减少采区污风循环，降低采空区外部漏风，改善多中段回风之间的相互制约，采用主辅扇联合抽出式通风方式，运用多机站多风机串并联回风风压平衡、风量平衡原理，风机变频调控技术，实现多风机串并联回风风量匹配,减少采空区漏风29.22 m3/s、采区污风循环20.68 m3/s，系统有效风量率提高10%以上，井下环境明显改善，经济和社会效益显著。

多中段采矿 多机站通风 漏风 网络解算 风量平衡 风压平衡

冬瓜山铜矿是亚洲最大地下开采铜矿，开采深度近千米。矿山开拓系统分为老区和新区两部分，老区系统又分为老鸦岭、桦树坡、团山和团山顶盘4个矿段，形成多采区、多分段、多地点同时采矿的复杂通风系统，矿段之间相互关联，相互制约。针对老区通风系统存在的采区风量不足、污风循环、有效风量率低、系统外部漏风、风机运行效率低、风流调控困难以及桦树坡矿段采区通风受上部老鸦岭矿段回风井回风能力影响等问题，采用多中段风量调节控制技术、风压平衡技术、多机站风机优选技术并结合通风系统远程计算机集中监控技术，确保风量按需分配，气流组织分布合理，机站风机高效运行，提高矿井通风效果及通风管理水平，满足采掘生产通风安全需要，为矿山安全顺利生产提供技术保障。

1 矿山现状

1.1 开拓系统

冬瓜山铜矿为竖井开拓，开拓井筒主要有冬瓜山主井、副井、进风井、辅助井、专用回风井，大团山副井、倒段回风井，老鸦岭措施井、回风井共9条竖井以及主斜坡道(-670～-875 m 与-460～-670 m)和-875 m主运输水平的环形运输巷。各井筒规格参数见表1。

表1 开拓系统井筒参数 m

冬瓜山老区已形成的中段(分层)主要包括：50,-40,-80,-120,-160,-190,-220,-280,-310,-390,-430,-460,-520,-580,-670和-730 m中段，其中-280 m中段以上回采已经结束，老区生产区域包括老鸦岭采区-310～-390 m中段、桦树坡采区-520～-730 m中段、团山采区-460～-730 m 中段和团山顶盘采区-390～-580 m 中段。

1.2 采矿方法

冬瓜山老区系统包括团山及南沿采区、团山顶盘采区、老鸦岭采区、桦树坡采区等。

团山采区以垂直深空落矿阶段矿房采矿法为主；团山顶盘采区以分段落矿阶段矿房采矿法为主；老鸦岭采区以浅孔房柱采矿法和浅孔留矿法为主；桦树坡采区有垂直深孔落矿阶段矿房采矿法、分段落矿阶段矿房采矿法和浅孔房柱采矿法；各采空区嗣后充填。根据2015年冬瓜山老区生产计划表，各采区出矿量分别为老鸦岭1.6万t、桦树坡22.4万t、团山76.8万t、团山顶盘11.2万t。

2 通风系统存在的问题

冬瓜山铜矿老区通风系统为两翼对角抽出式通风方式，新风流分别从大团山副井，冬瓜山副井和进风井进入井下，通过各中段副井石门及运输巷向东、西分别进入大团山、大团山顶盘和老鸦岭、桦树坡各作业中段，冲洗工作面污风由采场通风天井排到上中段回风巷或直接由本中段回风巷进入倒段回风井，分别沿西部老鸦岭回风井、东部大团山倒段回风井排出地表。老区通风系统主要进、回风机站的风机参数及布设见表2。

表2 冬瓜山铜矿老区通风系统风机分布及运行

根据现场调查和检测的数据分析，冬瓜山老区通风系统存在以下问题：

(1)矿井总风量不足。老区通风系统总进风量为121.99 m3/s，总回风量为153.31 m3/s。团山-280 m 以上倒段回风井漏风量为29.22 m3/s，现有的矿井总风量不足。

(2)桦树坡深部采区通风困难。桦树坡采区沿用老鸦岭采区回风系统，-520 m安装一台200 kW风机。桦树坡生产区域下延至-730 m中段，-520 m风机无法作用至深部采区，导致深部采区爆破炮烟和粉尘不能及时排出。炮烟通过与团山联络巷进入团山采区，造成了有毒有害气体浓度超标。

(3)团山副井和冬瓜山副井风流紊乱。团山副井和冬瓜山副井作为人员、材料提升和老区通风系统的主要进风通道，与各作业中段相互贯通。但团山副井-390,-430,-520,-670 m中段和冬瓜山副井-280,-390,-430,-490,-520 m中段风流反向进入井筒，其中各中段向团山副井反风量为12.43 m3/s，向冬瓜山副井反风量为9.97 m3/s，造成污风循环。

(4)通风系统外部漏风严重。老区上部存在大量老采空区，抽出式通风进风段和主要生产区域处于负压区，地表风流从采空区直接进入井下生产区域(-280 m老鸦岭回风井风门里侧采空区和桦树坡-460 m采空区大量下风)，通风系统可控性较差，回风机站效率偏低。

(5)通风系统机站运行工况不合理。团山采区-460 m回风机站200 kW风机仅回风35.48 m3/s，风机运行工况过低，-580 m回风巷反风量为20.68 m3/s；桦树坡采区回风系统处于老鸦岭采区下方，老鸦岭-280 m回风机站与桦树坡-520 m回风机站风机串联安装。老鸦岭回风机站同时兼顾老鸦岭和桦树坡2个采区的回风功能，机站风机与桦树坡回风机站同频率运行，风机运行工况设置不合理。

3 通风系统优化调控

矿井总风量计算是矿井通风系统优化设计中极其重要的内容，正确计算矿井总风量是选择主要通风设备和布置通风工程的重要依据，矿井总风量供给不足，会使井下劳动条件恶化，达不到安全通风要求；盲目加大矿井总风量，不一定能够达到预期的通风效果，而且会造成通风能耗浪费[1-3]。

根据冬瓜山铜矿老区各矿段回采、掘进、充填工作面数量和各类硐室计算冬瓜山铜矿老区通风系统总风量为184 m3/s，其中老鸦岭和桦树坡采区为72.31 m3/s，团山采区为73.76 m3/s，团山顶盘为37.06 m3/s。

3.1 桦树坡采区

桦树坡采区位于老鸦岭采区下部，随着近年采矿不断下延，桦树坡采区开拓工程已经下移到-730 m，采准出矿到-670 m。上部老鸦岭采区采矿量逐步减少，需风量逐步降低。根据桦树坡采区和老鸦岭采区的进回风井井筒布置特点，两采区通风系统整体设计进回风风路。

桦树坡和老鸦岭采区新鲜风流通过冬瓜山副井和团山副井进入各中段，其中桦树坡-640，-610 m水平新鲜风由团山副井进入-670 m水平以后，经过-670～-580 m斜坡道和-670～-610 m措施井进入；新风经过采场后，污风经过采区端部倒段回风井、老鸦岭回风井上排至地表。将原-280 m回风机站下移至-580 m，保留-520 m回风机站，增加-390,-610,-640和-670 m回风辅扇。系统具体布置见图1。

图1 桦树坡采区通风系统改造方案

3.2 团山采区

根据团山采区通风系统现状分析，通风设备能够满足井下通风需要，为解决污风循环导致的区通风效果差、冬瓜山副井和团山副井反风问题，对系统风机的运行工况进行调节，使上下回风机站风机的运行工况相互匹配。团山采区通风系统机站设置如图2所示，具体的运行方案：① +100 m团山回风井井口回风机站风机满频运行，急运行频率为50 Hz，地表风机满频运行，提高通风系统总回风量，兼顾团山顶盘系统回风；②-520 m水平回风井机站风机运行频率为45 Hz；③-670 m水平回风机站风机运行频率为35 Hz，既要保证-670 m水平及以下-713 和-730 m水平回风量要求，还要保证-520 m 水平回风风机为-580和-565 m水平回风留有风量；④-490，-565和-610 m水平回风风机根据用风需要决定开停。

图2 团山采区通风系统改造方案

3.3 团山顶盘采区

根据团山采区现场调查，-460 m水平采矿基本结束，上盘沿脉巷道保存状态较好，且顶盘-460 m 采区与团山上盘沿脉巷道贯通一条探矿巷道，规划作为顶盘采区的回风巷，具体回风风路见图3。

目前团山顶盘开拓系统有-390,-460,-520和-580 m水平，主要的生产作业中段为-460,-520 和-580 m水平。根据团山顶盘开拓采准布局，结合目前顶盘采区采掘工作面分布状况，与矿方多次协商，提出2种通风方案，见图4。

方案一：-520和-580 m水平新风由本中段的团山副井和冬瓜山副井进入，经过运输大巷至沿脉巷道，通过作业面的污风经过采场天井和端部的-580～-460 m回风井上排至-460 m水平。-460 m 水平采场由-390 m水平团山副井和冬瓜山副井进风，新风经过-390 m水平运输大巷进入1#沿脉巷道，再通过1#沿脉巷道中-460～-390 m的6#通风人行天井和4#通风人行天井下至-460 m水平。汇入-460 m水平的污风和本水平污风经过1#沿脉巷道通过-460 m水平团山上盘31线的管道巷道排入团山采区上盘巷，再经过-460 m团山回风井联巷由团山回风井排出地表。

图3 顶盘采区-460 m回风风路

图4 团山顶盘采区通风系统改造方案

方案二：-520和-580 m水平新风由本中段的团山副井和冬瓜山副井进风，经过运输大巷进入沿脉巷道，通过作业面的污风经过采场天井和端部的-580～-460 m回风井上排至-460 m水平。汇入-460 m水平的污风经过1#沿脉巷道通过-460 m水平团山上盘31线的管道巷道排入团山采区上盘巷，进入-460 m团山回风井联巷。-460～-390 m 采场由-520 m水平团山副井和冬瓜山副井进风，新风经过-460 m水平进入1#沿脉巷道采场；采场污风通过矿房回风天井上排至-390 m水平，再经过团山-460～-390 m通风井下排至-460 m 水平团山回风井联巷，汇同-460 m上盘回风巷回风一起通过团山回风井排出地表。

针对各方案建立通风系统网络图，采用多级机站通风网络解算软件，对各方案进行通风系统网络模拟解算，统计各方案的装机容量、矿井总风量、系统能耗、机站风机效率和各用风水平的供风量数据[4-5]，结果见表3、表4，各方案比较见表5。

表3 团山顶盘采区通风系统各方案网络解算结果

通过2种方案对比分析，方案一和方案二均能够满足系统供风量和各中段供风量的设计要求，但考虑到-460～-390 m采场必须有专用的进风通道，保证采场进风风质安全，团山顶盘采区通风系统优化方案选择方案一，具体风路布置见图5。

表4 团山顶盘采区通风系统各方案用风水平风量分配 m3/s

表5 团山顶盘采区各方案的优缺点比较

4 应用效果预测

冬瓜山老区整体形成中央进风、两翼回风的中央对角抽出式通风系统，根据优化方案模拟解算结果，桦树坡和老鸦岭采区风量为87.5 m3/s，团山采区风量为85.1 m3/s，顶盘采区风量为40.3 m3/s，老区通风系统总风量为212.9 m3/s。

冬瓜山老区通风系统风机总装机功率为1644.5kW，其中桦树坡和老鸦岭采区为552.5kW，团山采区为800kW，团山顶盘采区为292kW；通风系统实耗功率为1039.5kW，其中桦树坡和老鸦岭采区为321.4kW，团山采区为560.7kW，团山顶盘采区为157.4kW；通风系统风机平均效率为73.4%。

图5 顶盘采区通风系统风路布置(单位：m3/s)

团山副井进风量为55.4 m3/s，冬瓜山副井进风量为77 m3/s，未见各中段向井筒反风。

桦树坡采区-580 m水平以下回风量为54.2 m3/s，满足-580 m以下深部45 m3/s的需风量要求。各采区通风系统网络解算结果见表6。

表6 各采区通风系统网络解算结果

5 结 语

(1)多中段采矿通风系统设计应充分考虑各中段生产能力与通风能力之间的相互匹配关系，加强多风机通风系统风机管理，提高系统有效风量率。

(2)风机串联回风时，应充分考虑前后风机之间运行工况的匹配关系，确保系统回风能力，避免某一风机产生通风“瓶颈”，影响整个系统通风能力。

(3)对于多采空区的老矿山通风系统改造，应及时封闭采空区，提高通风系统可控性。

[1] 金属矿井通风防尘设计参考资料编写组.金属矿井通风防尘设计参考资[M].北京:冶金工业出版社，1982.

[2] 王运敏.现代采矿手册：下册[M].北京:冶金工业出版社，2012.

[3] 贾敏涛，吴冷峻，张 辉.罗河铁矿通风系统优化与调控技术[J].现代矿业，2015(6)：134-136.

[4] 吴 江，孙 浩，汪令辉，等.冬瓜山铜矿老区延伸开采通风系统的改造[J].矿业快报，2008(9)：71-72.

[5] 吴冷峻，汪 俊，吴 江，等.冬瓜山井下多级机站通风系统的建立与完善[J].矿业快报，2006(4)：43-44.

Application of Multi-stations Ventilation Pattern in Multi-sections Stoping Mine

Wang Hongbing1Jia Mintao2,3,4

(1.Dongguashan Copper Mine,Tongling Nonferrous Metals Group Holding Co.,Ltd.;2.Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.,Ltd.;3.State Key Laboratory of Safety and Healthfor Metal Mines; 4.Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Cyclic and Utilization of Metallic Mineral Resources Co., Ltd.)

In order to further improve the reliability of the ventilation system of multi-sections stoping mine, reduce the dirty air circulation and the external air leakage of mined-our area and improve the mutual restriction effect of the return air of multi-sections, the extraction ventilation pattern of the combination of main fan and auxiliary fan is proposed, based on the return air pressure balance and air volume balance principle of series and parallel of multi-stations and multi-fans, and the fan frequency conversion control technique, the air volume matching of the return air of series and parallel of multi-stations and multi-fans is realized, about 29.22 m3/s air leakage of the mined-out area and 20.68 m3/s dirty air circulation are reduced, the effectively air volume rate is increased more than 10%,the underground environment quality is improved effectively, the social and economic benefits are obvious.

Multi-sections mining, Multi-stations ventilation, Air leakage, Network calculation, Air volume balance, Air pressure balance

2016-07-28)

王红兵(1969—)，男，工程师，244031 安徽省铜陵市狮子山区。