萤石矿通风系统优化研究与实践

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摘要:湖南某萤石矿已生产多年，其井下通风系统存在机站多、中段开口多、网路复杂、通风阻力大、作业面风量不足等问题。在充分利用现有井巷工程和设施的情况下，提出了采用中央并列式单一主通风机抽出式通风方案，对调查和测定时发现的问题进行了优化改造并对主风机重新进行了选型计算。优化改造完成后，对通风系统进行实践运转和测定分析，结果表明：矿山采用单一主通风机通风可实现反风，井下风量、风速可满足作业面要求，而且减少了矿山通风运营管理成本和运营费用。研究成果可为存在类似通风问题的矿山通风系统的优化研究提供参考。

关键词:矿山;通风系统;多级机站;反风

矿井通风系统是矿山生产的重要组成部分，主要任务是通过不断向井下各作业点供给足够的新鲜空气，稀释和排除各种有毒有害气体、粉尘等危害因素，调节作业环境条件，保障矿山作业人员的安全和健康，提高劳动生产效率[1]。但矿山生产是一个动态过程，随着矿山作业向深部延伸，矿井中段越来越多[2]、通风网络越来越复杂、井巷阻力越来越大，作业面风速风量不足，仅靠增加风机无法从根本上解决问题。本文以湖南某萤石矿为例，为改善井下作业环境，对通风系统进行了优化与实践[3]。

1矿山通风系统现状及问题

1.1矿山概况

湖南某萤石矿生产规模为6万t/a，采用地下开采，开采深度为+200～−300m标高，开采矿种为萤石矿，采矿方法为浅孔留矿法。矿井采用竖井+斜井开拓，竖井（井口标高+151m）位于矿体下盘中央部位，井筒净直径为4.5m，采用浇筑砼支护，为罐笼井，担负矿井矿石、废石、材料和进风、排水、行人、管道敷设等功能。风井为801斜井（井口标高+171m），位于竖井西部，布置在矿体下盘，斜井倾角为28°，落底标高为+20m，井筒断面为三心拱，断面面积为3.6m2，担负矿井回风任务，并作为矿井的应急安全出口。矿井已开采多年，共划分为8个中段，均布置有脉外运输平巷。目前−175m及以上中段的矿体已开采结束，主要生产中段为为−215m中段、−255m中段、−295m中段。根据矿山规划，扩界手续完成后将新建−335m中段、−375m中段。

1.2矿山通风系统现状

矿山现采用中央并列式多级机站抽出式通风。目前矿井作业面主要集中在−215m中段（六中段）、−255m中段（七中段）、−295m中段（八中段）。一级站在−215m中段（六中段）东西两翼各安装有1台功率为11kW主要通风机。二级站在−175m中段（五中段）东西两翼各安装有1台功率为30kW的主要通风机。三级站在−175～−100m盲斜井上部车场内安装有1台功率为30kW的主要通风机。四级站在801斜井井口安装有1台功率为55kW的主要通风机。前述主要通风机共计6台，装机功率共计167kW。通过现场实测，竖井总进风量为23.89m3/s：其中矿井八中段进风量为11.04m3/s，七中段进风量为10.21m3/s，六中段进风量为2.64m3/s。801斜井总回风量为25.36m3/s。

1.3矿山通风系统存在的问题

矿山通风系统已经过多次改造，但是仍然存在很多问题。（1）矿井采用多级机站抽出式通风，运转管理非常复杂，局部阻力大，稳定性差，导致一些巷道内无风或为循环风。因小型矿山技术能力有限，多级机站通风无法实现微机集中控制，无法实现同DOI:10.13828/j.cnki.ckjs.2022.03.008多级机站通风无法实现微机集中控制，无法实现同反风，不利于矿井发生灾害时的反风。（2）井下风量不足。根据采场、掘进、硐室需风量计算，需风量为38.50m3/s，而矿井现在的总进风量为23.89m3/s，不能满足安全生产的要求。（3）801斜井底部+20m标高回风巷垮塌，−20～+20m盲斜井下部回风口被风机堵住，增大了通风阻力；801斜井地面安全出口设置不严密，漏风严重，导致地面主通风机抽风效果差。（4）−60m中段至−20m中段东翼通风天井风流反向，形成循环风。（5）生产作业中段有效风量低，循环风量大。如矿井西翼3个中段总入风只有10m3/s，有效进风不到50%。（6）随着矿山实施下一步规划，矿井水平延深，通风线路进一步加长，引起通风阻力加大；同时随开采深度加大，井下温度升高，为降低作业地点温度，同样需提供更大的风量。

2通风系统优化

2.1通风系统优化方案

根据通风系统存在的问题，在充分利用现有井巷工程和设施情况下，决定继续采用中央并列机械抽出式通风方式。优化后的矿井通风系统见图1。本次通风系统优化方案的主要内容如下。（1）采用在地面建立单一主通风机通风系统，在801斜井井口安装1台主通风机。可实现主扇集中控制，运转管理简单[4]，稳定可靠，有效避免多级机站通风导致的巷道循环风，在矿井发生灾害时可有效控制矿井实现反风。（2）维修完善风井侧的安全出口。在801斜井地面安全出口处增加一道风门，在风门四周安装密封胶皮。（3）对801斜井井底垮塌的废石进行清理，扩大过风断面。（4）拆除原有井下回风巷道中的主要通风机，减少矿井阻力。（5）恢复−215m中段至−175m中段东翼通风天井。（6）对井下采空区进行封闭，对原有的密闭墙进行砂浆抹面，防止漏风。

2.2通风风量及阻力计算

根据最大下井人数需风量、爆破后排除炮烟风量、排尘风速风量分别计算需风量再取大值。矿井风量分配及矿井漏风计算见表1。矿井阻力计算时，通风困难时期按生产中段延伸至−375m标高计算，再将自然风压、局部阻力计入后，可知通风容易时期阻力为973.74Pa；通风困难时期阻力为1320.08Pa。

2.3主通风机选型

主通风机漏风系数取1.2，通风机所需全压按前述阻力再计入设备阻力、设备出口动压[5]。根据计算，所需通风机的风量为46.2m3/s，通风容易时期的通风阻力为1230.70Pa；通风困难时期的通风阻力为1577.24Pa。根据上述计算出的风量和阻力，选择对旋轴流通风机1台及1台电动机，另配1台电动机作备用。主风机的特性曲线见图2，其运行工况见表2。

3通风系统优化效果

该矿通风系统优化改造完工后，对优化后的效果进行了测定分析。

3.1主要通风机运行情况

在测定期间，801斜井的主要通风机运行正常，性能稳定，可根据井下实际需风量进行调频运行。主要通风机实际运行参数见表3。3.2矿井通风系统运行情况在矿井主要通风机运行期间，矿井通风系统风流稳定，控风设施运行基本可靠，井下供风风量分布情况见表4。通风系统优化改造后，竖井总进风量提高了73.5%；六中段进风量提高了284%；七中段进风量提高了39.6%；八中段进风量提高了23.4%；801斜井总回风量提高了70.9%。前述测定结果表明，该萤石矿通风系统优化改造后其主要通风机运行参数、井下主要生产巷道及中段的风量均达到了预计优化效果。

4结论

（1）该萤石矿通风系统优化改造后，其风量、风速等可以满足矿井通风要求，有效控制了矿井漏风和循环风。（2）该萤石矿通过优化改造，主风机的装机功率由167kW减少至150kW，而且可采用变频调节，当前实际运行功率仅118.5kW，大大减少了运营管理成本和运营费用。（3）通过本次优化改造，将原多级机站抽出式通风系统改为地面单一通风机的通风系统，并可以实现矿井反风，矿井发生火灾时能得到有效控制，保证了人员生命安全。

参考文献:

[1]王运敏.现代采矿手册:中册[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[2]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.

[3]王志,黄生福,郭元华,等.高海拔多中段金属矿通风方案优选[J].现代矿业,2021,37(04):56−60.

[4]刘世涛.狮子山铜矿通风系统优化及反风控制研究[D].昆明:昆明理工大学,2014.

[5]姚银佩,欧志成,李印洪,等.高海拔矿山通风系统改造方案优选研究[J].有色金属(矿山部分),2019,71(03):77−80+102.

作者:周水祥 单位:湖南有色冶金劳动保护研究院有限责任公司 非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室