罗河铁矿通风系统优化与调控技术*

贾敏涛 吴冷峻 张 辉

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；

3.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；4.安徽马钢罗河矿业有限责任公司)

罗河铁矿通风系统优化与调控技术*

贾敏涛1,2,3吴冷峻1,2,3张 辉4

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；

3.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；4.安徽马钢罗河矿业有限责任公司)

马钢罗河铁矿一期开采初步设计采用无底柱分段崩落法开采，之后由于该铁矿征地动迁可操作性差，采矿方法改用充填法，同时通风系统也需要进行重新优化设计。通过井巷工程的现场调研、采矿工艺研究和矿山热环境综合评价，确定了罗河铁矿多级机站通风技术方案。方案实施后，经现场检测，通风效果良好，井下作业环境明显改善。

多级机站通风 系统优化 网络解算

矿井通风是矿井安全生产的基本保障，是保证井下人员安全、健康，促进地下开采高效生产的一个重要因素[1]。我国自上世纪50年代初实行机械通风以来，在通风系统的完善和改进方面进行了大量工作，80年代以来又对矿井通风节能技术进行了探索，为建立适合我国特点的可靠而经济的通风系统积累了丰富的经验。以罗河铁矿为例，对其通风系统进行优化设计，为确保该矿山安全生产提供参考。

1 矿山概况

1.1 开拓系统

罗河铁矿矿体埋藏深度为-382～-846 m，一期首采矿体主要赋存深度为-440～-620 m。矿山开拓采用竖井开拓方式，一期形成6条竖井，即一期主井、副井、措施井、进风井、1#回风井和2#回风井，各井筒主要参数见表1。

表1 矿山井下主要井巷工程

1.2 采矿工艺

罗河铁矿初步设计初期采用无底柱分段崩落法开采，之后改为充填法：①垂直深孔阶段空场嗣后充填采矿法；②中深孔分段空场嗣后充填采矿法；③点柱式上向分层充填采矿法。

2 初步设计通风系统分析

2.1 初步设计通风系统

初步设计采用多级机站通风系统，在-545 m 水平设置专用进风水平，-440 m设置回风水平。在8#勘探线附近设置采区进风天井，每条采区进风天井与每个分层采矿进路联络巷相接，在采场东侧设置采区回风天井，每个分层的采矿进路联络巷与采区回风天井相接。

新鲜风流从副井和进风井进入，经-545 m水平专用进风巷，通过采区进风天井进入采矿进路联络巷，清洗工作面后的污风经采区回风天井回至-440 m 回风水平，经1#、2#主回风井排出地表，形成副井、进风井进风，主回风井回风的通风系统。

2.2 通风系统存在问题

(1)矿井通风网络不完整。通风系统缺主井、采区电梯井、斜坡道、联络巷，容易造成采区风流短路及污风循环问题，导致系统总风量不足。

(2)机站风机设置不合理。3级机站均为有风墙机站，一级进风机站风压较大，将在进风侧产生风流循环现象，且-545 m采区进风机站易受采区爆破冲击波和泄水(采区进风井兼作泄水井)影响而毁坏，直接导致系统无法稳定运行。

(3)通风系统能耗偏高。通风系统装机容量为4 713.5 kW，系统通风阻力为4 210 Pa(包括机站局部阻力，不包括通风网络局部阻力)，通风能耗及系统阻力偏大。

3 通风系统优化调控

3.1 技术路线

在分析研究了初步设计通风系统方案和采矿工艺的基础上，进行了通风系统方案优选和风机型号优选。在此基础上进行了通风系统网络解算，对方案的实施效果进行预测。在方案实施后，对整个通风系统实施效果进行全面检测，提出进一步整改意见。技术路线见图1。

图1 技术路线

3.2 矿井总供风量计算

正确计算矿井总需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，易导致井下劳动条件恶化，达不到安全通风的要求[2-3]。根据罗河铁矿井下柴油设备运行、采场分布、各大硐室分布和井下人员作业情况，核算了该矿井下通风系统总需风量为357.9m3/s，考虑到通风系统的动态性、需风地点的可变性和罗河铁矿存在高地温情况，在矿井总需风量的基础上需增加一定的备用系数。经核算，最终确定罗河铁矿井下通风系统总供风量为450 m3/s，按初步设计中矿山生产规模300万t/a计算，万吨风量比为1.5[4-5]。

3.3 通风方式与通风系统

罗河铁矿井下通风系统结合矿山基建措施工程的布置，设计采用“三进二回”的通风网路，进风井、措施井和副井进风，专用回风井回风的中央对角式通风系统。新风由进风井、副井和措施井进入井下-545 m进风水平和-560 m运输水平后通过设置于采场东侧的采区进风天井进入各个水平，风流通过用风地点后由设置于采场西侧的回风天井上排至-455 m回风水平，最后经总回风机站通过1#、2#主回风井排出地表。溜破系统的新鲜风流通过粉矿回收电梯井分别进入到破碎水平、皮带道水平、粉矿回收水平，清洗工作面以后通过破碎系统回风井上排至-560 m运输水平，在-560 m破碎系统回风井口设置溜破系统回风机站和除尘设备，污风经过除尘设备除尘达标后排放至-560 m运输水平。

3.4 通风设备与通风工程

井下共设3级机站，通风设备型号及安装形式见表2。

表2 井下主要风机安装分布

经现场调研，-455 m水平4条主回风巷断面设计施工面积为9 m2，4条巷道回风断面施工面积共计36 m2，系统设计风量为450 m3/s，4条大巷回风断面偏小。为了保证通风系统稳定，为矿山后续持续发展留有余地，设计将-455 m水平4条回风大巷断面均刷大至15.49 m2。同时考虑到井下通风系统的稳定调控，在井下设置了部分通风构筑物，具体安装位置和安装形式见表3。

3.5 通风系统网络解算结果

罗河铁矿通风系统网络共包括115个节点、181条分支、10个机站。通风系统优化方案计算机网络解算结果分别见表4、表5。

罗河铁矿矿井总风量为457.46 m3/s，满足设计的矿井总风量要求(450 m3/s)，溜破系统进风量为40.89 m3/s,通风系统机站平均效率为85.3%。进风井平均风速为8.91 m/s；措施井平均风速为1.24 m/s；副井进风量为181.39 m3/s，平均风速为5.47 m/s。1#回风井平均风速为9.29 m/s；2#回风井平均风速为9.97 m/s，各井筒进回风风速均符合矿山安全规程要求。

4 应用效果检测

(1)通风系统正常运行时，系统总风量为469.21 m3/s，满足通风系统优化方案设计要求。系统风机装机容量为2 065 kW，实耗功率合计1 607.86 kW，系统风机平均效率为80.96%，满足“系统平均风机静压效率不小于70%”[6]的要求。

表3 主要通风工程和通风构筑物

表4 通风系统优化方案解算结果

表5 通风系统优化方案网络解算风量分配 m3/s

(2)溜破系统总进风量为38.35 m3/s，溜破系统总回风量为38.35 m3/s。

(3)通风系统有效风量合计326.20 m3/s，系统有效风量率为69.52%，满足通风系统有效风量率≥60%的合格标准[6]。

(4)各检测点CO检测值为(0～6 )×10-6，NO2检测值为(0～0.1) ×10-6，SO2检测值为(0～0.2) ×10-6，各测点均未检测到H2S气体，有毒有害气体满足规定限值要求[6]，井下空气质量合格率为100%。

5 结 论

(1)在进行主要通风设备选型时，应充分考虑到井下分风的问题，进风机站风机全压不宜过高，仅克服进风井筒通风阻力即可，应避免进风机站风压过高而在进风侧形成的风流循环现象。

(2)井下主要井筒和巷道的风速在满足安全规程要求的前提下还应当考虑其经济性，在保证通风需要和规程要求的情况下应进行通风系统的经济性分析，避免因盲目减小通风系统初期建设投资而增加通风系统能耗，造成通风系统运行成本过高。

[1] 吴 超.矿井通风与空气调节[M].长沙：中南大学出版社，2008.

[2] 《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料[M].北京：冶金工业出版社，1982.

[3] 王运敏.现代采矿手册：下册[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[4] 《采矿设计手册》编写委员会.采矿设计手册：矿床开采卷[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.

[5] 周培棋，李弘煜，贾敏涛.丁家山铅锌矿通风系统优化[J].现代矿业，2014(9)：148-149.

[6] 中华人民共和国国家安全监督管理总局.AQ 2013.2—2008 金属非金属地下矿山通风技术规范[S].北京：煤炭工业出版社，2009.

*“十二五”国家科技支撑计划项目(编号：2012BAB14B01)。

2015-01-01)

贾敏涛(1987—)，男，助理工程师，硕士，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。