下向进路分层无分段充填开采通风系统改进

樊海艳 张阳阳

(1. 枣庄科技职业学院电气工程系，山东 滕州277500;2. 招金矿业股份有限公司蚕庄金矿，山东 招远265400)

金属矿地下开采的采矿方法多种多样，但因金属矿体赋存产状复杂，以及矿岩坚硬，机械化程度低等限制条件，使得金属矿采矿过程中的通风技术还有很大的改进空间［1-2］。

某金矿的矿体自身破碎，自然塌落现象严重。矿体围岩为泥质粉砂岩以及绢英岩化花岗岩，矿体上下盘围岩极其破碎，下盘围岩稳固性较差。取Ⅰ号矿体11 中段W10 ～W12 勘探线之间的1111#采场为研究对象，试验结果表明，采用下向进路分层无分段充填开采时存在通风效率低、回采进路内风流质量差等通风问题。

1 巷道开拓系统

下向分层无分段充填采矿法属于安全可靠且能够降低贫化、损失的采矿方法，在某金矿所试验中段，进路沿矿体走向布置，由中间向两翼前进式自上而下分层回采，每分层回采结束充填时预留充填回风井［3］。采场巷道系统如图1 所示。

2 通风存在的问题

该矿区东部采用主井作为进风井，原东风井进行恢复作为回风井，这样东部形成主井进风，东风井回风的侧翼对角式通风系统。矿块内部采用下向进路分层无分段巷道充填采矿法，采矿工作面为进路式回采，独头巷道掘进。

在实际采矿过程中，通风一直是下向分层无分段充填采矿法难以解决的问题［4］，原有通风方式也与独头巷道通风类似，由于取消分段巷道与分段联络道，故将局部通风机安装在上部沿脉回风巷与充填回风井交接处，采用局部通风机抽出式通风。原有通风方法存在的主要问题是:

图1 采场巷道布置Fig.1 Layout of stope roadway

(1)新风进入开采进路后会经过充填回风井，绝大部分新鲜风未到达进路工作面之前就被充填回风井抽走，整个通风系统效率低。

(2)部分进入回采进路工作面冲刷后的乏风在进路中折回与新风混杂，风流质量差，工人作业环境差，增加生产成本。

(3)进路工作面新鲜风大量流失，进路通风效率低，通风成本变高，影响进路工作面的正常开采施工。

3 通风系统改造设计

3.1 进路式回采辅助通风装置

本研究所设计辅助通风装置主要针对进路沿矿体走向布置的下向进路分层无分段充填采矿法，主要由可悬挂于上覆充填体下的充填—回风井封堵板、悬固锚杆、可伸缩刚性风筒构成。

如图2 所示。封堵板中间开口，可将可伸缩性刚性风筒的尾部套进封堵板中间圆口，用螺丝拧紧，封堵板由悬固锚杆固定于上覆充填体下将充填—回风井下部井口封堵。可伸缩的刚性风筒可随回采进路的推进，由悬挂锚杆悬挂于上覆充填体下，风筒末端设计扇形进风口，如图3 所示。

3.2 进路式回采辅助通风装置作用机理

图2 回采进路辅助通风装置结构Fig.2 Structure of auxiliary ventilation device in mining drift

图3 圆环骨架式可伸缩性刚性风筒结构Fig.3 Structure of expansible rigid fan tube of circular framework

该辅助通风装置作用机理为在充填—回风井实现回风井功能时，一方面封堵板与刚性风筒结合由悬挂锚杆固定于上覆充填体下，防止回采进路内新风经过充填—回风井下口时被大量吸走，可保证回采进路内有足够的新鲜风。另一方面，可伸缩的刚性风筒随进路推进逐步伸长，可将冲刷工作面的乏风及时地抽入风筒内，再经充填—回风井进入上部沿脉回风巷。极大地提高回采时的通风效率［5］。

在该回采进路回采完毕充填—回风井实现充填进料功能时，将封堵板和风筒拆下即可。该装置可安装拆卸简易，操作方便。

如图4 和图5 所示。以图中A1、A2(分别代表改进前、后)风流路线为例，对比使用辅助通风装置前后的回采进路内的通风效果。

图4 A1、A2 风流路线对比图Fig.4 Comparison of airflow route A1，A2

图5 下向进路分层无分段充填采矿法通风模拟Fig.5 Ventilation simulation of slicing and backfill mining without sublevel in downward drift

A1所示为原有下向进路分层无分段充填采矿法，进路回采过程中，向左至第1 个充填—回风井，向右至第2 个充填—回风井之前，新风自沿脉运输巷经穿脉进风巷进入行人通风天井后的风流路线。

左侧通风效果:回采迎头面未超过第1 个充填—回风井，新风冲刷回采进路迎头面后直接进入行人通风天井，通风效果良好。

右侧通风效果:回采迎头面超过第1 个充填—回风井，未到达第2 个充填回风井之前，新风进入回采进路后，经过第1 个充填回风井时，大量新风未到达回采进路迎头面就被第1 个充填—回风井吸走，造成新风大量流失。

A2所示在右侧第1 个充填回风井下部进风口处安装辅助通风装置，悬固封堵板，进路内随迎头推进悬挂可伸缩刚性风筒之后，新风进入行人通风天井之后的风流路线。

左侧通风效果:与A1相同。

右侧通风效果:新风进入回采进路后，因辅助通风装置封堵板将充填回风井下口封堵，新风不会直接被充填回风井吸走，冲刷回采进路迎头面后，被吸入风筒经第1 个充填回风井内的局部通风机抽出进入上部沿脉回风巷。

在下向进路分层无分段充填采矿法进路［6］回采推进过程中，当回采进路迎头面超过第1 个充填回风井，则把风筒从封堵板上拆下，封堵板继续悬固在上覆充填体下，防止新风流经充填—回风井下口时被吸走，并在第2 个充填回风井下口安装封堵板和风筒继续辅助通风。

3.3 采用辅助通风装置后的通风效果

在该金矿1111#采场进行工业性试验，改造前进路回采工作风速为v=0.17 m/s，回采进路断面为6.5 m2。进路回采主要工序有钻眼、装药、除尘和出矿等。对其中耗风量最大的除尘工序所需通风时间进行试验记录，改造前、后除尘工序通风效果对比分析见表1。

表1 除尘工序通风效果对比Table 1 Comparison of ventilation effect of different dedusting procedure

通风系统改造后，每个作业循环除尘时间缩短了0.9 h，相对增加了出矿时间，并节约新鲜风3 299.4 m3。

4 结 语

通过在某金矿Ⅰ号矿体11 中段W10 ～W12 勘探线之间1111#采场的试验研究，证明该辅助通风装置效果良好，应用后极大地提高了下向进路分层无分段充填开采通风系统的效果。同等负压下，增大了回采进路内的新鲜风量，改善了作业环境，提高了采场工作效率。并且该装置结构简单、操作方便，使用灵活，成本低，在每分层回采结束后，可拆下循环使用，在下向进路充填采矿法中具有很好的推广应用前景。

［1］ 李海港，唐敏康，黄同林.金属矿山井下通风系统人机工程可靠性分析［J］.金属矿山，2011(12):26-28.

Li Haigang，Tang Minkang，Huang Tonglin. Analysis on ergonomics engineering reliability about underground ventilation system of metal mine［J］.Metal Mine，2011(12):26-28.

［2］ 陈喜山，梁晓春，李 杨.金属矿山矿井通风技术的新进展［J］.金属矿山，2002(9):55-57.

Chen Xishan，Liang Xiaochun，Li Yang.New advances in the underground ventilation technology of metal mines［J］. Metal Mine，2002(9):55-57.

［3］ 祝启坤，叶镇杰.金属矿山受控循环通风风量计算［J］. 金属矿山，1997(10):35-38.

Zhu Qikun，Ye Zhenjie.Air quantity calculation of the controlled circulation ventilation in metal mines［J］.Metal Mine，1997(10):35-38.

［4］ 柳明明.Ventsim 三维通风仿真系统在金属矿山的应用［J］. 金属矿山，2010(10):120-122.

Liu Mingming.Application of Ventsim 3D ventilation simulation system in metal mines［J］.Metal Mine，2010(10):120-122.

［5］ 谭允祯.矿井通风系统管理系统技术与理论［M］. 北京:煤炭工业出版社，1998.

Tan Yunzhen. Management Technology Theory of Mine Ventilation System［M］.Beijing:China Coal Industry Publishing House，1998.

［6］ 陶树银，熊正明，程 哲，等. 金属矿山矿井通风系统优化研究［J］.矿业研究与开发，2012，32(2):58-60.

Tao Shuyin，Xiong Zhengming，Cheng Zhe，et al. Study on the optimization of ventilation system of metal mine［J］. Mining Research and Development，2012，32(2):58-60.