凡口铅锌矿通风网络与系统漏风原因分析及控制方法研究

卢海珠，谭浪浪，李亚俊

（1.中金岭南凡口铅锌矿，广东仁化 512300；2.湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

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凡口铅锌矿通风网络与系统漏风原因分析及控制方法研究

卢海珠1，谭浪浪2，李亚俊2

（1.中金岭南凡口铅锌矿，广东仁化 512300；2.湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

凡口铅锌矿伴随开采深度的增加，开采中段不断增多，通风系统趋于复杂化，主扇与工作面的距离越来越远，导致地表主扇的控制力降低，必须在井下安装风机。井下安装风机将导致出现循环风流，为提高通风效率，主要需控制循环风式漏风问题。通过分析循环风的形成，应用软件Vent-NetLab对有效的控制措施进行分析，并对凡口铅锌矿复杂的井下通风网络进行研究，为矿山下一步进行井下通风系统的控制方案研究及制定提供重要的基础资料。

通风网络；系统漏风；内部循环风流；通风效率

凡口铅锌矿随着矿井开采深度的持续增加，通风网络变得愈加复杂，采掘工作面离主扇工作的位置越来越远，其结果是风流路线增长、系统漏风增加。通风系统漏风严重导致风机对深部通风的控制力减弱，深部工作面供风量严重不足，深井通风的漏风问题是深井开采面临的重大问题［1～3］。

1 漏风方式分析

矿井漏风分为外部漏风和内部漏风两种。深井通风漏风主要为内部漏风，内部漏风的本质是通风系统中存在两种循环风流。一种是当风机安装在地表时，空气自地表进入矿井后，未流经作业面，从进风部分直接漏入回风部分的循环风流。另一种则是当风机安装在井下时，回风道的部分风流未流出地表，从某些漏风通道混入进风通道而形成的循环风流［4～6］。

因此，内部漏风的漏风方式主要分为三种：一种是井下各种通风构筑物的漏风；第二种是风流未经作业面，从短路通道直接流入回风道的漏风。两种漏风的基本特点是漏风风流在矿井自身系统内部循环流动并最终排出矿井。第三种是通风系统内部循环风，其本质为通风系统内部漏风［7］。

1.1 通风构筑物的漏风

通风构筑物主要起引导、隔断和控制风流的作用，保证风流按照需要，定向定量的流动。通风构筑物按其作用不同主要分为两类：（1）用于隔断风流的构筑物，如采空区密闭、挡风墙和风门等，其要求结构严密、坚固、漏风小；（2）用于引导通过风流的通风构筑物，如风桥、风障、风筒和调节风窗等。矿井通常所说的构筑物漏风主要是指密闭墙或风门等处的漏风。由于密闭墙构筑位置、结构不合理或由于密闭年久失修的原因，致使密闭不“密”［8］。风门漏风则导致局部风流短路，工作面有效风量减少。

1.2 短路风流

当风机安装在地表时，空气自地表进入矿井后，未流经作业面，从进风部分直接漏入回风部分的漏风风流。

如图1所示为某一简单通风网络，假设各分支风阻见表1，其中e4、e7为作业面，e10为回风井，e1为进风井。

如果风机安装在e10作抽出式通风或风机安装在e1作压入式通风时，会产生第二种漏风风流，其中风流e1→e3→e6→e9→e10、e1→e2→e5→e8→e10未经过作业面而直接排出地表，形成与地表组成的漏风风流。

如将风机安装在e10风路，采用抽出式通风，其中各风路风量见表1中风量1。由表1可知，两个工作面有效风量总量为4.92 m3／s，漏风量达25.08 m3／s，循环回路e1→e3→e6→e9→e10→e1中风量最小的风路为e3，风量为12.43 m3／s，另一循环回路e1→e2→e5→e8→e10→e1风量最小的风路为e8，风量为12.65 m3／s。e3、e8风量总和为25.08 m3／s，此为通风网络内部漏风总量。

图1 短路风流简单通风网络图

表1 短路风流风路风阻与风路风量变化

1.3 内部循环风流

如果风机安装在井下，例如e2或e9中，则会出现第二种循环风流。e3或e8会反向导致循环回路的形成，成为漏风通道。如图2所示，将风机安装在e9风路，各风路风量值见表2中风量1。由风量1可知风机安装在井下后，风路e5、e8风流方向发生了变化，形成e9→e8→e7→e9、e9→e8→e5→e4→e6→e9两个第二种循环风流，系统还存在第一种循环风流e1→e3→e6→e9→e10→e1。

由循环回路e9→e8→e7→e9可知e7作业面虽然获得15.4 m3／s的风量，但是风量均是经e8循环所得，因此有效风量为0。e4作业面风量虽然为7.25 m3／s，但只有从e2进入作业面的风流才是新鲜风流，因此有效风量为5.13 m3／s。

循环回路e9→e8→e5→e4→e6→e9中最小风量是2.12 m3／s。循环回路e9→e8→e7→e9最小风量是15.4 m3／s，循环回路e1→e3→e6→e9→e10→e1中最小风量是7.35 m3／s。因此，该系统内部漏风总量为24.87 m3／s。由此可知作业面有效风量也为5.13 m3／s。

图2 内部循环风流简单通风网络图

表2 内部循环风流风路风阻与风路风量变化

经研究，内部漏风的实质是通风系统中存在循环回路。实现内部漏风的控制就要控制通风系统中存在的循环回路。因此，首先要确定系统中存在的循环回路，并明确循环回路的位置。

如图1所示，将风机安装在e9，则e8必定反向形成循环风流。而e5方向则由其风阻与其它风路风阻确定。由于图1、图2为简单通风网络，系统中循环风流较为直观，可以通过人工计算分析来确定系统中循环回路的位置。

实际生产中的矿井通风网络是极其复杂的，是一种非线性的复杂系统。目前理论上并没有通用的方法来确定循环回路的存在与否，更无法明确循环回路存在时其所在具体位置。但对于具体的通风网络，可以通过数字试验的方法来确定其循环回路的实际情况。为此，开发了一款通风网络分析软件—VentNetLab，称之为通风网络实验室。其运行的基本思路是，先进行通风网络解算，确定各分支的风流方向，再对网络进行深度搜索以确定出循环回路位置。

2 凡口矿漏风原因分析

凡口矿矿井下需要通风的中段有20多个，井筒最大深度近900 m，较长中段的巷道走向长度超过2 000 m，同时作业的采掘作业面约120个，其通风网络复杂程度非常大。图3为该矿通风系统的东南等轴视图，从中可以看出其错综复杂的空间关系［9］。

图3 矿井东南视图（各个中段空间位置图）

凡口矿由安装在地表的三台主扇进行抽出式通风，每个主扇都控制其对应的中段，各开采中段风量变化关系如图4所示。三个回风井风量相当，分别为197.03 m3／s、198.42 m3／s、212.8 m3／s，平均每个中段需风量为27.64 m3／s。三台主扇通风总功耗达1 755 kW，通风系统内部漏风率高达30%，导致深部通风效果并不理想，－680、－710、－750中段风量分别仅为0.66 m3／s、4.06 m3／s、2.18 m3／s，如图4风量1所示，风量根本无法达到矿山安全生产标准。

为解决深部工作面供风量不足的问题，保证－680、－710、－750中段供风量符合安全生产标准，采用增加三台主扇风量和风压的方法，使得三个回风井的回风量均为400 m3／s，暂且不考虑回风井风速超标的问题，矿井通风压力将大幅度增加，三台主扇通风总功耗高达7 442 kW。然而，其中深部中段风量增加甚微，－680、－710、－750中段风量仍然仅为2.54 m3／s、7.86 m3／s、4.88 m3／s。风量变化曲线图如图4风量2所示。

单纯依靠增加三台主扇风量和风压的方法无法解决深部供风不足的问题，因此，必须采用井下安装风机的方法。井下安装风机往往都是根据用风地点风量由里向外进行风量分配。因此，需要在系统中确认哪些巷道是用风点，并通过需风点计算原则，计算其需风量。由于生产需要，井下风机基本安装在进、回风井石门处。需要计算各风机安装位置处需风量，然后固定风机风量，完成在这些需风点环境下整个矿井的风量分配。

图4 各开采中段风量变化关系

风机安装在需风点后，由于安装位置以及风量的分配不合理，导致网络里出现循环回路数较多。较之于简单通风网络，复杂通风网络由于其风道多、网络拓扑关系复杂等原因，只能借助于通风仿真软件对循环回路所在位置以及产生原因等进行分析。

凡口矿目前深部开采工作面主要分布在－500 m，－550 m，－600 m，－650 m，狮岭南采场分布在－400 m，－450 m，浅部位－280 m，－320 m，－360 m，东区采场主要分布在浅部－240 m，－280 m，－320 m，南盘区采场主要分布在－360 m，－400 m等中段。根据矿山开采现状以及需风量计算原则进行计算，初步设置需风点17个，各中段需风量确定后，应用VentNetLab通风模拟软件设置需风点，基本设置在各个中段总回风道处，控制各个中段的风量。

需风点设置完成后，应用VentNetLab通风模拟软件进行数字化模拟，使用软件的风量计算、查找循环回路以及统计等功能，并应用软件的查找功能对循环回路进行查找，如图5所示为网络里某个循环风流。

图5 复杂网络中的某循环风流

在上述需风点设置环境下，总需风量为590 m3／s，风机总功耗为1 535.33 kW，然而各需风点总有效风量却只有36.94 m3／s，系统中存在的循环回路数多达总计564个。此时的调节效率仅为：

式中：η为调节效率；∑Q有为需风点有效风量／m3·s－1；∑HiQi为通风总功耗／kW。

由该调节效率得知，大部分风流在井下形成循环风，内部漏风极其严重，漏风风流未能从地表排出，导致井下有效风量大大减少。

3 漏风的控制方法研究

如图5所示的循环体中，对天井进行密闭处理，应用VentNetLab通风模拟软件进行查找，该循环回路消除了。将系统中存在的循环回路查找出来，对相应巷道进行密闭处理，共计密闭30处，包含上部闭坑中段的石门、回风巷，以及部分主巷、天井等，使得各需风点总有效风量达到78.9 m3／s。此时系统调节效率为：

在满足需风点风量以及各中段风量的前提下，模拟增设了16处控风点，分别设置在各中段回风石门处，使得漏风通道两端压差降低，同时均衡矿井通风压力。从而使得总有效风量增大到150.5 m3／s，通风功耗降低为1 215.94 kW，此时系统调节效率为：

在需风点与控风点设置基础上，增设三个回风井井口的通风动力，各风井回风量为210 m3／s，各需风点有效风量总和为534.3 m3／s，通风动力消耗为1 512.47 kW。各中段风量如曲线图6所示。此时，调节效率为：

图6 矿山中段实际风量

4 结 语

通过不断模拟优化，使得内部漏风风量减少，保证通风效率尽可能达到最大。

对于凡口矿来说，通风系统的主要问题是井下存在的风流短路、风流压力不足、风流密封不严密等原因造成的内循环风流，严重影响了风流的利用率，造成深部井巷污风横行，影响工作面人员职业健康。

凡口矿目前面临的最主要问题是治理好矿井的循环风流、增加地面风机对于深部风流的控制力。而漏风原因的分析和控制方法的研究是下一步具体进行漏风控制的重要前提。

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Research on the Control M ethod Analysis on Fankou Lead-zinc M ine Ventilation Network and System Air Leakage

LU Hai-zhu1，TAN Lang-lang2，LIYa-jun2
（1.Fankou Lead-zinc Mine，Renhua 512300，China；2.Hunan Labour Protection Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410014，China）

Fankou lead-zinc deposit along with the increase of mining depth，mining the middle rising，ventilation systems tend to bemore complicated，more and more distant from the main fan and the distance of working face，it resulted in the decrease of surface ofmain fan control，and must install themine fan.Underground installation of the fan will lead to circulating wind flow，to improve the efficiency of ventilation，mainly to control wind circulation type air leakage problem.VentNetLab through the analysis of the formation ofwind circulation，the application software to analyze effective controlmeasures，and the fankou lead-zincmine to study the complicated mine ventilation network，it provides important basic data for the control scheme ofmine ventilation system formine next research.

ventilation network；system air leakage；internal circulation wind；the ventilation efficiency

TD728

A

1003－5540（2017）02－0001－04

2016－12－27

卢海珠（1968－），男，工程师，主要从事矿山生产技术管理工作。