深井开采通风系统优化改造方案研究

石乃敏，黄世顶

(1.广西现代职业技术学院， 广西 河池 547000； 2.广西高峰矿业有限责任公司， 广西 南丹 547205)

深井开采通风系统优化改造方案研究

石乃敏1，黄世顶2

(1.广西现代职业技术学院， 广西 河池 547000； 2.广西高峰矿业有限责任公司， 广西 南丹 547205)

某金属矿山开采深度近1 000m，由于通风工程未能及时进行优化改造，在开采深矿体时，出现深部风量小、能耗高、气温高等通风问题，严重影响深部资源开发和安全生产。通过对通风系统实际测量和数据分析，提出了4个通风系统优化改造方案，经技术经济比较，最终确定方案二为最优通风系统改造方案。

深井开采； 通风系统； 优化改造

1 矿山概况

某矿为地下开采的金属矿山，为锡石～硫化物多金属矿床，矿体埋藏深度800～1 200m，属于深井开采。矿山采用机械化上向水平分层充填法采矿，生产能力30万t/a，采用竖井、斜井联合开拓。矿山从1990年开始主要开采-79m标高以上的100号矿体，已基本采完，仅剩下零星部分矿体。目前，矿山转入深部105号矿体的开采，井下有回采工作面9个、备采工作面3个、掘进工作面14个，回采主要集中在-151、-200m中段，正在进行-250m中段开拓。按各生产中段需风量要求进行计算，-60m以上中段总需风量为44.8m3/s，-60m以下中段总需风量为139.51m3/s，总需风量为184.31m3/s，风流需求量大，且主要用风点集中在-60m以下中段。

2 矿井通风系统及现状

2.1 通风系统

矿井通风系统采用“两进三回”的中央进风两翼回风的对角式通风系统，“两进”即将田角锌窿与下拉甲窿作为深部主要进风井，同时利用竖井、探采斜井作为辅助进风井，“三回”即将恒源隆、华星窿、龙山窿作为回风井。采用多风机多级机站抽压结合的通风方式。

矿井通风系统由100号矿体通风系统和105号矿体通风系统两个相对独立的系统组成，其中100号矿体通风系统主要为-70m标高以上原100号矿体开采服务，105号矿体通风系统主要为-70m标高以下105号矿体开采服务，现有通风系统(100号+105号)是进行105号矿体详查施工时建设的通风系统。通风系统示意图如图1所示。

图1 通风系统示意图

2.2 通风系统现状

矿山经过20多年的开采，开采深度不断增加，通风系统变得复杂，漏风严重，风流絮乱。通过对矿井通风系统进行实际测量及数据统计，得出深部105号矿体的进风量仅为71.58m3/s，到达深部风量小，导致井下部分区域气温偏高，空气闷热，采场温度高达32℃以上，不能满足井下生产通风要求。因此，必须对现有矿井通风系统进行优化，对矿井进风线路进行改造。

3 矿井通风系统优化方案

3.1 通风系统优化原则

(1)根据矿山具体条件，结合矿井开拓方式、采矿方法、矿井生产能力和矿区地形地貌等因素，确定合理的通风系统。

(2)减少矿井内部漏风，提高有效风量率，形成完整的中段通风网络和采场通风网络是建立一个完善的矿井通风系统的重要措施。

(3)在保证正常、良好通风效果的前提下，尽量降低通风费用。通风系统以不开拓通达地表的新进风井和回风井为宜，尽量利用现有的通风井巷，以减少专用通风井巷的工程量和工程费。

3.2 不可选方案

(1)方案一：田角锌窿改造。田角锌窿巷道长度达3 539m，断面仅3.5m2，偏小；如果将其改造为进风井，不仅工程量大、费用高、工期长，较难尽快为矿井深部服务，而且改造后管理难度大，通风耗能大。因此，不再对田角锌窿进行改造和使用，排除此方案。

(2)方案二：延伸竖井改造。如果将竖井按原中心坐标进行延伸至-200m以下，则-200、-151、-103、-60m各中段6#马头门距延伸竖井水平距离最短为846.9m，最长为936.6m，与200m水平竖井马头门至4#盲斜井口的运输平巷距离544m相比要长很多。这种改造无论对运输还是行人都是费时费力。因此，不将竖井按原井筒中心坐标延伸，排除此方案。

3.3 可选方案

根据矿井通风系统现状、存在问题及今后生产对通风的需求，在反复深入现场调查研究、收集相关图纸和资料、了解矿井生产和通风系统详细情况的基础上，提出以下4个通风系统优化改造方案。

(1)方案一：进风井为竖井+探井+下拉甲窿，回风井为黄瓜洞回风斜井。通风网络见图2。

图2 方案一通风网络流程图

从图2可以看出，下拉甲窿是深部矿体新鲜风流的主要来源，进风量需达到100m3/s，目前所测得的下拉甲窿口进风量仅有41.245m3/s，需要对下拉甲窿巷道进行刷帮至10m2。

在进风井风量达到要求之后，为了确保新鲜风流能够沿人员提升井流动，将-22～-166m斜井改为进风斜井，并在斜井井身-83m标高处堵截，使下拉甲窿的新鲜风流进入-83m分层，然后新鲜风流再经过一段-83m分层联络巷道进入6#盲斜井，最终将风流按需送入各中段和分层。

在-60m中段6#盲斜井口加设风门，以将4#盲斜井下来的热风和下拉甲窿新鲜风流隔开；将4#盲斜井下至-60m中段的热风通过新掘联络巷道导入-60～-151m回风井，汇入回风风流排出地表。在下拉甲窿-21m中段需安装一台DK45- 6- NO20/2×250风机，此风机不需要新购置，将-60m田角锌窿口的此型号风机移到此处即可。

(2)方案二：进风井为竖井+探井，回风井为黄瓜洞回风斜井。通风网络见图3。

图3 方案二通风网络流程图

从图3可以看出，地表新鲜风流进入探井后，大部分风流要求通过1#盲斜井到达200m中段，因此应将1#盲斜井改造成专用进风斜井，并保证井身壁面光滑，减少沿程风阻。新鲜风流从200m中段分两路下至-60m中段，一股风流按原线路，即经过4#盲斜井至-60m中段；另一股风流选为从距竖井马头门较近的11#A盲斜井至10m中段，再通过7E#盲斜井至-60m中段。同时密闭这两个斜井的所有漏风点，保证新鲜风流全部到达-60m中段。

另外，不再将11A#盲斜井和7E#盲斜井作为提矿(废)井，而是作为专用进风斜井。根据风量及风速要求，将断面面积刷大至13m2；采取措施阻止11A#盲斜井井口不能使铲车联道污风风流混入。

(3)方案三：进风井为竖井+探井+新打竖井，回风井为黄瓜洞回风斜井。在8#盲斜井井口附近选择确定适宜的新竖井中心坐标位置，新竖井从地表直通至深部，与105号矿体每个中段相联通，并随矿体开采进度而延深。新打竖井既承担105号矿体人员、材料和矿石的提升，还作为105号矿体的进风井。在105号矿体每个中段南端和北端与回风天井相联处装设可调节辅扇，以便于按中段风量所需进行调节。

(4)方案四：进风井为竖井+探井+盲竖井(从200m水平至深部)，回风井为黄瓜洞回风斜井。在8#盲斜井井口附近选择确定适宜的新盲竖井中心坐标位置，然后在200m中段从距离较近位置掘平巷至选定坐标位置，并按选定坐标位置打新盲竖井，垂直贯通至深部，与105号矿体每个中段相联通，并随矿体开采进度不断向下延深。新打盲竖井主要承担人员、材料和废石的提升，同时作为深部进风井。在105号矿体每个中段南端和北端与回风天井相联处装设可调节辅扇，以便于按中段风量所需进行调节。

3.4 方案技术经济比较

对矿井通风系统4种方案进行技术比较，见表1。对矿井通风系统4种方案的井巷工程、设备投资估算进行比较，见表2。

表1 矿井通风方案技术比较

3.5 方案确定

通过对4种方案进行技术和经济比较，方案一和方案二井巷工程和设备投资费用相差不多，而且能够尽快投入矿井生产服务；方案三和方案四投资额度大，无法较快地投入矿井生产服务，但建成后矿井通风系统简单、高效、节能、可靠，比方案一和方案二可减少电耗约400kW，年节约电费约280万元，而且对矿山开拓、采矿、运输等效益都有很大提高，矿石单位成本将会有较大幅度下降。鉴于该矿山通风系统存在的问题，结合矿山现状和未来发展需要，经综合分析、对比论证，最后确定采用方案二进行通风系统优化改造。

4 结语

(1)新鲜风流在进入100号矿体通风系统后，运行线路较长且复杂，漏风严重。实测深部进风民窿斜井井口进风量为57.412m3/s，到达井下的有效风量为 29.415m3/s，占井口进风量的51.23%。深部风量小是造成深部通风困难、高温的主要原因。

(2)根据该矿井实际情况，从风量、风阻、技术、经济等方面综合考虑，对提出的4个改造方案进行对比分析，确定方案二优于其他方案，也优于原通风系统，建议采用方案二对现有通风系统进行改造。

(3)在采取方案二进行通风系统优化改造同时需对主要进风路线、 回风路线上的所有漏风点，以及已结束作业的废弃井巷、空区采取密闭措施。减少漏风，提高矿井有效风量率，使井下各作业地点及各中段按需分风，使风流按生产需要和已设计的通风线路流动。

表2 井巷工程和设备投资估算比较

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Study on optimization and transformation of ventilation system in deep mining

The mining depth of a metal mine is nearly 1 000m. Due to the ventilation project can not be carried out in time, there were ventilation problems in the mining of deep ore bodies, such as insufficient air volume supplied, high energy consumption and high temperature, which seriously affected the development of deep resources and safe production. Through the actual measurement and data analysis of ventilation system, four optimization schemes of ventilation system were put forward. By technical and economic comparison, it was concluded that the second scheme was the optimum reconstruction scheme.

deep mining; ventilation system; optimization and reconstruction

TD724

A

2016-12-16

2017-01-18

石乃敏(1965-)，男，广西河池人，副教授，主要从事矿业工程方面的教学与科研工作。

1672-609X(2017)03-0010-05