矿井多级(机)站通风系统反风方法研究*

2018-06-11李卫国任甲泽贾敏涛

现代矿业 2018年5期

李卫国任甲泽贾敏涛

(1.海南山金矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.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)

矿井通风系统反风是矿井发生灾变时(特别是火灾)一项重要的控制风流的减灾、救灾措施。根据相关统计，地下矿山灾害发生频率较高的是透水、火灾和中毒窒息事故[1-5]。为尽可能避免发生矿井火灾和中毒窒息事故，矿井每年应至少进行2次反风试验，并测定主要风路反风后的风量。由于地下矿山井巷工程复杂，风流方向受到风机压力、自然风压和火灾发生时产生的火风压等多种因素影响，一旦井下发生火灾，须在预判风流可能的流动方向后，方可进行通风系统反风操作[6-9]。本研究对矿井多级(机)站通风系统反风方法进行探讨，供相关工程实践借鉴。

1 通风系统反风技术概述

矿井反风方法主要有反风道反风、无反风道反风和反转反风等，各种反风方法、方式的使用条件见表1[6]。

表1 通风系统反风方法和反风方式

对传统大主扇通风系统和单一的“一进一回”通风系统进行反风试验时，主要通过预先修筑的专用反风道或并联安装的备用风机作为反风道反风。文献[8]介绍了2种大主扇通风系统的反风试验方法，其一是在大主扇(轴流式或离心式)安装巷道一旁修建专用反风道，反风试验时将风机的出风口与反风道相连，风流由风硐压入总回风道，实现矿井反风；其二是轴流风机并联安装(一用一备)时，利用备用风机作为反风道，实现矿井反风。上述2种方法需要修筑专用反风道或现场安装有备用风机，通风系统建设初期投资大，由于现阶段金属矿山井下机站很少安装备用风机，故而上述反风试验方法难以适用于多级机站通风系统。

金属矿山通风系统自20世纪末从大主扇通风方式逐步发展到现阶段的多级机站通风方式，目前地下金属矿山多采用多级(机)站通风方式。与大主扇通风系统相比，多级(机)站通风系统风机数量多，风机位置分散。随着地下矿山产能逐步提升，千万吨级地下金属矿山开始出现，相应的通风系统已由“一进一回”相对单一的系统发展到“多进一回”，甚至“多进多回”的复杂通风系统。文献[10]介绍了多风井多主通风机矿井反风技术，采用了部分主要通风机保持正常运行，部分主要通风机停止运行，各主要通风机依次进行反风的操作思路。由于金属矿山回风机站位置相对较近，在1条风井的上下不同中段石门，甚至同一水平的2条石门内，机站间隔一般不超过100 m，风机在依次进行反风操作时，受到附近风机负压影响，停机后难以正常反转启动反风。因此，该技术在未修筑反风道的金属矿山适用性不强。

2 多级(机)站通风系统反风方法

2.1 多级(机)站通风系统构建

通风系统反风是井下发生火灾后的一种快速有效的减灾、降灾技术措施，因此反风方案设计须与通风系统的布置方式和火灾发生地进行综合分析。某典型的矿山多级(机)站通风系统如图1所示。

图1 多级(机)站通风系统示意

图1中通风系统的特点是：在上中段水平巷中先后设置上中段进风风机、上中段水平风门、下中段回风风机，从而将上中段水平巷分割为上中段进风机站巷、上中段用风巷以及下中段回风机站巷；在下中段水平巷中先后设置下中段进风风机、下中段水平风门，从而将下中段水平巷分割为下中段进风机站巷、下中段用风巷；在下中段用风巷和下中段回风机站巷之间设有下中段回风天井；在上中段水平巷上部设有上中段回风机站巷，上中段回风风机安装于上中段回风机站巷中，上中段回风机站巷的一端与回风井联通，上中段回风机站巷的另一端与上中段回风天井上部联通，上中段回风天井下部与上中段用风巷联通。

本研究认为反风方式选择的依据为最大限度缩小灾害影响范围和发生强度，将灾变发生的地点依据所处的环境不同分为进风侧和回风侧两大区域。当灾变发生于进风侧时，灾变产生的有害因子将随着风流进入采区，导致灾变进一步扩大，可采用进风风机和回风风机反转运行的全矿反风方式；当灾变发生于回风侧时，灾变产生的有害因子将随风流直接进入回风井巷，其影响范围不会进一步扩大，可采用进风风机和直接作用于灾变点的回风风机正常运行，其他回风风机关闭的通风方式。

2.2 通风风路确立

在图1所示的通风系统中关闭上中段水平风门、下中段水平风门，将所述的反风试验系统的风路分为：风路A(①-②-③-④-⑤-⑥--)和风路B(①-②-⑦-⑧-⑨-⑩----)。检测并绘制出风路A的相对静压分布图、风路B的相对静压分布图和2条风路的正负相对静压分界线，在中段平面图和井下现场分别标记出上中段水平巷正负相对静压分界点和下中段水平巷正负相对静压分界点。对于已经建立了相对稳定的通风系统的矿井而言，该类分界点相对固定，仅在某一小段巷道内移动。

根据图2，可将风路A中节点④的上风向划分为风路A进风侧，即①-②-③-④风路；节点④的下风向划分为风路A回风侧，即④-⑤-⑥--风路；将风路B中节点⑧的上风向划分为风路B进风侧，即①-②-⑦-⑧段风路；节点⑧的下风向划分为风路B回风侧，即⑧-⑨-⑩----风路。

图2 风路相对静压分布示意

2.3 反风试验

2.3.1 不同灾变点的反风方式

根据着火点不同，相应的反风试验方案为：①火灾发生于风路A或B进风侧，反风是出于降灾减灾的目的，当火灾发生于风路A或风路B的进风侧时，可采用上中段进风风机、下中段进风风机、上中段回风风机和下中段回风风机反转运行的全矿反风方式；②当灾变发生于风路A回风侧时，打开上中段水平风门，关闭下中段回风风机，采用上中段进风风机、下中段进风风机和上中段回风风机正常通风的方式；③当灾变发生于风路B回风侧时，打开上中段水平风门，关闭上中段回风风机，采用上中段进风风机、下中段进风风机和下中段回风风机正常通风的方式。

2.3.2 通风系统远程控制系统

通风系统反风作为一种发生灾害时的应急救灾、减灾措施，须能够快速实现(10 min以内)[5]。多级(机)站通风系统风机数量多，位置分散，且风机大多位于井下，为确保发生灾变时能够快速反应，以及能够方便、快捷、高效地对风机、风门进行控制，矿井多级机站通风系统须建立通风系统远程集中监控平台，通过风机和风门的远程集中监控平台实现上中段进风风机和下中段进风风机、上中段回风风机和下中段回风风机的开启、停止和反转操作，并通过风机远程集中监控平台实现上中段水平风门、下中段水平风门的开启与关闭。

2.3.3 反风试验案例

以图1所示的通风系统为例，若该系统的灾变发生于风路A进风侧，可采用上中段进风风机3、下中段进风风机3′、上中段回风风机5和下中段回风风机5′反转运行的全矿反风方式。具体实施步骤如下：

(1)检测正常通风状态下通风系统的运行工况，包括上中段进风风机3和下中段进风风机3′的进风量、上中段回风风机5和下中段回风风机5′的回风量、上中段用风巷4和下中段用风巷4′的风速、风量以及风向。

(2)检查上中段进风风机3、下中段进风风机3′、上中段回风风机5和下中段回风风机5′的反风门，固定上中段进风风机3、下中段进风风机3′、上中段回风风机5和下中段回风风机5′的出口反风风门，将风机远程集中监控平台设置为远控状态。

(3)在风机远程集中监控平台上依次关闭上中段进风风机3、下中段进风风机3′、上中段回风风机5和下中段回风风机5′。

(4)步骤(3)操作完毕3～8 min后，在风机远程集中监控平台上依次反转开启上中段进风风机3、下中段进风风机3′、上中段回风风机5和下中段回风风机5′。

(5)进行反风状态通风系统运行工况检测，包括上中段用风巷4和下中段用风巷4′风流稳定距离步骤(4)操作完毕后的时间，检测上中段用风巷4和下中段用风巷4′的风速、风量以及风向；检测上中段进风风机3和下中段进风风机3′的回风量、上中段回风风机5和下中段回风风机5′的进风量(图3)。

(6)在风机远程集中监控平台上依次关闭上中段进风风机3、下中段进风风机3′、上中段回风风机5和下中段回风风机5′，5 min后依次正转开启上中段进风风机3、下中段进风风机3′、上中段回风风机5和下中段回风风机5′，反风结束。