河南省桐柏县银洞坡金矿通风系统优化

吴冷峻 周 伟 鲁智勇 王 广 山正红 王新明

(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.桐柏银洞坡金矿有限公司)

河南省桐柏县银洞坡金矿随着多年持续开采和开采范围的变化，采空区漏风干扰了通风系统的正常运行，尤其是近年来进入西区(小高尖竖井)-205 m 中段及以下水平开采，-245 m空压机硐室产生的热源导致采区作业中段进风段风温偏高，中段采场作业环境较差，供人员、材料及矿石提升的小高尖竖井出风存在严重的安全隐患。2018年1—5月，本研究通过对银洞坡金矿通风系统进行技术改造，确保矿井安全生产。

1 矿山概况

银洞坡金矿是我国首次发现的以银金为主的大型层控变质热液型矿床，矿区分为东、西两段，东段为露天开采，1997年转为斜井开采，西段为“89.2”工程探建结合项目，筹建于1992年。矿山采用中央主井、盲竖井、两翼风井的下盘竖井开拓方式，采用地下开采模式[1]。该矿山矿体倾角大多为35°～85°，厚度为0.63～2.03 m，属倾斜—急倾斜矿体，矿岩较稳固，从安全、高效、节约成本的角度考虑，选用浅孔留矿法开采[2-4]。依据采矿许可证划定的生产能力，矿山生产规模为23.1×104t/a。到2017年，矿区东段已经基本开采完毕，今后开采范围将集中于矿区西段小高尖-205 m及以下中段。

银洞坡金矿设计采用单翼对角布置的集中式通风系统[5-7]，设计矿井总风量为47.40 m3/s，中央竖井(东区)及小高尖竖井(西区)进风，东风井回风，东风井地表设置回风机站，安装1台K45-4-№13型风机，电机功率为90 kW，采用抽出式通风方式。 后期经调整， 在 -165 m水平16#线增设了1个回风机站，安装了1台K45-4№13型风机，电机功率为90 kW，该通风系统服务于-205～-365 m 5个生产作业中段。

表1 银洞坡金矿开拓工程各井筒参数

经过现场勘查、设计资料分析及通风系统现状监测，银洞坡金矿西区(小高尖竖井)通风系统存在的问题如下：

(1)矿井通风系统可靠性较差。受到采空区漏风影响，东风井地表主扇无法发挥系统总回风的作用，井下热风及采区污风无法沿设定路线排出地表，小高尖竖井实际成为回风井。根据相关监测数据，西区(小高尖竖井)出风量为48.63 m3/s，其中-205 m 水平(1中段)、-245 m水平(2中段)、-285 m 水平(3中段)的出风量分别为20.82，16.79，11.02 m3/s。小高尖竖井为人员上下、设备材料运送及矿石提升的综合井，该竖井出风存在严重的安全隐患。

(2)采场开采完毕后未及时充填，西区(小高尖竖井)-205 m水平以上的采空区漏风及风流紊乱问题开始显现，局部作业环境较差。-165 m中段以上上部采空区漏风通过-165 m东部10#线、11#线采区天井和西部16#线、19#线、20#线采区天井下到小高尖-205 m及以下中段的风量达27.19 m3/s。

(3)通风系统风流串联，污风循环。-245 m水平(2中段)19#线空压机硐室热源扩散(硐室内设备温度高达90 ℃)造成-205，-245，-285 m水平局部高温问题明显，-205 m水平19#线倒段通风天井联络巷温度达到46 ℃。小高尖竖井地表井口温度为-3 ℃时，-325 m水平(4中段)主巷独头掘进温度高达33～35 ℃。

2 通风系统优化改造

2.1 方案设计

(1)矿井通风系统风压平衡。为有效减少地下矿山采空区漏风对矿井通风系统的影响，可以从降低漏风巷道两端的压差来考虑，即均衡漏风通道进、出口两端的风压。通过网络风压平衡控制漏风量，其实质是通过设置调压装置或调整通风系统局部阻力来降低漏风巷道两端的风压差[8]；风量平衡控制漏风量则是通过设置通风设备以保证生产中段进风量和回风量相当，达到减少或避免系统外部漏风(采空区漏风)及内部多中段作业污风循环的目的。

(2)通风网络优化。通过对银洞坡金矿通风网络结构合理性进行分析、评价，本研究设计了“两进一回”的通风方案，即小高尖井下采用压、抽混合式通风系统，形成西部小高尖竖井、中央竖井进风；东部16#线采区回风井(断面规格由现有的1.5 m×1.8 m 扩大至φ3.5 m或3 m×3 m)及-165 m水平以上至35 m采区的回风井、东回风井出风。-245 m 中段(2中段)19#线空压机硐室热源通过19#线天井回至-165 m水平，以解决热风在采区中段扩散的问题。

(3)矿井总风量合理分配调控。改造后的通风系统前期服务于-205，-245，-285 m 3个中段，根据井下各中段风量需求，对系统风量进行了合理分配，系统回风机站控制总风量，各中段进风机站调控中段进风量并减少采空区漏风。

(4)机站设置优化。增设3个无风墙进风机站，分别在-205，-245，-285 m中段小高尖竖井车场石门安装了1台同型号风机(型号为K45-6№12,电机功率为18.5 kW)，控制小高尖竖井进风量，克服进风段通风阻力及采空区漏风影响；-165 m 水平已有的16#线回风机站(风机型号为K45-4№14,电机功率为132 kW)不变，采用变频控制方式。

(5)通风网络局阻、机站局阻优化。对小高尖矿井通风网络局阻、无风墙机站及有风墙机站局阻进行优化，结合系统风量及风压(含自然风压)要求，运用通风系统三维动态模拟及风机优选等技术，优选风机，确保矿井通风系统处于安全、可靠、高效、节能的工作状态。

(6)通风构筑物设置。通风构筑物合理设置对矿井风流调控及安全生产具有重要意义。当前井下-165 m水平与-205 m水平相通，采空区漏风问题较大，需要对井下通风构筑物进行优化布置。

2.2 通风系统优化改造效果

根据小高尖矿井通风系统技术优化改造方案，经过3个多月的现场实施，完成了小高尖矿井通风系统改造工作，并对改造后的通风系统和反风试验结果进行了监测分析，结果如下。

(1) -165 m 水平主回风机站运行1台K45-4-№14型风机(电机功率为132 kW)，运行频率为45 Hz，矿井总风量为61.04 m3/s，达到设计的47.4 m3/s 总风量要求。该风机实耗功率为101.32 kW，全压1 325 Pa，风机工作效率为79.82%。

(2)小高尖竖井进风量为34.46 m3/s，其中-205，-245，-285 m中段分别进风14.08，12.76，7.62 m3/s，-245 m中段16#线以东采空区漏风量为9.75 m3/s(有效)，-205 m中段16#线西侧穿脉巷采空区漏风量为10.21 m3/s(无效)，通风系统有效风量率为72.43%。

(3)采空区漏风量为26.58 m3/s，其中-245 m中段回风巷(16#线以东)漏风量为9.75 m3/s，-205 m 中段回风巷(16#线以西)漏风量为10.21 m3/s。

(4)小高尖竖井进风侧温度为28～30 ℃，为小高尖竖井长期处于回风状态井筒内集热所致，通风系统正常运行后，进风风温将与地表温度保持一致。

(5)通风系统反风试验时实现-165 m水平主回风机站风机反转运行，各进风辅扇停机，系统反风量为48.89 m3/s，为系统正常运转时风量的80.10%。系统反风后5～10 min内，井下风流流向稳定，通风系统各监测点的主要巷道风流均已反向。

3 结 论

(1)通过采用系统风压平衡原理、通风网络优化及机站优化技术，对银洞坡金矿通风系统采用压、抽混合式通风方式进行优化改造，有效解决了采空区漏风、小高尖竖井出风、采区中段污风串联的技术难题，并建立了稳定可靠的通风系统。

(2)矿井总风量为61.04 m3/s，达到设计的47.4 m3/s总风量要求。-165 m水平主回风机站风机运行效率为79.82%，系统有效风量率为72.43%。

(3)生产中段采用无风墙进风辅扇，对各中段风量进行合理调节控制。小高尖竖井进风量为34.46 m3/s，其中，-205，-245，-285 m中段分别进风14.08，12.76，7.62 m3/s。

(4)通风系统反风风量为48.89 m3/s，为系统正常运转时风量的80.10%。系统反风后5～10 min 内，井下风流流向稳定。