赣南钨矿山通风系统共性问题分析与优化实践

汪光鑫，苑 栋，张树标

（赣州有色冶金研究所，江西赣州341000）

赣南素有“世界钨都”之称，黑钨矿资源储量与开采产量一直居世界首位，是我国乃至世界著名的黑钨矿产地，占我国黑钨产量的90%以上。赣南大部分钨矿山都经过几十年的开采[1]，浅部资源逐渐枯竭，为维持矿山的正常运转，而不断往深部中段延伸。钨矿山随着开采区域的扩大，掘进中段的延伸，作业点的增加，使得通风网络越来越复杂，原有的矿井通风系统发生巨大改变，矿井通风问题愈加突出，给矿山安全有序生产带来极大威胁。

1 赣南钨矿山通风系统共性问题分析

赣南钨矿地质类型以高温热液充填石英脉群控钨矿类型为主，矿体多为急倾斜薄矿脉，各钨矿山浅部主要采用平窿开拓，深部采用盲斜井或盲竖井联合开拓，几乎全部采用空场法开采，而且开采年限均较长，通风系统存在普遍的共性问题。

1.1 赣南钨矿山

赣南钨矿最早自20世纪1907年西华山发现钨矿以来，开采历史已超百年，区域内有10余个大型钨矿山及20余个中小型钨矿山，如大吉山、漂塘、铁山垅、茅坪、淘锡坑、岿美山、下垄、画眉坳钨矿等，其中，大型钨矿山主要为国有企业，中小型钨矿山大多属地方或民营企业。赣南钨矿体以薄矿脉为主，受矿体赋存条件的影响，各矿山基本上均采用有轨巷道运输，普遍规模不大，产能有限，生产设备更新换代较慢，自动化程度不高，年产钨精矿超过千吨以上的不多。赣南钨矿山开采纵深主要集中在200～400 m之间，许多矿山由于资源问题已结束或暂时结束上部多个中段的回采，基本进入相对钨矿山而言的深部开采，最深的宝山矿区开采纵深超过800 m。

1.2 通风系统共性问题分析

通过实地调查赣南9家不同规模且具有一定代表性的钨矿山或矿区——大吉山钨矿、茅坪钨矿、铁山垅钨矿、盘古山钨矿、下垄钨矿左拔矿区、漂塘钨矿的漂塘矿区和木梓园矿区、荡坪钨矿宝山矿区和樟东坑矿区的通风系统，并查阅搜集赣南其他钨矿山相关通风资料，总结分析归纳通风系统存在的共性问题。

1.2.1 通风系统不合理

赣南钨矿通风系统基于建矿初期上部区域开采条件、要求和产量而设计，通风网络设计合理有效，如盘古山钨矿的梳式通风网络、西华山钨矿的中段分区网络，上部中段开采时通风效果较好。随着开采年限的延长，矿山不断往深部开拓，增加生产中段和作业面，而开采设计主要从生产角度出发，注重直接经济效益，忽略深部通风系统与上部系统的兼容性，导致原有的通风系统无法满足深部生产的需要。矿山未及时从全矿整体通风角度优化通风系统，原设计服务上部的通风系统超负荷运行服务深部，通风系统不合理。

1.2.2 通风网络复杂

赣南钨矿往深部开采后形成平窿、盲竖井、盲斜井多种联合开拓形式，从上往下最大开采深度达800 m，形成中段最多近20个。由于深部矿石品位相对上部不高，矿山为维持产量需进行上部已结束回采中段的残矿回收，所以同时回采中段较多。小型采场多，作业点分散，中段区域面积广，有害角联巷道多，通风网络极其复杂，巷道断面小，通风线路长，通风阻力大，造成能耗高。

1.2.3 采空区漏风严重、风流调控难

据不完全统计，赣南钨矿山形成的采空区总量达约3 600万m3，已充填空区量约1 200万m3，剩余采空区总量约2 400万m3。大量采空区未及时处理，或难以处理，破坏通风网络，造成新鲜风流短路，污风串联，风流调控困难。部分矿山借助空区作为回风系统，将污风压至采空区通过自由扩散的形式，排至上部系统，造成污风难以有效控制。

1.2.4 自然风压作用明显

赣南钨矿山基本都在山区，而且绝大部分是平窿开拓，进、回风井标高差距较大，当季节发生变化时，两侧进回风道的自然风压对矿井通风系统造成严重的影响。夏季气温较高时，自然风压与主扇作用相反，对于使用小功率主扇的矿山常造成进风平窿出现无风、微风、甚至风流反向的现象，影响通风系统稳定性，威胁矿山安全生产。冬季气温较低时，部分矿山为降低能耗，甚至短时间停开主扇，借助自然风压作用，完全靠自然通风。

1.2.5 技术力量薄弱，通风管理难

各矿山由于缺乏专业的通风技术管理人员，整体的通风管理技术力量薄弱，通风制度和技术设施不够健全，难以及时发现通风系统存在的问题，快速有效地解决问题。

2 钨矿山通风系统分析与优化应用实例

2.1 通风系统调查

赣南某钨矿区井下通风系统采用平窿和中央盲竖井进风[2]，两翼对角回风的通风方式，中段根据矿体赋存位置、生产巷道情况，分区域地设计独立回风井（巷），确定为平行双向的网络。新鲜风流通过上部中段平窿进入，经提升竖井、管缆井等下至390 m中段以下，井下污风、有毒有害气体经区域内的主、辅扇联合作用排出地表。随着矿山开采年限的增加，开采范围不断扩大，开采深度不断延伸，开采条件越来越复杂，矿区地压问题显现严重，采空区贯穿地表，通风系统面临布局不合理、网络复杂、采空区漏风及自然风压影响等诸多问题。为优化矿区通风系统，提高通风效果[3]，首先开展井下现场的调查测定，了解通风系统现状，调查内容见表1。

表1 主要调查内容Tab.1 Main contents of investigation

2.2 仿真模拟分析

2.2.1 通风基础参数测定

应用风速测试仪、激光测距仪、通风阻力测试仪、风机参数测试仪等仪器进行现场测定，获取矿区通风系统基础参数，参照通风系统鉴定指标，优化前的鉴定结果见表2。

表2 通风系统鉴定结果 %Tab.2 Identification result of the ventilation system

2.2.2 仿真模拟分析

3DVent通风软件应用3DMine成熟的建模方法[4-5]，实现矿井通风系统三维化，反映通风系统整体结构以及巷道之间的连接和层位关系，而且兼容性强，支持各种常见矿用软件使用的文件格式，建模系统如图1。软件可实现最优通风设备选型，参数指标计算，可根据实际需要调节巷道风量，快速核算风窗大小或选择最佳辅扇增压调节，并推荐理论上最佳安装位置；适用于多风机多级机站复杂通风网络解算，支持串并联风机设计，能够解决采用多风机多级机站通风方法的大型复杂通风网络极端情况下的网孔自动圈划问题，内置独特的回路圈划算法，迭代计算收敛速度快。

图1 建模系统Fig.1 Modeling system

结合矿区通风系统实际情况，应用仿真模拟系统，基于测定基础数据，应用3DVent矿井通风三维仿真模拟系统构建可视化的数字分析模型，进行网络解算、网络可视化、通风信息数字化，分析存在的问题：（1）进入深部开采后，开采阶段随着矿体往中、东部延伸，开采区域扩大，通风路线延长，通风网络复杂，上部通风系统难以满足生产需要；（2）存在大量采空区，而且与地表贯通，又密闭不及时，漏风严重，受自然风压作用明显，影响矿井风流稳定性；（3）通风调控设施不完善，构筑物设置不及时，新风短路，炮烟倒灌，通风有效率低；（4）通风设备选型不合理，现场安装位置不当，对深部形成负压有限，而且动能损失大，运行效率低；（5）矿区规划继续向深部开拓，深部开采将继续偏离现有通风网络，通风难度更大。

2.3 通风系统优化

针对该钨矿区通风系统存在的诸多问题，从实际情况出发，旨在达到矿井通风设计规范要求，提出优化技术方案。技术方案主要从通风网络整体调整设计、通风动力优化计算和风流调控设施梳理及完善等方面考虑，以期提高全矿区通风效率，并重点解决深部通风问题，主要措施见表3。应用3DVent软件模拟优化方案措施[6-9]，通过网络解算、计算风流风量，核实确定优化方案的技术效果，辅助论证及优选最佳方案。

表3 优化方案内容Tab.3 The optimization program

优化方案的具体措施现场实施后，测定通风效果的各项指标见表2，主要通风巷道内的风量对比见表4。优化后矿井总进风量明显增加，采空区漏风得到有效控制，整体通风形成完整的两翼对角式通风网络，系统更合理，有效解决现阶段及未来深部作业通风问题。通风动力设备经统筹计算设计并重新安装后，设备运行效率更高，能耗损失更小。到达作业点风量、风质提高明显，风流调控达到预期目标，有效风量率、风质合格率达到规范要求，为矿山安全生产提供基础保障。新掘进的500 m中段东部专用回风井通地表、280～500 m中段倒段回风井、深部专用回风井，500 m中段新回风井增设风机等主要措施以及各中段风量分配情况如优化后矿井通风系统立体图2所示，方案实施后整体通风系统合理有效。

表4 主要通风巷道优化结果对比 m3/sTab.4Optimization results comparison of main ventilation roadway

3 结 论

图2 优化后矿井通风系统立体图Fig.2 Stereogram of mine ventilation system after optimization

（1）赣南钨矿山的矿体赋存状态、开拓方式、采矿方法、生产设备等相似，逐渐往深部延伸，通风系统存在共性问题。

（2）某典型赣南钨矿山通风系统存在布局不合理、网络复杂、采空区漏风及自然风压影响等共性问题，现场改造后，通风效果显著改善，各项指标结果明显提高。