深地开采矿井中矿井通风技术的应用研究

胡保有

（山西兰花沁裕煤矿有限公司，山西 晋城 048200）

引 言

我国地层中的矿产资源非常丰富，在进行矿产资源开采的时候，常用的开采方式主要有露天开采和井下开采两种，而随着露天开采量的不断增加，浅部矿山已经越来越少，更多的矿山已经进入了深部开采的范畴。而对于深部矿床而言，开采过程中通风是一个非常重要的问题，其对于解决深地开挖矿井所面临的高温问题有着非常重要的意义［1－2］。因此，深地开挖矿井所需要解决的首要问题就是通风问题，由于深地开挖矿井的开挖深度常常会达到300m以上，所以对于通风的要求也更高，因此必须要采用合理的矿井通风技术。

1 深地开挖矿井概述

当前在对于矿井进行分类时，并没有一个统一的分类标准，一般深度超过300m时，可以视为深地开挖矿井，同时，如果深度大于一定的值而且会伴随地压显现剧烈或高温热害，也可以视为深地开挖矿井。对于深地开挖矿井而言，首先，其开采难度相比于露天开采及浅部开采更大，同时，开挖至地层深部时，地应力会显著增加，孔隙水压力也会大大增加，而且还会面临显著的高温热害等问题［3－4］。所以，对于深地开挖矿井而言，必须要保证矿井通风条件良好，只有采用科学的矿井通风技术，才能够更好地保证矿井的通风条件，同时保障开采作业的安全。

2 某煤矿及其矿井通风系统概况

2.1 矿山概况

该煤矿处于丘陵地带，其最低标高为＋120m，最高标高为＋223m，该矿床的2＃矿体矿石的储存量占到了整个矿床总储量的95%，但是2＃矿体大部分埋藏在－760m以下，埋藏较深，同时，其开采范围在－700m～－1 050m，最大矿体的宽度达到800m。在对该煤矿进行开采的过程中，采用的是竖井开拓系统，该矿山共使用了9座竖井，其中，主井的井深达到－1 100m，井筒的直径为5.6m。

2.2 矿井通风系统概述

由于该矿山面积较大，在开采的过程中分为新区和老区两部分进行开采，对于新区，其所采用的是两翼对角抽出式的通风方式，1＃副井、2＃副井和措施井3座井是新鲜风的入口，通过这3座井流经各个中段，然后，再通过主运巷分别进入到东侧及西侧岩脉巷道，之后到达各个作业地点。最后，从作业区排出的污风又通过倒段风井和3＃风井排出至地表。在新区共布置有2台配有变频器的风机。而在老区，则采用单翼对角式的通风方式，通过在矿井的进风石门及回风石门处分别安装风机，使得新鲜风通过专用风井和1＃副井流入和经过各个中段。

2.3 矿井通风系统现状

只有充分地了解矿井的通风系统运行现状，才能有针对性地采取措施对其进行优化，保证矿井内通风条件的良好。在对本矿井的通风系统现状进行分析时，主要通过对断面积、风速、风压及电机输入功率几个参数的测定，通过这些参数来反映矿井通风系统的运行情况。在对矿井断面积进行测定的过程中，所采用的公式如式（1）所示。

式中：B为巷道最大宽度，m；n为B的等分数；h1为初始点的巷道高度，m；hn＋1为末尾点的巷道高度，m；h单为除去第一个和最后一个点以外单号点的巷道高度，m；h双为除去第一个和最后一个点以外双号点的巷道高度，m。

在对矿井中的风速进行测定时，主要是利用热球式电风速仪和轻便式风速仪对确定的测风点进行测量，然后再利用侧身测量法的计算公式对实际的风速进行计算，计算公式如式（2）所示。

式中：s为测点断面积，m2；vs为校正后的平均风速，m／s。

在对风机装置的风压进行测定时，主要是利用皮托管压差计对风机的静压差进行测量，然后再利用式（3）对风机的风压进行计算。

最后，在对电机输入功率进行测定时，通过式（4）进行计算得到相应的输入功率。

式中：N为电机输入功率，kW；U为线电压，kV；I为线电流，A；cosΨ为功率因数。

采用以上方式对于通风系统的通风现状进行测定发现，在标高为－750m～－890m，新鲜风量的测定结果与设计需风量的对比情况如表1所示。通过对比发现，2＃副井出现了反风现象，同时，1＃副井的风流也较为紊乱，在中段内部风流风量的分配不是十分合理。而且，因为受到矿井通风系统的影响，导致整个矿井的回风阻力相对较大，使得有效风量相对偏低，新鲜风流也存在短路的情况。例如，在－790m中段，其进风相对不足，使得中段内部风流循环，同时，在－800m中段，风流又未得到充分的利用。

由于本矿井所采用的是二级机站通风系统，并且在部分专用进风井设置了2台风机联合作业，但是该通风系统只能够满足初期开采的通风需求，随着开采深度的加深，矿井中的通风条件发生了较大的变化，通过测定发现本矿井的风速合格率在50%以下，同时，有效风量率仅为36.58%，整个矿井中风机的效率仅为46.52%，使得矿井通风系统的整体指标偏低，不利于矿井的通风。

表1 新鲜风量的测定结果与设计需风量的对比情况

3 深地开挖矿井通风系统所存在的问题

3.1 通风效率不高

通过测定发现，在本矿井中，风机装置的效率为46.52%，按照地下矿山通风系统技术规范要求，风机的装置效率至少需要达到70%，因此本矿井的风机装置效率不高。之所以会出现这一问题，主要是由于风机机站的设置与矿井通风网络系统的匹配不够合理，虽然采用了风机联合作业的方式，但是在联合作业的过程中风机之间互相存在干扰，同时机站局部还存在漏风的问题。因此，虽然风机自身的性能基本良好，但是仍然出现了通风效率不高的问题。

3.2 风质合格率较低

通过测定发现，本矿井的风质合格率也不满足要求，通过分析发现，造成该问题的主要原因包括以下几个方面：第一，矿井下所使用的大型铲运机以及柴油机汽车在运行过程中会产生大量的尾气，而新鲜风流在进入到矿井中后受到了这些尾气的污染，所以导致风质受到影响。第二，本矿井所采用的是高溜井卸矿的方式，因此在卸矿的过程中会产生大量的粉尘，也会对新鲜风质造成影响。第三，在中段内所产生及排出的污风还会相互串联，由于本矿上采场是垂直穿脉布置的，几个中段都会被一个采场所贯穿，因此导致污风重新经过一个中段才能回至回风巷。第四，存在风流短路的情况，使得局部区域的风流较小，最终使得污风无法被有效地排出井外，使得风质的合格率较低。

3.3 通风网络不完善

由于本煤矿的面积相对较大，在该矿的新区其总的进风量基本能够满足设计的需风量要求，但是，对于部分新的开拓工程，其通风系统尚未形成，在矿石产量不发生改变的情况下，需风量有所增加，使得整个新区的通风网络和矿区的通风需求不相匹配。而且，通过测定发现，矿井通风系统风速的合格率在50%以下，同时，有效风量率仅为36.58%，风量的分配不够合理，致使风流发生紊乱，使得部分作业地点面临较差的通风条件。

4 深地开挖矿井通风技术的应用

4.1 优化井下通风构筑物

通过对本矿井的通风系统进行调查发现，本矿井的井下通风系统存在风流短路、局部风流停滞等问题，这些问题的存在使得新鲜风流不能够得到合理的分配。而导致这一问题出现的主要原因就是，存在穿脉贯通没有作业以及没有及时地对贯穿几个中段的采空区进行回填，因此，考虑首先对废弃的巷道及时地进行密闭处理，同时，对暂时不使用的巷道进行临时密闭处理，在使用频率不高的巷道设置柔性风门，例如，通过在出矿巷道及穿脉巷道设置柔性风帘，从而达到控制漏风的效果。如果存在没有及时填充的采空区以及暂停作业的采场，通过在其与穿脉相通的两端设置临时密闭或者是安装柔性风帘，然后再对井下现有的构筑物进行修整，从而有效地控制漏风问题，改善矿井下的通风条件。

4.2 减小回风系统的通风阻力

就井下通风系统而言，一方面，需要保证阻力的平衡，另一方面，也需要确保阻力的梯度变化，在整个通风系统之中，如果一个局部发生变化，井下的通风条件都会发生较大的变化，因此必须要减小回风系统的通风阻力。对于本煤矿而言，由于部分穿脉与回风巷的相交处沉积了许多的淤泥、污水及废石，导致穿脉与回风巷的相交处出现了严重的堵塞情况，所以通过对于穿脉、回风巷以及二者相交处所存在的淤泥、污水及废石进行清理，可以有效地减小本矿井回风系统的通风阻力，从而更加有利于井下通风条件的改善。

4.3 整体优化通风系统方案

要想更好地改善本矿井的通风条件，还需要对通风系统方案进行整体优化，结合本矿井的实际条件，可以采用如下方案：首先，不改变原通风系统的通风动力，在此基础之上再增加第二级风机机站，从而构成一个三级机站的通风系统，并且，在多个中段利用空气幕风流调节技术，依据各个盘区的需风量对硐室型风机进行安装，从而形成空气幕。空气幕主要是将风机安装在巷道侧壁的硐室内，然后再利用风机的供风装置朝着巷道之中喷射高速气流，使得风流被引射到需风作业面上，从而改善巷道通风条件。通过此方法对于各个中段所存在的风流分配问题以及漏风问题加以解决。然后，在矿井达到一定的生产能力时，再采用主辅联合的统一通风系统，在回风井井口的位置安装主扇，同时将2台主扇并联布置，并在盘区设置空气幕以分配风流，从而实现主辅联合的统一通风系统。最后，再依据矿井生产条件的调整适当地对整个矿井的通风网络以及通风构筑物加以调整，即可有效地改善矿井的通风条件。

5 结语

在本文的研究中，主要就深地开挖矿井中矿井通风技术的应用问题进行了相应的研究，首先就深地开挖矿井的概况进行了简要的介绍，然后结合某铜矿实例，对该矿井的通风系统以及通风系统的现状进行了分析，就其通风质量进行了评价。然后总结了该煤矿通风系统所存在的问题，主要包括通风效率不高、风质合格率较低以及通风网络不完善，最后，针对该矿井通风系统所存在的问题提出了优化井下通风构筑物、减小回风系统的通风阻力和整体优化通风系统方案的措施以改善矿井的通风条件。