某铜矿通风系统优化与改造研究

陈庆刚，葛启发，2，杨卓明，汪浩浩

(1.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038；2.北京科技大学，北京 100083)

0 概述

当前，大多数矿山生产任务繁重，普遍存在着多中段同时回采，甚至一个中段内多分段同时回采的现象，导致矿山用风地点分散、上下污风串联污染、通风效率低下以及通风能耗高等问题。同时，采场开采完毕后，部分矿山并未重视采空区及废弃巷道的治理，导致井下漏风地点数量多、分布广，通风管理复杂，通风网络不稳定等问题。因此分析矿山通风系统现状，找出主要影响因素，提出通风系统优化改造方案，对井下开采矿山的安全生产和经济效益具有重要意义[1-2]。

1 矿山通风系统概况

1.1 通风系统现状

某铜矿采用抽出式通风系统，当前矿山上部矿体通风系统已经形成，正在进行单中段回采作业，同时生产4 047 m中段的4 097 m、4 059 m共计两个分段。矿山新鲜风流经副井、4 122 m主进风平硐、4 047 m主运输平硐和辅助斜坡道进入井下，通过沿脉、穿脉进入各中段采场等用风点，污风汇入4 122 m主回风平硐，最后由主扇排出地表。当前生产所需风量为132.0 m3/s。

矿山目前在4 122 m主回风平硐内安装2台主扇，主扇并联布置，当前一台工作，一台备用。同时矿山在4 097 m分段的9线附件施工一条9线回风井，作为4 097 m分段的主要回风通道，并在9线回风井井口安装一台主扇，将4 097 m分段的污风引至4 122 m回风平硐。此外，在4 059 m分段安装一台辅扇，用于控制该分段的风量和风流走向，4 059 m分段的污风向上经充填回风井回至4 097 m分段通风网络，向下经充填回风井回至4 047 m中段，通过2#回风井汇入4 122 m主回风平硐。

1.2 通风系统存在问题

(1)通风系统漏风严重

该矿山自投产以来，一直采用浅孔留矿嗣后充填法进行开采，经过多年的生产，在矿山上部开采结束后留有采空区，采空区数量多、分布广，部分采空区已经贯通地表。此外，矿山上部还留有大量连通地表的平硐。通过通风系统检测和分析，无论整个矿山还是单个水平，漏风现象均很严重，当前矿井总回风量为133.5 m3/s，而4 122 m主进风平硐、4 047 m主运输平硐、辅助斜坡道、副井等主要进风通道的总进风量仅为31.93 m3/s，总回风量远大于总进风量。

表1 当前矿井主要进回风通道通风状况

(2)污风串联问题突出

矿山同时生产4 047 m中段的4 097 m、4 059 m共计两个分段，根据通风现状，4 097 m分段的污风主要经9线回风井直接进入到4 122 m回风水平，而4 059 m分段的污风通过溜井以及充填回风井分别进入到4 047 m与4 097 m水平。因此4 097 m分段和4 059 m分段的污风主要在4 097 m分段汇集，造成该分段通风质量差，上下分段污风串联问题突出。

(3)通风网络效率低

图2 矿山漏风通道示意图

井下生产用风点风量低，主要进风通道存在着无风、微风以及风流反向的现象，通风系统不稳定。整个矿山的回风动力均位于北侧，即最低气压点集中位于北侧，而矿山设计的总进风通道位于南侧，在存在众多漏风通道的情况下，4 059 m分段与4 097 m分段的进风均通过漏风通道直接进入到其北侧通风系统，导致南侧与东侧风量严重不足，通风网络效率低[3-4]。

2 矿山通风系统优化改造

2.1 漏风通道治理

当前矿山的漏风通道，严重影响了副井、辅助斜坡道、4 047 m运输平硐以及4 122 m进风平硐等主要进风通道的风量稳定性，为保证井下作业安全，简化通风管理，必须首先对矿山现有漏风通道进行治理。

根据现场风量检测，在4 122 m回风平硐9线回风井外密闭风门关闭的情况下，密闭风门外侧的4 122 m回风平硐巷道的风量波动不大，因此4 122 m水平以上存在漏风点，风量经漏风点绕过4 122 m平硐直接进入井下4 097 m和4 059 m生产水平，导致设计的主要进风通道出现无风，甚至反风的情况。

4 122 m水平以上有5个生产分段，且均已开采完毕，存在通往地表的平硐口共有10个，需要对各平硐口进行密闭处理，针对已经布置密闭设施但是存在漏风的进行密闭改进处理，没有布置密闭设施的增设密闭通风构筑物。同时采取措施对贯穿地表的采空区进行密闭，阻断采空区与井下的联系。

2.2 通风网络优化

根据矿山现有通风网络，4 097 m分段和4 059 m分段的污风主要在4 097 m分段汇集，井下污风串联问题严重，作业环境差，因此需要优化现有通风网络。

将4 122 m水平完全作为回风水平，与4 122 m进风平硐进行隔断。将充填回风井作为主要回风通道，4 097 m分段和4 059 m分段的污风均通过充填回风井直接回至4 122 m主回风平硐[5-6]。

2.3 通风构筑物优化

根据通风网络优化方案，9线回风井与2#回风井不再作为当前井下的主要回风通道，因此针对性取消4 122 m主回风平硐于9线回风井处的密闭风门，同时相应在9线回风井4 097 m分段联络道和2#回风井4 047 m中段联络道新增加调节风门，用于中段和分段运输巷道的回风控制。

2.4 通风设备优化

4 122 m主回风平硐口的主扇作为整个井下通风的主要动力源，服务于全矿通风。同时取消9线回风井井口处的主扇，将其挪至南侧进风天井4 047 m联络道处，增加矿山南侧的动力源，克服井下漏风导致南侧风量不足的问题。此外，在充填回风井井口设置局扇进行采场风量调节。

3 通风优化方案模拟

3.1 Ventsim VisualTM三维通风仿真系统介绍

Ventsim VisualTM三维通风仿真系统是一款国际比较流行和广泛认可的矿井通风软件工具，基于独立平台开发，兼容性强。软件可以用于风流模拟、热模拟、污染物模拟和通风经济性分析，并且预测矿井串联通风和循环风，准确解算矿井通风网络，解算结果不仅可视化效果好，操作简便，而且能够反映矿山通风现状，对矿山通风系统优化改造具有重要的指导意义[7-9]。

3.2 通风方案模拟

在矿山井下漏风通道治理基础上，对方案一现有通风网络结构和本论文提出的方案二通风优化改造方案进行分析和比较。

3.2.1 方案一现有通风系统

方案一的通风网络结构如图1所示，通风仿真结果如表2、表3所示。

图1 矿山现有通风网络结构示意图

表2 方案一通风网络解算结果

表3 方案一主要通风巷道风量分配表 m3/s

3.2.2 方案二通风优化改造方案

方案二的通风网络结构如图3所示，通风仿真结果如表4、表5所示。

图3 通风优化改造方案通风网络结构示意图

表4 方案二通风网络解算结果

表5 方案二主要通风巷道风量分配表 m3/s

3.3 通风方案比较结果

根据Ventsim VisualTM三维通风仿真系统的模拟结果可知，在完成漏风通道治理的基础上，方案一和方案二的整个通风网络均能满足井下作业需求。

虽然方案二在初期需要新增调节风门，同时需要将9线回风井的辅扇移至矿山南侧，初期投资和对生产的影响程度均大于方案一，但是结合仿真模拟结果分析，优化后的方案二通风网络较方案一更加稳定，通风网络效率更高，同时解决了4 097 m分段和4 059 m分段污风串联问题，能够显著改善井下作业通风环境。此外，方案二通风网络年功耗成本每年较方案一减少电费支出约31万元(45 797美元)。综上分析，从长期来看，在通风系统稳定性、网络效率以及经济效益等方面，方案二具有明显的优势。

4 结语

通过对某铜矿通风系统存在的问题进行分析，指出了亟需采取的治理措施，同时提出了通风优化改造方案，并在漏风通道治理的基础上，将优化改造方案与矿山现有通风网络系统进行了对比。通过利用Ventsim VisualTM三维通风仿真系统对两个方案均仿真模拟可知，方案二能够显著改善井下作业环境，简化通风管理，提高通风系统稳定性，经济效益突出，因此方案二较方案一优势明显，为矿山通风系统优化和改造提供了重要的指导意义。