三山岛金矿西山矿区通风系统优化

程 力 刘兴全 张皓钦 尹延天

(山东黄金集团有限公司深井开采实验室)

矿井通风系统是保证地下金属矿床安全高效开采的重要环节，也是矿山工人职业健康的基础保障[1-2]。通过对通风系统的综合评价，了解矿山安全生产的薄弱环节，提出相关治理改善措施，从而有效预防和遏制安全事故的发生。三山岛金矿是我国第一个地下开采的滨海矿床硬岩矿山，矿山下设西山、新立、平里店3个矿区。当前西山矿区已开拓至-960 m水平，在开采过程中F3断层伴有水温达42 ℃的涌水点。同时，随着开采深度、采掘总量及深部机械化作业水平提升导致的机械设备散热增加，井下作业环境更加恶劣。相关通风技术人员多次对井下通风参数进行现场实测，检测到个别局部独头掘进作业面温度达40 ℃，相对湿度为100%，矿山深部高温高湿热害日益凸显。本研究通过对三山岛金矿西山矿区通风系统进行技术改造，确保矿井安全生产[3]。

1 矿井通风系统现状

西山矿区采用竖井+斜坡道开拓系统，主要采用上向进路充填采矿法和上向水平分层充填采矿法。矿区现阶段采用主混合井、主斜坡道、进风井、辅助斜坡道进风，南、北两翼回风井回风的通风方式。矿区南风井-330 m水平回风机站设置1台DK46(CII)-8-№28风机，机站回风量为233.15 m3/s。北风井-150 m水平回风机站设置1台DK46(CII)-8-№28对旋风机(主扇)，机站回风量为190 m3/s。

相关技术管理人员多次对矿山井下主要作业区域的通风情况进行了全面检测。经现场勘查和分析，西山矿区通风系统存在以下几个问题。

(1)通风系统可靠性较差，总风量不足，各作业区域风量分配不合理。

(2)回风系统工程欠缺。南翼南风井及老南风井(倒段风井)承担深部总回风，-600～-780 m水平回风井净断面为23.63 m2，与-600 m水平以上回风断面(32.55 m2)及-780 m水平以下回风断面(32 m2)匹配性较差，出现卡脖现象，导致南翼回风系统阻力偏大。

(3)南翼-780 m水平接力回风风机性能下降明显，深部回风量(90 m3/s)明显不足，导致深部井下作业环境温度、湿度偏高。

由于上述问题的存在，导致该矿井下通风效果较差，不符合《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423—2006)要求[4]。

2 通风系统优化调控

2.1 优化思路

西山矿区作为三山岛金矿当前主要生产矿区，为本次通风系统优化的重点。为此，需要对系统总风量、通风方式、机站设置、风机选型、采区各中段风量合理分配和调控等内容进行改造研究[5-6]。首先，核定西山矿区总风量，在此基础上提出符合井下生产实际的通风方式。其次，通过机站优化、新掘通风井巷工程及设置合理的通风构筑物，解决矿区风量不足以及风量分配不合理等问题。最后利用三维通风动态仿真模拟系统对该矿通风系统改造方案进行模拟解算，对方案进行修改和比较，使其更加符合现场实际。

2.2 总风量核定

矿山所需要的总风量为各工作面所需风量与需要独立通风的硐室所需风量之和，矿井总风量一般按排尘风速计算[7]，即

Q=vS，

(1)

式中，Q为作业工作面所需风量，m3/s;v为作业工作面要求的排尘风速，0.15～0.5 m/s;S为采场作业地点的过风断面，m2。

参照矿区采掘生产计划，按排尘风速计算每个工作面所需的的风量，计算出总风量为420.2 m3/s，其中深部-780 m水平以下风量为337.22 m3/s。

2.3 通风系统进回风方式

结合西山矿区深部开拓工程的布置，西山矿区未来几年仍将承担约6 000 t/d的生产任务，因此，矿井通风系统总体上采用南、北两翼分区通风方式，形成主辅扇联合抽出式分区通风系统。

南翼通风方式为盲竖井(断面积为23.75 m2)、1620线管缆井(断面积为11.95 m2)主要进风、斜坡道辅助进风，南风井、老南风井(倒段)及新掘回风井回风。新掘回风井工程为-600～-870 m水平回风井，承担-870 m水平及未来-1 140 m水平回风。

北翼通风方式为1860线管缆井主要进风、斜坡道辅助进风，北翼倒段风井回风。

主斜坡道通风方式为上部新鲜风从-600 m水平补充进入，下部新鲜风从-960 m盲竖井补充进入，污风从-720、-955 m水平分段斜坡道联巷进入原南风井回风系统。

2.4 机站优化设置

2.4.1 主回风机站优化

由于现有南翼-330 m水平主回风机站回风量仅为233 m3/s，达不到设计要求(约330 m3/s)，因此，拟在-330 m水平现有回风机站巷道北侧回风巷设一回风机站，与现有机站形成并联通风方式。

北翼通风系统-150 m水平主回风机站位置及型号不变，前期仍运行1台DK46(CII)-8-№28对旋风机(主扇)，电机功率2×400 kW，变频控制。后续待南翼通风系统改造完成后与西岭矿山通风设计统筹部署，机站设置及风机重新设计。

2.4.2 接力回风机站优化

(1)南翼接力回风机站。由于原南翼-780 m水平主接力回风机站风机性能下降，根据通风系统优化方案，接力主扇位置调整至-795 m水平，承担南翼深部回风。

(2)北翼接力回风机站。北翼深部新增接力主扇设在-645 m水平回风井联巷。

2.4.3 辅助通风机站

南翼主要生产区域，前期拟在-870～-915 m水平回风井及-870 m水平联巷设二级接力回风辅扇，调控-915、-960 m水平回风量；后期拟在矿体南翼新掘-870～-960 m回风井工程，-870、-915及-960 m水平回风侧均设回风辅扇。风机优选，变频控制。

北翼主要生产区域，拟在-690、-735 m水平回风侧设回风辅扇，调控各水平回风量，风机优选，变频控制。

2.5 新增通风井巷工程

(1)-600 m至-870 m水平回风井工程。由于南翼-600～-780 m水平回风井断面积为23.63 m2，与-600 m水平以上南翼回风井断面积(32.55 m2)不匹配，因此，拟在老南风井附近新掘净断面为15～20 m2的回风井，改善南翼深部通风条件。经现场踏勘，可选择将-600～-615 m水平1340线回风井(2 m×2 m)扩刷，并将该井倒段延深至-870 m水平。

(2)-870 m水平南风井回风巷工程。由于-780～-825 m回风工程为斜井，断面积为10.96 m2，与南翼-600～-780 m水平回风井断面积(23.63 m2)不匹配，因此建议在南端新掘-870 m水平南风井回风巷工程(断面规格为3.6 m×3.6 m)与南盲回风井(断面积为23.76 m2)贯通衔接，目前该回风巷已施工完成。

2.6 通风构筑物设置

通风构筑物是矿井通风系统的3大组成部分之一，构筑物的数量与质量对井下生产、安全有直接影响，通过设置风门、风墙等对风量进行调节，以确保井下通风效果。通过现场调查与分析，西山矿区通风构筑物设置见表1。

表1 通风构筑物设置

3 通风系统优化方案网络解算

通风系统优化方案基本确定后，需建立三维通风网络模型，利用三维通风软件Ventsim对方案进行系统通风动态仿真模拟解算[8-10]，根据结果对方案进行调整修改使最终确定的实施方案达到预期效果。

针对优化方案所设置的通风系统回风机站，将风机型号带入创建的三维通风模型进行动态仿真模拟，风机优选方案计算机网络解算结果见表2。

表2 主要风机优选方案网络解算结果

风机优选方案通风网络计算机模拟解算结果见表3。

表3 通风系统网络解算结果

方案实施后，西山矿区矿井总风量为666.78 m3/s(含西岭矿区南翼回风量)，较现有风量提高240 m3/s。南翼深部回风量为294.78 m3/s，较现有风量提高150 m3/s。北翼深部回风量为91.12 m3/s，较优化之前风量提高50 m3/s。经辅扇调节后，各水平风量合理分配，采掘工程按需通风，井下作业环境得到明显改善。

4 结 语

针对三山岛金矿西山矿区通风系统存在的问题，结合矿山实际情况，计算了西山矿区所需风量，通过在南翼-330 m水平主回风机站并联运行2台DK46(CII)-8-№28风机、调整南翼接力回风机站位置、新掘通风井巷工程及设置合理的通风构筑物等措施，经三维通风软件模拟解算，确定了最优通风系统优化方案。优化后系统总风量提高至666.78 m3/s，机站风机效率达到80.8%，可有效解决该矿井下通风系统总风量不足以及通风阻力过大等问题。