金属矿山井下开采局部通风类型及使用场所分析

李印洪

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南 长沙 410014）

金属矿山井下局部通风的目的是为金属矿山井下作业场所提供合格空气，排出生产作业场所有毒有害物质，调节生产作业场所空气环境，是井下通风系统的重要组成部分，贯穿于金属矿山的整个井下生产周期。我国自1953年华铜铜矿建立第一个井下通风系统以来［1］，井下局部通风方法及设备研究进展迅速，根据《采矿手册》（冶金工业出版社1988年版）的介绍，当时局部通风方法有总风压通风、扩散通风、引射器通风、高压风通风、局扇通风（压入式通风、抽出式通风、混合式通风），之后由于矿山生产技术、建设工程施工技术的发展，局部通风出现了风库通风、并联通风、钻孔通风、双巷平行掘进通风［2］、智能局部通风技术及成套装备［3］、局部可控循环风通风［4］，变频局扇通风［5］等新的局部通风方法、局部通风设备、局部通风设备运行管理方法。随着我国矿山开采事业的发展，原有探明的浅近地表资源所剩无几，深部勘探及开采、超深部勘探及开采已经成为一个发展方向，同时大风量、高风压主扇的开发和投入使用，井下主扇作业区域越来越大，由此产生了基建时期对远距离局扇通风技术装备的研究和大断面局部通风方法研究。金属矿山局部通风方法根据使用设备与否分为主风压通风与局部设备通风两个大项；在通风时期上，分为基建时期局部通风与矿山生产时期的局部通风；在局部通风方式上又可以根据设备相互作用的不同分成若干项。通风任务、通风方法均有不同。

1 不同局部通风方式简介

目前金属矿山使用的局部通风方式有多种，按时期分为矿山基建时期局部通风和矿山生产时期局部通风。

1.1 矿山基建时期局部通风

矿山基建建设时期，主要是指矿山开拓工程和辅助性生产设施的建设时期，通过基建建设形成矿山采选生产基本条件，如井下需形成开拓、运输、供电、供气、供水、排水、通风、充填八大系统。由于主通风系统尚未形成，局部通风负责将地面新鲜空气送入作业面，同时排出井下污浊空气，主要有高压风通风、局扇通风及高压风局扇混合通风三种类型。

1.1.1 高压风局部通风法

在矿山基建施工中，凿岩、铲运等工序会使用风动设备，需要用到压缩空气，压力为0.4～0.7 MPa，由空压机设备提供，因作业点使用设备台数的限制，压缩空气设备产能有富余，在局扇通风力不能及时，压缩空气能为作业面提供局部通风使用，高压风局部通风在矿山生产过程中也经常使用，其通风方法如图1所示。

根据矿山设备的使用要求，高压风的压力不同，但空压机的出口压力一般是额定数值为0.7～1.2 MPa，通过储气罐的出口压力调节阀实现供风设备与用风设备的衔接。因高压风压力是常规空气压力的数倍，故其供风量的计算公式为：

式中：Q1为工作面风量／m3·s-1；A为高压风压力／MPa；Q2为高压风风量／m3·min-1。

空压机局部通风技术因供风压力大，所以供风距离长，漏风率低，供风管径小不影响生产布置，供风温度低，能够兼顾作业用风的优点，在解决矿山井下基建局部通风困难上得到广泛运用，在某些井下生产偏僻场所也经常使用，以110 kW螺杆式空压机为例，其供风量为21 m3／min（可以带动7台气腿式凿岩机作业），供风压力为0.75 MPa，按照公式（1）的计算，能为作业面提供2.625 m3／s的风量，以0.2 m／s的排尘风速计算，仅能满足13 m2井巷断面掘进的局部通风需求，由此可以看出能耗高、风管铺设费用大、时间长，是高压风局部通风的缺点，故而限制了高压风局部通风方法的使用范围，一般作为局部通风的辅助手段。

1.1.2 局扇局部通风法

与生产时期局部通风法相同的是，基建时期局扇局部通风也分为压入式、抽出式、混合式等几种。其区别是压入式通风新鲜风流由风管进入作业面，污风由掘进巷道排出；抽出式的新鲜风流由巷道进入，污风由风管排出；混合式通风主要是解决作业面爆破时容易崩坏抽出式局扇设备所使用的一种局部通风方法。其风流组织如图2所示。

在局扇局部通风的三种模式中，有爆炸性气体威胁的矿井（如煤矿）、有放射性粉尘危害的矿井（如氡子体）只能使用局扇压入式局部通风方法。

图2 局扇局部通风法示意图

1.1.3 高压风局扇混合局部通风法

高压风局扇混合局部通风主要使用局扇局部通风，同时将高压风作为局部通风新鲜风流的一部分考虑。

1.2 矿山生产时期局部通风

在矿山生产时期，矿山井下通风系统已经形成，局部通风的目的是从主进风风流中取得新鲜风流供应工作面生产需要，同时将工作面产生的有毒有害物质排入主回风风流中，担负着调整改善工作面空气质量，保障矿山作业人员安全的重要任务。工作面分布在矿山生产区域不同位置，距离矿井通风系统主风流远近也存在差别，故而每个矿山根据自身实际情况衍生出了较多的局部通风方法，如风库通风、并联通风、钻孔通风、双巷平行掘进通风、智能局部通风技术及成套装备、局部可控循环风通风、变频局扇通风等新的局部通风方法，这其中智能局部通风技术及成套装备主要是为满足煤矿的通风需求，在非煤矿山的应用不多。

1.2.1 风库局部通风法

风库局部通风法最初在长距离巷道掘进中得到使用，风库的作用是调节两台局扇的风量匹配，防止上一级局扇风量过大或不足，导致出现局部阻力过大或风筒抽瘪的情况发生，从而形成长距离巷道掘进的稳定供风。后续发展为一台大风量局扇供风，数台小风量局扇接替为数个作业面供风的新型局部通风方式，较分风器相比，存在供风距离远，压力不累积，供应作业点数量可调的优点，风库的形式多样，可以是一段巷道，也可以是一个硐室，还可以是一个可以回收的铁皮盒子，风库局部通风法如图3所示。风库局部通风法在主要井筒基建完成后，进行中段运输巷道开拓时有较多使用。

1.2.2 钻孔局部通风法

图3 风库局部通风法示意图

随着井下规模生产的发展，井下大直径钻孔设备得到了广泛的应用，如天井钻机掘进、VCR爆破等，都需要深孔钻机，当长距离巷道掘进时上一中段存在相应的巷道，可以考虑使用钻孔局部通风法，为达到良好的通风效果，可以根据需要采用多个钻孔。而使用吊罐法掘进天井时，钻孔局部通风法为天井掘进主要的局部通风法。钻孔局部通风法如图4所示。钻孔局部通风法的限制条件为：钻孔长度不大于20 m，无排水影响。

图4 钻孔局部通风法示意图

1.2.3 平行双巷掘进局部通风法

当有两条平行巷道进行长距离掘进时，可隔一段距离掘进贯通联络巷，在局扇的配合下，形成平行巷道掘进局部通风法，如图5所示。

图5 平行双巷掘进局部通风法示意图

1.2.4 可控循环风局部通风法

当作业面新鲜风流供应量小，可以使用部分风流循环使用的办法来满足临时作业的局部通风需求，可控循环风局部通风法如图6所示。

设作业面风量为Qf，新鲜风量为Qo，循环风量为Qc，三者之间的关系为：

循环风局部通风在矿山偏远作业面有极大的经济性，在主风流不能满足作业面通风需求时，通过增加局扇风量的做法来满足作业面通风风量需求，但是应该满足一定的条件，即进入作业面的风流中有毒有害物质、温度不能超过井下安全规程中的相关要求，故而需要对循环风流中有毒有害物质进行净化，同时对风机风流中有毒有害物质浓度进行监控，确保作业面作业人员的安全。国外局部循环风通风的研究认为，当Qc／Qf（循环率）小于30%时，局部循环风通风是能够被接受的。

图6 可控循环风局部通风法示意图

2 不同局部通风方式适用的场所简介

由上述可知，我国近年来矿山井下开采生产实践所采用的局部通风类型种类繁多，优缺点各有千秋，适用场所也有不同，见表1。

除表1所列局部通风方法，根据通风目的及使用设备组成的不同，尚有智能局部通风、制冷局部通风等独特的局部通风方式，需要矿山生产单位根据自身情况，制定适合本单位的局部通风方式，达到经济有效改善井下作业场所空气环境，从而保障井下作业人员安全的目的。

表1 局部通风方式适用场所一览表

3 总 结

矿山企业开采作业对象存在特殊性，即每个矿山矿体赋存条件、矿岩物理性质都具有特殊性，唯一性。故而同一种采矿方法在不同的矿山也表现多样，存在不同的设计、参数、生产组织。同理，附属于矿山生产而存在的局部通风方法也是多种多样，可以依据作业面所处的环境、作业面本身的特征，选取合适的局部通风方法，当然也可以充分利用现有工程，或者根据通风设备及器材的进步，创新局部通风方法，引导矿山开采行业技术的不断进步发展。