高海拔多中段金属矿通风方案优选
2021-06-18黄生福郭元华李亚俊
王 志 黄生福 郭元华 李亚俊
（1.湖南有色冶金劳动保护研究院；2.非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室；3.会东大梁铅锌矿业有限公司）
矿井通风是矿山安全生产的重要组成部分，随着矿山向深部延伸，矿井通风问题将会越来越严重，会东铅锌矿由于其地理位置属典型的高山采矿，又处于高海拔，矿山地下开采前为露天开采，遗留了大量通达地表的窿口，自然风压大造成风向和风量不稳定，并且井下多中段同时作业，风量分配不合理，存在风流短路、污风难以排出地表等问题，严重影响井下作业人员的健康。为改善井下作业环境，须对通风系统进行综合技术优化［1］。
1 矿井通风系统现状及问题
1.1 通风系统现状
矿山的开拓方式为平硐+斜坡道联合开拓，开采规模为66万t/a。井下现主要的开采中段为2 064、2 004、1 944、1 884 m共4个中段，1 824 m为开拓中段，中段间隔12 m设分段。矿山原通风系统设计采用两翼对角压抽混合方式，东翼回风系统负担11线以东2 004～1 884 m中段矿体开采的通风；西翼回风系统负担11线以西2 064～2 004 m中段矿体开采的通风，东、西翼回风系统均采用K40-6No18-90 kW型主扇（图1）。
1.2 通风系统存在的问题
根据对会东铅锌矿井下现场调查、测定及资料收集等工作，分析评价井下通风系统存在的问题如下。
（1）系统风量为75.83 m3/s，与设计风量120 m3/s相差较大，满足不了井下2 064～1 884 m中段66万t/a产量的通风需求。
（2）东部回风系统2 004～2 064 m中段与1 884～2 004 m中段无专用回风井；西部回风系统1 884～2 004 m中段无专用回风井；通风系统不完善。
（3）会东铅锌矿通风系统属于典型高山采矿通风类型，系统主扇设备陈旧，风压低，各中段风流不受通风系统控制，受自然风压影响大。
（4）系统通风构筑物不完善，风流紊乱，风量主要集中在2 064、2 004 m中段，下部1 944、1 884 m中段风量较小，井下各中段风量分配不合理。
（5）西翼主回风平巷断面尺寸小（2 m×2 m），巷道长约80 m，此段通风阻力达216.84 Pa，占西翼通风井巷沿程阻力的27%，造成系统局部阻力偏大。
2 通风方案
2.1 方案制定原则
根据高海拔地理特性，矿井通风系统方案必须考虑以下方面的内容［2］。
（1）高原矿井内单位空气中氧气含量减少，造成矿井总需风量要相对增加。因此，在计算矿井的实际需风量时，需对其进行修正，以满足高海拔矿井的风量需求。
（2）扇风机配套的电机在高海拔地区运行时，由于高海拔环境含氧量相对较低，造成电机的有效输出功率降低，所以在选取配套电机时应选择相应的高原电机。
（3）通风系统在选择主扇时，需对实际计算得出的矿井通风阻力进一步的修正，保障主扇选择的类型符合现场实际情况。
根据矿山通风系统的现状，依照相关规程拟定3种通风方案。
2.2 主平硐及盲斜坡道进风，东、西两翼回风压抽混合式通风（方案一）
矿井通风系统分为东、西两区，东翼回风系统负担11线以东2 004～1 824 m中段矿体开采的通风；西翼回风系统负担11线以西2 064～1 824 m中段矿体开采的通风（图2）。为保障通风系统风量满足生产需求，须增大系统主扇装机容量，在斜坡道增设压入式主扇，其型号为DK40-6NO.16-2×55 kW，东西部主扇型号为DK40-6NO.18-2×90 kW，排尘风机型号为K40-6NO.18-90 kW。
2.2.1 技术措施
（1）新掘东翼2 004～2 064 m回风井，保证东翼2 004～2 064 m回风畅通，同时东翼除尘风机除担负2 064～1 884 m中段通风排尘外，还兼顾东翼2 064～2 004 m中段矿体开采通风。
（2）2 004～1 884 m中段东翼主回风井下延至1 824 m中段，且仅通各主中段，不通分层。中段主回风巷设置通风构筑物，保留原2 004～1 944 m中段302管路井及1 944～1 884 m中段101管路井的辅助回风。
（4）西翼端部需新掘主回风井至2 064～1 824 m中段，且仅通各主中段，不通分层。
2.2.2 通风系统进回风线路
（1）进风线路。东、西翼新鲜风流均由2 064 m水平透地表穿脉进入，由2 004、1 944、1 884 m主平硐进入矿井，再经盲斜坡道、进风井进入各中段、分层，再经各中段、分层运输巷、穿脉进入采场工作面。
（2）东翼回风线路。2 004～2 064 m东翼上部各中段、分层采场污风经由回风巷、端部回风井汇至2 064 m中段，在2 064 m中段排尘风机作用下，经1号平硐口排至地表。1 824～2 004 m东翼下部各中段污风通过中段回风巷，经东风井在主扇的作用下排至地表。
（3）西翼回风线路。西翼各中段、分层采场污风经各中段分层回风井汇至西回风井，在西翼主扇作用下排至地表。
2.3 进风井与主平硐进风，东、西两翼回风压抽混合式通风（方案二）
2.3.1 技术措施
（1）将2 004～1 884 m进风井向下延伸至1 824 m中段，选择适宜的风机安装在1 824 m中段主进风井联巷，压入至上部各中段。
（2）1 824 m主平硐作为主要的进风入口，由于该中段主要为汽车矿石运输中段，会产生扬尘，需在进风井入口处对风源进行净化。
（3）其余措施与方案一相同。
2.3.2 通风系统进回风线路
（1）进风线路。东、西翼新鲜风流均由1 824、1 884、1 944、2 004 m主平硐进入，1 824～2 004 m中段新鲜风在压入式主扇作用下，经进风井进入各中段，2 004 m以上中段通过2 004 m中段人行通风井至以上各中段（分层），再经各中段、分层运输巷、穿脉进入采场工作面。
（2）回风线路与方案一相同（图3）。
2.4 两翼对角进风中央回风通风（方案三）
2.4.1 技术措施
（1）将东翼主回风井下延至1 824 m中段，作为东翼进风井。
（2）新掘西翼2 064～1 824 m进风井。
（3）将东翼7线2 064～2 004 m中段人行通风井向下延伸至1 824 m中段，与各中段连通，作为矿山主回风井。
2.4.2 通风系统进回风线路
（1）进风线路。2 004 m以上各中段新鲜风流经2 004 m中段各平硐口进入，经5线电梯井、斜坡道通至各中段作业面；2 004 m以下各中段新鲜风流经进风井分风至各中段作业面。
（2）回风线路。东、西翼各中段（分层）污风经作业面汇至主回风井，经2 064 m中段透地表穿脉排出 地表（图4）。
3 通风方案对比分析
根据井下矿体开采的特点，提出以上3个通风技术方案都有较大的可操作性，各有优劣。为从中选出一个经济技术最符合矿山实际情况的方案，分别对3个方案的通风阻力、设备购置与运行费用、工程量大小进行比较，得出最优的井下通风系统方案［1-3］。
从表1可以看出，通风系统方案一与方案二东、西翼的通风阻力相差不大，但方案三的通风阻力均大于方案一与方案二。
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从表2可以看出，3个方案的通风系统成本投入中，方案一优于方案二及方案三。
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从表3可以看出，3个方案的通风系统优化工程量中，方案一要优于方案二及方案三。
4 通风方案选择
针对3个方案的技术特点，通过表1～表3的对比结果，根据矿山的实际情况，可得出3个方案的详细优缺点［4］，见表4。
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综合以上，方案一和方案二通风阻力相当，方案三通风阻力较大；方案一与方案二采用压抽混合式通风方式，较方案三通风效果更为可靠，但方案二的投资工程量较方案一大［5-6］。所以，选择方案一主平硐及盲斜坡道进风及东、西两翼回风的压抽混合式通风方案，作为矿山通风系统的最终方案。
5 结论
（1）高海拔矿山的通风因单位空气中氧气含量减少，在计算矿井的实际需风量时，需对其进行修正，修正系数根据空气密度进行折算，以满足高海拔矿井的通风需求。
（2）高海拔矿山因地处高原，气压降低，在选择通风方式上宜采取压抽混合的通风方式，若仅采用抽出式通风，矿井内压力进一步降低，造成矿井空气中的氧分压与氧气的质量密度降低，若采用单纯的压入式通风，仅适用于开采深度较浅的矿山。
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（3）通过对通风系统不同方案的通风阻力、设备与运行费用的投入、工程量大小进行详细比较，得出了矿山最优的通风系统方案；同时，在选择方案时，尽量利用现有的井巷工程，以减少改造工程量，缩短建设周期。
