腊子沟金矿通风系统优化及可靠性分析

林喜村 纪旭波 初 嵘 刘晓通 许 峰 吴冷峻3

（1.山东恒邦冶炼股份有限责任公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司）

通风系统作为矿山生产八大系统之一［1-2］，在保障井下人员呼吸的同时，还承担井下作业面有毒有害气体及粉尘的净化，保障人员职业健康及矿山生产正常进行［3-4］。通风系统服务于井下生产，应该随着生产的变化而进行调整［5-6］。

目前主要采用最优断面理论、风量和风质测定及计算机网络解算技术对通风系统进行优化，优化的内容包含矿井总风量、中段分配风量、空气环境质量、有毒有害气体含量及风机工况等［7-10］。腊子沟金矿浅部资源开采基本完毕，生产重心调整至-360 m水平以下，由于生产重心的调整，矿山通风系统与井下生产需求不匹配。为使通风系统匹配井下生产，从矿井总风量核算、通风方式、机站设置及风机选型等方面对腊子沟金矿通风系统进行优化及改造。

1 通风系统现状

1.1 通风方式

腊子沟金矿开拓有主竖井、辅助井、南风井和北风井，采用两翼对角分区抽出式通风。新鲜风流从主竖井和辅助井流入井下，经各中段主竖井石门进入各中段采场作业面，污风经中段间天井分别返回至南北区回风水平，经南北回风井排至地表。腊子 沟通风系统见图1。

1.2 机站设置及风机选型

矿井设置2个主回风机站，1个辅助通风机站。-240 m水平作为北区主回风水平，设置主回风机站于北风井二级倒段井口石门处，风机类型为K40-4-№15。-320 m水平作为南区主回风水平，设置主回风机站于南风井三级倒段井联络巷内，风机类型为K40-6-№13。辅助回风机站设置于-280 m水平99线回风井联巷，风机类型为K40-4-№15。

1.3 通风现状分析

腊子沟金矿采用上向水平分层尾砂充填采矿法，生产规模为12×104t/a，设计矿井总风量60 m3/s。以主竖井为分界线，主竖井以北为北区，以南为南区。目前生产重心调整为北区-360 m水平以下，南区无生产作业点。由于生产重心的调整，其通风系统面临以下问题：①-240 m主回风机站风机安装及选型不合理，风机漏风严重，矿井总风量仅18.45 m3/s，无法满足生产需求；②主竖井风流紊乱；③-360 m水平以下新风和污风串联现象严重，污浊风流循环利用。

2 通风系统优化方案

2.1 矿井需风量核算

腊子沟金矿初步设计南北区共同开采，由于矿物赋存条件的限制，现调整为北区独立生产。根据生产重心的调整，对腊子沟金矿需风量重新核算。有多种方法核算矿井需风量，使用排尘风速核算矿井需风量，要求采场最低排尘风速不低于0.25 m/s。本次取排尘风速0.25～0.30 m/s核算矿区总风量，结果表1。

经核算，矿井总需风量为33.6 m3/s，考虑漏风系数1.35，则矿井总需风量为45.36 m3/s。后期南区恢复作业后，南区通风系统困难时期核定总风量为45.36 m3/s。

2.2 通风方式优化

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现阶段南区无作业点，-320 m主回风机站风机不开启，腊子沟金矿两翼对角抽出式通风系统调整为单翼对角抽出式通风系统（图2）。南风井由回风变成进风，增加一条进风通道，降低通风阻力，节约能耗。

辅助井通-200、-240和-280 m水平，新鲜风流从辅助井流出，经-200、-240和-280 m水平大巷流入主竖井。主竖井承担-360 m水平以下进风。

在主辅扇风压作用下，-360 m水平以下污风经99线盲风井回风至-280 m水平，-280 m水平污风经北回风井回风至-240 m回风系统，最终经北风井排至地表。为避免新鲜风和污风混合，在-240 m水平北风井以南大巷设2道风门，99线盲风井以南设2道风门。

2.3 风机优选

南区延用现有回风机站风机K40-6-№13，后期恢复生产后考虑更换性能更佳的风机。北区通风为主辅扇通风系统，原-240 m水平主回风机站K40-4-№15型风机叶片变形，满足不了矿井总风量45.36 m3/s。经验算，主扇更换为DK45-6-№16型风机。

浅部资源开采结束，采空区封堵不严实，漏风和串风现象严重，为保障-360 m水平以下通风量满足设计要求，在99线风井口设辅助通风机站，实现-280 m水平采空区风压平衡和-360 m水平以下风量守恒。辅助通风机站风机延用现有K40-4-№15型风机。

3 优化方案效果检测

3.1 矿井风量可靠性分析

-240 m水平北风井井口主回风机站风机满频率运行；-280 m水平99线盲风井井口辅助回风机站风机以35 Hz频率运行；南区-320 m水平主回风机站风机不开启。-240 m水平主回风机站联络巷内2道风门保持关闭；-280 m水平99线以南3道风门均关闭；-320 m水平以下南巷风门均开启。利用风速仪和激光测距仪在各中段主竖井石门和南巷测得各中段风量见表2。

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由表2检测结果可得：①北区-240 m水平主扇满频率运行时系统总回风量60.37 m3/s，满足矿井核算总风量45.36 m3/s的同时还富余15.01 m3/s，提高了系统风量可靠性。②腊子沟金矿-200～-280 m水平间无作业点，通风不作特别要求；-320 m水平炸药发放库通风量为4.39 m3/s，回风引入-320 m回风大巷；-360 m及以下水平为主要生产水平，进风总量为48.35 m3/s，各个中段的进风量均在9 m3/s以上，系统有效风量率为80.09%，工作地点用风量满足设计要求。③-280 m水平99线盲风井联络巷设置辅助回风机站，风机运行频率35 Hz，-360 m水平以下深部回风量为34.57 m3/s，风机运行频率还有上调空间，深部回风量富余。④-280 m水平北回风井北侧采场与地表和下部-320 m采场贯通，-280、-320 m水平北回风井北侧采空区采取密封墙封堵，密封墙顶部与巷道接顶处密封不严实，在-240 m水平主扇风压作用下，漏风风量为4.74 m3/s。

3.2 矿井风质分析

矿井风温、粉尘含量及有毒有害气体含量影响矿井风质。有毒有害气体主要是井下爆破作业产生的炮烟。进行通风系统检测时距离放炮时间较长，有毒有害气体未检出。新鲜风流粉尘含量低于0.5 mg/m3，放矿溜井处布置有密闭喷雾降尘措施，作业环境内粉尘浓度不高于10 mg/m3。

图3为井下温度检测结果，分析可得：①井下51个测点中，最低温度为18.4℃，最高温度为25.1℃，未超过28℃，符合规范要求。②图中8条曲线代表腊子沟金矿8个中段，曲线的前半段测点为进风侧测点，后半段为回风侧测点。各中段的温度变化趋势为进风侧温度低于回风侧温度。-280 m中段进风侧与回风温差为5℃，99线盲风井井口聚集大量雾气，影响视野。③中段温度随着开采深度的增加而增加，-200 m水平平均气温为19.3℃，-480 m水平平均气温为23.3℃，每延深一个中段，进风侧气温增加约0.6～1.6℃，回风侧气温增加约1.0～1.6℃。

3.3 主辅扇性能评估

腊子沟金矿采用主辅扇通风系统，主扇位于-240 m水平北风井井口，风机型号为DK45-6-№16，辅扇位于-280 m水平99线盲风井联络巷，风机型号为K40-4-№15。主辅扇工况见表3。

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系统装机功率290 kW，实耗功率134.91 kW，主扇运行效率71%，辅扇运行效率60%，系统风机平均效率为65.5%。

4 结论

（1）根据最低排尘风速及独立硐室通风要求，对井下作业面风量进行定量优化，优化后的矿井总风量由60 m3/s降低为45.36 m3/s，在满足作业面通风要求的同时，还降低了矿井通风总能耗。

（2）根据采场的空间位置分布及井巷的通风能力，腊子沟金矿通风方式调整为单翼对角抽出式通风。与中间对角式通风方式相比，优化后的通风系统北区回风不变，南区回风变为进风，增加井下进风通道，降低通风阻力，节约能耗。

（3）利用通风网络解算技术，腊子沟金矿主辅扇通风系统主扇型号为DK45-6-№16，辅扇型号为K40-4-№15。经实测，主扇满频率运行时系统总风量为60.37 m3/s，与设计相比，风量富裕15.01 m3/s。辅扇运行频率为35 Hz，-360 m及以下水平总进风量为48.35 m3/s，系统有效风量率达到80.09%，主要生产区域通风效果得到保障。

（4）经实测，优化后的通风系统，能有效迅速排出井下爆破作业产生的有毒有害气体，放矿溜井处均采取了喷雾降尘措施，粉尘浓度小于10 mg/m3，井下最高风温为25.1℃，风速、风温和风质均满足矿山安全规程要求，优化后的通风系统安全可靠。