眼前山铁矿露天转井下通风系统设计研究

姜 鹏 陈晓云

(1.中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116600；2.鞍钢集团矿业公司，辽宁 鞍山 114000)

0 引言

眼前山铁矿是鞍山钢铁(集团)公司重要的生产矿山。矿山采用露天方式开采，1960年开始建设，2012年露天开采结束。目前矿山正在进行过渡期挂帮矿体开采，即将结束。

矿区地处千山风景区东北5 km，西距鞍山市中心22 km。北邻砬子山铁矿，西邻关宝山铁矿，东邻谷首峪村，南邻洪台沟村，行政隶属鞍山市千山区管辖。矿山保有资源/储量矿石量35 428.88 万t，资源丰富，储量巨大，鞍钢将其规划为年产矿石800 万t/a的特大型地下矿山。

眼前山铁矿总体走向东西，矿体东西长，南北较宽，倾角陡。如果不采取行之有效的通风措施，井下作业条件将非常恶劣。因此，设计中应充分考虑矿山开采技术条件，合理布置通风系统，满足矿山安全生产的要求。

1 矿床赋存条件

眼前山铁矿矿区内出露地层有鞍山群、辽河群和第四系地层，以鞍山群变质岩为主。矿体走向东西，由三个矿体组成(Fe1、Fe2、Fe3)，其中Fe1是主矿体，矿体东西长1 600 m，南北向宽55～194 m，在Fm-1断裂以西的矿体倾向NE，倾角70°～85°；在Fm-1断裂以东矿体倾向SW，倾角74°～86°，局部矿体直立。

矿区矿石主要为磁铁矿，其次有少量赤铁矿，假象赤铁矿、碳酸铁和硅酸铁。

矿床工程地质条件、矿床水文地质条件均属中等类型。

2 采矿工程设计方案

2.1 开采方式及建设规模

根据矿体赋存情况，设计采用地下开采。建设规模为800 万t/a。

2.2 开拓系统

本次设计为深部矿体开采，开采范围为：西端帮-123～-501 m标高之间，东端帮-141～-501 m标高之间，南、北帮-141～-501 m标高之间和露天底-183～-501 m之间的矿体。设计确定最低开拓标高为-501 m，采用阶段高度为180 m。主要开拓运输水平为-321、-501 m阶段运输水平。首采阶段为-123～-321 m阶段。设-123 m回风水平、-213 m辅助水平、-303 m专用进风水平及-567 m破碎水平、-633 m皮带水平、-695 m粉矿清理水平。

采用竖井、主斜坡道联合开拓方式。布置两条主井、一条副井、三条进风井和三条回风井、一条主斜坡道。

主井为箕斗井，井筒净直径Φ6.5 m，井口标高121 m，井底标高-693 m。

副井为罐笼井，承担任务有人员、部分材料、新水平准备废石、粉矿提升、排水、进风，通风量为190 m3/s。井筒由117 m至-730.8 m，井筒净直径为6.5 m。选用双层双车单罐笼配平衡锤提升系统；井口设预热设施；设梯子间，兼做安全出口。

1号主进风井承担任务有井下大件设备提升、进风，通风量为200 m3/s。井筒由105 m至-321 m，井筒净直径为4.5 m。2号主进风井内设置罐笼，承担任务有少量人员、材料运输、检修、排水、进风，通风量为120 m3/s。井筒由135 m至-321 m，井筒净直径5.5 m。提升系统采用双层单车单罐笼配平衡锤提升系统；井口设预热设施；设梯子间，兼做安全出口。3号主进风承担任务进风，通风量350 m3/s。井筒由124 m至-303 m，井筒净直径6.0 m。

西主回风井承担任务回风，通风量为200 m3/s。井筒由92 m至-321 m，井筒净直径4.5 m。设梯子间，兼做安全出口。东主回风井承担任务回风，通风量为350 m3/s。井筒由138 m至-321 m，井筒净直径6.0 m。中央主回风井承担任务回风，通风量为350 m3/s。井筒由112 m至-321 m，井筒净直径6.0 m。

主斜坡道作为大型无轨设备通道，并可作为人员、材料、设备等辅助运输通道。硐口标高119 m，基建期最低开拓标高为-141 m，与东、西采区斜坡道相接，利用采区斜坡道与各分层相连。主斜坡道长2 605.6 m，坡度为15°，每间隔300 m设坡度不大于3°的缓坡段，并在缓坡段处设错车道。主斜坡道进风量为40 m3/s。开拓系统详见图1。

2.3 采矿方法

根据眼前山铁矿矿体赋存条件，采用垂直矿体走向布置采矿进路的无底柱分段崩落采矿法[1]。采用分段高度18 m、进路间距20 m的结构参数，在厚大的矿体中间增设联络道，联络道间距为60～70 m，每六条进路布置一条溜井。

3 通风系统

3.1 通风方式

眼前山铁矿采用多级机站通风方式。井下通风系统可分为四个部分：采场通风、运输水平通风、主斜坡道通风、溜破系统通风。其中以采场需风量最大、最复杂。

主要进风构筑物为副井、1号主进风井、2号主进风井、3号主进风井和主斜坡道，主要回风构筑物为西主回风井、中央主回风井和东主回风井。井下新鲜风流从进风口进入，经工作面的污风由回风口排出地表，详见图1。

图1 开拓系统及通风系统示意图

3.2 井下总需风量

井下总需风量是工作面的需风量、独立通风硐室的需风量与其他需风量以及井下的漏风量累加的总和[2]。眼前山铁矿工作面的需风量、独立通风硐室的需风量和其他需风量分别为470.8、100、30 m3/s；眼前山铁矿内部漏风系数为1.15，外部漏风系数为1.3，井下漏风量为299.2 m3/s；井下总需风量为900 m3/s。矿山规模为800 万t/a，矿山万吨风量比为1.125，详见表1。

表1 按照排尘风速风量计算井下总需风量表

3.3 分区通风

下通风系统可分为四个部分：采场通风、运输水平通风、主斜坡道通风、破碎系统通风。其中以采场需风量最大，通风系统最为复杂。

1)采场通风系统

采场采用分区通风系统，井下新风分别通过1、2、3号主进风井和副井进入-303 m进风水平。新风进入-303 m进风水平后，经进风联络巷至各采区进风天井。再由采区进风天井至各开采分层，新风经铲运机联络巷利用局扇送至工作面。冲刷工作面后的污风再经铲运机联络巷至回风联络巷、采区回风天井。由采区回风天井排至-123 m回风水平，最后分别经东、西、中央主回风井排至地表。

根据矿山布置通风井筒位置，为保证把新风均匀的送到采场工作面。设计沿矿体走向划为5个通风区，每个通风区走向长度 270～400 m；对于矿体厚大的通风区段，垂直矿体走向每间隔70 m布置一条脉外运输巷道，并增设一条采区进风天井加强采场通风效果，详见图2。

图2 采场通风分区示意图

表2 采区进、回风天井通风区段划分及参数表

续表

2)运输水平通风系统

-321 m运输水平新风主要通过2号主进风井和副井进入，经装、卸矿硐室、爆破器材分库、运输巷道后，由西、中央、东主回风井排至地表。另外为改善上盘运输巷道及穿脉巷道的通风效果，设计在矿体上盘中部，增加一条运输水平进风井(-303～-321 m)。该部分风流通过-303 m进风水平进入运输水平进风井，通过运输水平进风井至-321 m水平上盘运输巷道，经上盘巷道、穿脉巷道至下盘运输巷道，由东、西主回风井排至地表。

-501 m运输水平新风主要通过副井进入，经由溜破系统回风井至-321 m水平，再通过通风联络巷排至中央主回风井。

3)主斜坡道通风系统

主斜坡道因采场内负压进风，不设置通风机站。新风主要通过主斜坡道硐口进入，经主、采区斜坡道至采场，由采区回风天井、主回风井排至地表。

4)破碎系统通风

破碎系统新风主要通过副井进入，经破碎系统三水平(破碎、皮带和粉矿清理水平)，冲刷工作面后的污风由破碎系统回风井至-321m运输水平中央主回风井联络巷内，由中央主回风井排至地表。

3.4 机站设置

眼前山铁矿矿井通风采用多级机站通风方式。Ⅰ级机站-主进风井联络巷、Ⅱ级机站-采区进风天井联络巷、Ⅲ级机站-采区回风天井联络巷、Ⅳ级机站-主回风井联络巷，各井筒的联络巷分别设置风机机站。

4 通风系统计算结果

设计建立了矿井通风系统计算模型，进行计算机解算。眼前山铁矿通风系统分为四级机站，其中一级机站12个、二级机站31个、三级机站13个、四级机站13个。计算结果如下：

1)通风系统总风量897.02 m3/s，满足核算矿井总风量的要求。

2)通风系统装机容量4 924 kW，开机容量4 665 kW，实耗功率3 942 kW，机站风机平均效率84.5%。

3)副井、1号主进风井、2号主进风井、3号主进风井、主斜坡道进风量分别为189.2 m3/s、199.65 m3/s、117.92 m3/s、349.26 m3/s、40.99 m3/s。

4)西主回风井、中央主回风井、东主回风井回风量分别为198.94 m3/s、348.93 m3/s、349.15 m3/s。

5)吨矿通风耗电3.94 kWh(按8 000 h/a计算)。

主要通风计算参数见表3。

表3 主要通风计算参数

5 结语

特大型的地下开采矿山的通风系统设计是一项复杂的系统工程，技术难度大。眼前山铁矿设计的通风系统满足安全生产要求，为矿山生产提供可靠的技术保障。在矿山实际生产过程中，应建立通风系统远程集中控制系统，完善通风系统，为井下生产创造良好的作业条件。