干堰塘锶矿长距离独头掘进巷道局部通风技术探讨*

杨廷刚 周 伟 许 峰 吴冷峻3

（1.重庆足锶矿业集团有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室）

局部通风是指利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风［1］。在矿山基建时期，针对长距离掘进且无法形成贯穿风流的作业面，一般采用局部强化通风，其中安设局部通风机加强通风是矿山常采用的通风方式［2］。局部通风的好坏对矿山的安全生产起到关键作用，国内很多矿山的局部通风系统存在“一风吹”或“小马拉大车”的现象，送到作业面的风量往往满足不了安全生产要求［3］。

本研究总结了国内部分金属矿山局部通风系统常见问题，分析诱发原因，从通风量核算、通风方式、风机选型、风筒布设等方面提出了矿井局部通风系统设计方案，为矿山局部通风建设提供依据。

1 矿井局部通风常见问题

局部通风在矿井独头掘进或采场通风应用中问题较为突出，主要体现如下。

（1）局部通风机取风位置不合理，易受工业场地作业产生的粉尘污染。

（2）接力串联局部通风机风筒连接方式不合理，造成局部通风污风循环。

（3）风筒连接不合理，风筒破损漏风，送达至作业面的风量偏小。

（4）压入式局部通风出风口距离工作面太远，部分矿山达到30～50 m，无法保证局部通风效果。

（5）长距离独头掘进作业，一些矿山仅采用压入式局部通风，无抽出式局部回风设施，作业区域污风扩散缓慢，巷道污风聚积问题严重。

（6）大部分矿山未进行局部通风方案设计。

2 矿井局部通风设计

为解决上述问题，对矿井局部通风系统进行设计，思路如下。

（1）局部通风方式优化。按照局部通风机与风筒的匹配情况以及局部通风机在巷道内的位置差异，将其分为压入式、抽出式以及混合式3种通风方式［4］。根据现场情况，选择适合的通风方式。

（2）需风量核算。对于金属矿山来说，掘进工作面污浊空气的成分主要是爆破后的炮烟及各种作业工序产生的矿尘，故局部通风所需风量以排出炮烟和矿尘作为计算依据［5］。

（3）通风阻力计算。当空气沿风筒运动时，会造成风流能量损失。风筒通风阻力可分为2类：摩擦阻力（也称为沿程阻力）和局部阻力。局部阻力的计算一般采用经验公式。

（4）风筒选择。掘进通风使用的风筒有金属、玻璃钢等硬质风筒和帆布、人造革等柔性风筒。柔性风筒重量轻易于贮存和搬运，连接和悬吊也简便。风筒直径的选择主要取决于送风量、送风距离以及巷道断面的大小等因素。生产中，一般是根据经验选取标准直径。

（5）局部通风机选型。局部通风机是局部通风系统的动力源泉，根据风量Q和通风阻力H来选择适合的局部通风机。

3 案例分析

3.1 矿山通风系统概况

（1）开拓现状。干堰塘锶矿位于重庆市大足区古龙镇，采矿方法为空场嗣后充填法，生产规模为40万t/a。根据矿体赋存条件和地形，选用平硐—斜井开拓。

（2）通风系统现状。干堰塘锶矿矿体走向长度达2 388 m，286 m以上开采随着生产的延续，前期采用主平硐进风、南1#回风井回风的对角式通风系统。南1#回风井地表井口安设1台K45-4-№13型主扇风机（90 kW/台），承担系统总回风。矿山基建生产中，286 m北翼端部平巷长290 m，净断面7.77 m2，属于长距离独头掘进巷道，为创造良好的作业环境，需要对该作业面进行强制局部通风。

3.2 通风方式调整

压抽混合式通风是指安装2台局扇:1台压入式通风，1台抽出式通风。这种通风方法具备了压入式和抽出式的优点，通风效果良好，多用于长距离巷道掘进通风。根据矿山286 m北翼端部巷道规格及掘进作业特点，选用压抽混合式通风方式。

新鲜风流取自286 m平硐，在地表距离平硐口10 m位置，安设1台局扇，接柔性风筒将新风送到工作面。掘进过程中及时延伸风筒，保持风筒末端距离工作面5～10 m。

抽出式风筒吸风口的位置应比压入式风机出风口的位置更靠近工作面，抽出式局扇布置在掘进作业面，出风口接至286 m水平南1#回风井联巷，接柔性风筒。

3.3 作业面风量核算

需风量要以排出作业面炮烟和矿尘作为计算依据。对于混合式通风，需风量按照压入式、抽出式分别计算风量。

压入式：

抽出式：

式中，QY为压入通风所需风量，m3/s；Qc为抽出通风所需风量，m3/s；lr为风筒口到作业面的距离，取10 m；t为通风时间，取500 s；A为一次爆破的炸药消耗量，取50 kg；S为作业面断面积，取7.77 m2。

经计算得QY＝2.4 m3/s，QC＝3.0 m3/s。

当QC＝3.0 m3/s，按排尘风速验算v＝0.39 m/s＞0.25 m/s，满足排尘风速核算风量要求。

3.4 通风阻力计算

风筒的阻力H可按下式计算。

式中，H1为风筒的摩擦阻力，Pa；H2为风筒接口的局部阻力和风筒拐弯处的局部阻力，Pa，为简化计算，局部阻力一般取摩擦阻力的50%。

3.4.1 压入式通风阻力

286 m北翼端部平巷长290 m，压入式局扇安设在286 m平硐口以外10 m，困难时期送风长度为300 m。压入式通风阻力见表1。

?

结合掘进巷道断面为7.77 m2的实际情况，综合比较，确定采用ϕ500 mm柔性风筒。通风阻力为2 261.28 Pa。

3.4.2 抽出式通风阻力

抽出式局扇安设在286 m水平南1#回风井联巷，困难时期送风长度为230 m。抽出式通风阻力见表2。

?

采用1条ϕ500 mm柔性风筒从掘进作业面接引至286 m水平南1#回风井联巷，风筒通风阻力为2 708.83 Pa。

3.5 局部通风机选型

局部通风机工作风量应在掘进作业面需风量计算的结果上考虑一定的备用系数，保证掘进作业面风量达到设计要求。

压入式局部通风机工作风量Qjy=1.2Qy=1.2×2.4=2.88（m3/s）；抽出式局部通风机工作风量Qjc=1.2Qy=1.2×3.0=3.6（m3/s）；压入式局部通风机工作风压Hjy=1.2Hy=1.2×2 261.28=2 713.54 Pa；抽出式局部通风机工作风压Hjc=1.2Hc=1.2×2 708.83=3 250.6 Pa。

因此，压入式局部通风机选用1台FK№4.0/11（Ⅱ）型矿用局扇，该型号风机参数：风量范围Q=2.2～3.5 m3/s；全压范围H=2921～1811 Pa；电机功率为11 kW；送风距离为400 m。

抽出式局部通风机选用1台FK№5.25/30型矿用局扇，该型号风机参数：风量范围Q=4.0～6.3 m3/s；全压范围H=3 776～2 648 Pa；电机功率为30 kW；送风距离为600 m。

3.6 现场应用效果

根据局部通风技术方案，现场实施运行后对应用效果进行检测，作业面风量为3.6 m3/s，温度为25.6℃，巷道风速为0.46 m/s，超过预期要求，效果显著。

4 结 论

（1）金属矿山局部通风系统存在的主要问题有缺少掘进作业面通风方案设计，局扇和风筒的选型及使用不合理，长距离巷道局部通风量不足和通风管理存在缺陷。

（2）为解决局部通风系统出现的问题，根据掘进巷道工程实际条件，对掘进作业面的需风量、通风阻力、局扇选型布置、风筒规格参数进行了设计，为矿井局部通风设计提供理论指导。

（3）针对干堰塘锶矿基建生产中长距离独头掘进巷道局部通风难题，以排炮烟风速和排尘风速核算作业面需风量，分析摩擦阻力和局部阻力计算风筒阻力，采用混合式通风方式，压入式局部通风机选用1台FK№4.0/11（Ⅱ）型矿用局扇，抽出式局部通风机选用1台FK№5.25/30型矿用局扇，独头巷道作业面风量为3.6 m3/s，巷道风速为0.46 m/s，取得了良好的局部通风效果。