冬瓜山铜矿老区通风系统优化改造研究

董世华

（铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿）

金属非金属矿山采用多中段同时进行开采时，井下作业面布置较为分散，生产区域随时间变化较快，若通风系统调整不及时，将导致井下通风工程缺失、通风设备设施调配滞后，使局部区域通风效果较差［1-3］。冬瓜山铜矿老区在开采过程中，由于采矿范围变化、产量减小、通风工程调整等因素，矿山现有通风系统不能满足将来生产需求。本研究针对该矿山通风系统存在的问题，在现场调查的基础上结合矿山生产规划，从通风系统风量合理分配角度提出通风系统优化改造研究技术方案，优化各机站设置，合理选择通风线路，为矿山下一步生产提供理论指导，改善矿山未来一段时间内的通风质量。

1 矿山及通风系统现状

冬瓜山铜矿地处安徽省铜陵市，东接沪杭铁路，西临长江通道，北靠宁芜公路、宁铜铁路，地理位置优越，交通十分便捷。

1.1 矿山开拓工程

冬瓜山铜矿老区为竖井开拓，主要开拓工程包括冬瓜山主井、冬瓜山副井、冬瓜山进风井、大团山副井、老鸦岭措施井、老鸦岭（花树坡）倒段回风井及大团山倒段回风井。各井筒的主要技术参数见表1。

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1.2 矿山生产情况

矿山多中段同时进行回采，各采区探矿、掘进、充填等作业点分散。经过多年开采，矿山主要生产区域及产量与之前相比有较大变化：生产作业面均转向-520 m 中段以下，浅部只存在少数充填作业面需要一定的新鲜风流；井下-730 m 中段以上产量逐年减少，预计2 a 后-730 m 中段以上花树坡采区回采作业基本结束，只存在少量充填作业面，大团山（包括团山顶沿）采区产量也将逐步减少。

1.3 通风系统现状

矿山采用两翼对角抽出式通风，一部分新鲜风流通过大团山副井进入井下，其他风流通过冬瓜山副井和冬瓜山进风井进入井下，然后从各中段车场及石门巷分别进入大团山、团山顶岩和花树坡各矿段作业面，冲洗工作面后污风经采场天井回到上水平回风侧或直接通过本水平回风大巷进入本水平端部的倒段回风井，最终沿西部花树坡倒段回风井、东部团山倒段回风井排至地表。该矿通风系统现状见图1。

矿山通风系统主要进、回风机站的风机型号、数量、工作方式等见表2。

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1.4 通风系统现状评价

经现场检测通风系统相关数据及分析相关资料，发现冬瓜山铜矿老区通风系统主要存在的问题有以下几项。

（1）回风线路发生较大变化。花树坡采区的污风由花树坡倒段风井经上部老鸦岭风井排出地表。由于老鸦岭采区尚有较多的小采空区未进行充填，存在安全风险及跑风漏风现象，需要对其进行充填治理。但老鸦岭-280 m 中段以上已闭坑多年，存在着老鸦岭风井一侧的封闭墙多且施工材料和人员难以到达现场的难题，施工难度极大。因此，老鸦岭回风井（-390 m 水平以上）将随老鸦岭采空区同时充填，导致井下花树坡采区污风无法继续通过老鸦岭回风井排至地表。因此，进行通风系统优化研究时，要充分考虑老鸦岭回风井充填后矿山的整体通风线路。

（2）通风设施设备损坏。井下部分主扇及辅扇风机（如-460 m 团山回风机站等）因使用年限较长，风机外壳已经发生腐蚀变形，导致风机效率较低，风机性能已经不满足矿山通风需要。部分区域（如-580 m 大团山采区）未根据生产变动及时增加风门等构筑物，导致井下局部区域风量不足或风流线路不合理。

（3）局部区域通风较差。由于井下通风系统较为复杂，部分通风构筑物管理不及时，导致井下局部区域（如-520 m 大团山采区）存在污风循环现象，该区域通风效果较差。

由于矿山生产情况的变化，需对矿山通风系统进行优化改造，根据矿山各采区的实际产量及需风位置的变化，重新核算井下需风量，并对已有回风机站进行优化调整，使通风系统风量满足现有生产需求，各采区及各水平风量合理分配。

2 通风系统漏风控制技术

2.1 优化思路

由于矿山开采位置向深部转移、-730 m 中段以上产量逐年减少，矿山目前的通风系统不完全满足生产现状。另一方面，老鸦岭回风井将随上部空区一起充填，导致花树坡采区通风线路发生较大变化。针对上述问题，主要从以下几个方面对该矿山井下通风系统进行优化。

（1）从通风系统整体角度考虑，选择合适的通风线路，将花树坡采区污风引至大团山采区，通过团山回风井排至地表。

（2）根据目前生产情况核算矿井总风量，调节各生产区域回风主辅扇，取消部分回风辅扇，减少通风系统实耗功率，降低通风能耗。

2.2 总风量核算

矿井总风量应取各种风量计算方法中的较大值，对比各计算结果可知，该矿山按排尘风速计算的需风量最大，即为该矿山矿井总需风量。计算方法为

式中，Qp为按排尘风速计算的作业面需风量，m3/s；v为各类型作业面要求的排尘风速，m/s；S为作业地点实际井巷断面积，m2。

根据矿山实际生产规划，按排尘风速计算各工作面所需的风量，结果见表3。

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根据表3，冬瓜山铜矿老区矿井总需风量Qp=102.57 m3/s。矿井总风量等于矿井需风量与矿井风量备用系数Kb的乘积，Kb的取值范围为1.20～1.45。

该矿山采用充填法进行开采，考虑到矿山不存在外部漏风通道、井下无轨设备较少、通风系统风量分配较容易等情况，确定该矿山通风系统风量备用系数Kb值取为1.2，则矿井总风量Qz=122.57 m3/s，取整数为123 m3/s。

2.3 通风系统优化改造方案

根据上述研究思路，该矿山通风系统优化改造研究主要对以下3个方案进行比较。

（1）方案一。花树坡采区-390 m 水平以下回风线路不变，花树坡采区污风回至-390 m 水平后，将污风沿-390 m 通风巷引至大团山采区-390 m 回风侧，通过-390～-460 m 团山倒段回风井进入-460 m 团山回风侧，在-460 m 大团山采区回风主扇作用下，污风进入大团山采区回风井，在地表回风机站作用下将污风排至地表。

（2）方案二。花树坡采区-390 m 水平以下回风线路不变，花树坡采区污风回至-390 m 水平后，通过-390～-430 m倒段风井（新设计）进入-430 m水平；污风沿着-430 m 大巷进入大团山采区回风侧，通过-430～-460 m 团山倒段回风井进入-460 m 团山回风侧，在-460 m 大团山采区回风主扇作用下，进入大团山采区回风井，在地表回风机站作用下将污风排至地表。

（3）方案三。花树坡采区-390 m 水平以下回风线路不变，花树坡采区污风回至-390 m 水平后，通过花树坡26 线-390～-460 m 倒段风井进入-460 m 水平；污风沿着-460 m 大巷进入大团山采区回风侧，在-460 m大团山采区回风主扇作用下，进入大团山采区回风井，在地表回风机站作用下将污风排至地表。

对上述3 个优化改造方案进行综合比较（表4）。虽然方案二通风系统总风量能满足计算的矿井总风量，系统阻力适中，但是方案二需要新施工一条通风井巷，现场不具备作业条件，所以该方案实施难度较大，故不采用方案二。方案三通风系统总风量最大，阻力较小，风机能耗最低，但是将-460 m 作为回风水平，则该水平没有新鲜风进入，将对后期-460 m 团山顶岩回采造成较大影响，不利于安全生产；且该方案通风系统存在较多通风构筑物，通风系统管理工作难度大，故不采用方案三。相比于其他2 个方案，方案一实施难度最小，且对矿山通风系统影响最小，能够在不影响生产及安全的前提下进行施工，保证通风系统优化改造平稳过渡。经过综合考虑，冬瓜山铜矿老区通风系统优化改造选择方案一作为最终方案。优化后的通风系统如图2所示。

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2.4 系统网络解算

Ventsim 是一款专用的通风系统三维仿真软件，能将通风网络模拟结果通过三维动态图形展示，从而便于验证通风方案的合理性与预期效果［4-5］。通风系统仿真模拟的一般步骤：建立三维通风系统图→调整模型中各节点、分支、风路，使通风模型现场实际一致→设置主要风路的断面参数、阻力参数以及风机参数等→进行通风网络三维仿真模拟。对冬瓜山铜矿老区通风系统优化改造方案进行仿真模拟，结果见表5、表6。

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根据解算结果，冬瓜山铜矿老区通风系统总风量将达到125.05 m3/s，满足计算的矿井总风量（123 m3/s），各机站风机运行效率较高，能有效克服通风系统各段阻力。通风系统优化改造方案实施后，通风系统装机功率最低减少275.5 kW，年通风能耗节省约163.6万元，节能效果显著。

3 结 语

综合考虑通风系统存在问题及回风线路变化，选择合适的通风线路将花树坡采区污风引至大团山采区，通过团山回风进排至地表。矿山通风系统主要通风线路经过多次倒段后，通风系统总阻力将明显增大，采用多级通风机站进行接力通风，不仅能有效克服系统通风阻力，而且容易实现矿井风量合理分配。在选择各级通风机站的风机时，不仅要考虑风机风压是否能克服较大通风阻力，还要保证该机站附近区域通风系统的稳定性，避免发生局部区域风流循环、短路现象发生。