湖南某矿山通风系统优化研究

李小安，李凌凯，李亚俊，周水祥

（1.香花岭锡业有限责任公司，湖南 郴州 424300；2.湖南有色环保研究院有限公司，湖南 长沙 410100）

矿山通风系统问题是制约矿山安全生产的重要条件，良好的作业通风条件对提高生产作业效率，保障作业人员身心健康均有重要意义［1，2］。

针对湖南省内某矿山井下通风系统进行调查并分析其通风系统存在的问题，分析影响通风系统的主要因素为：（1）矿山属于高山平硐开拓类型，受自然风压影响，其645 m主平硐风量、风向不稳定；（2）矿山前期民采、盗采现象严重，遗留大量窿口、空区与地表相连，风流短路、漏风严重；（3）矿山通风构筑物不完善，系统风量难以调控［3］。研究针对通风系统现场调查中存在的问题，提出相应的通风系统优化方案，以满足矿山井下生产实际通风需求，确保安全生产。

1 矿井通风现状

1.1 现通风系统简介

该矿山24线采区采用平硐＋盲斜井开拓，采区自645 m平硐往上部、下部开采，共有750 m、715 m、680 m、645 m、615 m、580 m、540 m七个中段，中段高度35～40 m，采矿方法为留矿法，现主要生产中段为715 m和580 m中段。通风系统为单翼对角式，系统在680 m中段回风巷安装有一台型号为K40-4-NO.12的主扇风机。

矿区通过645平硐进风至5＃盲斜井进风至各中段井各中段端部回风通路，通过680中段回风巷主通风机作用下经700 m主回风巷排至地表（西瑶民窿平硐），形成单翼对角式通风布局。

1.2 现通风系统存在的问题

1.24 线采区通风系统采用645 m主平硐进风，由于矿山属于平硐开拓类型，且前期民窿开采遗留大量空区透地表，受自然风压影响主平硐风量、风向不稳定。

2.通风构筑物不完善，存在污风循环。如680m中段采空区与700 m水平相连通，且700 m主回风巷地表出口堵塞，主扇开启后污风循环，污风无法排至地表。

3.矿山规划开采的715 m至750 m中段采场通风处于现有通风系统盲区，不能形成有效通风，需要对该区域通风进行合理组织优化。

2 矿井通风系统技术优化研究

2.1 通风系统优化技术方案

根据矿山生产作业情况、现场调查及与矿方沟通，矿山24线采区，现645 m中段已经开采结束，现主要开采中段为580 m中段，规划开采715 m中段。

矿山24线采区采用单翼对角式通风系统，设计中24线采区以645平硐为进风井，东风井（原西瑶民窿平硐）为回风井，构成对角单翼式通风系统。根据该系统设计规划开采的715 m中段采场通风处于设计通风系统盲区，不能形成有效通风［4，5］；同时，矿山属于平硐开拓矿山，受自然风压影响较大，平硐进风存在风向、风量不稳的现象［6］。现场调查发现，645 m主平硐风流极易受气候影响改变风向。

为解决上述问题，研究拟采用645 m主平硐安装平硐进风辅扇压风进入矿井，解决主平硐进风问题，通风系统采用单翼对角式通风系统，同时为解决715 m中段开采通风问题，研究计划在750 m中段通853硐口斜井位置安装辅助区域通风辅扇风机，以解决该区域通风问题，具体规划进、回风线路如下：

1.24 线进风线路。新鲜风流经645 m平硐进入，经645 m中段石门进风至5＃盲斜井及东翼斜井，新鲜风从5＃盲斜井及东翼斜井进入各中段运输巷，经人行天井进入各中段作业采场。

2.24 线回风线路。东部各中段作业污风经端部回风天井汇至680 m中段回风巷主要通风机处，经680 m至700 m回风天井汇至700 m回风平巷经地表（原西瑶民窿）平硐口将污风排至地表。

通风系统技术优化方案示意图如图1所示。

图1 优化方案系统示意图

2.2 通风技术方案优化技术措施

1.645 m主平硐进风受自然风压影响较为明显，为克服自然风压影响，保障645 m中段风向、风量稳定，拟在645 m中段主平硐旁环道内增设645主平硐辅扇风机，以克服自然风压影响，保障通风系统主平硐进风量。

2.进风环道645 m主平硐处，应增设一组自动风门，避免因增加645主平硐辅扇风机致使的风流循环。

3.24 线采区，680 m中段26线现与700 m水平采空区相连通，680 m主扇开启后会导致680～700m区域污风循环，污风无法排至地表，短期临时措施可在680 m通5＃斜井运输巷安装风门，后期该区域作业结束进行封堵或在680 m回风巷新掘绕道避免污风循环。

4.700 m主回风巷通地表硐口（原西瑶民窿）目前为封堵状态，系统污风无法排至地表，应及时打开该窿口。

5.为解决715 m中段开采通风问题，研究计划在750 m中段通853硐口斜井位置安装辅助区域通风辅扇风机，并增设相应通风构筑物。

6.700 m主回风巷存在空区与680 m及其它区域相互连通，应进行密闭。

7.24 线采区存在大量空区，致使通风系统调节困难，建议将空区治理（封堵）与通风系统建设同时进行。

2.3 通风技术方案优化设计

2.3.1 进风通路优化

24线采区为解决受自然风压影响，645主平硐风向、风量不稳定的问题，研究在645 m中段主平硐旁环道内增设645主平硐辅扇风机，保障主平硐进风至采区，并现利用现有680 m主回风巷已安装的24线主扇（K40-4-NO.12），将作业区域污风排至地表。根据需风量计算645m主平硐需进风为27 m3/s，所选645主平硐辅扇风机风压应为：需要提供的压力＋风机装置阻力＋动压损失＋自然风压，风量不低于27 m3/s。

按645 m主平硐风机送风至645 m中段5＃进风斜井，同时克服困难时期自然风压，保证进风风量计算该风机所需压力［7］，根据对通风线路的阻力计算，所需克服沿程阻力为245.24 Pa，则该645主平硐辅扇风机所需克服的阻力应为：风机克服通风线路的沿程阻力＋局部阻力＋自然风压＋风机装置阻力＋动压损失，据此计算该风机所需克服阻力为：

245.24 ＋49.08＋150＋21.2＝465.52（Pa）

根据上述计算，取压力值465.52 Pa为645主平硐辅扇风机所需克服的阻力，根据计算风机所需压力与风量选择645主平硐辅扇风机型号可与680 m主回风巷风机型号一致的风机型号即K40-4-NO.12（风机性能参数：风量14.7～32.1 m3/s，风压242～1 118 Pa，电机功率37 kW）。

645 m主平硐辅扇风机工况点风压约为465 Pa，风量约为27 m3/s，风机安装角度为29°，风机效率接近90%。645 m主平硐辅扇风机曲线及工况点图如图2所示。

图2 645 m主平硐辅扇风机曲线及工况点图

2.3.2 715～750 m作业区域通风优化

24线采区规划开采的715 m中段采场通风处于设计通风系统盲区，不能形成有效通风，因此，针对规划的24线采区的715～750 m作业区域通风进行区域规划，单独考虑。根据矿山生产规划，24线采区715～750 m作业区域共设置2个作业采场，1个备采采场，且不与24线其它区域同时作业，因此，该区域作业时不需增加24线采区系统风量，仅需在该区域增加辅扇，将系统风流至该区域供于生产用风。

该区域通风线路规划利用该区域通地表853 m硐口的斜井作为回风井，区域进风通过东翼斜井进风至作业区域，回风利用通853 m硐口斜井与各中段联通处汇至斜井，排至地表。

该区域2个作业采场，1个备采采场，实际需风量为7 m3/s（已乘以备用系数），同时考虑该区域回风系统兼顾680 m中段溜井倒矿粉尘排尘风量4 m3/s，因此，该区域辅扇考虑风量为11 m3/s，风流取自24线645主平硐辅扇风机风流。

根据通风线路规划，对通风线路的最大阻力进行计算，通风沿程阻力为84.67 Pa，局部阻力按20%计算，为16.93 Pa，通风装置阻力150 Pa，风机出口动压损失4.54 Pa，同时考虑自然风压影响较大，考虑自然风压103.83 Pa，则最大通风阻力为359.97 Pa。

该区域线路最大通风阻力为359.97 Pa，风量为11 m3/s，选择辅扇风机为K40-4-NO.9（风机性能参数：风量6.2～13.5 m3/s，风压136～629 Pa），风机安装时，风机安装角度选择29°，风机风量为11.5 m3/s，风机风压为405 Pa，风机效率约为90%，24线采区715～750 m作业区域辅扇风机曲线及工况点图如图3所示。

图3 24线采区715～750 m作业区域辅扇风机曲线及工况点图

3 结 语

对矿山24线采区通风系统存在的主平硐受自然风压影响导致的风量、风向不稳定，通风构筑物不完善，存在污风循环及部分作业区域处于原现有通风系统盲区，无法形成有效通风等问题，有针对性地对该矿山的通风系统进行优化研究，并制定出相应的通风系统优化策略，在原通风系统的基础上增加主平硐进风辅扇及通风盲区辅扇，并规划其回风线路，该技术方案在不改变原通风系统的前提下，充分利用了现矿山井下原有通路，符合矿山实际生产通风需求，在技术上、经济上和安全上均具有良好的可行性。