良山铁矿溜破系统多中段通风研究及应用

朱为民 吴志全 居伟伟

（1.新余良山矿业有限责任公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司）

溜破系统通风方式较矿山通风更复杂，在进行溜破系统通风优化研究时，需要使溜破系统风量分配与卸矿、破碎、运输能力相适应。建立一个合理且稳定的溜破通风系统，对矿山整个通风系统的安全运行具有重大意义［1-3］。

随着矿井生产的逐步推进，良山铁矿溜破系统的卸矿、运输、破碎能力随之变化，各中段需风量也随之增加，原有通风系统风量分配无法满足溜破系统通风需求，导致溜破系统存在总风量不足、风量不均衡、风流紊乱、污风循环等问题，造成溜破系统各中段通风困难、工作场所粉尘浓度高，严重制约矿山深部的可持续发展［4-6］。

为改善良山铁矿溜破系统多中段通风效果，基于溜破系统多中段联合按需通风技术理念，核算出溜破系统各中段实际需风量，再利用辅、局扇联合通风方式及通风构筑物辅助管理，优化溜破系统各中段通风线路及机站设置。

1 良山铁矿溜破系统通风现状

1.1 通风方式

良山铁矿卸载、溜破、装载系统新鲜风流由副井进入，经各中段副井车场进至各中段卸矿硐室、破碎硐室、皮带装载水平和粉矿回收水平，各中段产生的污风经回风井联巷通过局扇和风筒汇集到破碎专用回风井，污风上至114 m 中段后经东部回风井排至地表。

114 m 中段破碎专用回风井联巷安装了1 台2×11 kW 局扇，作为溜破系统回风机站。25 m 中段破碎专用回风井联巷安装了1 台22 kW 局扇和风筒；-20，-110 和-200 m 中段破碎专用回风井联巷分别安装了1 台11 kW 局扇和风筒。通过局扇直接将污风排至破碎专用回风井。-65，-155和-245 m中段破碎专用回风井未设置局扇，通过114 m 水平设置的局扇进行抽出式回风。

1.2 检测数据

溜破系统正常运行时，安排2个测试组进行通风效果测定，具体检测结果见表1。

注：“＋”表示风流流出井筒，“－”表示风流流入井筒。

1.3 问题分析

根据通风技术人员现场勘察及通风检测结果显示，溜破系统通风存在问题如下。

（1）破碎专用回风井设置了局扇（功率2×11 kW），风机已损坏，风量为1.72 m3/s，该风机无法满足溜破系统回风风量要求，达不到井下最低通风排尘要求。研究采用增设辅扇达到增大溜破系统回风风量，使通风排尘风速达到规范要求。

（2）各中段回风风量为2.27～9.33 m3/s，中段反风风量为3.03～7.71 m3/s，溜破系统风量紊乱，部分中段存在风流反风、污风循环等问题，严重影响井下溜破系统生产作业环境。各中段回风风量不平衡应采用辅、局扇联合通风技术，使各中段回风风量保持平衡。

（3）各中段溜破回风通过局扇、风门进行调控，风量调节能力较差，各中段溜破系统风量分配不合理，部分中段回风量为2.27 m3/s，存在回风风量较小等问题，降低了溜破系统有效风量率。应对溜破系统需风量进行核算，确定风量后通过局扇对风量进行合理调控。

（4）各中段回风通过风门调节风量，风门设置在破碎回风井联巷内，管理难度较大，风流不稳定。

2 多中段按需通风研究

2.1 通风方式

本次溜破系统维持原有通风线路不变，新鲜风流由副井进风，污风由破碎专用回风井回至114 m 中段，经回风井、100 m 分段汇入东部回风井，通过东部回风井地表回风机站将污风排至地表。

机站设置在114 m 中段破碎专用回风井联络巷内，114 m 回风线路存在直角、锐角，2 处通风局部阻力较大，回风巷道尺寸为2 m×2 m，回风机站安装需要进行刷帮作业。综合通风局部阻力、现场施工及风机安装等因素，114 m 中段施工1 条回风巷道兼作风机硐室。溜破系统通风线路见图1。

2.2 需风量计算

根据相关金属非金属安全规程要求，溜破系统需风量按排尘风速计算，实际需风量为30 m3/s。

结合各类独立通风硐室数量及其需风量计算，同时考虑到溜破系统内外漏风系数［7］，计算得溜破系统通风实际总风量为36 m³/s。

2.3 通风阻力计算

风流在井巷中做沿程流动时流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力被称为摩擦阻力，溜破系统主要克服专用回风井、114 m 中段破碎回风巷道、100 m 中段回风巷道摩擦阻力，具体计算公式如下：

式中，R为摩擦阻力，Pa；α为摩擦阻力系数；P为井巷断面周长，m；L为风道长度，m；Q为巷道风量，m3/s；S为井巷断面面积，m2。

计算得通风阻力结果见表2。

2.4 风机选型

根据溜破系统回风线路通风总阻力857.18 Pa 及回风风量36 m3/s 的要求，溜破系统通风需设置1 台K45-6-№14风机（功率45 kW），风机设置在114 m 中段溜破专用回风硐室内，安装角度为40°，有风墙形式安装。风机性能参数见表3。

2.5 通风设施及工程

为有效降低或避免矿井漏风，调节风流分配，提高井下风流利用率，根据良山铁矿现有的风流调控措施情况，需要增加通风构筑物、局扇及辅助工程，主要设置如下。

（1）114 m 中段破碎专用回风井联巷各设置1 道风门，共计3 道；（2）114 m 中段破碎回风井联巷风墙及局扇拆除；（3）100 m 分段东部回风井联巷风墙拆除；（4）70 m 中段破碎专用回风井联巷设置1 道风墙；（5）-65 m 中段破碎回风井联巷设置3 道风门；（6）-65 m中段1#矿石溜井和2#矿石溜井破碎专用回风井联巷各设置1 台22 kW 局扇，2 台局扇根据矿石溜井使用情况进行排尘；（7）-110 m 中段破碎回风井联巷2 台11 kW 局扇已损坏1 台，应及时更换损坏局扇；（8）-200 m 中段废石溜井破碎专用回风井联巷风墙内设置1 台11 kW 局扇；（9）-245 m 中段破碎回风井联巷有风墙形式设置1 台11 kW 局扇，风门处于常关闭状态；（10）破碎专用回风井与各中段联络巷风门应保持关闭状态，根据生产需要通过局扇进行风量调节，114 m 回风机站保持常开状态，确保溜破系统风流顺畅。

3 三维仿真模拟解算

根据良山铁矿井下开拓条件，对溜破系统井巷规格及卸矿站布置、分布、巷道的通风阻力等进行调查与数据整理，建立井巷风阻、网络节点分支、风机参数、机站参数等原始通风网络数据库，利用三维仿真模拟系统对方案进行通风效果模拟解算［7-8］。

经三维仿真动态模拟解算软件的解算，溜破系统风机运行风量为38.6 m3/s，克服风压801.8 Pa，实耗功率为42.1 kW，运行效率为84.9%。各中段风量解算数据见表4。

注：“＋”表示风流流出井筒，“－”表示风流流入井筒。

4 方案实施效果

根据通风技术方案，良山铁矿对各通风设施及工程进行施工，25 m 中段卸矿暂不使用，破碎专用回风井联巷局扇关闭、风门关闭，使风量作用于需风中段。方案实施后对溜破系统各中段实施效果进行现场检测，得出溜破系统风量分配（表5）及风机工况（表6）。

注：“＋”表示风流流出井筒，“－”表示风流流入井筒。

根据表5 和表6，溜破系统各中段通风效果得到明显改善，具体效果如下。

（1）114 m 中段破碎专用回风井联络巷内，安装的1台45 kW 辅扇运行风量为37.36 m3/s，满足技术方案36 m3/s 需求，溜破系统各需风点回风量得到显著提升，快速、有效地排出井下粉尘，保证了井下各作业点空气质量满足岗位职业卫生需求。

（2）溜破系统原通风系统通过局扇进行回风，回风量为1.72 m3/s，方案实施后，回风量增加了35.64 m3/s，溜破系统辅、局扇联合通风，局扇根据生产作业进行开停，能够提高溜破系统有效风量率，使风流最大化流经各生产区域。

（3）各中段破碎专用回风井联巷风门全部关闭，溜破系统风流通过局扇进行风量调节，各中段回风风量为4.72～10.98 m3/s，各生产中段回风风量分配均衡，解决了小区域大风量现象，通过局扇进行风量调节，减轻通风管理人员劳动强度。

5 结论

（1）良山铁矿溜破系统各中段逐步进入生产阶段，需风量也随之增加，原有通风系统分配风量无法满足溜破系统通风需求，通过溜破系统多中段联合按需通风技术研究，核算出溜破系统需风量为36.0 m3/s，该风量能够满足生产期间各中段所需风量最大值，能够有效解决总风量不足等问题。

（2）各中段存在风量不平衡、风流紊乱等现象，利用节点风量平衡、网孔风压平衡原理，优化溜破系统通风线路及机站设置，计算出溜破系统通风阻力为857.18 Pa，根据风量及阻力确定最优通风方式、通风网络、机站设置、通风工程方案。

（3）利用三维仿真模拟系统对技术方案进行模拟解算，溜破系统解算风量达到38.6 m3/s，通过数值模拟解算结果与需风量理论计算及风机能耗相互验证，总风量及各中段风量达到了设计风量需求。

（4）通风技术方案实施后，运行风量达到了37.36 m3/s，满足技术方案需求，各中段回风风量为4.72～10.98 m3/s，各生产中段回风风量分配均衡，技术方案的实施完全达到了设计要求，提高溜破系统有效风量率。

（5）溜破系统多中段通风加大了通风管理的难度，通过溜破系统多中段通风研究，利用辅、局扇联合通风方式，通风构筑物辅助通风管理模式，能够高效、稳定地进行风量调节，风量调节可控性高且风量分配均衡，解决了长期以来溜破系统通风困难问题。