金属非金属矿山斜坡道掘进局部通风设计

王 杰，陈 杰，刘 扬

（铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司，安徽 铜陵 244000）

1 工程概况

山东某金矿辅助斜坡道开拓工程，井下标高-460m至-640m，断面14.71m²，全长1785m，包括直线段、弯道段、错车巷等工程。

1.1 掘进方案

本项目设计正反掘同时施工，加快施工进度，缩短贯通时间，尽快形成斜坡道系统通风。正掘从-460m中段施工，返掘从-640m中段施工，设计每循环炸药消耗量58.84kg。正掘施工人员设备配置：工作面最大作业人数10人，凿岩配备阿特拉斯281台车，出碴配置2m3铲运机配套8t地下运矿车。反掘人员施工配置设备：工作面最大作业人数10人，配备YT-28凿岩机凿岩，出碴配置2m3铲运机配套8t地下运矿车运输。

1.2 通风条件

-460m中段通风条件。-460m中段盲混合井石门、北巷、南巷、斜联巷均已施工，中段与南风井、主斜坡道已贯通。现有主要通风回路从盲混合井进风，经石门巷道、南巷进入南风井，详见图1。其中盲混合井石门巷道至岔点处为新鲜的“凉”风。南巷内布置有3台空压机，空压机工作时，南巷形成空气幕，巷道内空气流动性差，石门岔点到南巷及斜联道、辅助斜坡道为高温区，温度达到35度以上；空压机停机时，南巷至南风井有“凉”空气流动，但风速较低，流动性差。主斜坡道～-460m斜联巷距离矿井主要通风巷道较远，空气流动性差，系统通风不畅。

图1 -460m中段新鲜风流图

-640m中段通风条件。通过盲混合井进风，经井底车场、粉矿回收巷、联络道，至盲回风井回风；前期已施工北巷出水，高温地下水，导致整个-640m中段处于高温、高湿环境。

2 局部通风设计

2.1 局部通风系统

局部通风的新鲜风流取自矿井主进风流，污风汇入主回风流，局部通风系统作为矿井主通风系统的重要组成部分，设计遵循以下原则：①局部通风系统应充分考虑矿井主通风系统，利用现有通风条件。②局部通风系统要科学合理、安全性高、技术上可行且经济效益好。③局部通风机应尽量采用技术先进的低噪、高效型设备。④合理选择压入式、抽出式或混合式通风方式。⑤压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型。⑥当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。

-460m中段通风方案。根据目前通风条件，斜坡道正掘通风分三步解决。第一步将石门巷内新鲜风流送至斜坡道口；第二步将斜坡道口新鲜风流送至工作面；第三步在斜坡道内施工措施通风井，形成贯穿风流。

（1）石门巷至斜坡道口。方案一在盲混合井石门巷与南巷连接三岔点处安装辅扇，同时在三岔点另一通道安装风门，开动风机后，形成盲混合井～石门～南巷～南风井和石门～斜联巷～辅助斜坡道区域回风系统。此方案缺点一是影响-460m北沿巷道无轨设备的运输，二是斜坡道口易形成空气幕，影响斜坡道掘进期间的回风。方案二在盲混合井石门巷内安装大功率局部通风机，通过压入式通风方式将新鲜风流送至斜坡道。此方案减少通风设施对中段运输影响，缺点是风量有限。

方案一在实际运用过程中不可避免与中段运输交叉影响，方案二送风量可通过选用大功率通风机，配套硬质风筒提高风量减少风损，能够满足前期斜坡道开拓短距离风量需求，后期通风距离增加时，施工措施风井，综合比较两种方案选择方案二。

（2）措施通风井。斜坡道总长1785m，通过正反掘同时施工，掘进500m左右需施工措施通风井，形成贯穿风流，缩短通风距离，降低通风阻力，减少通风损失。根据斜坡道设计图，拟布置3条措施通风井，1#措施通风井-460m～-505m，2#措施通风井-535m～-640m，3#措施通风井-565m～-625m，详见图2。

图2 斜坡道措施通风井布置图

-640m中段局部通风方案。在-640m中段盲混合井石门巷内安装辅扇拉动石门巷内风流，再通过对旋式局部通风机将新鲜风送至工作面，同时在粉矿井通道内安装辅扇进行抽出式通风。形成盲混合井～石门巷～工作面～粉矿井通道～回风井的通风回路。通风保障措施：①北沿巷道出水点采取注浆堵水或安装孔口管关闭流出的热水，缓解出水造成的热害，降低巷道温度。②斜坡道2#措施通风井贯通后，将风机移至2#措施通风井附近，缩短通风距离。③-640m巷道掘进至溜井位置时，及时施工溜井以改善中段通风。

2.2 通风方式及风筒选型

局部通风机的常用通风方式有压入式、抽出式和混合式。压入式通风时，通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；其次，压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可采用柔性风筒，成本低、质量轻，便于运输。抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进入工作面，整个巷道空气清新，劳动环境好；然而风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高、质量大，运输不便。

根据工程施工条件，设计独头掘进局部通风最大距离不超过500m，超过500m施工措施风井通风，采用压入式通风，根据表1选择风筒直径为800mm的胶质阻燃风筒。

表1 通风距离与风筒直径选择

压入式通风时，局部通风机及其附属装置安装在距离掘进巷道口10m以外的进风侧，将新鲜空气经风筒输送至掘进工作面，出风口距离工作面必须在有效射程内。有效射程计算如下：

S——巷道断面；

2.3 风量计算

掘进工作面需风量，应满足《金属非金属矿山安全规程》对工作面空气成分、矿井进风需求、空气温度、平均风速等规定要求。工作面需风量按消耗炸药量、作业人数、稀释井下柴油设备运行所产生的废气分别计算，再按最低风速进行验算，然后取其中最大值计算局部通风机吸风量。

（1）工作面需风量。

按消耗炸药量计算：

以排出作业面炮烟和矿尘作为计算依据，每千克炸药爆破后稀释炮烟所需新鲜风量为500m³/kg。

Ae——工作面一次爆破装药量，炸药单耗取2.0kg/m³；

t——爆破后稀释炮烟的通风时间，取45分钟；

按作业人数计算：

每人每分钟应供给的最小风量为4m³/kg。

N——井下同时工作的最多人数

按稀释井下柴油设备运行所产生的废气：

柴油设备运行时供风量不小于4m³/（min·kw）。

Wi——工作面柴油设备运行功率，2m3铲运机功率90Kw，8t地下运矿车功率103Kw。

K——柴油设备同时运行时通风系数，取0.7～0.9。

按风速进行验算：

岩巷掘进工作面最低风速不小于0.15m/s。

取上述计算结果最大值，工作面需风量653.78m3/min。

（2）局部通风机吸风量计算。

根据掘进工作面需风量、通风距离和风筒百米漏风率，计算通风机的吸风量，以此作为风机选型的工况点参数之一。

Qe——工作面需风量；

P100——风筒百米漏风率，取2%；

L——局部通风机供风距离；

2.4 风阻计算

选用直径800mm的胶质风筒，查表2取风筒的百米风阻R100=6.4N·s2/m8，计算平直段与出风口通风阻力，最后计算得出风机全压。

表2 胶布风筒的摩擦阻力系数与百米风阻值

（1）平直段风筒阻力计算：

风筒风阻R=L/100×R100=500/100×6.4=32(N·s2/m8)

L——风筒通风距离；

R100——风筒百米风阻值；

通风阻力h=R＊Qe＊Q吸=32＊653.78/60＊726.42/60=42 21.50Pa

R——风筒风阻；

Qe——工作面需风量；

Q吸——局部通风机吸风量；

（2）风筒出口局部阻力计算：

ξ——风筒局部阻力系数，出口处取1.0；

ρ——空气密度，取1.2kg/m³；

υ——风速；

（3）局部通风机全压计算：

局部通风机全压等于上述通风阻力之和。

2.5 风机选型

根据计算，局部通风机设计工况点参数：Qf=726.42m³/min，全风压hf=4503.74Pa，在可供选择的各种通风动力设备中选用合适的设备。对旋轴流式局部通风机FBDYNo7.1/2×45性能参数：风量738～400m³/min，全压1100～6700Pa，满足设计条件，可以选用。

2.6 通风效果和通风安全保障措施

根据局部通风设计，现场实施运行后对工作面风量与风速进行检测，风量为3.5m3/s，巷道风速为0.47m/s，在措施通风井形成贯穿风流后，通风空气质量也得到改善，整体通风效果达到预期要求。在实际工作中仍需采取多项措施保障通风效果和通风安全。

2.6.1 局部通风系统管理

（1）掘进工作面应实行独立通风。

（2）按照局部通风系统设计安装布置通风设备设施，正常工作的局部通风机应有备用通风机。

（3）工作面电气设备必须实行风电闭锁，确保局部通风机停止运转后能切断停风区内电气设备的电源。

2.6.2 局部通风机管理

（1）局部通风机进风口处设置网筛或风罩，高压部位安装衬垫，附属设备齐全。

（2）优先选用降噪通风机，普通通风机噪声超过规定85dB(A)应安装消声器。

（3）局部通风机必须安装在专门的支架或托架上，离地面高度大于0.3m，吸风口附近2m范围内不得有杂物。

（4）局部通风机及其附属装置必须安设在新鲜风流巷道中，距掘进巷道回风口不小于10m；进风巷道内风量必须大于局部通风井的吸风量，局部通风机安装地点到回风巷口间的巷道中最低风速不低于0.15m/s。

（5）局部通风机必须采用“三专”供电，专用变压器最多可向4套不同掘进工作面的局部通风机供电；备用局部通风机电源必须取自同时带电的另一电源，当正在工作的局部通风机发生故障时，备用局部通风机能自动启动。

（6）局部通风机意外断电停止运行后，当电源恢复时，局部通风机均不得自行启动，必须人工开启局部通风机。

（7）局部通风机必须由指定专人负责管理，定期检查维修，清除粉尘等杂物，保证局部通风机正常运转效率。

2.6.3 风筒安装与使用

（1）风筒吊挂必须做到平、直、稳，逢环必挂，环环吊紧，防止急拐弯。风机与风筒吊挂高度不同时，应减小其“S”形连接的弯度。风机与风筒直径不同时，要用异径缓变接头连接。正常工作的局部通风机和备用局部通风机自动切换的交又风筒接头的规格和安设应符合标准。

（2）采用有接缝的柔性风筒时，应粘补或涂胶封堵所有的缝合针眼，防止漏风。

（3）在每隔一定距离风筒上安装放水嘴，随时放出风筒中凝结的积水。

（4）风筒由指定人员负责管理，实行定期巡回检查制度，加强维护，发现破漏，及时修补，悬吊不平直，及时调整。

（5）局部通风机启动时，要开、停几次，以防止因突然升压而使风筒胀裂或脱节。

3 结语

针对金属非金属矿山斜坡道掘进施工期间存在的通风路线长、阻力大等问题，根据工程特征以及通风条件确定合适的局部通风系统，提出了局部通风设计方案。相关研究结论如下：

（1）金属非金属矿山斜坡道掘进施工，路线长、坡度大，比长距离平巷掘进通风难度更大，需要进行专门的局部通风系统设计，充分利用自然通风或矿山系统通风。

（2）一般斜坡道与中段巷道连通，在设计局部通风系统时，优先考虑与上下各中段施工措施通风井，形成贯穿风流，缩短通风线路、减少通风阻力。

（3）在进行局部通风设备设施选型时，应对掘进工作面的需风量、通风阻力、局部通风机工作参数、风筒规格参数进行全面的计算论证，并根据掘进巷道工程实际条件和通风效果，调整通风方式，优化设计方案。

（4）斜坡道掘进期间，工作条件不断变化，应对局部通风机、和风筒等设备设施进行定期维护保养，监测工作面风速、风量、气温、粉尘浓度、空气含氧量和有毒有害气体浓度，保障安全生产。