钟九铁矿运输水平局部通风网络优化研究

居伟伟 伍 忠

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.铜陵有色股份天马山黄金矿业有限公司）

钟九铁矿隶属于马钢集团姑山矿业有限责任公司，位于马鞍山市当涂县太白镇，总投资近10亿元，资源储量6 500万t，矿山建设规模200万t/a，建成后年产铁精矿80万t。钟九铁矿目前处于基建期，井筒工程已施工完成，主要开拓工程包括-550 m运输水平和斜坡道。

-550 m运输水平处于基建期，主要施工工程包括井底车场、水仓和变电所等，现阶段通风系统采用自然通风方式，利用自然风压通过副井进风、主井回风。根据2022年掘进工作计划，-550 m运输水平独头掘进工作面数量达到6个，工作面布置比较集中，继续采用自然通风方式已无法满足-550 m运输水平掘进工作面通风需求，各掘进工作面风速无法达到排尘风速需求，井下独头掘进工作面施工环境较差［1-2］。

因此，钟九铁矿开展了-550 m运输水平基建期通风系统研究，急需解决-550 m运输水平矿井总风量不足、掘进工作面排尘风速过低和局部通风设置不合理等问题［3］，使-550 m运输水平开拓工程能够按计划顺利施工。

1 -550 m运输水平通风现状

-550 m运输水平设置了3台11 kW局扇进行局部通风，通风系统处于自然通风状态，利用主、副井之间地表高差形成自然风压进行通风，运输水平自然通风系统中副井进风、主井回风。运输水平及各工作面风量检测数据见表1。

根据表1，-550 m运输水平主要存在的通风问题：①-550 m水平自然通风状态下，主副井总风量为11.14 m3/s，无法满足-550 m运输水平5个独头掘进工作面风量需求［4］；②各检测点风量范围在1.82～3.32 m3/s，独头掘进工作面排尘风速过低，风量无法满足基建期局部通风需求；③局部通风设置不合理，副井工作面污风污染下风侧独头掘进工作面，主井附近工作面新鲜风源无法保证［5-6］。

2 局部通风网络优化研究

2.1 需风量核算

根据安全规程及相关国家、行业标准规范要求，并参照国内类似矿山通风实践经验，确定各掘进工作面通风排尘平均风速为0.4 m/s［7］，根据2022年钟九铁矿掘进工作面布置情况，核算基建期-550 m运输水平实际需风量，见表2。

所以，-550 m中段运输水平实际掘进工作面所需总风量为34.45 m3/s。

2.2 通风方式研究

2.2.1 运输水平通风方式

-550 m水平由于主副井自然风压影响，形成了副井进风、主井回风的自然通风方式，本次优化研究充分利用该自然风压对运输水平的影响，在考虑自然风压的有利因素的前提下，加大副井进风、主井回风的总风量。

-550 m运输水平主副井区域掘进工作面属于独头掘进巷道，独头掘进巷道数量多，需风量达到34.45 m3/s。按照按需通风原理，采用辅扇机械通风及构筑物辅助管理方式，对运输水平及各工作面风量进行再分配。

方案仍利用副井作为进风井、主井为回风井的通风线路，在主副井联巷设置1台辅扇加大该中段总风量。主井区域存在循环车场，应在主井东西车场2号联巷设置2道风门，风门间距10 m，防止污风循环。-550 m运输水平通风线路见图1。

2.2.2 局部通风方式

-550 m运输水平主副井区域同时工作5个独头掘进工作面，独头掘进巷道长度较长，数量分散不均衡，局部通风布置不合理容易导致污风串联，影响下风侧工作面环境。

本次局部通风在-550 m运输水平通风线路的基础上，将局扇设置在副井区域，保证各独头掘进工作面风流为新鲜风源。根据运输水平开采及需风量实际情况，采用压入式局部通风，风筒采用600 mm阻燃风筒将新鲜风流送至工作面，各独头掘进工作面局扇布置情况如下。

（1）水仓掘进工作面位于副井北侧，副井北侧马头门设置2台局扇，新鲜风流通过2台局扇引风送至工作面，工作面污风通过车场及主副井联巷回至主井，经主井排至地表。

（2）水泵房、西侧运输巷道和主井东侧掘进工作面位于副井南侧，副井南侧马头门设置3台局扇，新鲜风流通过3台局扇引风送至工作面，工作面污风通过主副井联巷回至主井，经主井排至地表。

-550 m运输水平工作面局部通风布置方式见图2。

2.3 通风工程

主、副井地表进、回风风道改造，将风道侧面拆除扩大风流断面，侧面风道扩大并设置防护网，减少通风阻力，增大进、回风风量。

2.4 通风阻力计算

（1）主副井巷道通风阻力计算。本次通风阻力计算分3段进行，第一段为副井，第二段为主副井联巷，第三段为主井。选择最困难时期最为通风阻力计算线路，通风阻力计算结果为88.42 Pa，考虑局部阻力系数最终确定总阻力为132.63 Pa。副井地表至主井地表通风阻力计算见表3。

（2）局部通风阻力计算。本次局部通风阻力计算分2段进行，第一段为风筒，第二段为掘进巷道通风阻力。选择主井区域工作面作为通风阻力计算线路。通风阻力计算结果为976.55 Pa，考虑局部阻力系数最终确定总阻力为1 074.21 Pa。局部通风风筒通风阻力计算见表4。

2.5 风机选型

（1）辅扇选型。根据风机工作风量及工作风压通过风机选型计算，主副井联巷选择1台FKZ45-6№15风机（功率55 kW），有风墙形式安装，叶片安装角度为40°。辅扇风量范围为29.4～55.7 m3/s，风压范围为574～1 101 Pa。

（2）局扇选型。根据局扇工作风量及工作风压通过局扇选型计算［8］，主副井区域局部通风选择JK55-1№5风机（功率11 kW）。根据掘进工作面数量设置5台局扇进行局部通风。局扇风量范围为4.2～6.6 m3/s，风压范围为1 726～1 324 Pa。

3 实施效果检测

在-550 m运输水平通风方案确定后，矿方经过周密的施工安排，辅扇、局扇和风门施工完善后，对-550 m运输水平总风量及各独头掘进工作面进行了实测，检测数据见表5。

注：计算风量时，考虑测风人员侧面积（0.35 m2）。

根据表5，-550 m运输水平通风系统总风量达到42.34 m3/s，满足-550 m运输水平总风量需求（设计风量34.45 m3/s）。各独头掘进工作面检测点风量范围在5.09～10.81 m3/s。各独头掘进巷道风量均在5 m3/s以上，能够满足各独头巷道需风量需求。

4 结论

（1）钟九铁矿-550 m运输水平处于基建期，采用机械通风方式代替自然通风方式，总风量从原来11.14 m3/s提升至42.34 m3/s，矿井总风量在满足风量的基础上得到了显著提升，机械通风方式较自然通风能够有效保障通风系统高效、稳定运行。

（2）通过通风阻力计算，确定-550 m水平通风系统通风总阻力132.63 Pa，选用1台55 kW辅扇进行通风，该风机最低克服阻力达到574 Pa，充分考虑了自然风压、机站阻力等因素，解决了自然风压等因素在困难时期对通风系统正常运行的影响。

（3）-550 m运输水平独头掘进工作面数量达到6个，辅扇、局扇和风门等实施完善后，各工作面风量均在5 m3/s以上，能够达到安全规程、规范规定排尘风速需求，改善了长距离独头掘进巷道作业环境。

（4）-550 m运输水平基建期存在诸多通风问题，钟九铁矿根据自身开拓工程条件开展了通风系统研究，解决了困扰已久的通风问题，使-550 m运输水平开拓工程能够有序施工，获得了较大的经济和社会效益。