凡口鉛鋅礦井下通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分析及優(yōu)化

李方波

（中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關(guān)市 512325）

凡口鉛鋅礦井下通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分析及優(yōu)化

李方波

（中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關(guān)市 512325）

介紹凡口鉛鋅礦井下通風(fēng)系統(tǒng)組成及其相互關(guān)系，闡述了通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性?xún)?nèi)涵。通過(guò)分析影響通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的各個(gè)因素，結(jié)合凡口鉛鋅礦的實(shí)際情況，對(duì)提高通風(fēng)系統(tǒng)可靠性提出一些優(yōu)化建議。以加強(qiáng)對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)管理，提高井下通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，創(chuàng)造良好的井下作業(yè)環(huán)境，防止因通風(fēng)系統(tǒng)原因造成安全事故。

通風(fēng)系統(tǒng)；可靠性分析；系統(tǒng)優(yōu)化；凡口鉛鋅礦

近幾年來(lái)，我國(guó)地下礦山發(fā)生中毒、窒息事故及死亡人數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，井下通風(fēng)問(wèn)題成為礦山安全生產(chǎn)、職業(yè)健康的主要威脅之一。隨著凡口鉛鋅礦年產(chǎn)18萬(wàn)t鉛鋅金屬量計(jì)劃的實(shí)施，井下開(kāi)采強(qiáng)度進(jìn)一步加大，井下通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性較以前顯得更加重要。本文結(jié)合凡口鉛鋅礦的實(shí)際情況，對(duì)影響井下通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的主要因素作出分析，對(duì)提高通風(fēng)系統(tǒng)可靠性提出一些優(yōu)化建議。

1 井下通風(fēng)系統(tǒng)概述

凡口鉛鋅礦區(qū)處于曲江－仁化構(gòu)造盆地北緣，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，礦石類(lèi)型以塊狀黃鐵鉛鋅礦石為主，均為硫化礦。井下作業(yè)中段22個(gè)，中段南北走向最長(zhǎng)在1700m以上，井深近900m。凡口鉛鋅礦由位于礦床中部的老副井、新副井、主斜坡道、獅嶺天井以及小斜井、東提升井進(jìn)風(fēng)，通過(guò)位于礦床東部的東風(fēng)井、南部的老南風(fēng)井、新南風(fēng)井回風(fēng)，屬于中央進(jìn)風(fēng)、兩翼抽風(fēng)的對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。中段采用平行雙巷式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各中段回風(fēng)巷及若干調(diào)配井接力回風(fēng)，主要通過(guò)自然風(fēng)壓和3個(gè)主回風(fēng)井口的主扇風(fēng)機(jī)抽出。

井下通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)范圍較大，通風(fēng)路線(xiàn)長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，風(fēng)量分配調(diào)節(jié)困難。很多溜井、措施井、采場(chǎng)天井集中在一條川脈，分段平巷溜井、措施井相互交錯(cuò)，回風(fēng)井巷、通風(fēng)設(shè)備、構(gòu)筑物等較多，存在很多人為因素影響，監(jiān)管困難。礦石含硫高，易氧化散熱，地壓、地?zé)嵊绊懯置黠@，無(wú)軌設(shè)備散熱大，導(dǎo)致工作面溫度極高。礦石轉(zhuǎn)運(yùn)中倒礦沖擊極易產(chǎn)生礦塵，防塵難度大；盤(pán)區(qū)作業(yè)點(diǎn)過(guò)于集中，開(kāi)拓與回采同時(shí)進(jìn)行，放炮等作業(yè)關(guān)系協(xié)調(diào)困難，相互影響大，通風(fēng)調(diào)節(jié)困難。深部區(qū)域風(fēng)量不足，使得全礦的需風(fēng)量很大，全礦通風(fēng)能耗極大。另外通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)產(chǎn)改造，整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。

2 影響因素及可靠性分析

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性?xún)?nèi)涵

井下通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性是指：井下通風(fēng)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和時(shí)間內(nèi)完成井下通風(fēng)任務(wù)的能力。井下通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性高低，不僅與風(fēng)流的穩(wěn)定性相關(guān)，而且跟其他諸多因素相關(guān)。例如作業(yè)點(diǎn)的風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)流質(zhì)量和溫度，防災(zāi)救災(zāi)能力等等。如果系統(tǒng)風(fēng)流穩(wěn)定，但不能給各個(gè)需風(fēng)地點(diǎn)創(chuàng)造良好的井下氣候條件，或者某些需風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量不夠，則不能完成到井下通風(fēng)的任務(wù)，這樣的通風(fēng)系統(tǒng)是不可靠的。換句話(huà)說(shuō)，井下通風(fēng)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，它不一定是可靠的，但可靠的一定是穩(wěn)定的。只有在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到，才能稱(chēng)之為完成規(guī)定的功能，否則稱(chēng)之為“故障”或者“失效”。

可靠度是系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，是時(shí)間t的函數(shù)，常用R（t）表示。

2.2 可靠性影響因素

根據(jù)以上可靠性?xún)?nèi)涵及定義來(lái)看，影響井下通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的因素主要有：通風(fēng)方式，通風(fēng)方法，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，風(fēng)路的走向及變化，通風(fēng)動(dòng)力，扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，自然風(fēng)壓的作用，通風(fēng)構(gòu)筑物性能，風(fēng)流調(diào)節(jié)設(shè)施運(yùn)行的穩(wěn)定性，通風(fēng)巷道的幾何形狀及尺寸，通風(fēng)管理環(huán)境（通風(fēng)系統(tǒng)的管理者、決策者、維護(hù)人員及接觸者，以及由他們所引起的行為結(jié)果，如組織管理和各種規(guī)章制度等），監(jiān)控監(jiān)測(cè)，災(zāi)變時(shí)的應(yīng)變能力，風(fēng)流熱力學(xué)因子，風(fēng)流含塵量及其分布情況，設(shè)備運(yùn)行引起風(fēng)壓的變化，以及井下這個(gè)大系統(tǒng)和外部環(huán)境影響等。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)中“人”的可靠性

影響通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的人可以分為：負(fù)責(zé)實(shí)施通風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)的通風(fēng)工，通風(fēng)系統(tǒng)的直接管理者，通風(fēng)系統(tǒng)的相關(guān)管理者，通風(fēng)系統(tǒng)的接觸者。他們的行為結(jié)果都會(huì)影響通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。

通風(fēng)系統(tǒng)的日常檢查和維護(hù)主要由井下通風(fēng)工直接承擔(dān)。如他們作業(yè)時(shí)的生理和心理狀態(tài)不佳，責(zé)任心不強(qiáng)，則對(duì)安排的工作會(huì)大打折扣，且由于操作熟練程度、技術(shù)水平等諸多因素，檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題未能及時(shí)處理，或者整改落實(shí)不到位，直接影響到他們對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)日常檢查和維護(hù)的效果。

通風(fēng)系統(tǒng)的直接管理者主要承擔(dān)通風(fēng)系統(tǒng)的管理以及通風(fēng)工的管理。對(duì)通風(fēng)工的管理，就是要通過(guò)各種管理手段提高通風(fēng)工作業(yè)的效率；對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的管理就是要做好通風(fēng)系統(tǒng)檢查、調(diào)整分配和完善，確保通風(fēng)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

通風(fēng)系統(tǒng)的相關(guān)管理者主要承擔(dān)通風(fēng)系統(tǒng)的組織管理和各種規(guī)章制度制定和貫徹落實(shí)等。提高對(duì)井下通風(fēng)安全的認(rèn)識(shí)，加大井下通風(fēng)管理投入，加大通風(fēng)設(shè)施的優(yōu)化配置、開(kāi)發(fā)與更新，拓展技術(shù)培訓(xùn)和實(shí)踐，不斷提高通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。

通風(fēng)系統(tǒng)的接觸者是指在日常作業(yè)活動(dòng)中會(huì)接觸到通風(fēng)系統(tǒng)的人，他們的行為動(dòng)作會(huì)影響到通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。例如通過(guò)風(fēng)門(mén)沒(méi)有關(guān)閉，關(guān)停標(biāo)明嚴(yán)禁停機(jī)的風(fēng)機(jī)，撞壞風(fēng)機(jī)、風(fēng)墻等。

人的可靠性受心理、能力、素質(zhì)、技能水平、管理等因素，還有人的大腦意識(shí)水平等因素，都會(huì)影響人的操作維護(hù)、判斷處理、管理決策，導(dǎo)致人的一些失誤，以及不安全的行為動(dòng)作，進(jìn)而影響通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)中“機(jī)”的可靠性

對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)中的“機(jī)”，若將通風(fēng)方式，通風(fēng)方法，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，風(fēng)路的走向及變化等各子系統(tǒng)的可靠度分別記為R1、R2、R3……Rn，對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)的可靠度等于每個(gè)要素可靠度之積：

所以要努力提高通風(fēng)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的自身可靠性，例如提高主通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證風(fēng)路的穩(wěn)定，減小靈敏度，提高通風(fēng)構(gòu)筑物的砌筑質(zhì)量，盡量減少通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施數(shù)量等。

所以對(duì)于部分對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)影響較大的關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施，采取雙重保險(xiǎn)措施。例如對(duì)易引起風(fēng)流短路的風(fēng)墻都砌筑兩道，部分區(qū)域采用局扇確保風(fēng)向穩(wěn)定等。通風(fēng)系統(tǒng)是各子系統(tǒng)經(jīng)過(guò)串并聯(lián)混合組成的復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)m個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成n個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)時(shí)，則系統(tǒng)可靠度為：Rm（t）＝［1－（1－R）m］n。

若用Rh表示人的可靠度，Rm表示機(jī)的可靠度，則通風(fēng)系統(tǒng)的可靠度為：R風(fēng)＝Rh×Rm。

由于可靠度都是小于1，由此可見(jiàn)，即使單純提高某一項(xiàng)的可靠度而另一項(xiàng)不變，那么系統(tǒng)的總體可靠性仍然得不到明顯改善；反之若其中一個(gè)可靠度降低，則系統(tǒng)的總體可靠度比任一個(gè)單項(xiàng)的可靠度更低。所以要提高系統(tǒng)的可靠性，就要找出薄弱環(huán)節(jié)，并且要綜合考慮，多管齊下，全面提高。

3 通風(fēng)系統(tǒng)可靠性提高及優(yōu)化措施

（1）根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定計(jì)算井下生產(chǎn)最大需風(fēng)量，由此安排每班井下供風(fēng)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，做好盤(pán)區(qū)回采的規(guī)劃及協(xié)調(diào)統(tǒng)籌。保證通風(fēng)系統(tǒng)擁有滿(mǎn)足井下安全生產(chǎn)的足夠動(dòng)力，確保主扇、輔扇風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，并利用好自然風(fēng)壓。

（2）優(yōu)化、簡(jiǎn)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，理順進(jìn)、回風(fēng)風(fēng)路，對(duì)一些穿脈、溜井、措施井進(jìn)行規(guī)劃封閉和控制，減少新鮮風(fēng)通過(guò)溜井、措施井形成有害角聯(lián)；保證進(jìn)風(fēng)盡可能從主巷和大斜坡道直接進(jìn)入分段平巷，再進(jìn)入采場(chǎng)，減少風(fēng)路的調(diào)控難度和交錯(cuò)影響。

（3）3個(gè)主回風(fēng)井都是利用多段天井接力回風(fēng)，回風(fēng)段阻力大。合理利用好局扇與輔扇輔助通風(fēng)，正確使用通風(fēng)動(dòng)力，平衡風(fēng)壓；多裝輔扇，少裝局扇。對(duì)于深部或部分通風(fēng)困難區(qū)域應(yīng)采用多級(jí)扇接力，減少系統(tǒng)阻力，確?；仫L(fēng)井、巷有足夠的負(fù)壓，減少系統(tǒng)反風(fēng)，提高風(fēng)流的穩(wěn)定性，減小井下通風(fēng)阻力。

（4）提高通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施的安裝質(zhì)量及可靠性，減少因功能失效導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。合理布置通風(fēng)設(shè)施和通風(fēng)構(gòu)筑物，對(duì)易引起風(fēng)流短路的風(fēng)墻都砌筑兩道；選擇可靠性高的設(shè)備，并做好日常檢查和維護(hù)保養(yǎng)；設(shè)施構(gòu)筑要結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、堅(jiān)固，提高阻斷風(fēng)流構(gòu)筑物的漏風(fēng)率，減小通過(guò)風(fēng)流構(gòu)筑物的通風(fēng)阻力，例如風(fēng)橋兩邊風(fēng)道變化要平緩，兩邊的臺(tái)階改成平滑面，中間留一條夠人員行走的臺(tái)階即可；增加調(diào)節(jié)風(fēng)窗對(duì)風(fēng)量的調(diào)控能力，同時(shí)盡量減少通風(fēng)構(gòu)筑物數(shù)量，有效減少跑風(fēng)、漏風(fēng)，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（5）對(duì)部分開(kāi)采強(qiáng)度較大、高硫采場(chǎng)、地?zé)岽?、柴油設(shè)備散熱、機(jī)電設(shè)備散熱大的作業(yè)點(diǎn)，供風(fēng)量在計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)高于規(guī)程要求，加大其通風(fēng)，確保風(fēng)流的質(zhì)量及井下氣候條件。

（6）做好井下爆破作業(yè)管理、放炮協(xié)調(diào)及清崗、站崗，嚴(yán)控炮煙走向，杜絕炮煙等有毒有害氣體中毒；加大通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)管。對(duì)損壞通風(fēng)設(shè)施、違反通風(fēng)管理的要嚴(yán)肅處罰，以鐵的紀(jì)律保障通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。

（7）實(shí)行精細(xì)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。哪怕是一點(diǎn)漏風(fēng)都要去努力控制，風(fēng)向的一點(diǎn)細(xì)微變化都應(yīng)該將其風(fēng)險(xiǎn)最大化來(lái)對(duì)待；查漏補(bǔ)缺，居安思危，樹(shù)立憂(yōu)患意識(shí)和高度的責(zé)任心，降低通風(fēng)系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)。安全標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)就是要求日常工作制度化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，減少人為因素造成的影響，制定各項(xiàng)通風(fēng)管理、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將精細(xì)化管理的要求落實(shí)到具體的工作中。實(shí)行“PDCA循環(huán)”持續(xù)改進(jìn)，不斷努力提高通風(fēng)系統(tǒng)的管理效率。

（8）提高人員的素質(zhì)和操作技能，定期組織理論和操作培訓(xùn)，并制定考核標(biāo)準(zhǔn)。提高通風(fēng)設(shè)備設(shè)施安裝、維護(hù)、檢查的質(zhì)量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化要求切實(shí)落實(shí)通風(fēng)系統(tǒng)的檢查、維護(hù)、調(diào)整控制。

（9）采取非嚴(yán)格形式的分區(qū)通風(fēng)。根據(jù)幾個(gè)主要進(jìn)、回風(fēng)井的布置，可以將井下獅嶺上部、獅嶺深部、獅嶺南和金星嶺區(qū)域采取分區(qū)通風(fēng)，回風(fēng)子系統(tǒng)可以對(duì)目前3個(gè)主回風(fēng)井負(fù)擔(dān)區(qū)域進(jìn)行部分調(diào)整，形成非嚴(yán)格的獨(dú)立回風(fēng)，盡可能采取獨(dú)立斷開(kāi)控制，以減少相互之間的調(diào)控影響。例如在獅嶺南區(qū)域?qū)嵭袞|、西回風(fēng)巷分開(kāi)做閘板門(mén)進(jìn)行分別調(diào)控，減少3個(gè)主回風(fēng)井中段石門(mén)的開(kāi)放數(shù)量，例如金星嶺回風(fēng)集中到－200m，東風(fēng)井只要開(kāi)放－200m一個(gè)石門(mén)給金星嶺區(qū)域回風(fēng)即可。對(duì)于進(jìn)風(fēng)子系統(tǒng)，將各個(gè)進(jìn)風(fēng)井如同回風(fēng)系統(tǒng)一樣實(shí)行負(fù)擔(dān)范圍劃分，可以考慮將新副井作為深部主要進(jìn)風(fēng)井，老副井作為東區(qū)和獅嶺盤(pán)區(qū)主要進(jìn)風(fēng)井，獅嶺天井作為獅嶺南區(qū)域主要進(jìn)風(fēng)井，小斜井、東提升井等主要作為東區(qū)進(jìn)風(fēng)井。大斜坡道因?yàn)檫\(yùn)輸影響進(jìn)風(fēng)量只能到達(dá)－240m中段上下，－240m中段以下用來(lái)作為各個(gè)區(qū)域進(jìn)風(fēng)的平衡調(diào)節(jié)，盡可能減少大斜坡道長(zhǎng)距離進(jìn)風(fēng)導(dǎo)致區(qū)域之間的相互影響，其他各個(gè)區(qū)域進(jìn)風(fēng)量盡量減少相互影響，以達(dá)到分區(qū)進(jìn)風(fēng)的目的。相互進(jìn)回風(fēng)不相互影響，一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)異常，不會(huì)影響到其他子系統(tǒng)，使影響最小化，可靠性最大化。

（10）增強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的防災(zāi)救災(zāi)能力，定期檢驗(yàn)防災(zāi)救災(zāi)應(yīng)急能力。開(kāi)展通風(fēng)系統(tǒng)安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)，防止因井下通風(fēng)原因造成安全事故或擴(kuò)大災(zāi)情。完善落實(shí)通風(fēng)防塵八字方針，做好井下主要產(chǎn)塵點(diǎn)的粉塵控制，合理設(shè)計(jì)局部?jī)艋到y(tǒng)，采取防止風(fēng)流污染的措施。

4 結(jié) 語(yǔ)

井下通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性研究是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不能只考慮“人”的因素或者“機(jī)”的因素，必須要找出薄弱環(huán)節(jié)，綜合各方面因素，采取多種措施，才能得到有效提高。通過(guò)分析研究影響通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的各因素，結(jié)合凡口鉛鋅礦生產(chǎn)實(shí)際和技術(shù)水平，針對(duì)性地采取一些可行的安全技術(shù)措施，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化提升，實(shí)施合理科學(xué)的管理，提高井下通風(fēng)的效率和通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，創(chuàng)造良好的井下作業(yè)環(huán)境，防止因通風(fēng)系統(tǒng)原因造成安全事故，保障井下安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行，無(wú)疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ 吳 超.礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008.

［2］ 歐陽(yáng)文昭，廖可兵.安全人機(jī)工程學(xué)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2002.

［3］ AQ2013.金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 陶樹(shù)銀，熊正明，程 哲，等.金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2012，32（2）：58－60，83.

2012－06－12）

李方波（1985－），男，貴州獨(dú)山縣人，注冊(cè)安全工程師，從事礦山井下通風(fēng)安全管理工作。