湖北銅綠山礦井下通風系統(tǒng)優(yōu)化

王　潔　曹　斌　周述峰

(1.大冶有色設計研究院有限公司；2.大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦；3.東北大學資源與土木工程學院)

銅綠山礦自1971年投產(chǎn)至今，已由露天-地下聯(lián)合開采轉為地下開采[1]。由于井下承擔的生產(chǎn)任務極其繁重，致使礦井年下降速度較快，而上部中段處于殘礦開采階段，短時間難以結束，銅綠山礦尚在生產(chǎn)的中段有-185，-245，-305，-365，-425，-485 m中段，-545，-605，-665，-725，-785，-845 m中段進入開拓階段。因主要開采開拓中段下移，以往安裝的一些通風設備、建(構)筑物已經(jīng)無法完全適應變化了的開采狀況，無法有效滿足井下通風要求，下部有效風量減少，在放炮時，排煙緩慢，并且多中段作業(yè)導致污風串聯(lián)嚴重；北風井兼作提升井，致使風門常開，-305 m中段出現(xiàn)污風回流現(xiàn)象[2-3]。為改善該礦井下通風現(xiàn)狀，有必要對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。

1　礦井通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1　現(xiàn)有通風系統(tǒng)

目前，銅綠山礦井下采用中央進風、兩翼抽風的通風方式。進風井為礦體上盤的新主井、新副井以及礦體下盤的管纜井，均位于礦床中部。管纜井底部僅達-245 m水平，-305 m以下深部主要由新主井、新副井和輔助斜坡道進風。南翼回風井原有南風井，因防治水而被充填封閉，改由老主井承擔南翼回風；北翼回風由北風井承擔，北風井已延深至-425 m 水平，但風井安裝有在用提升設施(落地式雙罐提升系統(tǒng))。

南主扇安裝于Ⅲ#礦體下盤，在近礦體端部的-245 m 中段原斜坡道口新增回風上山連通老主井。北主扇首先由-185 m水平移至北風井-245 m 回風石門邊，后因中段開拓、生產(chǎn)增加過快，-425，-365 m中段迅即投入開拓和生產(chǎn)，而上部中段生產(chǎn)遲遲未結束，因而在-365 m中段北風井回風石門邊再增加1臺主扇，為-365 m北主扇。南部原設計增加1臺輔扇，因-365 m南回風巷及其附近的穿脈、下盤沿脈均堵塞或垮塌，而未安裝。

新鮮風流從新副井等流入，按通風構筑物調整后的通風阻力大小自然分配風量，分別經(jīng)各中段石門、斜坡道、運輸巷道、穿脈進入采場，經(jīng)采場天井至上中段或下中段穿脈、運輸平巷，與該中段新鮮風流混合后，進入本中段采場，再經(jīng)采場天井至上中段或下中段穿脈、運輸平巷，如此逐中段上行或下行通風至主回風中段平巷、回風石門和南北回風井排出地表。

1.2　問題分析

經(jīng)過現(xiàn)場調查分析，發(fā)現(xiàn)該礦現(xiàn)有的礦井通風系統(tǒng)污風串聯(lián)現(xiàn)象比較嚴重。目前生產(chǎn)中段主要為-365，-425，-305 m中段(底柱回采)以及-245，-185 m 中段(殘礦回采)，井下多中段作業(yè)，易產(chǎn)生污風串聯(lián)。

系統(tǒng)風機的通風效率比較低，主扇風機動力方向紊亂，由于歷史原因，北風井兼作提升井，人行頻繁，關閉風門不利于作業(yè)，導致風門常開，-305 m中段出現(xiàn)污風回流現(xiàn)象。此外，該礦井下通風系統(tǒng)存在短路現(xiàn)象，管纜井原本作為上部通風系統(tǒng)的進風井，本研究調查發(fā)現(xiàn)管纜井風流方向反向，獨頭巷道通風距離較長，通風效果不佳；周邊小礦體開采，通風線路長，未形成有效的通風回路；南部倒段南風井斷面較小，-365 m中段以下的回風阻力較大。

2　礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方案設計及優(yōu)選

2.1　礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方案

由于該礦分多期建設，各期開拓工程并非完全獨立，相互之間有一定關聯(lián)，在通風系統(tǒng)設計時需考慮該因素。礦井通風系統(tǒng)一般有統(tǒng)一通風、分區(qū)通風和單元通風等方式[4-7]。從該礦開拓工程布置來看，采用統(tǒng)一通風方式難以有效對多中段多翼大量用風點的風量進行調節(jié)，通風困難；采用分區(qū)通風方式無法形成數(shù)個獨立的通風區(qū)域。該礦井下進風井筒都布置于礦體中部，南北風井和東回風井布置于礦體端部，多中段開拓生產(chǎn)，該類格局較適合選擇單元通風方式對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化[8-10]，本研究設計出了如下3種通風方案。

(1)方案Ⅰ，統(tǒng)一進風，單元回風。各中段由管纜井、新主井、新輔井或混合井進風，分段由斜坡道進風，到達用風點，由北風井、老主井和回風井回風。

(2)方案Ⅱ，上部單元進風，三期和深部統(tǒng)一進風單元回風。-245 m中段以上由管纜井和斜坡道到達各中段，經(jīng)中段運輸平巷到達用風點，南北翼分別經(jīng)-245 m中段南、北部風機從老主井和北風井排出地表。-245 m中段以下由新副井和混合井進風，經(jīng)中段運輸平巷到達用風點，南北翼分別經(jīng)-365 m 中段東部、北部風機從東風井和北風井排出地表。-605 m中段以下的污風經(jīng)-605 m中段風機從東回風井排出地表。

(3)方案Ⅲ，單元進風，單元回風。-305 m中段以上，由管纜井和斜坡道到達各中段，通過中段運輸平巷到達各用風點，南北翼分別經(jīng)-245 m中段南部、北部風機從老主井及北風井排出地表。 -365～-485 m中段由新副井進風，經(jīng)中段運輸平巷到達各用風點，南北翼分別經(jīng)-365 m中段東部、北部風機從東回風井和北風井排出地表。-485～-605 m 中段由新副井進風，經(jīng)中段運輸平巷到達各用風點，南翼經(jīng)-605 m中段風機從東回風井排出地表；北翼經(jīng)新增的-545 m中段北部風機，延伸北風井到-545 m中段從北回風井排出地表。-605 m 以下中段由混合井進風，經(jīng)中段運輸平巷到達各用風點，污風經(jīng)-605 m中段風機從回風井排出。

2.2　方案優(yōu)選

經(jīng)過詳細的方案比選，認為方案Ⅰ工程投資費用最低，風門等調控裝置安裝最少，全礦總阻力較小，但存在各生產(chǎn)中段污風易串聯(lián)、深部開拓中段通風效果差以及風量調節(jié)困難等不足；方案Ⅱ可以有效減少污風串聯(lián)、提高深部有效風量，且風流管理比較方便，有利于-425 m以下中段通風，特別是對于-365 m中段以上的風量調節(jié)比較容易，但需要新增的控風構筑物較多，費用較高，深部風量調節(jié)困難，通風管理要求較高，利用原有巷道進行通風，巷道維護費用較高；方案Ⅲ不僅可以減少污風串聯(lián)，提高深部有效風量，還可以方便對風流進行管理，有利于-425 m以下中段通風，局部通風易找到污風排放口，有利于對全礦風量進行調節(jié)，并且巷道維護費用較少，環(huán)境效益好，但新增的控風構筑物費用最高，通風管理要求高。

經(jīng)過比選，本研究認為方案Ⅲ可以更有效地改善井下通風效果，提高井下空氣質量。該方案實施后，通風系統(tǒng)中的機械通風動力將被分為3級：Ⅰ級風機為-245 m南主扇、-245 m(-545 m)北主扇、-365 m 北主扇、-365 m東主扇(從東回風井回風)以及-605 m主扇；Ⅱ級風機為各個需要增大風量的中段設置的不帶風墻的集污輔扇；Ⅲ級風機為作業(yè)面的壁扇、局扇，如此設計有效保證了整個通風系統(tǒng)的使用效果。

3　結　語

針對銅綠山礦井下通風系統(tǒng)存在的問題，設計了3種優(yōu)化方案，并進行了方案比選，認為單元進風、單元回風的通風方案最有利于改善該礦井下通風效果，同時結合井下配置的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，可以對有毒有害氣體進行實時監(jiān)測，有助于實現(xiàn)井下通風效果最優(yōu)化。

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