深地開采礦井中礦井通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用研究

胡保有

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048200）

引 言

我國地層中的礦產(chǎn)資源非常豐富，在進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采的時(shí)候，常用的開采方式主要有露天開采和井下開采兩種，而隨著露天開采量的不斷增加，淺部礦山已經(jīng)越來越少，更多的礦山已經(jīng)進(jìn)入了深部開采的范疇。而對(duì)于深部礦床而言，開采過程中通風(fēng)是一個(gè)非常重要的問題，其對(duì)于解決深地開挖礦井所面臨的高溫問題有著非常重要的意義［1－2］。因此，深地開挖礦井所需要解決的首要問題就是通風(fēng)問題，由于深地開挖礦井的開挖深度常常會(huì)達(dá)到300m以上，所以對(duì)于通風(fēng)的要求也更高，因此必須要采用合理的礦井通風(fēng)技術(shù)。

1 深地開挖礦井概述

當(dāng)前在對(duì)于礦井進(jìn)行分類時(shí)，并沒有一個(gè)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，一般深度超過300m時(shí)，可以視為深地開挖礦井，同時(shí)，如果深度大于一定的值而且會(huì)伴隨地壓顯現(xiàn)劇烈或高溫?zé)岷?，也可以視為深地開挖礦井。對(duì)于深地開挖礦井而言，首先，其開采難度相比于露天開采及淺部開采更大，同時(shí)，開挖至地層深部時(shí)，地應(yīng)力會(huì)顯著增加，孔隙水壓力也會(huì)大大增加，而且還會(huì)面臨顯著的高溫?zé)岷Φ葐栴}［3－4］。所以，對(duì)于深地開挖礦井而言，必須要保證礦井通風(fēng)條件良好，只有采用科學(xué)的礦井通風(fēng)技術(shù)，才能夠更好地保證礦井的通風(fēng)條件，同時(shí)保障開采作業(yè)的安全。

2 某煤礦及其礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況

2.1 礦山概況

該煤礦處于丘陵地帶，其最低標(biāo)高為＋120m，最高標(biāo)高為＋223m，該礦床的2＃礦體礦石的儲(chǔ)存量占到了整個(gè)礦床總儲(chǔ)量的95%，但是2＃礦體大部分埋藏在－760m以下，埋藏較深，同時(shí)，其開采范圍在－700m～－1 050m，最大礦體的寬度達(dá)到800m。在對(duì)該煤礦進(jìn)行開采的過程中，采用的是豎井開拓系統(tǒng)，該礦山共使用了9座豎井，其中，主井的井深達(dá)到－1 100m，井筒的直徑為5.6m。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)概述

由于該礦山面積較大，在開采的過程中分為新區(qū)和老區(qū)兩部分進(jìn)行開采，對(duì)于新區(qū)，其所采用的是兩翼對(duì)角抽出式的通風(fēng)方式，1＃副井、2＃副井和措施井3座井是新鮮風(fēng)的入口，通過這3座井流經(jīng)各個(gè)中段，然后，再通過主運(yùn)巷分別進(jìn)入到東側(cè)及西側(cè)巖脈巷道，之后到達(dá)各個(gè)作業(yè)地點(diǎn)。最后，從作業(yè)區(qū)排出的污風(fēng)又通過倒段風(fēng)井和3＃風(fēng)井排出至地表。在新區(qū)共布置有2臺(tái)配有變頻器的風(fēng)機(jī)。而在老區(qū)，則采用單翼對(duì)角式的通風(fēng)方式，通過在礦井的進(jìn)風(fēng)石門及回風(fēng)石門處分別安裝風(fēng)機(jī)，使得新鮮風(fēng)通過專用風(fēng)井和1＃副井流入和經(jīng)過各個(gè)中段。

2.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

只有充分地了解礦井的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，才能有針對(duì)性地采取措施對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，保證礦井內(nèi)通風(fēng)條件的良好。在對(duì)本礦井的通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析時(shí)，主要通過對(duì)斷面積、風(fēng)速、風(fēng)壓及電機(jī)輸入功率幾個(gè)參數(shù)的測(cè)定，通過這些參數(shù)來反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。在對(duì)礦井?dāng)嗝娣e進(jìn)行測(cè)定的過程中，所采用的公式如式（1）所示。

式中：B為巷道最大寬度，m；n為B的等分?jǐn)?shù)；h1為初始點(diǎn)的巷道高度，m；hn＋1為末尾點(diǎn)的巷道高度，m；h單為除去第一個(gè)和最后一個(gè)點(diǎn)以外單號(hào)點(diǎn)的巷道高度，m；h雙為除去第一個(gè)和最后一個(gè)點(diǎn)以外雙號(hào)點(diǎn)的巷道高度，m。

在對(duì)礦井中的風(fēng)速進(jìn)行測(cè)定時(shí)，主要是利用熱球式電風(fēng)速儀和輕便式風(fēng)速儀對(duì)確定的測(cè)風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后再利用側(cè)身測(cè)量法的計(jì)算公式對(duì)實(shí)際的風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如式（2）所示。

式中：s為測(cè)點(diǎn)斷面積，m2；vs為校正后的平均風(fēng)速，m／s。

在對(duì)風(fēng)機(jī)裝置的風(fēng)壓進(jìn)行測(cè)定時(shí)，主要是利用皮托管壓差計(jì)對(duì)風(fēng)機(jī)的靜壓差進(jìn)行測(cè)量，然后再利用式（3）對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓進(jìn)行計(jì)算。

最后，在對(duì)電機(jī)輸入功率進(jìn)行測(cè)定時(shí)，通過式（4）進(jìn)行計(jì)算得到相應(yīng)的輸入功率。

式中：N為電機(jī)輸入功率，kW；U為線電壓，kV；I為線電流，A；cosΨ為功率因數(shù)。

采用以上方式對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)現(xiàn)狀進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)高為－750m～－890m，新鮮風(fēng)量的測(cè)定結(jié)果與設(shè)計(jì)需風(fēng)量的對(duì)比情況如表1所示。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2＃副井出現(xiàn)了反風(fēng)現(xiàn)象，同時(shí)，1＃副井的風(fēng)流也較為紊亂，在中段內(nèi)部風(fēng)流風(fēng)量的分配不是十分合理。而且，因?yàn)槭艿降V井通風(fēng)系統(tǒng)的影響，導(dǎo)致整個(gè)礦井的回風(fēng)阻力相對(duì)較大，使得有效風(fēng)量相對(duì)偏低，新鮮風(fēng)流也存在短路的情況。例如，在－790m中段，其進(jìn)風(fēng)相對(duì)不足，使得中段內(nèi)部風(fēng)流循環(huán)，同時(shí)，在－800m中段，風(fēng)流又未得到充分的利用。

由于本礦井所采用的是二級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)，并且在部分專用進(jìn)風(fēng)井設(shè)置了2臺(tái)風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)，但是該通風(fēng)系統(tǒng)只能夠滿足初期開采的通風(fēng)需求，隨著開采深度的加深，礦井中的通風(fēng)條件發(fā)生了較大的變化，通過測(cè)定發(fā)現(xiàn)本礦井的風(fēng)速合格率在50%以下，同時(shí)，有效風(fēng)量率僅為36.58%，整個(gè)礦井中風(fēng)機(jī)的效率僅為46.52%，使得礦井通風(fēng)系統(tǒng)的整體指標(biāo)偏低，不利于礦井的通風(fēng)。

表1 新鮮風(fēng)量的測(cè)定結(jié)果與設(shè)計(jì)需風(fēng)量的對(duì)比情況

3 深地開挖礦井通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題

3.1 通風(fēng)效率不高

通過測(cè)定發(fā)現(xiàn)，在本礦井中，風(fēng)機(jī)裝置的效率為46.52%，按照地下礦山通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求，風(fēng)機(jī)的裝置效率至少需要達(dá)到70%，因此本礦井的風(fēng)機(jī)裝置效率不高。之所以會(huì)出現(xiàn)這一問題，主要是由于風(fēng)機(jī)機(jī)站的設(shè)置與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的匹配不夠合理，雖然采用了風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)的方式，但是在聯(lián)合作業(yè)的過程中風(fēng)機(jī)之間互相存在干擾，同時(shí)機(jī)站局部還存在漏風(fēng)的問題。因此，雖然風(fēng)機(jī)自身的性能基本良好，但是仍然出現(xiàn)了通風(fēng)效率不高的問題。

3.2 風(fēng)質(zhì)合格率較低

通過測(cè)定發(fā)現(xiàn)，本礦井的風(fēng)質(zhì)合格率也不滿足要求，通過分析發(fā)現(xiàn)，造成該問題的主要原因包括以下幾個(gè)方面：第一，礦井下所使用的大型鏟運(yùn)機(jī)以及柴油機(jī)汽車在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣，而新鮮風(fēng)流在進(jìn)入到礦井中后受到了這些尾氣的污染，所以導(dǎo)致風(fēng)質(zhì)受到影響。第二，本礦井所采用的是高溜井卸礦的方式，因此在卸礦的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，也會(huì)對(duì)新鮮風(fēng)質(zhì)造成影響。第三，在中段內(nèi)所產(chǎn)生及排出的污風(fēng)還會(huì)相互串聯(lián)，由于本礦上采場是垂直穿脈布置的，幾個(gè)中段都會(huì)被一個(gè)采場所貫穿，因此導(dǎo)致污風(fēng)重新經(jīng)過一個(gè)中段才能回至回風(fēng)巷。第四，存在風(fēng)流短路的情況，使得局部區(qū)域的風(fēng)流較小，最終使得污風(fēng)無法被有效地排出井外，使得風(fēng)質(zhì)的合格率較低。

3.3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不完善

由于本煤礦的面積相對(duì)較大，在該礦的新區(qū)其總的進(jìn)風(fēng)量基本能夠滿足設(shè)計(jì)的需風(fēng)量要求，但是，對(duì)于部分新的開拓工程，其通風(fēng)系統(tǒng)尚未形成，在礦石產(chǎn)量不發(fā)生改變的情況下，需風(fēng)量有所增加，使得整個(gè)新區(qū)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和礦區(qū)的通風(fēng)需求不相匹配。而且，通過測(cè)定發(fā)現(xiàn)，礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)速的合格率在50%以下，同時(shí)，有效風(fēng)量率僅為36.58%，風(fēng)量的分配不夠合理，致使風(fēng)流發(fā)生紊亂，使得部分作業(yè)地點(diǎn)面臨較差的通風(fēng)條件。

4 深地開挖礦井通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

4.1 優(yōu)化井下通風(fēng)構(gòu)筑物

通過對(duì)本礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本礦井的井下通風(fēng)系統(tǒng)存在風(fēng)流短路、局部風(fēng)流停滯等問題，這些問題的存在使得新鮮風(fēng)流不能夠得到合理的分配。而導(dǎo)致這一問題出現(xiàn)的主要原因就是，存在穿脈貫通沒有作業(yè)以及沒有及時(shí)地對(duì)貫穿幾個(gè)中段的采空區(qū)進(jìn)行回填，因此，考慮首先對(duì)廢棄的巷道及時(shí)地進(jìn)行密閉處理，同時(shí)，對(duì)暫時(shí)不使用的巷道進(jìn)行臨時(shí)密閉處理，在使用頻率不高的巷道設(shè)置柔性風(fēng)門，例如，通過在出礦巷道及穿脈巷道設(shè)置柔性風(fēng)簾，從而達(dá)到控制漏風(fēng)的效果。如果存在沒有及時(shí)填充的采空區(qū)以及暫停作業(yè)的采場，通過在其與穿脈相通的兩端設(shè)置臨時(shí)密閉或者是安裝柔性風(fēng)簾，然后再對(duì)井下現(xiàn)有的構(gòu)筑物進(jìn)行修整，從而有效地控制漏風(fēng)問題，改善礦井下的通風(fēng)條件。

4.2 減小回風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力

就井下通風(fēng)系統(tǒng)而言，一方面，需要保證阻力的平衡，另一方面，也需要確保阻力的梯度變化，在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)之中，如果一個(gè)局部發(fā)生變化，井下的通風(fēng)條件都會(huì)發(fā)生較大的變化，因此必須要減小回風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力。對(duì)于本煤礦而言，由于部分穿脈與回風(fēng)巷的相交處沉積了許多的淤泥、污水及廢石，導(dǎo)致穿脈與回風(fēng)巷的相交處出現(xiàn)了嚴(yán)重的堵塞情況，所以通過對(duì)于穿脈、回風(fēng)巷以及二者相交處所存在的淤泥、污水及廢石進(jìn)行清理，可以有效地減小本礦井回風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力，從而更加有利于井下通風(fēng)條件的改善。

4.3 整體優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)方案

要想更好地改善本礦井的通風(fēng)條件，還需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)方案進(jìn)行整體優(yōu)化，結(jié)合本礦井的實(shí)際條件，可以采用如下方案：首先，不改變?cè)L(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)動(dòng)力，在此基礎(chǔ)之上再增加第二級(jí)風(fēng)機(jī)機(jī)站，從而構(gòu)成一個(gè)三級(jí)機(jī)站的通風(fēng)系統(tǒng)，并且，在多個(gè)中段利用空氣幕風(fēng)流調(diào)節(jié)技術(shù)，依據(jù)各個(gè)盤區(qū)的需風(fēng)量對(duì)硐室型風(fēng)機(jī)進(jìn)行安裝，從而形成空氣幕?？諝饽恢饕菍L(fēng)機(jī)安裝在巷道側(cè)壁的硐室內(nèi)，然后再利用風(fēng)機(jī)的供風(fēng)裝置朝著巷道之中噴射高速氣流，使得風(fēng)流被引射到需風(fēng)作業(yè)面上，從而改善巷道通風(fēng)條件。通過此方法對(duì)于各個(gè)中段所存在的風(fēng)流分配問題以及漏風(fēng)問題加以解決。然后，在礦井達(dá)到一定的生產(chǎn)能力時(shí)，再采用主輔聯(lián)合的統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)，在回風(fēng)井井口的位置安裝主扇，同時(shí)將2臺(tái)主扇并聯(lián)布置，并在盤區(qū)設(shè)置空氣幕以分配風(fēng)流，從而實(shí)現(xiàn)主輔聯(lián)合的統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)。最后，再依據(jù)礦井生產(chǎn)條件的調(diào)整適當(dāng)?shù)貙?duì)整個(gè)礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)以及通風(fēng)構(gòu)筑物加以調(diào)整，即可有效地改善礦井的通風(fēng)條件。

5 結(jié)語

在本文的研究中，主要就深地開挖礦井中礦井通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用問題進(jìn)行了相應(yīng)的研究，首先就深地開挖礦井的概況進(jìn)行了簡要的介紹，然后結(jié)合某銅礦實(shí)例，對(duì)該礦井的通風(fēng)系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，就其通風(fēng)質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。然后總結(jié)了該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題，主要包括通風(fēng)效率不高、風(fēng)質(zhì)合格率較低以及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)不完善，最后，針對(duì)該礦井通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題提出了優(yōu)化井下通風(fēng)構(gòu)筑物、減小回風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)阻力和整體優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)方案的措施以改善礦井的通風(fēng)條件。