柿竹园多金属采矿场矿井通风系统优化研究

郭远发，阳 俊

（1.湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南 郴州 423037；2.湖南有色金属职业技术学院，湖南 株洲 412000）

柿竹园多金属采矿场为多年生产的老矿山，现阶段地下＋586 m以上生产作业水平已基本开采结束，矿山的开采重心已经转入＋514 m、＋490 m、＋470 m和＋457 m水平，P4以东和北环道以北为主要的生产采准作业。＋536 m至＋586 m水平的东部和北部作业区域主要为生产采准，还有部分的出矿作业。西部还有零星几个作业面。＋490 m水平、＋470 m水平和＋385 m水平为主要的出矿水平。＋490 m水平P4和＋470 m水平P2为主要出矿运输巷，放矿点卸矿并通过矿用汽车运输至地面选厂。＋385 m水平为有轨运输，放矿点卸矿至矿车，通过牵引机车运输至地表东波选厂。其他水平存在少量的开拓掘进和采准作业工作。

本次通风系统的优化范围为＋368 m与＋586 m之间的通风系统，主要考虑200万t／a的生产作业通风需求。

1 矿井通风系统存在的主要问题

井下通风系统的良好运行是保障矿床安全开采的重要因素之一。根据调查发现，目前，柿竹园公司多金属采矿场井下通风系统存在下列几个问题：

1.已有通风网络复杂。多金属采矿场为多年生产老矿井，井下开拓范围较大，＋490 m水平以上采空区较多，且未及时进行充填封闭，造成了井下巷道空区繁多，通风线路过长，平面和立面上都存在棋盘式角联通风网络，且由于早年的大爆破形成塌陷区（即“天窗”），使得井下通风网络更加复杂。

2.通风构筑物不完善。井下老采区较多，未及时设置构筑物进行密闭。在现有的生产条件下，随着开采工作的延伸，作业水平、作业盘区和作业面等不适合设置构筑物和局扇等调节措施。出现风路混乱，污风与新风之间相互串联、漏风、风流短路、污风长期滞留等问题。

3.自然风压影响大。多金属采矿场属于高山型矿山，采用平硐＋斜井＋主溜井的开拓方式，地表不同时刻的温差变化大，且在通地表“天窗”的作用下导致井下自然风压变化也大，从而对矿井通风产生很大的影响。

4.东部和北部作业区域回风困难。根据了解发现，现阶段多金属采矿场的采掘作业主要集中在东部和北部区域，而东回风井内未安装主扇风机加强回风，导致采掘作业及二次爆破时污风无法快速排出地表，且炮烟随下行风进入下部作业中段。

由此可知，多金属采矿场井下通风系统优化改造势在必行。

2 矿井通风系统优化主体方案

本次多金属采矿场通风系统优化主要目的是理顺＋368 m水平至＋586 m水平之间通风系统的风路，解决井下新风短路、污风串联、漏风严重、东部北部排风困难等问题，以及合理利用自然风压。基本思路是最大可能的利用原井巷工程，新增与改造部分井巷工程。达到优化通风网络，减少通风阻力，彻底解决通风效果差的目的［1］。根据现有生产规划及井下通风的实际情况，提出采用两翼多风机分区回风方案作为多金属采矿场通风主体方案，整个井下通风系统形成东西两翼多分区的回风系统。两翼多风机分区回风方案示意图如图1所示［2］。

图1 两翼多风机分区回风方案示意图

3 矿井通风系统优化方案

根据现场调查发现实际存在的问题，参照相关技术规程与安全规程，并结合多金属采矿场未来的通风需求，从通风网络、通风动力、通风构筑物三个方面对井下通风系统进行优化［3］。

3.1 矿井通风网络优化

柿竹园多金属采矿场井下通风系统设计采用两翼对角式通风方式，即由南部进风井，东西两边的回风井回风的通风方式。采用该通风方式可以扩大主扇风机的服务范围，解决东西两边及北部作业区域回风困难的问题，大大的改善了井下污风排放困难和污风集聚的问题。

全矿通风系统的网络包含了各中段进风巷道、回风巷道以及用于进风与回风的天井。中段北部用于通风的线路起到了贯通进风井和回风井通风干线作用。构建通风网络的原则是为防止风流串联、漏风以及短路，实现通风阻力最小同时易于管理。

多金属采矿场井下目前为多中段作业，极易造成风流的串联污染。为了保障各阶段作业面得到新鲜风流，产生的污风能顺利到达回风井，消除作业面风流串联的现象，结合矿井下现状，设计采用平行双巷式阶段通风网络［4-5］。

在每个阶段上、下盘分别掘进一条沿走向的平行巷道，下盘巷道作为进风，上盘巷道用作回风，形成平行双巷进、回风网络。新鲜风流由本阶段进风道进入采场，其污风则由上阶段或本阶段排风道流出。

上下盘双巷式的通风网络结构简单，有效地解决了长久的风流串联问题。充分利用了现有的工程，适合于在厚大矿体、富矿带及开采强度较大、对通风质量要求较高的矿山。

3.2 井下通风动力系统优化

井下通风动力是维持整个通风系统正常运转的必要条件。根据现场调查结果可知，多金属采矿场井下＋490 m和＋470 m水平安装的风机的服务范围有限，既不能完全服务于＋490 m、＋470 m、＋457 m及以下水平的作业区域，也无法服务于＋514 m及以上水平的作业面。且东部作业区域与该风机之间隔着一个“天窗”，导致风流调控存在困难。因此，对通风动力系统的改造优化迫在眉睫，具体优化措施如下：

1.＋586 m水平东回风井增设主扇。现阶段东回风井未安装风机，导致东部作业区域回风困难，各水平连接东回风井的联道出现少量风流的进风、反风的混乱局面。因此，需重新利用东回风井并安装一台主扇风机，初步选定＋586 m水平东回风井总回风道安装风机型号为K45-6-№19，功率为200 kW，风量范围为59.8～113.2 m3／s，风压为920～1 766 Pa，采用Y355M-6电动机。

2.＋514m水平北环道增设辅扇。在＋514 m水平北部N1采场等作业环境较差，通风不畅，建议在北环道东部C0-8处安装一台K40-4-№10的15 kW风机，将污风排至东回风井，主要解决北部通风不畅的问题。

3.＋490 m水平风机优化。（1）将＋490 m北部下＋480 m水平斜坡道的22 kW风机转换风机方向，由原有的向下压改为往上抽，风流经过P8进入东回风井；（2）原安装在P1、P2、P3与P4平巷南段安装的K40-4-№10型15kW辅扇继续运行；（3）在有二次爆破的地方，应设置辅扇加强通风，且风机风流方向应朝向水平回风方向。

4.＋470 m水平北部风机优化。（1）将该风机挪至北环道西侧的＋470 m至＋490 m电缆井处（P2C04处）。污风经＋470 m至＋490 m电缆井进入＋490 m北回风道，最后经＋490 m水平250 kW主风机排出地表，风机主要解决北部区域装卸矿风尘、汽车尾气及作业污风回风问题；（2）将＋470 m北部上＋480 m水平斜坡道顶部的22 kW风机转换风机方向，由原有的向下压改为往上抽，风流经过＋480 m水平凿岩巷道、＋480 m至＋490 m斜坡道等进入＋490 m回风道及东回风井。

5.＋386 m水平西平硐风机优化。（1）调整北部西平硐的45 kW风机位置。将该风机调整至P4平巷与北环道交汇处的西侧，风流从北运输巷出地表；（2）萤石管道平巷75 kW风机现停止运行，该风机在二次爆破炮烟影响＋385 m作业环境时，适时设置30 Hz频率运行1 h排出炮烟。

3.3 井下通风构筑物设计

井下风流调控措施主要采用通风构筑物来引导、阻断和调节风流的装置，可以简化通风网络和调节风流走向，主要包括风墙、风窗、风门、风桥和导风板等。多金属采矿场井下通风构筑物较少，风流紊乱，可调性较差，产生较多的通风问题。因此，需对井下进行通风构筑物设计，具体方案如下：

1.＋536至＋586 m水平。（1）东回风井安装200 kW风机后，应在＋586 m水平回风道设置坚固风门，但在风门上留设小窗口用于回风，主要调节＋586 m水平的回风量，确保下部水平的回风量；（2）＋516 m、＋536 m和＋558 m水平东回风井联道的风窗保持不变，控制该水平的回风量，确保＋490 m、＋470 m和＋457 m等水平有足够的回风量。

2.＋490 m水平。＋490 m水平250 kW风机作为该水平主要的回风机，其空气漏风比较严重，应对相应的空区采用密闭措施。对＋490 m水平K1-1采场北凿岩巷进行密闭处理。

3.＋470 m水平。＋470 m水平250 kW风机不仅要负责本水平的回风，还需负责最低＋407 m之间水平西部作业区域的回风，因此，需控制该水平的回风量，具体措施如下：在＋470 m水平K1-2入口设置调节风门，风门上设置通风口，控制该水平的回风量，设置风门主要考虑便于风机的维修等。

4.＋368 m至＋432 m水平。（1）＋385 m水平斜坡道联道风门经常打开，由于其距离南部萤石管道回风巷非常近，风门打开会造成水平进风短路。因此，该风门应确保关闭；（2）＋385 m水平所有溜矿井内不能放空，应确保随时都有矿石在内，主要是减少二次爆破时炮烟进入该水平。

4 通风优化效果

合计布置测点103个，对通风系统优化前和优化后的通风效果进行测定，其中，＋368 m水平3个，＋385 m水平9个，＋407 m水平5个，＋420 m水平4个，＋432 m水平5个，＋445 m水平7个，＋457 m水平6个，＋470 m水平14个，＋490 m水平13个，＋514 m水平10个，＋536 m水平13个，＋558 m水平6个，＋586 m水平8个，在每个水平选取一个观测点的数据进行分析，数据统计见表1。

表1 通风系统优化前和优化后测定结果

（续表1）

根据表1监测结果可知：经过优化后的采矿场矿井通风系统的通风效果得到了明显的提升。通风系统优化后各水平监测点的实际风速、风量、温度、标准风量等通风指标得到了明显改善。

5 结 论

本次多金属采矿场通风系统优化主要目的是理顺＋368 m水平至＋586 m水平之间通风系统的风路，主要考虑200万t／a的生产作业通风需求。根据现场调查发现实际存在的问题，参照相关规定，并结合多金属采矿场未来的通风需求，从通风网络、通风动力、通风构筑物三个方面对井下通风系统进行优化。

经过对比分析通风系统优化前和对矿井通过系统进行优化改造后的通风质量指标，柿竹园多金属矿采矿场矿井通风效果显著改善，解决了井下新风短路、污风串联、漏风严重、东部北部排风困难等问题，以及合理利用自然风压。