铜兴矿业老旧矿井的通风系统改造

【摘 要】铜兴矿业公司是一家老矿井，现已开采至下十一水平，主要的工作面集中在深部水平。由于上部水平为采空区，漏风严重，现有通风方式无法满足下八以下水平工作面用风需求。通过对矿井进行仿真分析，确定在下九51线处安装局部通风机，通过检验，安装后的各水平风量均满足规程要求和生产需要。同时解决了上部水平的漏风情况，将矿井用风率由80%提高至89%。

【关键词】矿井通风；仿真分析；局部通风机；需风量

1. 前言

矿井通风系统是保障矿井安全生产的基础，同时又具有受制于矿山地质条件以及由此形成的矿山井巷系统影响的特点[1]。近年来，随着矿井产能的增加以及矿山生产集约化发展，矿井安全生产技术水平有了较大提高。然而，仍有大量开采多年生产系统极为复杂的老矿井，其通风系统复杂，通风路线长，漏风现象严重。为矿井安全生产带来隐患，抗灾能力不足，在火灾、爆炸等情况下可能造成风流紊乱，甚至发生灾难性事故。因而要对矿井通风系统的稳定性和抗灾能力有清醒的认识，需要预先判断和分析[2]。通常所采用的方法是首先对矿井通风阻力进行实际测定和分析，再针对存在的问题采取工程技术措施，使通风系统始终处于正常运行状态，并具有较强的抗灾能力[3]。

以采掘工作面为核心的分区通风已成为了矿山通风的基本规定，并将之用于矿井通风实践。在矿井灾变条件下，如何维持系统的稳定性和抗冲击能力，是评价矿井通风系统抗灾能力的重要指标。在通风系统中，影响通风系统稳定可靠的因素较多[4]，除巷道因素外，还有分区通风及通风设施。通风设施的类型、数量、分布是否合理，不仅影响通风系统能否稳定运行，而且还影响到其抗灾能力。主要通风机及通风设施受生产活动及灾变影响时，通风系统能否保持有效运行，是实施救灾，防止灾害进一步扩大的重要条件。如何在灾变条件下维持系统稳定，以及通风机与通风网路相互作用的理论问题，仍有待进一步研究。

2. 问题的提出

承德铜兴矿业矿井开拓方式为平硐盲竖井开拓，目前开拓水平已到下十一水平，主要生产水平为下八、下九，下七以上水平采矿已经结束。矿井通风为边界抽出式通风方式，矿井用风点的风量主要来自盲竖井，由小北沟风井回风。

矿井存在与地表连通的采空区，并与矿井回风系统多处相连通，使得矿井上部（下七以上水平）通风系统漏风严重，而深部（下八至下十一水平）通风困难，仅仅依靠小北沟风机不能满足矿井通风的需求。为了保证矿井深部水平的通风需求，承德铜兴矿业有限责任公司提出对矿井通风系统进行改造，来保障矿井安全、持续、稳定生产，并改善工作条件。

3. 建模及仿真结果

3.1 系统建模

先将通风系统图导入通风分析软件，而后将实测的相关参数输入软件，建立矿井通风系统模型。在参照实测数据及通风报表的基础上，调试模型最终建立与实际通风情况一致的通风网路模型，见图1。在此基础上实现对通风系统的仿真分析及优化。

图1 仿真模型

3.2 仿真数据分析

由仿真结果可知，发现通风系统存在以下问题：

（1）通风系统漏风严重

由于矿井开采时间长，上部水平存在大量采空区，致使整个通风系统的漏风率达20%。

（2）生产水平风量不满足要求

上部水平已无采矿作业面。当主通风机运行时，上部水平的总风量为31.5m3/s，占总进风量的70.2%，而深部水平的风量却不足30%，远远不能满足平正常生产所需的用风量。

（3）微风巷道

由于通风系统漏风严重，致使下八、下九、下十水平的微风巷道较多。

（4）溜矿井冲击粉尘大

溜井卸矿过程中产生极大的冲击粉尘，严重影响井下作业人员身心健康，工作环境恶劣。

4. 通风系统改造

4.1 改造方案的选择

针对矿井存在的主要问题，提出以下三种可选择方案：

（1）在现有通风系统基础上，在各水平新建回风巷道，构成完整回风系统。

（2）更换小北沟的主通风机。

（3）由于深部水平采矿均集中在41-45线之间，分布比较集中。利用现有的通风系统，在回风井附近增加局部风机，与地表风机构成多级站通风方式。

鉴于矿井通风系统存在的问题以及矿山生产实际，最后确定采用方案三为。

4.2 通风机的选择

根据仿真系统模拟多种型号风机实际运行结果，最终选择风机型号为K40―4―12（风机主要参数：功率：Y225S―4 37KW，风量：14.7～32.1m3/s，全压：242～1118 Pa），风机安装在下九51线处。通风系统安装风机后仿真运行前后井下各水平风量分配的对比见表1。

安装风机后流经深部水平的风量占到总进风量的68.7%，而安装风机前则只有29.8%，说明安装风机后，主要生产水平的风量得到极大改善，风机作用十分明显。

4.3 实际运行结果分析

下九水平51线风机运行后，经过实地检测，得到的测量结果与仿真结果的相对误差不超10%，考虑到系统与人为因素，认为这样的误差是可以接受的，仿真结果是可信的。

根据《金属非金属矿山安全规程》（GB l6423―2006），按每人4m3/min，每台内燃机车每千瓦每分钟供风4m3计算，每台内燃机车需风量为45m3/min，校核风量。矿山每个水平同时工作的工人为20人，总需风量为80m3/min；内燃机车为3台，总需风量为135m3/min。

而下十一的总进风量为3.5m/s，即210 m3/min，大于校核标准中需风量最大的内燃机车的需风量。因此下十一水平现有供风量满足矿山生产的需要。由于其他水平的风量均大于下十一水平，所以可判定均满足需风要求。

5. 结论

（1）增加了下九51线风机后，很好的解决了深部水平风量不足的问题，同时也有效的减少了上水平漏风的情况。

（2）能够及时的排除生产烟尘，改善了工作环境。

（3）采用多级站通风，简单易行，运行可靠。

（4）有效风量提高至89%，减少了电力资源的浪费。

参考文献：

[1] 王慧.矿井通风系统的可靠性分析[D].西安：西安科技大学，2011：1-5.

[2] 宋永品. 金属地下矿山矿井通风系统存在的问题及采取的安全技术措施[J].新疆有色金属，2011，1：42-43.

[3] 贾敏远等.矿井通风系统稳定性影响因素分析[J].中州煤炭，2009，164（8）：98-100.

[4] 王大尉.基于Ventsim软件的矿井通风系统优化[J].矿井开采，2011，16（5）：25-26.

基金项目：

北京市财政和北京市教委‘人才培养项目’

作者简介：

王冀飞（1985），男，河北唐山，硕士，主要从事露天矿山爆破振动评价及地下矿山的通风系统优化等方向的研究。