大屯锡矿某斜井施工局部通风系统设计与应用

大屯锡矿某斜井施工局部通风系统设计与应用

杨康   李跃平   

云南锡业股份有限公司大屯锡矿  云南    个旧    661000 

摘 要 根据大屯锡矿"大马芦"矿段F116/F118断裂带矿群大箐东1720～1820中段1031斜井工程实际条件，结合矿井通风系统对掘进局部通风的风量、通风阻力、局扇选型、风筒规格及布置进行了设计，并根据施工的进展采用了不同的局部通风方式：在1031斜井掘进过程中，采用压抽结合的混合式局部通风系统，待1031斜井主掘进工程竣工，形成贯穿风流后，采用抽出式局部通风方式，为生产实际中独头巷道掘进通风提供借鉴。

关键词 掘进工作面      局部通风     混合式通风     抽出式通风

前 言 独头掘进巷道的通风效果与通风系统的设计、风机类型、风筒的选择、通风管理、风机与风筒的匹配、风筒到工作面的距离等因素密切相关。在全矿通风系统确定的情况下，针对不能形成贯穿风流的作业工作面一般采用局部强化通风， 其中局扇通风是大多数矿山普遍采用的通风及降温方式。局部通风系统分为总风压通风、扩散通风、引射器通风及局扇通风。其中局扇通风根据风筒、局扇布置情况可分为压人式、抽出式、压抽混合式3种。现就大屯锡矿1720～1820中段1031斜井掘进局部通风进行了研究设计，并根据掘进施工进度对局扇布置进行相应的调整，确定采用压抽混合式局部通风方式进行掘进通风。

1  局部通风系统方式

(1)总风压通风。利用矿井总风压,借助于风墙或风筒等通风设施，将新鲜风流导入独头工作面,排出其中的污浊空气。

(2)扩散通风。扩散通风主要是靠新鲜风流的紊流扩散作用清洗工作面,只适用于短距离10～15m的独头工作面。

(3)引射器通风。利用高压水或压缩空气为动力，经过喷头高速喷出,在喷出射流周围造成负压区而吸入空气，并经混合管混合整流继续推动被吸入的空气，造成风筒内风流流动。此种方法复杂且成本高，一般不常用。

(4)局扇通风。此种方法也是矿山最常用的一种通风方法。矿井施工过程中长距离独头巷道通风不但排风距离长、维护困难、风阻大、漏风大，而且还存在有效风量率低、风质差、耗能大及通风成本高等一系列问题。

按照局扇的工作方式，局扇通风又分为压入式通风、抽出式通风和混合式通风。 （图1 掘进工作面混合式通风布置示意图）

2  1720～1820中段1031斜井施工通风设计

2.1 通风方案选择

大屯锡矿大箐东1720～1820中段1031斜井工程，位于1740m～1831m标高。设计斜井斜长211m，倾角25°，垂高89m，断面规格为3.2m×2.4m；该斜井工程共设置四个中段，分别为1720、1758、1795及1820段，1758、1795两个副中段采用甩车道和人行联道连接。施工顺序为：由1720中段向1820中段上向掘进施工。

由于受禁采区的影响，1758～1820中段老系统工程位于该区域的北边，无法服务该区域内的生产，在该区域内1758中段、1795中段、1820中段也无任何工程可用，开拓掘进初期无法形成贯穿风流通风。新鲜风流经1720中段主坑口平硐、1031斜井脚调车场、运输大巷进入工作面，冲刷工作面后污浊风流经1720中段F116/F118区域回风平巷上到上中段回风水平排出。

在1720中段F116/F118区域回风平巷布置1台主扇。1031斜井工程掘进过程中采用混合式局部通风。局扇布置随1031斜井工程延伸而移动，采用柔性风筒作抽出式通风，掘进过程中将抽出式风机布置在靠近工作面(污风源)一侧 ，即通过风筒抽出工作面污风（1031斜井工程掘进局部通风系统示意见图1）。

1031斜井工程掘进中，选用3台局扇。在1720中段1031斜井调车场(斜井的风源端)布置1台(FDB-2-No5.1，额定功率2×12kW)轴流式局扇，接Ø600mm柔性风筒压人新风，作为压入式局扇，掘进过程中根据需需延伸风筒并适当调整风机位置，保持风筒末端距离工作面l0～15m；在距工作面30～40m布置1台(FDB-4-No9.6，额定功率 2×30kW)轴流式局扇,接Ø600m柔性风筒排出污风，作为抽出式布置的局扇,风筒延伸至1031斜井脚(在新鲜风流的下风流方向)，通过两个三通装置接两路Ø400mm风筒的并联风管至1720中段F116/F118区域回风平巷；一压一抽构成混合式局部通风方式。

图1 1031斜井施工局部通风系统示意图

1--主扇；2、4--FDB-2-No5.1局扇，3--FDB-4-No9.6局扇；5-7--FDA-1-No3.5局扇；8--风筒

当1720～1820斜井段工程完工后，将(FDB-4-No9.6，额定功率 2×30kW)轴流式局扇固定在1031斜井脚,在1820中段调车场（1031斜井头）新布置1台(FDB-2-No5.1，额定功率2×12kW)轴流式局扇压人新风。

1031斜井施工完成后,3台风机分别固定在1720中段1031斜井调车场（1台FDB-2-No5.1，额定功率2×12kW)、1820中段（1031斜井头）调车场（1台FDB-2-No5.1，额定功率2×12kW)、1720中段1031斜井脚(FDB-4-No9.6，额定功率 2×30kW),为压抽混合通风方式布置，1820、1795、1758中段探矿的污风与斜井内的主排污风风筒相连接，选用FDA-1-No3.5局扇，风筒直径400mm。

2.2  风量及通风阻力计算

对于金属地下矿山来说,有轨开拓独头工作面污浊空气的成份主要是爆破后的炮烟及各种工序所产生的矿尘，因此局部通风所需风量要以排出炮烟和矿尘作为计算依据。其中，为使每个掘进工作面风量都达到设计要求，整个系统的供风量应在需风量的基础上留有一定的余量。在独头掘进巷道的局部通风中，无论采用哪种通风方式，从理论上讲，风筒到工作面的距离不能超过其有效射程或吸程，在有效射程以外的炮烟作旋涡扰动,不能迅速被排出。

对于混合式局部通风，工作面需风量按照压入式、抽出式分别计算风量。

压入式 ： ，                                 (1)

抽入式 ： ，                              (2)

式中，Q压为压入式通风的局扇风量，m3／s；Q抽为抽出式通风的局扇风量，m3／s；L为风筒出风口到工作面的距离取40m，确保风筒不被放炮砸坏；t为通

风时间取1200s，A为一次爆破的炸药消耗量取48kg，s为巷道断面积取7.2m2。

经计算得 ：Q压 =1.9m3／s，Q抽 =2.4m3／s。

当Q压=1.9m3／s，按4m3／(min·人)校核，可供工作面同时作业最多人数 30人；当 Q抽 =2.4m3／s，按排尘风速验算 ：V=0.3m／s>0.25m／s。 根据生产能力及作业面的布置，1820、1795、1758中段探矿通风需要，每个探矿中段需风量为1m3／s，则工作面需风量为5.4m3／s。

作为进风段，其通风阻力为系统风机(1720中段F116/F118区域回风平巷主扇)提供，不计入1031斜井局扇需要克服的通风阻力，主要计算局部通风方式的风筒摩擦阻力及局部阻力。按照接Ø600mm风筒一次性排出污风,通风阻力计算：

，                                            (3)

式中，H为风筒通风阻力，Pa；α为风筒摩擦阻力系数，取0.0025N·S2／m4；

L为风筒长度取800m,d 为风筒直径取0.6m,Q为风筒通过风量取5.4m3／s。

从表1可看出：Ø600mm风筒整段通风阻力为5862.12Pa，依靠1台风机抽污风不可能实现。必须实现风筒内均为正压，按照局扇的全压一般不超过4000Pa进行配备，设计选用局扇3台,局扇的位置分别置于1720中段1031斜井调车场、1820中段（1031斜井头）调车场、1720中段1031斜井脚。

表1 Ø600mm风简阻力计算

风筒段号  长度/m   直径/m   摩擦阻力系数/ N·S2／m4    风量/m3／s  摩擦阻力/Pa

一整段     800      0.6            0.0025                 5.4          4885.10

局部                                                                   977.02

合计                                                                   5862.12

日常通风管理中，考虑节省投资和运营费用，根据巷道断面尽量选用大直径风筒，采用局扇串并联通风方式进行通风。因为从1031斜井口至F116/F118区域回风平巷长度约450m，而主运输巷断面较小，因此，将1031主斜井风机能力加大,风筒选用600mm，并在风机出口设置成风流三通装置，分别接400mm的两路风筒,上下平行并联布置排出污风。

根据制造材料不同，从风筒安装、维护以及通风管理、通风费用考虑，本次设计选用化纤质柔性风筒。由于通风方案主要与局扇的连接方式和风筒的直径相关，同时，小功率局扇的全压一般不超过4000Pa，结合1031斜井巷道断面 7.2m2，风简直径可选400～600mm较合适，同时考虑到1031斜井运输、行人的方便，本设计先按照Ø600mm试算通风阻力。

根据抽出式串联风机的布置，将风筒分为以下四段：①第一段，1820中段调车场局扇出口至1795中段甩车道局扇入口，柔性风简Ø600mm，且在该段末端设置1个三通，连接1795中段探矿的回风管，局扇进口设置安全窗，保护电机安全；②第二段，1795中段甩车道局扇出口至1758中段甩车道局扇入口，风筒Ø600mm，且在该段末端设置1个三通，连接1758中段探矿的回风管，局扇进口设置安全窗，保护电机安全；③1758中段甩车道局扇出口至1720中段1031斜井脚局扇入口，风筒Ø600mm；④第四段，1720中段1031斜井脚局扇出口至F116/F118区域回风平巷主扇，风筒Ø600mm。

2.3  局扇选型

2.3.1  局扇风量

，                                                   (4)

式中，Q局为局扇风量，m3／s；Q需为局扇需风量，m3／s； k为备用系数。代人数据计算：抽出式局扇风量Q=4.75m3／s ；压人式局扇风量Q =4.2m3／s。

2.3.2 局扇风压

  ，                                                  (5)

式中，H局为局扇风压，Pa；H为局扇克服阻力，Pa；ht为局扇设备阻力。根据一次性排出污风选用Ø600mm风筒，试算确定风机3台，基本上每台风机所承担的送风距离为200m，各段风管通风阻力为总阻力的 1／3。各段风筒平均通风阻力按照Ø600mm风筒一次性排出计算，即各段风筒通风阻力H = 1954.04Pa。

2.3.3  局扇功率

抽出式风机：=13.25KW ,

压入式风机：=11.72KW ,

2.3.4  电动机功率

抽出式风机：=18.22KW ,

压入式风机：=16.12KW ,

综合上述风机风量、风机风压、风机效率、电动机功率等参数进行局扇选型。同时，1031主斜井脚的风机为串联抽出式通风的关键节点风机,考虑到探矿中段工作面增加及其他用风地点回风能力的增加，选用1台对旋轴流风机，增大局扇回风能力。另外，考虑选用轮毂比较大(0.6m 以上)的局扇风机，其风压相对较高、风量小。( 风机选型见表2)

表2 1031斜井风机选型

局扇型号      额定功率/KW     风量/m3／s       风压/Pa           安装地点

FDB-2-No5.3  2×12kW          4.2-6.3      1728-1226    1720中段1031斜井调车场

FDB-2-No5.3  2×12kW          4.2-6.3      1728-1226  1820中段1031斜井调车场

FDB-4-No9.6  2×30kW         15.6-18.6     3656-2448      1720中段1031斜井脚

3  结 论

(1)根据大屯锡矿"大马芦"矿段F116/F118断裂带矿群大箐东1720～1820中段1031斜井工程实际条件并结合矿井通风系统，对掘进局部通风系统的风量、通风阻力、局扇选型、布置、风筒规格进行了研究设计，按照掘进施工的进展程度，确定采用压抽混合式局部通风系统方式，强化了工作面局部通风。 

(2)生产实际中，基建井巷独头掘进本身不能形成贯通风流，空间有限，巷道掘进过程中产生的各种有毒有害气体、粉尘等污染物聚集在独头掘进工作面，采用多台风机串并联或者抽压混合式局扇通风,可以达到清扫独头掘进工作面污染物的目的。

（3） 根据大屯锡矿1031斜井施工过程的通风质量及能耗监测结果，采用压抽混合式局部通风系统方式，保障了斜井掘进通风安全，同时节约了通风能耗，具有更好的经济效果。

参 考 文 献

[1]吴超，李孜军，王从陆，等. 矿井通风与空气调节[M]. 长沙：中南大学出版社，2008.

[2]闫满志，刘天林 ，张国新，等．长距离独头巷道掘进通风系统优化设计[J]．现代矿业，2012(9)：118—120.

[3]吴超，局部通风应用大直径风筒的效果分析（J）.工业安全与环保，2001，27.

[4]许君民,黄寿元,王鹏.某矿盲斜井掘进局部通风系统设计[J].现代矿业.2013.

[5]吴中立著，独头巷道爆破后通风（M）.北京：冶金工业出版社.

通讯作者：杨康, 男，云南大理人，本科学历，采矿工程师，主要从事井下采矿技术管理方面的工作。