金渠金矿盲主斜井局部通风系统设计与研究

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【摘 要】根据金渠金矿盲主斜井工程实际条件，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、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系统方式。在盲斜井掘进过程中，采用压抽结合的混合式局部通风系统；待盲斜井掘进贯通后，考虑到盲斜井贯通后中段探矿平巷的掘进通风，采用抽出式局部通风方式。局部通风系统设计为地下金属矿山的类式独头巷道掘进通风提供借鉴意义。

【关健词】掘进工作面；局部通风；混合式通风；抽出式通风

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[1]。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局部强化通风及降温方式。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入式、抽出式、压抽混合式三种局部通风方式[2-3]。笔者主要就某矿盲斜井掘进局部通风进行了设计研究，并根据掘进施工进度对局扇布置进行相应的调整，采用了不同的局部通风方式。

1.局部通风系统方式

井下局部通风的方法概括包括以下四种。

⑴ 总风压通风

即利用矿井主扇风压或自然风压为动力的局部通风方法。利用矿井总风压，借助于风墙或风筒等设施，将新鲜风流导入独头工作面，以排出其中的污浊空气。

⑵ 扩散通风

即利用扩散作用的局部通风方法。扩散通风主要是靠新鲜风流的紊流扩散作用清洗工作面，它只适用于短距离10-15m的独头工作面。

⑶ 引射器通风

即利用引射器通风的局部通风方法。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。此种方法复杂而成本高，一般不常用。

⑷ 局扇通风

即利用局部扇风机的局部通风方法。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。

2.640m中段盲斜井掘进通风设计

2.1 通风方案选择

金渠金矿采用平硐、盲竖井开拓，640m以下主要进行基建探矿。新鲜风流经1180坑口平硐、1180-640m盲竖井、640m中段石门、运输大巷进入工作面，清洗工作面污风经五级盲斜井上到上中段回风水平排出。在640m中段运输巷往深部设计一斜坡道，断面规格为3m×3m（三心拱），440m、280m设置车场。

在640m中段（五级斜井底部）布置1台主扇。盲主斜井掘进过程中采用混合式局部通风。局扇布置随盲主斜井延伸而移动，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，即通过风筒压出工作面污风。盲斜井掘进局部通风系统示意图如图1所示。

盲主斜井掘进中，选用3台局扇。在盲主斜井口与主运输巷的岔口即盲主斜井的风源端布置1台（JK67-1№5.25，额定功率28Kw）轴流式局扇，接600mm软质风筒压入新风，作为压入式局扇，掘进过程中只需延伸风筒，保持风筒末端距离工作面10-15m；同时，在工作面后退约50-100m内布置1台（DJK50-№8.0，额定功率2×30Kw）轴流式局扇，接600m软质风筒排出污风，作为抽出式布置的局扇，风筒延伸盲主斜井口（在新鲜风流的下风流方向），通过一个三通装置接两路400mm风筒的并联风管至五级斜井底部；一压一抽构成混合式局部通风方式。

1：主扇；2：DJK50-№8.0局扇；3：JK67-1№5.25局扇；

4：JK67-1№5.25局扇；5-10：JK67-2№4.5局扇；11：风筒

图1 盲斜井掘进局部通风系统示意图

当640-440m盲主斜井段贯通后，将（DJK50-№8.0，额定功率2×30Kw）局扇固定在盲主斜井口，在440m车场新布置1台（JK67-1№5.25，额定功率28Kw）轴流式局扇，将原盲主斜井口的JK67-1№5.25型局扇，用于440-280m段盲主斜井掘进过程中压入新风，440-280段掘进贯通后固定在280m车场附近，作为280m中段探矿中段回风（抽出式）。

盲主斜井施工完成后，3台风机分别固定在280m车场（JK67-1№5.25，额定功率28Kw），440m车场（JK67-1№5.25，额定功率28Kw）、盲主斜井口（DJK50-№8.0，额定功率2×30Kw）），为抽出式通风方式布置，440m、280m探矿中段的污风与斜井内的主排污风风筒相连接，选用JK67-2№4.5即图1中的5-10，风筒直径450mm。

2.2 风量及通风阻力计算

对黄金矿山来说，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也就是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：

抽出式：

式中，Q压-一压入式工作的局扇风量，m3/s；Q抽-一抽出式工作的局扇风量，m3/s；L-一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-一通风时间，取1200秒；A-一次爆破的炸药消耗量，取48Kg；S-巷道断面积，取8.36m2。

经计算得：Q压=2.0 m3/s，Q抽=2.5 m3/s。

当Q压= 2.0m3/s，按4m3/分・人校核，可供工作面同时作业最多人数30人；当Q抽= 2.5m3/s，按排尘风速验算v=0.30m/s>0.25m/s。

根据生产能力及作业面的布置，根据盲主斜井掘进工作面的特点，考虑到440m中段、280m中段探矿通风需要，每个探矿中段需风量为1 m3/s，则工作面需风量为4.5m3/s。

作为进风段，其通风阻力为系统风机（五级盲斜井底的主扇）提供，不计入盲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600mm风筒一次性排出污风，通风阻力计算见表1。

风筒摩擦阻力计算公式：

式中，H-一风筒通风阻力，pa；α-一风筒摩擦阻力系数，取0.0025NS2/m4；L-一风筒长度，取900m；d-一风筒直径，取0.6m；Q-一风筒通过风量，取4.5m3/s。（见表1）

从表1可看出：600mm风筒整段通风阻力为6855.47pa，依靠1台风机抽污风不可能实现。同时，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盲主斜井口、440m车场、280m车场。

考虑节省投资和运营费用为原则，根据巷道断面尽量选用大直径风筒，采用局扇串联通风方式进行通风。

因为从盲主斜井口至五级斜井主扇长度450m，而主运输巷断面较小，因此，将盲主斜井风机能力加大，风筒选用400mm，并在风机出口设置成风流三通装置，风别接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，有帆布、人造革、塑料及胶皮等柔性风筒和铁皮、铝板的金属风筒。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，结合盲主斜井巷道断面8.36m2，风筒直径可选500-800mm较合适，通风阻力随风筒直径增大呈5次方减小，同时考虑到盲主斜井运输、行人的方便，本设计先按照600mm试算通风阻力。

根据抽出式串联风机的布置，将风筒分为以下三段：

第一段：280m车场局扇出口至440m车场局扇入口，柔性风筒直径600mm，风筒长度450m，且在该段末端设置1个三通，连接440m探矿中段的回风风管，440m局扇进口设置安全窗，保护电机安全；

第二段：440m车场局扇出口至盲主斜井口局扇，风筒直径600mm，风筒长度450m，盲主斜井口局扇进口设置安全窗，保护电机以及防止风筒吸瘪；

第三段：盲主斜井口局扇出口至五级斜井底部主扇跟前，风筒直径400mm，且在风机出口设置1个三通，风筒长度900m（上下两路平巷并联布置，长度各为450m）。

2.4局扇选型

⑴ 局扇风量

⑵ 局扇风压

式中，Hj-一局扇风压，Pa；H-一局扇克服阻力，Pa；ht-一局扇设备阻力。

由一次性排出污风选用600mm风筒的试算结果，确定的风机台数3台，基本上每台风机所承担的送风距离为450m，各段风管通风阻力为表4-1中总阻力的三分之一，其中主盲斜井口至主扇段为两条400mm并联风管，该段风管总阻力计算见表4-2。各段风筒平均通风阻力按照600mm风筒一次性排出计算，各段通风阻力为总阻力的1/3，即各段风筒通风阻力H=2285.15Pa。

局扇风压Hj=2285.15+200=2485.15Pa。

⑶ 局扇功率

⑷ 电动机功率

风机选用轮毂比较大（0.6以上）的局扇风机，这种风机风压相对较高、风量小。

综合风机风量、风机风压、风机效率、电动机功率等参数进行局扇选型。同时，盲主斜井口的风机为串联抽出式通风的第3台风机，考虑到探矿中段工作面增加及其他用风地点的回风能力增加，选用1台对旋轴流风机，增大局扇回风能力。风机型号见表2。

3.结论

（1）根据盲主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、通风阻力局扇选型及布置、风筒规格进行了设计研究，按照掘进施工的进展采用了不同的局部通风系统方式进行掘进工作面局部强化通风。

（2）盲斜井掘进过程中，采用压、抽结合的混合式局部通风系统；待盲斜井掘进贯通后，采用三台风机串联布置的抽出式局部通风方式。

（3）基建井巷独头掘进本身不能形成贯穿风流，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，采用多台风机串联或者抽压混合式局扇通风。

参考文献：

[1] 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.

[2] 煤炭科学研究总院重庆分院掘进通风组.掘进巷道混合通风的排尘效果[J].矿业安全与环保，1991（6）：1-10.

[3] 陈才贤，黄寿元，李刚，等.混合式局部通风独头巷道热环境数值模拟研究[J].矿业安全与环保.

作者简介：

张泽涛（1966―），男，采矿工程师，河南金渠黄金股份有限公司金渠金矿。