竖井+斜井混合式通风系统在沙坝土矿段的应用

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摘要本文论述了在贵州开阳磷矿矿区沙坝土矿段，在原设计160万吨/年的基础上,新规划的《沙坝土矿段300―350万吨/年延伸改扩建开采工程初步设计说明书》和《开磷集团矿肥公司“六大系统”设计方案》为依据，并以《化工矿山企业初步设计内容和深度的规定》和执行国家相关法律法规，结合矿山开采现状为设计原则。为达到沙坝土矿段2015年生产能力在300―350万吨/年要求，设计施工该通风系统方案，解决矿山延伸扩产之后的通风，目前正在实施中，取得了良好的经济效益和社会效果。

关键词 混合式，延伸扩产，通风效果

中图分类号： U656 文献标识码： A

1、矿山开采现状

沙坝土矿段为2002年来组建的直属矿，由原宏胜公司大坪采场和原马路坪矿四采区组成，负责沙坝土矿段的开发。2007年划归矿肥公司管理。矿段采用平硐斜坡道+胶带斜井提升运输，生产能力为160万吨/年（原矿），沙坝土矿段750m标高以上已基本采完，700m标高中段仅有南矿块一、二盘区未开采完。目前，主要在640m标高中段水平生产，640m标高中段及以上中段大巷采用汽车运输系统，采场矿石经铲运机将矿石倒入采场溜井，汽车在640中段各盘区溜井处装车，经中段平巷运至中段溜井，由胶带斜井提升至地表。矿段在640m中段以上的各项配供电、提升运输、供排水、压风、充填等网络建设系统齐全，地面生活设备设施齐全。

2、矿山通风系统现状

沙坝土矿段目前生产规模为160万吨/年，采用胶带斜井提升矿（废）石，辅助斜坡道运输人员材料。设计的通风系统为中央对角式通风系统，通风方式为地面主扇集中压入式进风，在矿区的南、北两翼分别设有南北进风斜井压入式进风，两进风斜井相距约4.4Km。在矿区中央E42勘探线布置中央回风斜井回风，开形成南、北两翼进风，中央回风井回风的压入式通风系统。 南进风斜井井口标高为+875m（罗家沟），井底标高为640m，已安装DK54-8-No24主扇一台，配套电机为两台YF450M1-8电机，电机功率2×250KW,供电电源6KV。北进风斜井井口标高为+740m（茶园），井底标高为560m。但由于多种原因，该斜井的主扇一直未能进行安装；因此，沙坝土矿段井下尚未形成完整的通风系统。目前，沙坝土矿的通风现状是南部由南进风斜井压入新风，由主胶带斜井，陈家硐780斜坡道及E42线回风井依次回风的压入式通风。而北部由于北进风斜井的主扇未安装，只能是依靠自然风压进行通风，矿山采用无轨设备开采，由于通风系统没有形成，坑内通风效果很差。

3、沙坝土矿段深部延伸改造后的开拓现状

由于沙坝土矿段延伸改造后的开拓运输系统最低服务中段为480m中段，为达到设计生产能力300―350万吨/年的规模，采用两中段同时回采方案，运输为分区无轨斜坡道―胶带提升方案。以560m标高和E42勘探线为界,分别布置南、北胶带提升方案，提升能力预留至600万吨/年。通风同时服务480m、560m中段的生产，无轨斜坡道只是作为人员、材料、设备运行通道，560m标高以上共用目前已形成的无轨辅助斜坡道系统，560m标高以下分别布置辅助下延系统伴随南、北胶带提升系统。

矿山中段采用胶带运输，矿（废）流向：采场或采切作业面―盘区溜井―盘区破碎系统―盘区转运胶带―中段运输胶带―中段溜井―地表。

4、矿山通风方案的选择

根据矿体的赋存条件，矿山开拓运输现状及深部技改工程布置情况，结合考虑矿区的地形条件，设计选择如下两个方案进行技术经济比较。

4.1、上盘竖井集中进风方案

利用矿山在下盘已有的通地表井巷工程进风，同时延深已有的南北进风斜井至480m标高，在矿区中央上盘的老林沟附近新掘进中央进风专用井，在矿区南端上盘谢家湾附近布置南回风竖井，在矿区北端上盘何家屋基附近布置北回风竖井，形成下盘已有井口+上盘中央专用进风井进风，上盘南北回风竖井回风的通风系统。

4.2、上盘竖井分区进风方案

利用矿山布置在下盘已有的通地表井巷工程进风，同时延深已有的南北进风斜井至480m标高，在矿区中央上盘的老林沟附近新掘进中央回风竖井，在矿区南端上盘谢家

湾附近布置南回风竖井，在矿区北端上盘何家屋基附近布置北回风竖井，在南回风竖井与中央回风竖井之间和北回风竖井与中央回风井之间分别布置上盘南进风竖井和上盘北回风竖井，形成下盘已有井口+上盘南北进风竖井进风，上盘中央回风竖井+南北回风井回风的通风系统。

通风井口布置示意图如下：

4.3、对两通方案进行比较

利用Ventism三维通风仿真系统建立了通风网络解算，从而进行了方案综合比较，从表1-1中可知，虽然方案Ⅱ比方案Ⅰ的工程和投资都大，但基本经营费低，且管理相对比较容易。考虑到矿山服务年限长，而年经营费用节省越多，对矿山效果更好。因此，采用方案Ⅱ，即上盘坚井分区通风方案。（见表1-1）

5、矿山通风方式的选择

沙坝土矿段设计通风范围为矿区480m中段以上，且通风系统工程按生产规模400万吨/年来考虑，技改工程生产规模由160万吨/年扩大到300万吨/年，矿井需风量大，并且矿体走向长，需风工作面多且分散，风路长，为了避免风量集中，提高有效风量率，缩短风流通过线路，加快排烟速度，设计采用分区通风。

分区通风具有风路短，阴力小，漏风少，费用低以及风路简单，风流易控制，有利于减少风流串联和风量分配合理的特点。为了便于维护管理，设计采用地面主扇集中抽出式通风。

5.1、盘区通风方案的选择

5.1.1、盘区上行风方案

盘区上行风是指盘区回风中段巷道位于

（见表1-1）

通风方案

项目名称 方案Ⅰ 方案Ⅱ 差值

可比井巷工程量〔m3〕 96228.58 115316.72 19087.87

征地面积〔m2〕 48000 66000 18000

可比投资

〔万元〕 10624.4 11932.21 1307.81

年经营费

〔万元〕 1350.58 951.99 -398.58

优点 1、井巷工程量少，投资省。 1、通风风路较短，阴力小，年经营费用低；2、进回风分配较均衡，通风构筑物设置注，调节通风管理相对容易。

缺点 1、通风风路长，阴力大，年经营费用高；2、进风风量相对集中，增加了通风阴力，通风构筑物设置较多，通风调节复杂，通风管理困难。 1、井巷工程量大，投资高。

生产中段的上部，即进风中段在下，回风中段在上。沙坝土矿段下部开采时盘区上行风方案为：回风中段为640m中段，550m分段，生产中段为560m中段，480m中段。新鲜风流由进风开拓井巷进入570m、490m辅助运输大巷，辅助运输大巷内新鲜风流通过盘区中央斜坡道，上行分风至各盘区，并进入各个生产分段，送达采准、切割、回采工作面。工作面污风由风筒机械抽出，向各盘区本分段两端排除，污风经盘两端的充填管道斜井上行至回风中段640m中段或550m专用回风巷管道。经回风石门，回风竖井排除地表。通风风网络解算结果见表3-2。

表3-2：盘区上行风通风网络解算表

正常生产时期总风量791.46m3/s

南回风竖井 中央回风竖井 北回风竖井

风量m3/s 240 311.46 240

负压pa 2308.5 2678.57 2049.21

矿井通风等积孔m2 6.17

输入功率

Kw 2208.13

网络年功率Kwh 13540231.64

5.1.2、盘区下行通风方案

盘区下行风指盘区回风中段巷道位于生 产中段下部，即进风中段在上，回风中段在下，盘区风流下行。沙坝土矿段下部开 采时区下行风方案为：生产品中段为560m 中段、480m中段，利用生产中段的顶部分 段巷道作为专用回风道。新鲜风流通过盘 区中央斜坡道下行分风至各个盘区，并进 入各个生产分段，送达采准、切割、回采工作面。工作面污风由风筒机械抽出，向盘区本分段两端排除，污风经盘区两端的充填管道斜井下行至专用回风道550m分段或470m分段巷道经回风石门，回风竖井排除地表。通风网络解算结果见表3-3。

表3-3：盘区下行风通风网络解算表

正常生产时期总风量791.46m3/s

南回风

竖井 中央回风竖井 北回风竖井

风量m3/s 240 311.46 240

负压pa 1784.97 1774.37 1813.34

矿井通风等

积孔m2 7.11

输入功率

Kw 1639.06

网络年功率Kwh 10050734.94

5.1.3、盘区下行+上行风方案

针对上、下相邻两中段同时生产、同时供风的特点，提出“盘区下行风+上行风方案”，即上部中段通风为下行风，下部中段通风为上行风。盘区下行风+上行风方案是将两中段通风作为整体考虑，形成上、下两端进风，中间回风的盘区通风网络。

沙坝土矿段下部开采时盘区下行+上行风方案：生产中段为560m中段、480m中段，共同利用上部生产中段紧下中段的顶部分段巷道作为专用回风道550分段巷道。新鲜风由进风开拓井巷进入640m、490m辅助大巷。辅助大巷内的新鲜风流通过盘区中央的盘区斜坡道下行和上行分风至各个盘区，并进入各个生产分段，送达采准、切割、回采工作面。工作面污风由风筒机械抽出。向盘区本分段两端排除。污风经盘区两端的充填管道斜井下行至专用回风道550m分段巷道，经回风石门，回风竖井排除地表。通风网络解算结果见表3-4。

表3-4：盘区下行风通风网络解算表

正常生产时期总风量791.46m3/s

南回风竖井 中央回风竖井 北回风竖井

风量m3/s 240 311.46 240

负压pa 3139.78 3163.28 2204.57

矿井通风等积孔m2 5.62

输入功率

Kw 2871.00

网络年功率Kwh 17604966.75

6、方案比较

设计对三个盘区通风方案基于推荐开拓通风方案（方案Ⅱ―上盘分区进风竖井方案）做了详细工程布置。

（盘区通风方案综合比较表见表3-5）

表3-5盘区通风方案综合比较表

通风方案

项目名称 盘区上行

风方案 盘区下行风方案 盘区下行+上行风方案

可比工程量〔万方〕 16.11 11.53 10.77

提前开拓工程量（万方） 11.54 22.46 11.54

可比投资

〔万元〕 19919.01 17993.95 14803.66

年经营费

〔万元〕 1249.161 951.99 1768.63

优点 1、上行风通风方式非常成熟，通风管理简便。 1、通风管理简便，通风阻力小，矿山通风运营成本低；2、工程量相对较小，投资较省；3、新鲜风风质好，避免提前预热；4、进风能够兼顾改善640m至700m的残矿回采通风条件。 1、工程量最小，投资最省；

2、新鲜风流风质好，避免提前预热；

3、进风能够兼顾改善640m至700m的残矿回采通风条件。

缺点 1、工程量大，投资高；2、新鲜风流提前被污染和预热，进风风质差；3、不能兼顾矿山现有生产要求。 1、提前掘进工程量大；2、下行风通风方式不常用，初期可能造成矿山企业不适应。 1、通风阴力大，通风运营成本高；

2、上部中段下行风，下部中段上行风，通风管理复杂。

利用Ventism三维通风仿真网络模型进行网络解算，从而进行了方案综合比较，方案比较结果中看，虽然下行风方案的工程量相对比较高，但从兼顾矿山目前生产、管理、年经营费用等方面都比其他两个方案具有优势。因此，采用下行风方案。

7、矿井总风量计算与确定

7.1、回采工作面需风量

根据采矿工艺要求和稀释采场内柴油设备尾气的需要，采矿工作面需风量分别按排尘风量、排尘风速、排除炮烟、稀释柴油机尾气要求计算。

7.1.1、按排尘风量确定回采工作面风量

沙坝土矿段采用的采矿方法为：脉外采准房柱式嗣后充填采矿法。采场内采用中深孔凿岩，铲运机出矿，经查设计手册，排尘风量取4.0 m3/s。

7.1.2、按排尘风速计算回采工作面风量：

按排尘要求计算

式中：s―产尘设备所在位置的过风断面：m2； v―作业面排尘风速m/s； 回采工作面排尘需风量为3.36 m3/s。

7.1.3、按排除炮烟计算回采工作面需风量

按排烟要求计算：

式中：L―采场长度；N―风流交换倍数；S―采场过风断面；t―通风时间s；回采工作面排烟时间需风量为：2.68 m3/s。

7.1.4、按稀释凿岩、出矿柴油设备尾气计算需风量

1)、DD310-40凿岩台车（柴油机功率62Kw）

2）、H281凿岩台车（柴油机功率60 Kw）

3）、DL330―5中深孔凿岩台车（柴油机功率62 Kw）

4)、TORO400D柴油铲运机（柴油机功率220 Kw）

5）、ST―1030柴油铲运机（柴油机功率186 Kw）

根据以上计算并按取大值为原则确定，回采工作面需风量，回采工作面凿岩时：Q=4.0m3/s；出矿时：Q=10.27m3/s；采切出碴时：Q=8.68m3/s；

7.2、掘进进工作面需风量

掘进进工作面分为两类，第一类为普通掘进采切工作面，第二类为长距离独头开拓工作面。

7.2.1、按排尘风量选择取需风量

正常生产时，掘进工作面的断面面积为11.39m2～16.05 m2，平均断面为：15.22 m2，查设计手册，排水域风量为2.5 m3/s～3.5 m3/s，取3.0 m3/s。

7.2.2、按排尘风速计算需风量

掘进平无断面为S=15.22 m2，按最低排水域风速V=0.25 m/s计算，则需风量为：

7.2.3、按排除炮烟计算需风量

1）、一般独头工作面按下式计算：

式中：S―断面：取15.22 m2；t―一次爆破通风时间，取1800s；L―风筒口离掘进进工作面距离：取10m；A―一次爆破炸药量（40Kg）估算工。

2）、对于长独头工作面，按压抽混合式进行通风，需风量按以下公式计算：

压入式：

抽出式：

式中：Ｌ―抽出式通风吸入口到工作面的距离，取300m；t―时间取1800s；其余等号意义及取值同前，两者相比取大值Q=5.64 m3/s。

7.2.4、按稀释掘进进柴油设备尾气计算需风量

1）、DD210柴油凿岩台车（柴油机功率75Kw）

2）、ST―1030柴油铲运机（柴油机功率186 Kw）

根据以上计算并按取大值为原则，确定掘进工作面需风量，普通掘进工作面凿岩时：Q=4.0 m3/s，长距离掘进进工作面凿岩时：Q=5.64 m3/s，出碴进：Q=8.68 m3/s。

7.3、稀释辅助设备尾气需风量

矿山正常生产时所需辅助柴油设备29台，经计算，稀释辅助柴油设备尾气需风量为94.27 m3/s。

7.4、硐室及装卸矿点需风量

矿山正常生产时期各类需风的硐室主要有4个中段水泵房（含中央配电硐室），20个盘区变电硐室，10个盘区破碎硐室，4个中段卸矿硐室，2个炸药库等，各硐室需风量按1.5 m3/s～40 m3/s考虑，则硐室需风量共计为78.0 m3/s,装卸矿点为28.0 m3/s。

7.5、矿山排热需风量

沙坝土矿为深井矿山，矿体赋存深度达1400米，地温梯度为1.7～2.33℃/100m，经模拟计算在矿山开采至140m中段时，岩温将达到27.8℃。另外矿山坑内采用大量的机电设备，机电设备放热是井下又一主要热源。虽然本次设计通风设计范围为480m中段以上，但考虑井下机电设备分布的不确定性，设计仍考虑预留降温排热风量。降温排热风量计算如下：

式中：―降温需风量；m3/s ―降温需风量系数一般配取0.3； ―采掘进工作面需风量：m3/s；―稀释柴油机油烟需风量：m3/s；―井下硐室需风量：m3/s

经计算:井下降温需风量=144.38 m3/s。

8、矿井总风量的确定

沙坝土矿段总需风量包括四部份：①、采掘进工作面需风量；②、稀释辅助柴油设备尾气需风量；③、井下硐室及装卸矿点需风量；④、降温需风量。根据设计拟定的采矿方法，探子同时回采工作面，切割工作面，备用工作面，采准工作面，开拓掘进工作面，同时装矿点和其他需风点的个数，先按排尘风量，排除炮烟风量，以及稀释柴油设备尾气需风量予以核算，并取值大者参与计算，内外部漏风系数分别按1.1和1.15来考虑，由此计算的总风量为791.46 m3/s。

结束语：

沙坝土矿段现有通风系统不完善，采掘进工作面多，设备运行量大，急需改善井下通风环境；但由于标高700m水平以上是按原锚杆护顶空场采矿法进行回采，遗留了大量采空区贯穿地表，漏风、串风多，必须有效防止。针对沙坝土矿段技改后井下充填采矿艺对通风的要求，通风系统建成之后，要注意以下问题：

①、上、下相联两中段同时生产，污风易串联；②、井下盘区硐室应设置独立回风，避免污染新鲜风流；③、探制主胶带平巷的风速，避免磷粉矿二次扬尘；④、井下主溜井矿石转运点、炸药库等设置独立回风。

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