楊光勇，王旭斌，謝寧芳

(1．云銅迪慶礦業(yè)股份有限公司，云南 迪慶 674400;2．云南省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，云南 昆明 650041;3．昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

大紅山鐵礦通風系統(tǒng)現(xiàn)狀分析與調(diào)控策略*

楊光勇1，王旭斌2，謝寧芳3

(1．云銅迪慶礦業(yè)股份有限公司，云南 迪慶 674400;2．云南省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，云南 昆明 650041;3．昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

文章分析了目前我國最大的地下金屬礦山─大紅山鐵礦通風系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題，并提出了通風系統(tǒng)調(diào)控的具體措施與方法，文中有大量珍貴的通風系統(tǒng)測定數(shù)據(jù)和技術(shù)指標可供參考。

礦井通風系統(tǒng);多級機站通風;大紅山鐵礦;昆明鋼鐵集團

1 概況與擴產(chǎn)前景

昆明鋼鐵集團 (公司)大紅山鐵礦一期400萬t/a工程于2007年投產(chǎn)，目前，大紅山鐵礦原礦產(chǎn)量只能滿足昆明鋼鐵集團鐵礦石需求量的約三分之一，根據(jù)昆鋼集團的發(fā)展戰(zhàn)略，依托大紅山豐富的鐵礦石資源，大紅山鐵礦最終將開發(fā)成年產(chǎn)1 200萬t原礦的特大型鐵礦石基地。至2009年初，大紅山鐵礦露天及地下擴產(chǎn)項目的設(shè)計、施工已全面展開，利用大紅山鐵礦400萬t/a已有工程開發(fā)的地下擴產(chǎn)項目主要有:720 m頭部50萬t/a工程;Ⅰ號銅礦帶150萬t/a工程;Ⅲ、Ⅳ礦體80萬t/a工程;二道河100萬t/a工程;400萬t/a深部工程等等。除了深部工程尚處于方案研究外，其余擴產(chǎn)項目已陸續(xù)進入施工圖設(shè)計、主控工程施工、基建探礦等階段，大多數(shù)擴產(chǎn)項目與目前已投產(chǎn)的400萬t/a工程密切關(guān)聯(lián)，在通風系統(tǒng)設(shè)計時，盡管都按各自相對獨立的原則進行設(shè)計，但是由于井下運輸、人員往來、措施工程、共用通風巷道等因素，投產(chǎn)后，各系統(tǒng)將難免會以目前400萬t/a工程通風系統(tǒng)為中心連接成一個相互貫通、相互影響的大型復(fù)雜通風系統(tǒng)。

初步計算，與400萬t/a工程關(guān)聯(lián)的擴產(chǎn)項目全部投產(chǎn)后 (產(chǎn)量達到880萬t/a)，通風系統(tǒng)的總風量將達到約1 500 m3/s，機站風機總裝機功率達到約6 000 kW，主力機站風機達到50臺，通風巷道的總長度將超過160 km，各工程匯總數(shù)據(jù)見表1。

表1 大紅山鐵礦擴產(chǎn)后主要通風系統(tǒng)匯總數(shù)據(jù)Tab.1 Summarized data for main ventilation system of Dahongshan iron mine after expanded production

2 大紅山鐵礦400萬t/a工程通風系統(tǒng)改造前運行狀況分析

九十年代初，大紅山鐵礦即開始不同采礦規(guī)模(100萬 t/a、150萬 t/a、200萬 t/a、400萬 t/a等)的設(shè)計和論證，井下各大系統(tǒng)最終定型于2005年版初步設(shè)計優(yōu)化，即按照400萬t/a規(guī)模進行設(shè)計實施。通風系統(tǒng)也進行了傳統(tǒng)主扇通風、全抽出式多級機站通風、壓抽結(jié)合多級機站通風等不同方案的設(shè)計和比較，最終確定為以抽為主、壓抽結(jié)合的多級機站通風模式，礦井總風量綜合考慮工程投資、降溫、排煙、排塵、排氡等因素后確定為480 m3/s。

根據(jù)2005年版初步設(shè)計優(yōu)化，大紅山鐵礦400萬t/a工程通風系統(tǒng)設(shè)計、實施方案為:

通風系統(tǒng)共設(shè)4級機站進行壓抽結(jié)合通風，其中一、二級機站壓入，三、四級機站抽出，一級機站只設(shè)置1個裝機點，即一級機站1#風機設(shè)于主進風斜井底380m進風平巷中，壓入全系統(tǒng)約50%的新鮮風量;深部采場二級機站2#～5#風機安裝在采場各分段進風井聯(lián)道中，直接向采場工作面供風，中部采場 (Ⅰ、Ⅱ采區(qū))二級機站6#～7#風機安裝在各自回風平巷中;三級機站8#～10#風機分別設(shè)于破碎系統(tǒng)360 m回風平巷、510 m回風平巷、650 m回風平巷;四級機站11#～12#風機為系統(tǒng)總回風，設(shè)于1#、2#總回風斜井口。破碎系統(tǒng)形成相對獨立的通風系統(tǒng)，新鮮風由皮帶斜井和斜坡道供給，污風通過破碎系統(tǒng)回風井由8#風機抽到360 m回風平巷中。

通過設(shè)計方開發(fā)的通風軟件進行網(wǎng)絡(luò)解算，礦井總風量為480.56 m3/s，萬噸礦石用風率1.20，裝機總功率為2 280 kW，風機總臺數(shù)17臺，主要區(qū)段的分風結(jié)果為:深部采區(qū)252.14 m3/s，中部采區(qū)163.22 m3/s，380 m運輸中段回風16.25 m3/s，破碎系統(tǒng)48.95 m3/s。

通風系統(tǒng)于2007年投產(chǎn)運行后，礦山委托第三方科研單位對通風系統(tǒng)進行了較全面的測量，同時把實測結(jié)果與設(shè)計值 (網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果)進行了對比，其中主要匯總數(shù)據(jù)見表2，各風機站測量數(shù)據(jù)見表3。通過表中數(shù)據(jù)分析如下:

礦井總風量實測結(jié)果比設(shè)計值即網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果偏高約10%左右，這與通風巷道實際施工斷面整體大于設(shè)計計算值所致;有效風量率、通風耗能、風機實際功率等與設(shè)計結(jié)果接近，通風系統(tǒng)主要通風巷道 (主進風斜井、主斜坡道、720 m主平坑、膠帶斜井、650 m回風平巷、1#～2#回風斜井、360 m破碎系統(tǒng)回風道等)的風量分配實測結(jié)果與網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果相差較小。除少數(shù)機站因漏風短路出現(xiàn)異常外，通風系統(tǒng)各主力機站風機的實測工況數(shù)據(jù)、風機效率等指標與設(shè)計網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果接近。

通風系統(tǒng)投產(chǎn)后存在的主要問題是380 m中段回風巷反風 (導(dǎo)致部分穿脈反風)、510 m風機站9#風機 (深部采區(qū)總回風機站)風量異常偏高、625 m中部Ⅱ采區(qū)回風機站7#風機及360 m破碎系統(tǒng)回風機站8#風機風壓工況異常偏低、二級機站2#～6#風機風壓工況異常偏低等，上述問題都可歸結(jié)為局部通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)失控問題，即現(xiàn)實巷道拓撲關(guān)系、巷道屬性及連通性與設(shè)計不一致，這種情況在基建期或生產(chǎn)初期十分明顯。

綜上所述，大紅山鐵礦原設(shè)計400萬t/a工程通風系統(tǒng)投產(chǎn)運行后在礦井總風量、有效風量率、風機總效率、主要通風干道的分風風量、各采區(qū)分風總量、進風源風質(zhì)、主要通風干道的風速等方面均達到設(shè)計要求，也符合國家規(guī)程規(guī)范要求，尤其是主進風斜井在一級機站1#風機的作用下，進風量達到287.90 m3/s，占總進風量約55%，充分發(fā)揮了進風斜井的進風功能，減輕了主斜坡道、膠帶斜井的進風壓力，同時也就減少的汽車尾氣、膠帶斜井粉塵對井下空氣的污染。若能針對系統(tǒng)出現(xiàn)的問題采取進一步調(diào)控措施，井下工作面取得較好的通風效果應(yīng)在情理之中。

表2 大紅山鐵礦原設(shè)計通風系統(tǒng)測量匯總數(shù)據(jù)Tab.2 Summarized data for original ventilation system measurement of Dahongshan iron mine

表3 大紅山鐵礦原設(shè)計通風系統(tǒng)各級風機站測量數(shù)據(jù)Tab.3 Measured data for all level fan station of original ventilation system in Dahongshan iron mine

3 大紅山鐵礦400萬t/a工程通風系統(tǒng)改造后運行狀況分析

大紅山鐵礦400萬t/a工程2007年投產(chǎn)后不久，與之相關(guān)的擴產(chǎn)項目已提到議事日程上，為了排出廢石需要，把專用進風斜井暫時改造為箕斗提升斜井，同時拆除裝在進風斜井底的一級機站1#風機以及部分原設(shè)計的二級機站風機，作為通風補救措施，在380 m中段回風平巷 (1#斜井腳)、炸藥庫回風道、360 m破碎系統(tǒng)回風平巷、中部采區(qū)分段通風聯(lián)道、深部采區(qū)等多處新增安裝了7.5～90 kW風機約18臺，總裝機功率約360 kW，形成了大紅山鐵礦400萬t/a工程改造后通風系統(tǒng)。通風系統(tǒng)改造后，礦山也進行了相關(guān)測定，主要匯總數(shù)據(jù)見表4，風機測定數(shù)據(jù)見表5。

根據(jù)測定結(jié)果及反饋資料分析表明，盡管通風系統(tǒng)在總風量、額定功率、實際功率等指標與改造前較為接近，但是通風系統(tǒng)的整體通風效果發(fā)生了較大變化，沒有達到預(yù)期效果，具體分析如下:

表4 大紅山鐵礦通風系統(tǒng)改造后測量匯總數(shù)據(jù)Tab.4 Measured and summarized data for reformed ventilation system in Dahongshan iron mine

1)取消一級機站后，主進風斜井的風量從改造前的287.90 m3/s減少至163.10 m3/s，受到汽車尾氣污染的主斜坡道的進風量從106.48 m3/s增加到161.36 m3/s，720 m主運輸平巷的進風量從77.96 m3/s增至121.60 m3/s，主要進風干道的分風格局變得不合理。

2)主進風斜井改造為箕斗斜井同時兼作進風井，新鮮風源進一步受到礦塵污染，同時也不符合“箕斗井不應(yīng)兼作進風井”的安全規(guī)程要求。

3)通風系統(tǒng)改造后，進入礦井的新風量在進風段即受到了的污染，主要污染源有進風斜井排碴礦塵、膠帶斜井運礦粉塵、主斜坡道汽車尾氣及內(nèi)燃熱等，受污染的進風量約占總進風量的70%(雖然原設(shè)計系統(tǒng)也存在膠帶斜井運礦粉塵、主斜坡道汽車尾氣等污染源，但是受到污染的進風量相對較少，約占總進風量的30%)，這也是通風系統(tǒng)改造后井下工作環(huán)境沒有明顯提升的原因之一。

4)主斜坡道的風速從改造前的5.20 m/s上升到7.88 m/s，已接近安全規(guī)程允許風速的上限，有大量汽車運行的斜坡道，其過高的風量和風速會增加井下的污染范圍，還會給車輛安全行駛帶來隱患，萬一車輛發(fā)生燃燒事故，有毒有害的濃煙將直接危及井下人員的生命安全。

5)取消原設(shè)計一級機站以及部分二級機站風機后，額外增加了約18臺各種型號的風機，這些風機沒有經(jīng)過通風網(wǎng)絡(luò)計算和配型，隨意性較大，與原設(shè)計的三、四級機站風機難以匹配，造成通風網(wǎng)絡(luò)阻塞和“大馬拉小車”的現(xiàn)象，實際是增加了通風系統(tǒng)的阻力和耗能。

6)原設(shè)計的4級機站共17臺風機均納入了遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)，風機的啟動、反風、運行狀態(tài)監(jiān)控、相關(guān)參數(shù)測量等是可控的或自動化的。通風系統(tǒng)改造后，超過半數(shù)的風機失去遠程控制，孤立地運行在井下各個角落，需要投入大量人力來巡回檢查，管理十分不便。改造后的通風系統(tǒng)已失去整體反風功能，遇到井下火災(zāi)或有毒氣體泄露事故時，需要通風系統(tǒng)整體反風來趨利避害將無能為力。

綜上所述，取消一級機站、利用主進風斜井作為排碴通道，雖然短期內(nèi)為擴產(chǎn)項目服務(wù)、加快擴產(chǎn)進程取得了一定成效，但是本區(qū)400萬t/a工程通風系統(tǒng)也為此付出了代價。隨著大量擴產(chǎn)工程以及本區(qū)400萬t/a接替工程向深度推進，如果再不采取強有力措施和調(diào)控方案，井下通風問題會更加突出和尖銳。

表5 大紅山鐵礦通風系統(tǒng)改造后各級風機站測量數(shù)據(jù)Tab.5 Measured data for all level fan station of reformed ventilation system in Dahongshan iron mine

4 大紅山鐵礦通風系統(tǒng)瓶頸問題及調(diào)控策略

大紅山鐵礦工程在長期的設(shè)計、論證過程中，局限于當時的投資環(huán)境及市場地位，井下各大系統(tǒng)(通風系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、膠帶提升系統(tǒng)等)并沒有過多考慮到擴產(chǎn)工程的需求，尤其是井下通風系統(tǒng)，為了壓縮整體工程的項目投資，早期設(shè)計還削減了較多與通風有關(guān)的工程，如原來考慮三條斷面約22 m2的總回風斜井，削減為兩條，總風量從原設(shè)計600 m3/s減到480 m3/s，方案設(shè)計受到一定影響。2007年投產(chǎn)后，制約通風系統(tǒng)的能力提升、影響通風效果的因素較為復(fù)雜，綜合分析如下:

1)主要通風巷道斷面不足，特別是總回風巷道斷面嚴重偏小，1#～2#總回風斜井出口段斷面之和約為44 m2，卻要負擔480 m3/s的回風量，投產(chǎn)后實際回風量高達547 m3/s，平均風速達到12.43 m/s;負擔380 m運輸水平及360 m破碎系統(tǒng)回風任務(wù)的1#回風斜井下段 (380～510 m)通風斷面只有約10 m2，通風阻力很高，制約了破碎系統(tǒng)及380 m運輸水平通風效果;投產(chǎn)后各通風主干道的風速 (改造前)已接近安全規(guī)程的上限，如主進風斜井為14.81 m/s，1#回風斜井上段為11.18 m/s，2#回風斜井上段為13.47 m/s，都明顯超過經(jīng)濟合理風速的范圍。

2)在通風網(wǎng)路設(shè)計方面，除了少數(shù)專用通風井巷外，大部分通風巷道與井下運輸巷道共用，沒有獨立的通風網(wǎng)路設(shè)計，礦井通風與運輸?shù)拿茉跓o軌開采礦山尤為突出。井下運輸影響礦井通風的主要表現(xiàn)為:運輸?shù)?、措施道破壞通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，造成漏風或短路;風機站、通風構(gòu)筑物常與運輸車輛相矛盾;無軌車輛尾氣通過運輸?shù)牢廴拘迈r風流，等等。

3)進風段新鮮風流受到污染，無軌車輛尾氣是主要污染源之一。改造前通風系統(tǒng)進風段受到污染的新鮮風流僅有約30%，改造后上升至70%，這是由于主進風斜井改為箕斗斜井后造成的，主進風斜井沒有一級機站控制分風后，大量新風按自然分風規(guī)律被動從主斜坡道進入而造成污染。

4)通風系統(tǒng)動態(tài)性管理措施失控。井下通風網(wǎng)絡(luò)是個變動的網(wǎng)絡(luò)，沒有一勞永逸的通風系統(tǒng)，雖然主干通風網(wǎng)絡(luò)不易變動，但是局部地段或采區(qū)網(wǎng)絡(luò)巷道結(jié)構(gòu)經(jīng)常受到破壞，造成巷道漏風、巷道反風、風機短路等現(xiàn)象，因此必須及時研究和采取合理的通風措施才能確保井下通風效果，這一工作從投產(chǎn)起將貫穿礦山開采的整個服務(wù)年限。

針對上述制約大紅山鐵礦通風系統(tǒng)的若干瓶頸問題，采取相應(yīng)的調(diào)控策略與措施建議為:增加總進風井和總回風井數(shù)量或斷面，服務(wù)于本區(qū)及擴產(chǎn)項目的主控通風巷道應(yīng)盡早投入使用;盡快恢復(fù)原來一級機站風機或在其它位置新建一級機站風機，使得在進風段無污染的新風量達到70%以上;通過控制分風策略或其它措施，盡量減少主斜坡道的進風量，同時對入井的所有車輛安裝尾氣凈化裝置;在后續(xù)擴產(chǎn)項目通風系統(tǒng)設(shè)計上，盡可能多地設(shè)計獨立的通風網(wǎng)路，避免與無軌運輸發(fā)生矛盾;加快礦井通風管理隊伍的建設(shè)，以適應(yīng)日趨復(fù)雜的通風系統(tǒng)管理需要。

［1］謝寧芳．通風專家3.0版主要功能及在礦山中的應(yīng)用．礦業(yè)快報，2001，(13):35－39．

［2］趙梓成．礦井通風計算及程序設(shè)計．云南:云南科技出版社，1992．

［3］謝寧芳．礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法與技巧．有色金屬設(shè)計，1994，(2):1－10．

［4］謝寧芳．多級機站通風及其發(fā)展新動向．有色金屬設(shè)計，1992，(2):15－20．

Analysis and Control Strategy for the Current Situation of Ventilating System in Dahongshan Iron Mine

YANG Guang－yong1，WANG Xu－bin2，XIE Ning－fang3
(1．Diqing Mining Industry Co．，Ltd．，CHINALCO，Diqing，Yunnan 674400，China;2．Yunnan Province Administration of Work Safety，Kunming，Yunnan 650041，China;3．Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co．，Ltd．，Kunming，Yunnan 650051，China)

The current situation and existing problems of the ventilation system in Dahongshan Iron Mine is analyzed in this paper，which is the biggest underground metal mine in China;and the specific measures and methods for controlling of the ventilation system is presented in this paper too，and there are many measured data and technical targets of ventilation system can be valuable reference．

ventilation system of mine;multi－staged fan station;Dahongshan Iron Mine;Kunming Iron and Steel Group

TD72

A

1006－0308(2011)05－0009－05

2011－05－18

楊光勇 (1966－)，男，云南嵩明縣人，工程師。