候成錄 何順斌 王明斌 趙洪凱 王鵬飛 周 偉 居偉偉

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

山東三山島金礦是我國(guó)黃金工業(yè)“七五”期間的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是我國(guó)100家最大的有色金屬采選企業(yè)之一，也是目前全國(guó)機(jī)械化程度最高的地下開采黃金礦山[1]。該礦下設(shè)西山、新立、倉(cāng)上和平里店4個(gè)分礦。新立分礦位于城山公路西側(cè)新立村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°56′15″～119°57′00″，北緯37°23′15″～37°24′00″。新立分礦生產(chǎn)能力已達(dá)4 000 t/d，采用豎井+斜坡道開拓系統(tǒng)，采用充填采礦法生產(chǎn)[2-3]。井下設(shè)-165，-200，-240，-280，-320，-360，-400，-440，-480，-520，-560，-600 m 共12個(gè)中段，其中-165 m中段作為總回風(fēng)中段，主要采礦作業(yè)中段分布于-200，-360，-400 m 水平，平均出礦品位為2.2 g/t[4]。

1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

新立分礦采用副井(φ4.5 m)、主豎井(φ6.0 m)、措施井(φ3.5 m)以及斜坡道(斜坡道在-150 m水平與西山分礦貫通)進(jìn)風(fēng)，兩翼東回風(fēng)井(φ3.0m)、西回風(fēng)井(φ6.0m)回風(fēng)的兩翼抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流經(jīng)副井、主豎井、措施井和斜坡道進(jìn)入，經(jīng)各中段石門、中段巷道、采場(chǎng)等用風(fēng)點(diǎn)，污風(fēng)主要經(jīng)東西兩翼倒段回風(fēng)天井和55#線管纜井上至-165 m水平回風(fēng)巷道，最后由東西兩翼-165 m 水平回風(fēng)機(jī)站送入東、西風(fēng)井排出地表。西翼倒段回風(fēng)井(φ5.0m)位于123#線附近，井筒標(biāo)高為-165～-320 m，-320～-440 m水平采用倒段風(fēng)井，井筒斷面規(guī)格為5 m×4.2 m。東翼倒段回風(fēng)井位于3#線附近-165～-240 m水平，井筒斷面規(guī)格為2.6 m×2.8 m，-240～-320 m水平為豎井，由于充填體進(jìn)入，已被廢棄。新立分礦的主要井巷工程參數(shù)及功能見表1。

表1 新立分礦主要井巷工程參數(shù)及功能

新立分礦通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有2個(gè)主回風(fēng)機(jī)站，分別位于-165 m水平東、西兩翼回風(fēng)井聯(lián)巷，東回風(fēng)井聯(lián)巷回風(fēng)機(jī)站運(yùn)行1臺(tái)BDK62-8-№26型對(duì)旋風(fēng)機(jī)(主扇)，電機(jī)功率為2×250 kW，西回風(fēng)井聯(lián)巷回風(fēng)機(jī)站運(yùn)行1臺(tái)DK52-8-№32風(fēng)機(jī)(主扇)，電機(jī)功率為2×450 kW。

2 斜坡道通風(fēng)現(xiàn)狀

新立分礦斜坡道凈斷面面積為15 m2，中段標(biāo)高為-150～-600 m，在-150 m水平經(jīng)中段大巷與西山分礦貫通，沿西山分礦-150 m水平至地表斜坡道出入地表。斜坡道在通風(fēng)系統(tǒng)中承擔(dān)著進(jìn)風(fēng)通道的作用，新鮮風(fēng)流經(jīng)各中段斜聯(lián)巷進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域，沖洗采場(chǎng)后進(jìn)入兩翼倒段回風(fēng)井，經(jīng)東西回風(fēng)井回至地表。當(dāng)前斜坡道進(jìn)風(fēng)量為15.03 m3/s，各中段斜聯(lián)巷風(fēng)流方向紊亂。-200，-600 m中段斜聯(lián)巷風(fēng)流方向?yàn)檩o助斜坡道→中段巷；-240，-320，-360，-400，-440，-480 m中段斜聯(lián)巷及-600 m 中段車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)流方向?yàn)橹卸蜗铩甭?lián)巷。-320 m中段斜聯(lián)巷有大量隨風(fēng)流粉塵進(jìn)入輔助斜坡道，污染斜坡道風(fēng)質(zhì)。

新立分礦斜坡道通風(fēng)存在的問題有：①斜坡道設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)量為50 m3/s，由于多方面原因，斜坡道自投入使用以來(lái)，一直未達(dá)到原設(shè)計(jì)的進(jìn)風(fēng)量要求，并且進(jìn)風(fēng)量大小受季節(jié)性氣候影響較大；②斜坡道風(fēng)質(zhì)較差，各個(gè)中段斜坡道聯(lián)巷風(fēng)流狀態(tài)差異大，風(fēng)流調(diào)控難度較大；③斜坡道內(nèi)能見度低、濕度大，巷道壁腐蝕嚴(yán)重，降低了支護(hù)層的穩(wěn)定性，增加了斜坡道返修維護(hù)費(fèi)用[5]；④斜坡道作為主要運(yùn)輸行人通道，若發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故，斜坡道風(fēng)流向上將導(dǎo)致污風(fēng)不斷向上部富集，使其無(wú)法作為逃生通道。

3 斜坡道通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

斜坡道為新立分礦主要的運(yùn)輸通道，也是設(shè)計(jì)的進(jìn)風(fēng)通道之一[4]。本研究在維持礦山現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)斜坡道通風(fēng)情況及存在的問題，對(duì)斜坡道的進(jìn)風(fēng)方式進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)構(gòu)建斜坡道通風(fēng)模型，將礦山主豎井、措施井的新鮮風(fēng)流從-240 m 中段東北巷引入斜坡道，通過(guò)增設(shè)進(jìn)風(fēng)輔扇，增加進(jìn)風(fēng)動(dòng)力，使得新鮮風(fēng)流經(jīng)斜坡道聯(lián)巷進(jìn)入中段作業(yè)場(chǎng)所，沖洗作業(yè)面后進(jìn)入東西兩翼倒段回風(fēng)井[6-9]。

3.1 通風(fēng)方式優(yōu)化方案及技術(shù)措施

按三山島金礦探采選8 000 t/d擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)要求核算[4]，新立分礦斜坡道設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)量為50 m3/s。通風(fēng)方式優(yōu)化方案為：①-150 m水平貫通處至-240 m中段通風(fēng)方式，新鮮風(fēng)流從斜坡道-150 m 水平貫通處與-240 m中段主豎井、措施井聯(lián)巷進(jìn)入-200，-240 m中段聯(lián)巷，沖洗作業(yè)場(chǎng)所的污風(fēng)主要經(jīng)東西兩翼倒段回風(fēng)天井進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)；②-240 m分段～-480 m中段通風(fēng)方式，新鮮風(fēng)流從-240 m中段主豎井、措施井聯(lián)巷進(jìn)入-320，-360，-400，-440，-480 m中段聯(lián)巷，沖洗作業(yè)場(chǎng)所的污風(fēng)主要經(jīng)東西兩翼倒段回風(fēng)天井進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)；③-480～-600 m中段通風(fēng)方式，新鮮風(fēng)流從-600 m中段主豎井石門巷進(jìn)入-560，-520 m 中段聯(lián)巷，沖洗作業(yè)場(chǎng)所的污風(fēng)主要經(jīng)東西兩翼倒段回風(fēng)天井進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)。具體通風(fēng)技術(shù)措施為：①完成新立分礦東翼149#線-386～-200 m 中段回風(fēng)井工程、55#線-400～-626 m中段回風(fēng)井工程以及西翼123#線-440～-600 m中段回風(fēng)井工程；②控制-173，-187 m分段回風(fēng)量，在-165 m中段回風(fēng)巷內(nèi)封閉-173，-187 m中段采場(chǎng)風(fēng)井上口，合理分配作業(yè)采場(chǎng)回風(fēng)量；③在-240 m 中段67#線附近增設(shè)輔助通風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制送風(fēng)，將-240 m中段主混合井、措施井的新鮮風(fēng)流引入斜坡道；④在-600 m中段主井、副井及主混合井馬頭門增設(shè)風(fēng)門，控制-600 m中段總進(jìn)風(fēng)量；⑤封閉-307 m 分段貫通處，增設(shè)2道風(fēng)門作為應(yīng)急通道。

3.2 -240 m中段進(jìn)風(fēng)機(jī)站設(shè)置和通風(fēng)設(shè)備

斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)機(jī)站設(shè)置于-240 m中段67#線運(yùn)輸巷。經(jīng)過(guò)對(duì)K45-6-№15、K45-6-№16、K45-6-№17等不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)解算比較，確定-240 m中段67#線運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)機(jī)站安設(shè)1臺(tái)K45-6-№16(90 kW/臺(tái))風(fēng)機(jī)，葉片安裝角度取最大值為40°，實(shí)現(xiàn)變頻控制。該型風(fēng)機(jī)具體參數(shù)見表2。

表2 風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

本研究選用的軸流風(fēng)機(jī)具有運(yùn)轉(zhuǎn)效率高、噪聲低、節(jié)電效果顯著等特點(diǎn)，可方便實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)反風(fēng)功能(風(fēng)機(jī)控制柜具有正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)功能按鈕)，反風(fēng)率大于60%，無(wú)需修筑反風(fēng)道[10-12]。

3.3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算

機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)機(jī)將新鮮風(fēng)流輸送至井下各個(gè)采掘作業(yè)需風(fēng)點(diǎn)，由于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)包括大量井巷，自然分風(fēng)及風(fēng)量調(diào)節(jié)計(jì)算比較復(fù)雜，且工作量大，故須借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行通風(fēng)方案網(wǎng)絡(luò)解算。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型建立后，利用多機(jī)站及多級(jí)機(jī)站通風(fēng)軟件對(duì)方案進(jìn)行系統(tǒng)通風(fēng)效果模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整修改，使得最終確定的通風(fēng)優(yōu)化方案達(dá)到預(yù)期效果[13-15]。

新立分礦斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果見表3，各主要井筒風(fēng)量分配情況見表4，斜坡道各中段聯(lián)巷風(fēng)量分配情況如表5及圖1所示。

表3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案解算結(jié)果

表4 各主要井筒風(fēng)量分配情況 m3/s

表5 斜坡道各中段聯(lián)巷風(fēng)量分配情況

新立分礦總風(fēng)量為342.78 m3/s，其中主豎井進(jìn)風(fēng)量為174.88 m3/s，副井進(jìn)風(fēng)量為78.26 m3/s，措施井進(jìn)風(fēng)量為39.52 m3/s，斜坡道進(jìn)風(fēng)量為50.12 m3/s，斜坡道進(jìn)風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量(50.00 m3/s)要求。

主回風(fēng)機(jī)站設(shè)置及工況：①-165 m水平東翼回風(fēng)機(jī)站，有風(fēng)墻形式運(yùn)行1臺(tái)BDK62-8-№26型風(fēng)機(jī)(2×250 kW/臺(tái))，葉片角度45°/40°，變頻控制，機(jī)站風(fēng)量105 m3/s，實(shí)耗功率313.25 kW，風(fēng)機(jī)效率78%；②-165 m水平西翼回風(fēng)機(jī)站，有風(fēng)墻形式運(yùn)行1臺(tái)DK52-8-№32型風(fēng)機(jī)(2×450 kW/臺(tái))，葉片角度45°/40°，變頻控制，機(jī)站風(fēng)量227.78 m3/s，實(shí)耗功率650.81 kW，風(fēng)機(jī)效率80%；③-240 m水平67#線進(jìn)風(fēng)機(jī)站，有風(fēng)墻形式運(yùn)行1臺(tái)K45-6-№16風(fēng)機(jī)型(90 kW/臺(tái))，葉片角度40°，變頻控制，機(jī)站風(fēng)量53.72 m3/s，實(shí)耗功率55.17 kW，風(fēng)機(jī)效率73%。

4 結(jié) 語(yǔ)

在維持三山島金礦新立礦井現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，通過(guò)在67#線運(yùn)輸巷增設(shè)1臺(tái)K45-6-№16型風(fēng)機(jī)，確保斜坡道穩(wěn)定進(jìn)風(fēng)，解決了斜坡道長(zhǎng)年性反風(fēng)的技術(shù)難題，改善了斜坡道的通風(fēng)環(huán)境，提高了斜坡道支護(hù)層的穩(wěn)定性，降低了斜坡道維護(hù)費(fèi)用，可供類似礦山借鑒。

圖1 新立分礦斜坡道通風(fēng)系統(tǒng)示意(單位：m3/s)

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