冬瓜山铜矿通风系统管理实践

冬瓜山铜矿通风系统管理实践

苏卫宏 1 贾敏涛 2， 3

1铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿 安徽 铜陵 244000

2 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 安徽 马鞍山 234000

3 中南大学资源与安全工程学院 湖南 长沙 410000

摘要：系统的介绍了冬瓜山铜矿通风系统的基本网络结构，以及多因素耦合作用下的大型深井地下矿山通风系统面临的困境。提出了充填采矿工艺对通风系统影响因素及程度的科学研究课题；详细论述了冬瓜山铜矿多年来针对其通风系统所开展的主要研究项目、重要成果及其对冬瓜山铜矿现场通风系统改善起到的良好作用；阐述了通风系统的管理机构设置及其系统性分工。为类似大型地下矿山通风系统建设、系统运行和现场管理提供了参考。

关键词：通风系统管理；深井开采；综合防尘；反风试验

Abstract ：The basic network structure of the ventilation system of Dongguashan Copper Mine and the dilemma of the large-scale underground mine ventilation system under multi-factor coupling are introduced. The scientific research topics on the factors and extent of the filling process on the ventilation system are put forward. The main research projects and important achievements of the Dongguashan Copper Mine for its ventilation system have been discussed in detail and the improvement of the ventilation system on the site of the Dongguashan Copper Mine. The good role played; the management mechanism of the ventilation system and its systematic pision of labor. It provides reference for the construction of large underground mine ventilation system, system operation and site management.

Keywords Ventilation system management;Deep well mining;Comprehensive dustproof; Reversing experiment

1通风系统介绍

冬瓜山铜矿为竖井开拓系统，目前开采系统内的井筒有冬瓜山主井、冬瓜山副井、冬瓜山进风井、冬瓜山辅助井、冬瓜山新辅助井、大团山副井、老鸦岭措施井、桦树坡回风井、冬瓜山回风井及大团山倒段回风井等共九条竖井以及主斜坡道。

新老区通风系统相对独立，老区通风系统为两翼对角抽出式通风方式，新鲜风流分别从大团山副井、冬瓜山副井和冬瓜山进风井进入井下；污风由两翼的团山采区回风井和桦树坡采区回风井排出地表。

新区的通风系统为单翼对角式多级机站通风系统，即进风段和回风段各设一级有风墙机站。新鲜风流主要由冬瓜山专用进风井、冬副井和新辅井进入，冬瓜山回风井回风。

通风系统图如图1所示。

图1 冬瓜山铜矿通风系统示意图

2通风系统耦合因素分析

冬瓜山铜矿通风系统是一座多因素耦合作用影响下的特大型千米深井系统，影响冬瓜山铜矿通风系统的因素主要有以下几方面。

2.1多采区、多种采矿方法并存

冬瓜山铜矿经过几十年的开采，先后建成有东西狮子山、老鸦岭、桦树坡、团山、胡村和深部冬瓜山矿段等多个采区，形成了多采区并存的复杂开拓系统。根据矿体赋存条件，采矿方法先后包括崩落法、浅孔留矿法、分段空场嗣后充填和VCR嗣后充填采矿法等。目前在回采的采区主要分为新区和老区两大系统，其中老区系统包括桦树坡、团山和胡村采区，新区主要是冬瓜山矿段。

2.2 特大型充填系统影响

冬瓜山铜矿现行采矿方法为空场嗣后充填法，同时之前遗留的采空区正在充填，井下充填强度大。充填体中胶凝材料在逐渐凝固过程中发生水化反应，释放出大量热能，导致井下作业点环境温度偏高；此外，部分充填材料与井下含硫矿、岩发生反映，生成硫化氢气体，造成了井下环境进一步恶化。已充填结束的采区因需要定期巡检，不能封闭且需要持续供风，又进一步造成通风系统需风量增加。截至目前，虽未见有关充填采矿工艺对通风系统影响方面的研究报道，但通过冬瓜山现场通风管理实践表明，充填采矿工艺对于通风系统具有重要影响作用。

2.3千米深井，高硫矿山

冬瓜山地表标高在+100m左右，深部运输水平在-1000m，破碎硐室在-1065m，垂直埋深超过1100m。矿区的恒温带深度为（20 ±5）m，恒温带温度17.55 ℃，平均地温梯度2.1 ℃/100 m [1]，深部-1000m附近原岩温度将达到35~40℃；同时，冬瓜山铜矿又是一座矿岩含硫量较大的高硫矿山，根据地质资料显示，冬瓜山铜矿主矿体平均含硫品位为19.70％，矿岩经过扰动后，硫与空气接触迅速氧化，放出大量热量，进一步提升了井下空气温度。冬瓜山井下热害突出，为通风系统造成了巨大压力。

2.4自动化程度高，井下无轨设备多

冬瓜山铜矿是一座自动化程度较高的现代化矿山，井下凿岩、出矿及辅助运输都采用无轨设备，每天大功率、高频次的车辆运行，在井下释放了大量热量和采用尾气，且部分巷道路面干燥，易产生二次扬尘，造成了井下空气环境不佳。

3通风系统优化技术

针对通风系统存在的诸多因素影响下的复杂环境，冬瓜山铜矿先后开展了大量的研究工作，形成了一批研究成果。

3.1深井开采地热防治与通风技术研究

针对冬瓜山采深大、岩温高、矿体含硫及盘区范围广形成的极复杂深井高温通风系统，通过企业与相关科研院所联合申请，最终国家将“深井开采地热防治与通风技术研究”列入“十五”国家科技攻关项目当中一个重要专题进行研究。针对冬瓜山铜矿深井、高温、部分矿石有氧化自燃性和大规模强化开采的要求，通风系统优化与节能控制技术、通过盘区复杂角联风网风量调控技术、空气预冷技术和深热矿井掘进面的强化通风与降温技术研究，提高了通风系统效率和自动化控制水平，实现通风系统风量按需分配，改善了矿井作业环境，创造了良好的工作条件，降低了通风成本，金属矿床特大型深热矿井开采地热防治与通风降温技术为国内首创。

后期又陆续开展了多采区相互作用下的通风系统优化研究和通风系统节能控制技术研究，有效的保证了通风系统在生产动态调整情况下的可靠、稳定运行，系统有效风量率长期保持在70%以上。

3.2粉尘综合防治技术研究

针对冬瓜山井下高溜井卸矿和卸载站卸矿过程中产生的高浓度冲击性粉尘，开展了冲击性粉尘综合防治研究，溜井卸矿产生的粉尘具有突发性、高速度和高浓度的特点，高效捕集难度大，传统降尘效果较差。提出采用高压喷雾方式抑制卸矿时产生的扬尘和冲击性粉尘，通过水幕进一步净化外溢粉尘的综合防尘系统，方案实施后，经现场检测卸矿站粉尘浓度4.1 mg/m3降至 2.1 mg/m3[2]。高压喷雾系统取代了传统的破碎硐室除尘器[3]。在高溜井卸矿口设置综合防尘系统，有效解决本水平下料的粉尘污染问题，降尘效率超过80%[4]。上述现场实践表明，井下粉尘防治主要还是以实施防尘为主的综合防尘措施，针对短时间高流速的冲击性粉尘，应到考虑采用高压喷雾技术措施，提高水的雾化效果，减小雾滴粒径，降低系统用水量，进而减小其对矿石胶带运输和选矿的影响。

冬瓜山铜矿井下进风风路扬尘污染严重，通过对比分析国内外路面扬尘综合防尘技术措施及应用情况，提出冬瓜山铜矿进风侧管网喷洒防尘系统，该系统能够有效解决进风侧风源被无轨车辆扬尘污染的问题，经现场采样检测，进入采区风流的风源含尘量小于0.5mg/m3 ，降尘效果显著。现场应用情况见图2所示。

图2 现场应用情况

3.3高温热害控制技术研究

冬瓜山铜目前主井最深开拓工程为-1065m水平，井筒深度超过1100m，同时，冬瓜山铜矿为大型高硫矿床，夏季高温季节冬瓜山矿段局部采掘工作面环境温度超过32℃，夏天高温季节，矿区月平均气温27.4℃，地表最高温度达到 40℃。针对夏天冬瓜山铜矿进风温度偏高，深部采区工作环境恶劣的问题，开展了利用冬瓜山铜矿上部老区废旧巷道及采空区预冷降温技术研究研究。在国内首创了地下金属矿山采空区和废旧巷道预冷降温技术方案、措施和现场实施系统。预冷总风量达到200m3/s 以上，深部采区风温降低 4～6℃，实现了较好的降温效果^[5]。

针对局部通风不良采场高温问题凸显，个别掘进工作面的平均气温达36℃。开展了掘进工作面强化通风和现场实验研究。增加局部作业面供风量，并辅助洒水作业，现场实测表明工作面气温从31.2 ℃降至28.8℃，空气温度、相对湿度和粉尘浓度明显降低，现场作业环境显著改善^[6]。

3.4多级机站通风系统反风试验与实践

通风系统反风是一项防止矿井火灾扩大的应急专项措施之一^[7]，是地下矿山防灾减灾的重要技术手段。《金属非金属矿山安全规程》及其他相关行业标准对通风系统反风试验做出了明确规定。冬瓜山铜矿率先在金属非金属地下矿山多级机站通风系统开展反风试验，形成了一套完整的反风系统应急预案与操作规程，反风试验流程与成果反馈规范化，从反风文件下达、具体实施方案、事故应急处置、人员组织与管理等，到反风实验报告的具体章节、数据反映、原始记录、现场调查质证等已经成为一种“冬瓜山模式”

^[7]。该试验流程和技术成果得到了各级安监部门和来矿检查交流的专家的肯定与认可，已逐步在全省范围内推广。

4通风系统管理实践

冬瓜山铜矿针对其复杂的通风网络，形成了一套完整的管理规范和规章制度。从集团公司到冬瓜山铜矿和下属各个部门车间，一致认为通风系统是矿山安全高效生产的重要保障，在日常生产组织中非常重视通风系统的运行管理，矿山下属各个部门之间通力合作，确保通风系统安全稳定运行。公司下设技术部，负责与外部科研单位协作，解决生产过程中通风系统遇到的技术问题，同时前瞻性的提出创新性发展，关注通风系统最新科研成果在冬瓜山铜矿的成果转化。安全环保部，定期堆通风系统稳定运行情况进行监督检查。动力车间，负责井下通风系统主辅扇安装与维护；通风构筑物安装与运营管理；按照相关标准规范，定期开展通风系统检测、岗位粉尘浓度检测等工作。信息中心，负责井下通风监控系统管理与维护，确保通风系统远程集中监控系统运行稳定、通讯通畅、数据准确。

5结论

⑴冬瓜山铜矿通风系统是受多因素影响的复杂通风系统，通风网络受多采区交叉采矿影响，造成了井下通风困难。其中充填采矿工艺对通风系统的影响之前一直未见相关报道，冬瓜山铜矿通风系统实践表明，充填采矿工艺中的充填体放热、有毒有害气体释放等都对通风系统具有负面效应，在进行通风系统设计时应充分考虑。

⑵针对通风系统相关问题，研究提出有针对性的技术方案，是解决现场通风问题的关键一步。矿山粉尘防治须采用以湿式降尘为主的综合防尘措施，矿井高温热害防治首先应当建立完善的通风系统，矿井反风是一项针对井下火灾的专项应急措施，应当在日常管理中的到重视。

⑶通风系统运行的有效性很大程度上取决于后期的系统管理与设备维护，针对复杂网络的大型地下矿山，应该设置专业的管理机构，对通风系统运行的各个环节进行严格管理与技术管控，确保通风系统可靠运行。

参考文献

[1] 杨承祥，袁世伦，胡国斌. 冬瓜山铜矿深井热害的防治对策[J].矿业工程，2004（4）29-30.

[2] 张保，贾敏涛.安徽冬瓜山铜矿井下卸矿站冲击性粉尘综合降尘系统[J].现代矿业，2018（3）209-212.

[3] 李晓东，黄寿元，贾敏涛. 冬瓜山铜矿粉尘职业危害因素及综合治理[J].现代矿业，2016（9）255-256.

[4] 吴江，吴冷峻. 冬瓜山铜矿某卸矿站综合防尘系统设计与应用[J].金属矿山，2009（8）132-134.

[5]吴冷峻. 等.冬瓜山铜矿老区采空区及废旧巷道预冷降温技术研究报告[R].马鞍山，2009.

[6] 支学艺，蒋仲安，陈旺星.等. 冬瓜山铜矿掘进工作面强化通风与降温技术[J].金属矿山，2006（12）64-66.

[7] 胡建东. 多级机站通风系统反风技术分析及反风试验[J].中国矿山工程，2015（4）24-27.