结合徐楼铁矿谈如何做好矿井通风

摘要：本文作者经历了徐楼铁矿通风系统从无到有、逐步完善的过程，在工作实践中，碰到并解决了很多实际问题，此外，对于如何做好金属矿山地下开采的矿井通风工作，从教育培训、通风设施和通风台帐管理、通风技术、局部通风等方面提出了一些看法，对通风工作者有一定的指导意义。关键词：矿井通风 通风设施 管理 局部通风
 正文：徐楼铁矿是有名的大水矿山，位于安徽省淮北市濉溪县，矿区北距濉溪县10Km、距淮北市15Km，矿床地层主要为第四系沉积层：矿区内地表皆被第四系松散沉积层所覆盖，各矿区其厚度和结构也有差异。徐楼铁矿矿床均为盲矿体，上覆有第四系岩层，顶底板主要为大理岩和闪长岩，但其厚度较薄。矿体埋藏于侵蚀基准面及地下水位之下，矿床以充水岩层、空隙岩层为主。矿体受构造控制明显，沿闪长岩床上下两侧矿体呈水平状，在闪长岩顶部界面隆起时，矿体呈半月形凸镜体。矿体埋深从60m到160m不等。针对矿体的赋存条件，徐楼铁矿选用“上向水平分层胶结充填采矿与嗣后充填分段空场采矿”的联合采矿法，也就是回采矿柱时采用上向水平分层胶结充填法，回采矿房时采用砂石或选矿尾砂嗣后充填的分段空场法。设计矿块的沿走向长度为50m，其中矿柱8m。矿块宽度依据矿体赋存条件进行划分，标准矿块垂直走向宽度85m。徐楼铁矿一期工程设计年产量40万吨，一年生产天数330天，主进风井为矿体西端北翼的副井，辅助进风井为主井，回风井为矿体东端北翼的东回风井，炸药库独立回风，矿井设计风量为90 m³/s。徐楼铁矿通风方式为单翼对角式，统一通风，主扇工作方式为抽出式安装在地表，两台主扇并联作业。主通风机为两台同型号的轴流式通风机，型号为K45-4-NO14，单机风量为1482-4032立方米/分，风压为460-2089帕，功率为4-132KW，风机叶片固定安装角度为35°。局扇主要有两种型号为YBT-11和YBF-5.5，功率分别为11KW和5.5KW；炸药库回风井专用通风机型号为GKJ67-Z450-Ⅱ,功率为11KW。在2009年七月份之前，徐楼铁矿一直处以试生产阶段，通风机房也还在建设中，两台主通风机还没有安装使用，在主回风巷一直使用两台有风墙辅扇暂时充当主通风机，功率为22KW，但是风量远远没有满足实际工作面所需的风流。在徐楼铁矿从事近一年的矿井通风工作中，碰到了很多问题，积累了很多经验，下面就是在工作中碰到的一些问题以及结合实际情况采取的解决方案。
 一、通风工作人员不足，素质低，通风检测仪器缺乏，没有测风站和测风点。作为一个新开发的矿山，专业技术人员不足是一个常见的问题。我是徐楼铁矿第一个通风安全专业人员，在工作中碰到的许多问题都要自己去思考，寻找解决方案。徐楼铁矿在我到来之前只有两个通风工，矿里除了风表和一氧化碳检测仪之外就没有其他的任何通风检测设备仪器，风表没有人会使用。比如在掘进二号穿脉的过程中，发现通风工将风机放置在总回风巷中，我当即让通风工把局扇位置调整到新鲜风流进口处；为了迎接矿试生产运行检查小组的检查并为九月的安全验收评价提供更详细的资料，我建议矿里购买了粉尘检测仪、温度检测仪、氧气检测仪风表等仪器设备，并对通风工进行简单培训，教会他们使用通风检测仪器设备。针对没有测风站和测风点的问题，通过观察，根据测风站点的设置原则，一共设计了两个测风站和十五个测风点，每个月进行三次风流检测，形成井下风流检测报告，这样可以了解整个矿井的风量分配状况，为风量调整提供依据。
 二、风量不足，缺乏有效的通风设施来调节风流，有些风门设置不合理，局扇随意停开，有风流短路现象。两台主通风机并联运行，风机运行频率48赫兹，总进风量实测为90.805 m³/s，但是考虑到成本因素，主通风机安装调试完毕以来，基本上都是单风机运行，风机运行参数：电流113.3A，电压402-403V，频率35.5赫兹，总进风风量46.2793 m³/s，即使根据井下实际工作面计算，风量也需要68 m³/s，可见风量不足，无法满足工作面所需的风量，在主通风机安装使用前风量就更是捉襟见肘。在2009年四月份，只有-100M水平一号穿脉有一个风门，-100M水平东大巷溜井旁边有一个风门，-45M水平总回风巷有一个风门，-100M水平三号穿脉里面-45斜上山有一个风门，但是这四个风门都有不小的漏风。尤其是总回风巷的风门漏风就在风门和安装在旁边的辅扇就形成了循环，侧面减少了总回风；东大巷溜井风门和-100M水平一号穿脉的风门漏风则直接造成了新鲜风流直接进入回风巷，从而造成了采场和-80M水平进风量相对不足。在不允许重新安装风门的情况下，根据各个风门漏风的原因，采取了针对性的办法，对于风门开门方向安装反了的，只能采取加设拉环的方法；对于门缝和上下两端漏风的，采取增加木板等挡风材料对风门进行密闭措施；对于门轴歪斜的，采取更换转轴，增加拉环，加强管理的方法。在每个风门上两面都贴上提示，并且在之后的建造风门中，都采取以下方式：风门的门扇和门框之间呈斜面接触，比较严密，风门的开启方向迎着风流方向，使风门关闭时受到风压的作用而保持严密，门框和门轴均应倾斜80~85°，使风门能依靠本身的自重而关闭。
 三、爆破作业不集中，井下多处出现污风串联，出现逆流现象，炮烟污染新鲜风流。由于矿里采掘工区采取的是计件和计量的工作模式，工区只要完成生产技术部规定的量就可以了，所以他们爆破掘进工装好药之后，报告安全员，做好警戒，通知相关区域的作业人员就可以放炮了，再加上矿通风系统还未形成，这样产生的炮烟就会影响其他工作面，也给安全管理工作带来了不小的难度。通过观察，采场爆破后，有部分炮烟沿着天井竟然进入-100M水平一号穿脉，再进入-100M水平运输大巷和二号、三号穿脉，这是非常危险和不正常的，一氧化碳检测仪检测出来的浓度是50PPM左右，也已经超过安全规程的一氧化碳容许浓度。一开始我也是百思不得其解，炮烟应该是顺着天井进入回风巷才对，怎么可能往下进入-100M水平呢？经过几天的蹲点观察，发现了以下几个问题：1、-100M水平一号穿脉1-3天井和1-4天井都有淋水，炮后我特地在天井下端观察，发现炮烟跟着水流直接下到一号穿脉，而在1-4天井上口（-45M水平）发现了地表流水淌入天井，在格栅上放上一块风筒布，马上就被风流带下去了，在-100M水平发现了这块风筒布，说明水流对回风有极不利的影响。2、1-3天井和1-4天井作为采场的回风人行井，为了防止采场联络道落石伤人，天井每隔8米左右就用木板铺严实，只留一个小口供人员上下，这样就减小了天井的回风断面，增加了阻力，不利于炮烟排除。3、-80M水平3-4联络道与2采区的采场天井联络道相连通，2-3采场和2-4采场的总进风量远小于-80M水平的进风量，而-80M水平此时回风主要靠3-4联络道旁边的天井回风，而这个天井也有水流往下淌，采场回风天井阻力大，-80M水平的风往采场回风天井一侧压，种种原因造成了在一号穿脉处形成相对负压，风流往下运动。针对这些现象，我采取了以下措施：1、立即和防治水工区联系，处理所有天井，尤其是回风天井，将水流引导开，无法引导的，挖小蓄水池用水管直接引流到-100M水平。2、对采场进风天井和回风天井的木板隔层进行简化处理，采取了木板和细铁丝网，减小了回风阻力示意图如下：3、在-80M水平3-4联络道处设置了一道风门，使采场回风天井侧形成负压，同时将天井在-80M水平处用木板密闭。
 四、采场通风困难，进风量小，炮烟排除速度慢、时间长。前期主要进行了-100M水平2采区2-2采场、2-3采场和2-4采场的采准、出矿，由于总进风量比较小，再加上-100M水平2号穿脉进风量小，造成三个采场内的风速远远达不到安全规程上规定的风速，根据计算，3个采场的需风量为Q回=3*4.05=12.15 m³/s，初期2号穿脉进风量还不到4 m³/s。因此，经过实地考察，建议在-100M水平二号穿脉设置了一个导风墙，这个导风墙长1.6米，高度直接与主运输巷接顶，不仅不影响大巷的运输，而且市主运输巷宽度从4.1 米减小到2.6米，从而变相增加了二号穿脉的进风量，示意图如图所示：总工程师批准了这个建议。2009年7月24日完成，在7月28日的风流检测中，二号穿脉的风量由原来的3.6 m³/s增加为8.2 m³/s，进风量增加了一倍，而在主通风机单机36赫兹运行时进风可以达到11.6m³/s，这样就基本解决了2采区采场的通风。
 五、长距离通风出现困难。在-80M水平掘进-45提料上山和主回风巷反向的时候，长度达到了一百多米，而且断面也比较大此处通风最为困难，主要为进风困难，尤其是在-80M水平3-1天井被临时用于六号回风巷倒矿用之后，再一个就是回风距离最长，经过-80M水平环形车场，再进入-80M水平穿脉，然后进入回风巷。针对这种长距离独头掘进，我决定采取混合式通风，压入式风机采用11KW的风机，安放在-80M水平三号穿脉，距离提料上山距离10米左右，风筒直接接到离工作面10米左右；抽出式风机选择11KW风机，安放在距离工作面25米左右的躲避硐室内（防止爆破时飞石破坏局扇和风筒），风筒直接往下接到-80M水平环形车场。这样将排炮烟时间缩短了90分钟，炮烟经过半个小时左右就可以排尽，极大的提高了工作效率。而对于-51M水平开始正向掘进-45M水平主回风巷后期，由于采用了扒渣机，留给风筒的空间很小，根据实际情况采用了局扇间断串联的方法解决了这个通风难题。
 六、水流对矿井通风的影响。在刚刚进入工作的一周内发现了以下反常的现象：2采区2-3采场和2-4采场爆破后炮烟逆向流到-100M水平；-45M水平三号穿脉掘进爆破后炮烟影响-71M水平、-83M水平工作面的施工；-45M水平四号穿脉掘进爆破后炮烟直接进入-80M水平和-68M水平的工作面。经过观察，这些回风天井都有不同程度的淋水，由此带动风流往下，造成炮烟下行，因此建议采掘工区与注浆治水工区一起处理所有天井的淋水，采取引、堵、改道等措施，基本上解决了水流对天井通风的影响。
 七、局扇和风筒有漏风，局扇等通风设备容易出故障。徐楼铁矿购买的局扇使用的是自己制作的喇叭口，尤其是与风机连接的时候，二者咬合不严密，造成漏风，为此决定使用风筒布包扎严实，防止漏风，并且规定制作喇叭口必须由技术熟练的焊工在通风工的指导下为每个风机量身定做，设置编号。徐楼铁矿所用的风筒为帆布阻燃性风筒，直风筒（长度为10M）和三通，规格有直径30CM、40CM、50CM三种，大多为40CM的风筒。风筒由于规格不匹配、爆破和人为原因会有不同程度破损，局扇由于距离爆破点太近、防护罩破损、电气等原因也会造成设备事故。这些情况在实际工作中出现多次：在-51M水平二号回风巷开门处设置的一个三通由于扒渣机操作人员嫌风筒碍事，擅自将风筒拔高、改边，造成风筒内气流冲击风筒，待发现时，三通已经吹烂；靠近爆破点处的风筒由于没有在爆破前撤除，经常导致风筒破损；在-45M水平主回风巷反向掘进的过程中，发生了一起设备损坏事故，原因是抽出式局扇防止在距离爆破点直线距离40米开外，而且还与回风巷呈60度夹角，但是还是被一块小石块穿过局扇防护罩，造成局扇的风叶全部损毁。根据常规，掘进巷道爆破飞石距离一般在30M左右，但是还是造成了这起事故，这是唯一一起因为爆破造成风机破坏的事故。另外，由于井下水汽大、湿度大和潮湿，也造成局扇出现故障。为此，通过以下措施尽量避免风筒和局扇的破损：1、加强宣传教育，爱护、保护通风设备设施是每个施工人员的责任和义务，是为后续工种正常、快速施工和创造良好工作环境提供有力保障。2、增加检查力度，及时修补、更换破损的风筒，并且在局部通风的时候就考虑到各种因素，最大程度避免通风设备出现问题；风筒一律顺接，尽量避免风筒连接处的漏风。3、对于人为、故意损坏通风设备设施的，上报所在区域的安全员，根据严重程度予以考核。
 八、降低通风阻力，提高风机效率。由于-45M水平主回风巷有一个主下料口，所以这里放置了许多杂物，矿车、枕木、细沙等，为此我建议安全部彻底清理主回风巷的杂物，一方面可以降低通风阻力，另一方面也可以保持这个安全出口保持畅通。九、通风系统局部调整频繁，缺少通风系统立体示意图。由于初期主要是进行采准、切割和探矿工作，造成井下经常有巷道沟通，这样就需要及时对通风系统进行局部调整，以满足作业面的用风要求。由于种种原因，徐楼铁矿只有各个水平的平面图，没有矿区上下对应图，也没有通风立体示意图。在刚入矿的一周时间里，我熟悉了各个水平、中段的地形，摸清了上下各水平的对应关系，最终用“斜二侧”画法绘制处了徐楼铁矿通风系统立体示意图，得到了徐楼铁矿生产技术部和总工程师认可，并用于2009年8月徐楼铁矿试生产验收和11月的安全评价中，以及向濉溪县安监局上交的每月技术变更资料里。在徐楼铁矿近一年的工作时间里，碰到了许多通风安全上的问题，也积累了一些经验，下面就如何做好一般地下开采矿山井下通风谈谈自己的看法。一、加强宣传、教育、培训，认识到矿井通风的重要性，提高从业人员和通风人员的素质。矿井通风的作用：在机械的或自然的动力作用下向井下作业地点提供足够数量的新鲜空气，稀释和排除有毒、有害气体、放射性核爆炸性气体及浮游矿尘，调节井下气候调节，确保作业地点的空气质量，使之符合安全规程的要求，为井下作业人员提供安全、舒适的工作环境，保障工作人员的安全和健康，提高工作效率。如果矿井通风不良，由此形成的高温、高湿、高浓度粉尘等不利因素，会对矿工的安全和身体健康造成极大的威胁，此外，还会对机械设备也会造成一定程度的危害，对施工安全和巷道围岩都有一定的影响。高温高湿的作业环境使工人处于昏昏欲睡的状态，机警能力降低，从而使事故发生率上升。安全生产宣传、教育、培训是最基础的工作，虽然简单、繁琐，但是做好这些工作能给以后的工作带来事半功倍的效果，让所有员工明白矿井通风的重要性和通风不良的危害，以及对通风工进行专业技能和专业知识培训会使得通风安全工作更加顺畅。二、对本矿井下通风系统要有全面、深入的认识，建立、完善阶段通风网络，合理选择局部通风方式，防止风流串联污染。俗话说，知己知彼百战百胜。要做好矿井通风，就必须对所在矿山的通风系统有全面、深入的了解，了解设计中设计的系统通风方式、局部通风方式、采矿作业安排等，尤其是了解本矿通风困难和需要重点通风的区域，做到有的放矢。1、金属矿山通常多阶段同时作业。为了使各个阶段作业面都能从进风井得到新鲜风流，并将所排除的污风送到回风井，各作业面的风流应互不串联，就必须对各阶段的进、回风巷道统一安排，构成一定形式的阶段通风网络。阶段通风网络有阶段进风道、阶段回风道矿井总回风道和集中回风天井等巷道联结而成。其原则是：能按需要将新风分送到各个需风点去，并将各个作业点的污风排到回风井巷中去，无污风串联循环，漏风少，在此前提下力求通风工程量少，管理方便，因此要充分研究矿床的赋存条件、生产井巷的布置和作用情况、回采顺序及采掘作业面的安排情况，结合各种通风网络的适用条件，选用最合适的通风网路形式。阶段通风网路布置的典型方式，有阶梯式、平行双巷式，上、下间隔式、棋盘式及梳式等多种。它们都有各自的优缺点和特定的使用条件，需要根据各矿山井下实际科学、合理选择阶段通风网络。2、局部通风主要针对通风困难的工作面，尤其是独头巷道，主要任务是将新鲜风流引至工作面，并排出工作面的炮烟、矿尘等污浊空气，以保证工人在良好的环境中工作。局部通风方法主要有：总风压通风、扩散通风、引射器通风、局扇通风。矿山最常用的是局扇通风，安装局扇的工作方式分为压入式、抽出式和混合式通风。通风工作人员应根据实际情况选择合理的局部通风方式：短距离、小断面巷道掘进时采用压入式局扇通风；长距离、大断面巷道掘进时优先考虑混合式局扇通风，这个时候又要合理选择风机的安放位置，即选择长压长抽、长抽短压或者长压短抽的一种，以达到最好的效果。三、均衡风压，提高风机的效率，采用中低压大流量矿用扇风机，节省通风能耗；充分利用动压通风原理，以导风板、导风墙、空气幕、风帘、风门和无风墙辅扇等装置，进行通风系统的漏风控制和风量调节，提高有效风量。1、矿井漏风降低了作业面的有效风量，使通风系统的可靠性和风流的稳定性受到破坏，容易使角联巷道风流反向，出现烟尘倒流现象，而大量漏风会使矿井总风阻降低，从而破坏主扇的正常工况，使主扇效率降低，无益电耗增加。降低风阻、平衡风压是减少漏风的重要措施。降低用风地点风阻，使风路两端压差减小，可以降低漏风风路的漏风量。在用风风路中安设局扇，同样可以降低漏风风路两端的压差，也能减少漏风。在选择风量调节方法时，降阻调节法对减少漏风更为有利。2、通风构筑物是矿井通风系统中至关重要的一部分，影响到矿井风量分配、有效风量率以及矿井的通风效果。因此，合理地安设风桥、导风板（墙）、调节风窗、风障、风墙和风门等通风构筑物，并使其经常处于完好状态，是矿井通风技术管理的一项重要任务。做好通风构筑物的管理可以很好地保证矿井通风的合理和稳定，确保风流按照生产需要的路线流动。提高通风构筑物的质量、加强严密性是防止漏风的基本措施。挡风墙四周与岩壁接触处要用混凝土抹缝，铁门板四周要焊缝要严，门框边缘要钉胶皮或麻布，风门下边要挂胶皮帘或设置门坎，保持严密。3、采区内、采区之间以及生产水平之间的风量调节，称为局部风量调节。局部风量调节比矿井总风量调节频繁。因为，各采区、甚至同一采区的不同工作面所需要的风量会随开采方法、地质条件的变化而变化的。   局部风量调节的方法有三种：增加风阻调节法、降低风阻调节法和增加风压调节法。因增加风阻调节法，简便易行，现场采用较多；后两种调节法实际采用较少。增阻调节法所依据的原理是：在两条并联风路中，风量自然分配的规律是，某风路的风阻小，自然分配的风量就大；反之自然分配的风量就小。四、加强爆破管理，严防炮烟中毒；加强通风设备设施管理，加大奖惩力度。1、多中段同时作业时，没有中段回风道，加上爆破后二次补炮作业频繁，因此可能造成作业面、采场风流串联，烟尘污染问题严重。所以控制好作业面的爆破顺序，合理设置采掘顺序，合理安排作业面，做好工作面爆破现场管理，是防止炮烟串联污染的主要手段。2、必须保证局部通风机经常运转，无论掘进工作面正常生产或交接班，都不准随意停风，必须保证供给掘进工作面足够的风量。3、局部通风机的开动或停止，必须专人负责，其他人员不经允许，不准去开动或停止局部通风机。4、风筒必须吊挂在巷道一侧顶帮，在巷道里架棚、推车、搬运材料设备不要刮坏风筒，放炮时也不能崩坏风筒。风筒吊挂要平直、拉紧、吊稳，拐弯处应平缓，勿使风筒褶皱，应使用同一规格的风筒。5、因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断工作面里一切设备的电源，所以局部通风机和掘进工作面中的电气设备，必须装有风电闭锁装置。五、加强通风技术管理和通风基础台帐的管理，定期做好井下风流检测。1、制定、完善通风防尘技术相关管理制度和落实相关责任制，建立通风设施设备和通风技术、基础台账，加强通风设施的日常管理，严格奖惩考核。2、对于施工组织设计要有针对性的通风设计，提早做好通风计划；坚持每月定期对井下进行风流检测，并记录存档。3、及时跟踪井下掘进和生产情况，尤其是巷道贯通情况，对局部通风系统做出针对性的调整。六、注意井下的角联网路，避免有害角联。要定期对通风网络进行分析，保留无害角联，当出现有害角联时，可以采取以下措施：1、改边边缘巷道的风阻配比，比如清理障碍物、扩大断面、加风窗，以保持对角联巷道风流方向的稳定性。2、利用辅扇扭转风流方向。3、改变网络结构，将角联通风网络变为并联通风网络。七、使用柴油机设备的矿井通风。机械化是井下生产的趋势，柴油设备具有生产能力大、效率高、机动灵活等优点，但是由于柴油设备所产生的废气对矿内空气造成污染，影响个人身体健康，因此对矿井通风带来一系列新的要求，必须采取有效措施，降低废气污染。1、使用柴油设备时，其风量应满足将柴油设备所排出的废气全部稀释和带走，使有毒有害物质的浓度降低到允许的浓度以下。2、选择通风式应该注意的事项：作业面独立通风，风流互不串联；尽量采用贯穿风流通风，独头巷道应加强局部通风；以采用抽出式或者以抽出式为主的混合式通风方式；柴油设备的重载运行方向应与风流方向相反，这样可以加快排烟速度，有利于改善工作环境。3、废气净化。柴油设备产生的废气包含的有害成分主要有：氮氧化合物、含氧碳氢化合物、低碳化合物、碳氧化合物、油烟等，人长时间接触废气对身体有很大的危害，因此，在有柴油设备工作的场所，除了采取加强通风的技术措施外，还有必要进行废气净化。可以采用氧化催化净化器，废气有进口管进入后，经中心室向净化室扩散，与催化剂接触氧化，使废气净化，最后从排气口排出。可以采取水净化设施，分为水喷法和水箱洗涤法。水喷法原理是由水泵将压力水经喷嘴喷成雾状小颗粒，与柴油机废气相迎，使废气充分与水雾接触而净化，效果好，但装置复杂、喷嘴易堵，使用逐渐减少。水箱洗涤法原理是将废气送入水箱，经水洗涤后排出，结构简单，但耗水量大。八、结合本矿实际，加强对矿井通风技术和通风系统的研究。1、参观、借鉴其他矿山先进的通风技术管理手段，研究探讨新型的风流控制技术。2、研究减少漏风，提高有效风量率的措施，比如合理的开拓、开采技术；正确使用通风动力，平衡风压；利用新材料、新工艺研制新型通风构筑物。3、研究通风系统中风流变化的规律，特别是各种动力因素、热力因素所引起的风流变化及其危害性。4、研究破碎硐室和放矿溜井等局部污染源的控制措施。5、充分、合理利用自然风压。 参考资料：1、徐楼铁矿初步设计    马鞍山矿山研究所2、矿井通风与安全    王英敏    冶金工业出版社3、矿井通风    黄元平    中国矿业大学出版社4、矿井风流流动与控制    王海宁    冶金工业出版社5、矿井通风系统分析与优化    傅贵 秦跃平 杨伟民 刘鸣放   机械工业出版社