采空区在通风节能中的运用

李印洪，邓沙宁，周英烈

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

采空区在通风节能中的运用

李印洪，邓沙宁，周英烈

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

矿山进入深部开采后，其通风系统排风端风速高、阻力大，通常的做法是另掘通风井，降低风速，减少阻力，节能降耗，这样做投资大且时间长、见效慢，影响矿山正常生产。文章提出利用矿山上部采空区有效增加排风端通风断面，投入少见效快，并通过工程实例予以说明。

采空区；风速；通风能耗

矿业是人类从事生产劳动古老的领域之一。矿业的发展与扩大矿产资源的开发利用，对人类社会文明的发展与进步产生了巨大的、无可替代的促进作用。矿产资源作为国民经济重要支柱之一，对人类的各种活动具有很大的影响，矿产生产的稳定供应和安全问题对实现我国经济的可持续发展至关重要。通风系统作为矿山生产的“八大”系统之一，通过不断地向作业地点供给足够的新鲜空气，稀释和排除各种有毒、有害气体、放射性和爆炸性气体以及粉尘，调节气候条件，确保作业地点良好的空气质量，形成一个安全、舒适的工作环境，保证矿山作业人员的安全和健康，提高劳动生产率，是安全生产重要的组成部分。通风系统从设计到施工均要求十分严格，其能源消耗在矿山生产中也占相当大的比重。据江西矿山调查，通风费用约占采矿成本8%～10%，通风耗电量约占井下用电的30%，在通风成本中电耗是主要因素。因此，通风系统优化及节能设计是目前我国矿山通风技术重点发展方向。

1 矿山通风主要节能技术

近几年来，矿井通风节能降耗方面的主要技术经验有：（1）分区式通风系统进一步发展，多井口入风与多井口排风的多路通风系统逐渐增多；（2）多级机站通风系统；（3）K系列节能扇风机在金属矿山及其它非煤矿山迅速推广应用；（4）充分运用均衡风压的原理减少漏风，提高有效风量率；（5）优化井巷断面、采用流线型通风结构筑物，降低井巷通风阻力；（6）优化风量调节方法，推行降阻调节与辅扇调节方法。

2 矿山空区的组成及其通风节能原理

2.1 矿山空区的组成

矿山空区是中段采矿生产活动完毕后所遗留区域的总称。一般由开拓巷道、顶底板、间柱、部分未破坏的采准巷道（如通风、人行井）、矿石开采完毕后遗留空区组成。其中运输井巷及通风井巷服务于整个矿山生产时期，所以各矿山企业都能较好地进行维护，保持畅通。而其它的矿房采空区，则进行砌墙封闭或嗣后废石充填处理，空区采准（通风、人行井）等则未能得到维护，一般会有不同程度的损坏。

2.2 矿山空区通风节能原理

为直观起见，将矿山通风系统能耗分为3大部分：进风端能耗（进风口至最上一个生产中段）、排风端能耗（最上一个生产中段至排风口）、用风端能耗（两者之间）。以下通过几个矿山的实地调查来确定这3个部分的能耗在通风系统中所占的比重，这些矿山的通风系统能耗调查见表1。

表1 通风系统能耗调查表

由表1可以看出，各矿山通风系统能耗主要集中于排风端，未进行分区通风的矿山这种趋势越明显，其原因分析如下：（1）我国各矿山普遍采用竖井等提升井兼做入风井，断面大，风速低，阻力小，故而进风端能耗占比较低；（2）用风端由于风流分散，风速低，阻力小，能耗占比也不高；（3）排风端风量集中，风速高，阻力大，能耗占比高。大部分矿山在建成投产后，为追求经济效益，纷纷进行扩产提能，在扩产提能的同时，通风系统却未及时进行相应的改造，更是加重了回风端能耗在通风系统能耗中的比例。

由矿井通风节能降耗方面的主要技术经验可知，在同等通风设备的前提下，增大通风断面，降低风速，从而减小风阻，降低能耗，是矿井通风节能降耗最直接的途径。这可以从通风能耗计算公式推理得出：

Ρ＝HQ／102

式中：Ρ为通风能耗／kW；H为风阻／mmH2O。H＝RQ2，R＝αpl／s3，（R为摩擦风阻／kg·s2·m－8；α为摩擦阻力系数／kg·s2·m－4；p为巷道周长／m，l为通风井巷长度／m；s为巷道断面积／m2）；Q为风量／m3·s－1，Q＝sv（v为风速／m·s－1）。

将公式H＝RQ2、R＝αpl／s3、Q＝sv代人公式Ρ＝HQ／102，即可得出用风速v计算能耗的公式为：

Ρ＝αplv3／102

在这个公式中，l为通风井巷长度（变动较小），p为通风井巷周长，α为与井巷本身性质相关的参数，在不对（或无法对）通风系统井巷进行改造的情况下，故影响通风能耗P的主要因素为风速v，风速降低为原风速的1／2，则通风能耗降低为原来的1／8，节能效果巨大。这也是分区通风系统节能的主要原理。

已完成采矿作业的中段，其空区存在数额较多的采场通道、采空区通道，这些通道与矿山井下通风系统均存在联系，在进行一系列的疏通及密闭工程后，这些通道有部分可以作为矿山井下通风系统污风排出的分支，有效利用，从而迅速降低通风系统排风端风速，极大地节约通风系统能耗。

3 工程实例

中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司红透山铜矿井下开采了50多年，目前已开拓到－887 m中段，开采深度达1 300多m，是我国有色金属开采最深的矿山，并且同时作业中段达到8个，需同时供风的作业点高达70多个（其中矿房40多个）。红透山矿的通风线路长阻力高、作业点多、需风量大，随着深部矿体向东部侧伏和细脉矿床的开采，其通风区域越来越广，井下通风困难。原来其风机主扇安装情况：地表两台主扇（西部70B2－21－350kW，东部70B2－24－370kW），井下两台（西部DK45－6NO19－264kW，东部DK40－6NO19－220kW）。风量为西部42 m3／s，东部58 m3／s。根据该矿山深部矿体向东侧伏的实际情况，采取如下几条措施提高井下风量：

1.将东部井下主扇移至－467中段，主扇更换成DK45－6NO20－500kW。

2.在矿体东端施工一条通风专用天井，该天井从－467中段一直延伸至深部中段，断面3 m×3 m，同时原有西部通风系统保留使用，大幅度降低－467～深部通风阻力，增加作业面风量。

3.－467中段建隔离墙，防止－467中段污风进入下部作业中段。同时打开－467中段、－407中段、－347中段回风天井与－467中段平巷的风墙，使部分风流进入采空区，由采空区回部分风流至地表。

4.－467中段以上各中段石门处建风门。

其优化前后风路对照示意图如图1、图2所示。

图1 优化前通风线路示意图

图2 优化后通风线路示意图

优化后的效果明显，西部通风主扇风量上升至54.21 m3／s（功率264 kW），东部通风主扇风量上升至78.65 m3／s（功率500 kW）。整个系统风量增加32.86 m3／s，而风机功率反而节约440 kW。

4 结 语

随着矿山开采年限的增加，自然风压增大，漏风点多，漏风量大，且多数矿山产量提升幅度大，其井下通风越发困难，原来的通风系统不能满足安全生产需要。通过通风系统优化，利用上部开采空区作为回风通道，降低排风端风速，大幅降低通风能耗，对于保障安全生产，提高矿山企业经济效益，节能减排，是一条十分方便有效的途径。

［1］ 《采矿手册》编辑委员会.采矿手册（第六卷）［M］.北京：冶金出版社出版，1988.65－120.

［2］ 王海宁，王花平，谢金亮.金属矿山通风节能技术的研究［J］.矿业快报，2006，16（12）：24－26.

［3］ 王英敏.金属矿山通风节能途径与效益［J］.黄金，1989，10（8）：20－26.

［4］ 关瑞岐，王远广.矿山通风节能降耗的几个途径［J］.煤炭技术，2004，23（5）：18－20.

The App lication of Ventilation and Energy Saving in M ined－out Area

LIYin-hong，DENG Sha-ning，ZHOU Ying-lie
（Hunan Labor Protection Institute of NonferrousMetals，Changsha 410014，China）

After themines reaching deep mining，its ventilation system’exhaust end will have high wind speed and resistance.Digging another ventilation shaft to reduce wind speed is a typically practice，for the purpose of reducing the resistance，saving energy and reducing consumption.While large investment，long time，effective slow，affecting the normal production ofmine will along with thisway.This paper raises a way that effectively increases the exhaust end’s ventilation section by using the upsidemined－out area.Engineering examples are used to explain its characteristics of imputing less effective fast.

mined－out area；wind speed；the consumption of ventilation

TD721

：A

：1003－5540（2014）01－0003－02

2013－09－29

李印洪（1975－），男，工程师，主要从事矿山开采设计、通风防尘工作。