0 前言

武山铜矿由北矿带和南矿带两个矿带组成，一期工程(北矿带）1984年投产，二期工程(南矿带）1993年投产，现在矿山生产能力为3 100t/d。武山铜矿采用坑下开采方式，矿井采用竖井和无轨斜坡道联合开拓方式。矿山采用下向分层进路式充填采矿法，南北矿带通过中段南北运输大巷相连，现有生产和开拓中段4个，即-160m、-210m、-260m、-310m中段。为了满足扩大生产能力(5 000t/d)的需要，矿山提出实施"三井"(即主井、北副井、主溜井)延深工程。通过现场调查和系统测定，现有通风系统很难满足今后生产的需要，因此，对该矿深部通风系统进行了优化设计。

1 通风系统现状及存在问题

现有矿井通风系统是由南北大巷相连通且又相对独立的南北两个矿带的抽出式通风系统。北矿带通风系统为中央进风、东西两翼排风的对角式通风系统，东翼地表安装2K58No24型主扇，原70B₂No24型主扇备用，两台主扇配用电机的额定功率都为310kW。西翼地表并联安装两台FS140-50型主扇，配用电机的额定功率都为75kW。南矿带通风系统由新、老南副井进风，南风井回风的侧翼对角式通风系统，主扇安装在地表，型号为62A14-11No20, 配用电机的额定功率为380kW。经调查测定，该通风系统存在以下主要问题。

(1) 爆破产生的炮烟滞留在分层铲运道时间长，危害矿工安全与健康，影响劳动生产力的提高。

(2) 矿井内无效进风点多, 南矿带西风井、中风井、北风井、南风井等进风井均己报废，但井口未密闭，造成新风短路。此外，回采结束中段回风巷密闭不严且不牢靠，采场溜井、泄水井在采场采完后未封闭，矿井漏风非常严重，造成矿井有效风量率和风速合格率都较低。据实测，矿井有效风量率仅为22%，风速合格率也只有58%。

(3) 主扇装置效率低，实测五台主扇的平均效率为25.3%，说明主扇选型不当，主扇性能与通风网路之间不能达成良好的匹配。

(4) 未建立和设置必不可少的通风构筑物，无法进行风流调控。

2 深部通风系统优化设计 2.1 优化设计原因与服务范围

(1) 现有通风系统效果差。

(2) 生产能力増加，武山铜矿提出"三井"延深工程，生产能力由现在的3 000t/d提高到5 000t/d，现有通风系统远不能满足今后生产的要求。

(3) 南矿带拟采用分段中深孔爆破法开采，对通风的要求也发生变化。

根据武山铜矿今后10年的采掘计划，本次通风系统设计范围为-210m、-260m、-310m、-360m中段。

2.2 通风系统方案选择

针对武山铜矿原有通风系统存在的问题，根据矿井生产规模达到5000t/d后对矿井通风的要求，经反复深入现场调查研究，在充分了解矿井通风的现状及存在问题的基础上，经综合分析及技术经济比较，最后确定的通风系统方案为抽出式统一通风系统(见图 1)，包括北矿带和南矿带通风区域南北大巷连接南北矿带通风区域北矿带通风区域主扇安装在井下(-160m)中段，西斜井和北副井进风、东西两翼风井回风的对角式通风系统；南矿带通风区域主扇安装在地表，由新南副井进风、南风井回风的侧翼对角式通风系统。

(1) 北矿带通风区域东西回风井断面均偏小，因该区域需风量大，且原西风井主扇房工业场地不稳定，如将主扇房安装在地表则需重新选址建造西风井主扇房，同时还需将回风井扩帮，经济上不合标。因此，将两台主扇安装在井下-160m中段的东、西风井回风道内。

(2) 南矿带通风区域原有进风井中只有新南副井与-160m以下中段连通，结合矿山今后开采和通风情况，同时在技术经济比较后确定主扇安装在地表。

(3) 为使整个通风网络得到优化，提高矿井通风效果，通过自行编制的计标机程序，对不同的矿井通风网络进行解算^[1-2], 确定风量分配合理、工程量较少的阶梯式中段通风网络。

(4) 武山铜矿己有20多年开采历史，矿井内外漏风严重。为了提高矿井有效风量率，对己经结束回采的溜矿井、泄水井进行严格密闭，对己开采完毕的分层进行永久性密闭，对尚未回采的分层进行临时密闭。根据开米进度，在南矿带通风区域-120m中段形成隔离带，使下部的生产区与上部的采空区隔离，防止造成大量的新鲜风流短路。北矿带通风区域在-150m和-160m之间形成隔离带，确保安装在-160m中段总回风道的主扇有效工作。

(5) 为了能够对风量进行调节，在中段总回风道末端设置调节风窗; 为了使南北通风区域相对独立，在各中段南北运输大巷两端各设置两个自动风门，两个风门间的距离必须大于一列运输矿车的长度。

2.3 节能风机优选

风机的选择直接影响到风机工作的稳定及通风成本，本次优化设计选用适合金属矿山使用的K系列节能风机，根据风机的风压特性曲线和效率特性曲线，分别建立其风压特性曲线方程和效率特性曲线方程数据库，利用风机优选源程序解算>182?, 最后选出功率最小、效率最高的风机。优选出的主风机型号及有关参数见表 1。

2.4 设计通风系统运行情况数值模拟

通过对已完成设计的通风系统的实际运行情况进行数值模拟(即网络解算)^[3-4]，可以预知通风效果和风机工况,以便及时发现问题，从而进一步修改和完善设计。模拟计算是针对武山铜矿的实际通风网络进行的，并且考虑到自然风压对通风系统工作状况的影响^{[2, 5]}。模拟计算覆盖了武山铜矿通风系统在实际生产中可能会遇到的各种情况，模拟计算的结果表明，设计的通风系统能够满足武山铜矿扩大生产能力的通风要求。

3 结论

(1) 对武山铜矿通风系统现状进行了深入的现场调查、测定和评价，提出了通风系统存在的问题并分析其产生原因。

(2) 根据扩产的需要对深部矿井通风系统进行了优化设计，提出了一次性投资较少的通风方案，避免了回风井扩邦的高投资工程，同时运行费用也合理。应用自编计算机程序解算，结果稳定、可靠，并且提出相配套的风流调控和日常管理措施，从而确保通风系统设计能够满足生产要求。

(3) 通过对设计通风系统的实际运行情况数值模拟，计算出不同情况下矿井通风系统的运行工作状况。