目前, 我省金属矿山通风能耗高的主要原因是通风系统的有效风量率不高及风机工作效率低。近几年来, 由于采取了对现有低效主扇的改造以及试制出更适合金属矿山需要的大风量、低风压新型高效风机等措施, 对提高风机本身的工作效率已取得明显的效益, 但仍不能保证主扇在矿井通风时确实能在高效区工作, 显然, 这里有一个风机性能与系统网络的匹配问题。因此, 除改造和更新风机外, 还必须从改革通风系统本身来寻求提高有效风量率及风机实际运传效率的方法, 才能收到显著的节能效果。笔者认为, 采用80年代开始在我国部分金属矿山应用, 并已取得明显经济效益的多级机站可控式通风系统能很好解决上述问题, 它既可以提高矿井有效风量率, 又可以减少电能消耗, 在我省金属矿山具有广阔的应用前景。

一 多级机站可控式通风系统的特点

所谓多级机站可控式通风系统, 就是由几级风机站将地面新风接力压送到井下作业区, 而污风也由几级风机站接力抽放到地表。

多级机站一般可分为三级、四级、五级以至六级。机站的多少及其布置方式取决于矿区的范围、生产规模、所选风机容量以及对通风的要求, 一般矿井多采用四级机站。典型的多级机站通风系统具有以下主要特点.

1.入、排风均开凿专用通风井巷, 地面新风不经过运输水平而直接送到作业区, 从而使外部漏风降到最少并保证入风不受污染。

2.采用压抽混合式通风, 在井下采掘地点形成通风零压区, 使通过采空区的漏风降到最少。如果采用分层崩落法, 还能减少各分层之间天井、溜井的窜风。

3.多级风机串联工作, 各级风机的风压梯度小。使全矿的风压分布更为均匀, 有利于减少风机装置的漏风量。

4.对井下主要作业区段或回采矿块的分层供风, 均用机站进行控制, 以提高系统的可靠性。每级机站由多台小风机并联组成, 可以适应作业地点和产量的变化, 根据生产和通风的需要, 采用开动不同风机台数的方法来满足不同的风量和风压要求, 做到按需供风, 灵活地进行风量调节。

5.从基建投资、巷道维护和通风经营几个方面比较, 多级机站通风系统也优于其它通风系统。虽然需要多开凿部分专用入风井巷, 但由于它的漏风少, 全矿总风量较主扇通风系统大为减少, 故所需的专用通风井巷断面也小, 开凿工程量相对增加不多。而系统投入运行后, 由于多级系统总风量少, 风路短, 每年通风电耗也可大为节省, 短期内所节约的电费即可全部偿还多花的基建投资。何况有些矿山可利用一些不作业的井巷作专用进风道或专用回风道, 基建投资就更少了。

由于多级机站可控式通风系统具有上述特点(实质上也是优点), 所以它几乎对各种金属矿山都能适用, 尤其是对矿山深部开采更能发挥它的优越性。南京梅山铁犷、山西金厂峪铜矿等的实践提供了很好的例证。

二 我省金属矿山通风系统现状及存在问题

我省金属矿山主扇通风系统建设是50年代中期开始的, 到80年代初, 各矿都建成了机械通风系统, 以后随着生产的发展又做了大量的通风系统调整改造工作, 取得了很大的成绩。但是, 在肯定成绩的同时, 也应当看到我们从前所做的通风设计中普遍存在一个问题, 就是浅部开采和中、深部开采基本沿用一种通风系统型式, 按同样方法计算风量, 虽然也划分通风容易期和通风困难期, 但通风系统型式和风量计算方法基本未变。这样设计出来的通风系统对浅部和中部开采也许比较适用, 但当下降到深部开采阶段时, 矿井通风效果便显著下降, 通风能耗大量上升, 远远达不到设计要求, 不得不进行调整改造, 非常被动。现在, 多数矿山已转入中、深部开采阶段。因此解决深部开采通风问题和提高矿井有效风量率, 降低通风能耗, 是当前矿山生产中急待解决的课题。

目前, 我省金属矿山通风系统中存在的主要问题是:

1.主扇与通风网路不相匹配, 在通风动力上造成较大的浪费。

江西金属矿山现行通风系统大体上可分为三类:一类是分区通风系统; 二类是共同进风分区回风的联合通风系统(简称半分区通风系统); 三类是统一通风系统。就通风机的应用而言, 都属于主扇通风模式, 即从进风到排风全由主扇控制。目前通风用的主扇大部分还是50、60年代的仿苏70B₂型产品, 该型号风机是按中风量、高风压设计的, 本身效率就不高。而我省金属矿山经过60、70年代的通风系统改进, 大部分由整体通风改为分区通风或半分区通风。改造后的系统一般需要大风量、低风压的主扇。70B₂型主扇与现有通风网路大多不相匹配, 所以造成了主扇实际工作效率过低, 电能损耗过大的严重问题。

2.主扇通风的压力梯度大, 使矿井外部偏风率增高。据统计, 我省各矿平均外部漏风率达35%。按传统的通风设计, 一般均利用运输井巷作为通风井巷, 新鲜风流集中于主要运输水平。但运输水平内运输频繁, 很难设置有效控制风流的设施, 而且金属矿山的运输水平一般有众多的天井、溜井或漏斗等通往各中段或分层、回风平巷以至地表, 致使大量新风在这里流失或短路, 有的矿山回风段与采空区、旧巷道隔离不严, 没有构成较好的隔离层, 致使各种渠道与回风巷相联, 造成外部漏风严重。

3.有的矿山主回风系统不稳定、不可靠, 受到地压严重威胁和民工开采的破坏, 不能为深部开采服务。

4.有些矿山生产中段无专用的中段进风巷与回风平巷, 而利用暂时无作业的沿脉平巷作进、回风巷, 一旦此沿脉平巷要进行作业时, 则风路管理困难, 无法适应生产的发展, 不能有效的输送新风与汇集污风, 往往造成串联风、循环风, 污风乱窜, 严重影响安全防尘工作及职工的身体健康。

5.采用平行双巷式通风网路的矿山, 多数采场还不能利用主风流, 需辅以局扇。导致并下局扇多、风筒多, 能耗大, 局部通风管理工作繁重, 通风费用高。

6.传统的通风设计是按最大风压路线设计选择主扇风压, 并利用风窗增阻的风量调节法。但实际上金属矿山井下设置调节风窗的并不多, 不能实行合理分风; 少数矿山虽设有风窗等调节设施, 但靠人工操作也难实现合理分风, 一般均任风流沿巷道自然分配, 其矿井总风阻必然要比原设计的计算值小, 故主扇的实际运转效率必然降低。另外, 井下作业性质及采掘量是变动的, 其需风量也随之变化, 一般在休息日和夜班需风量就很小。但目前矿井主扇还难以按需要自动调速或改变叶片安装角来随时调节风量。有的矿山当井下作业减少时, 采取停开主扇依靠自然通风来节省能耗, 此法不可靠。有时井下只有少量件业, 也让主扇照常运转, 白白浪费电能。

三 多级机站可控式通风系统在我省金属矿山的应用前景

综观上述我省金属矿山通风系统的存在问题, 笔者认为, 在我省金属矿山改变传统的通风系统, 因地制宜地推广应用国内近几年试验成功的多级机站可控式新型通风系统的经验, 便能较好地解决。而且从各矿的现实条件来看, 摊广应用这种新型通风系统的可行性也是较大的。

首先, 从各矿现行通风网路来看, 多数矿山已实行分区或半分区通风系统, 各分区都有较完好的回风网路, 分区的风路较短, 风量较小, 风压不高, 一般都可利用原有的回风网路建立多级机站(单一主扇的统一通风系统也如此)。机站级数和风机配置数及其型号规格, 可按各矿山、各风路、各作业面的风阻特性及风量需求, 进行具体选择。

我省多数金属矿山采用留矿采矿法, 它不象崩落法, 无需在采场和作业区造成零压区, 故可不用压抽混合式通风, 而仍用抽出式通风。一级机站就设在采场或穿脉假巷等作业区的出口附近, 配置2台同型小风机。二级机站设在中段回风道中, 配置1~2台同型小风机。三级机站设在分区的总回风道中, 配置1~2台中型同型风机, 构成三级机站抽出式通风系统。小分区也可建二级机站, 不设中段回风站。建立多级机站通风模式后, 就既可以有效地改变主扇与网路不匹配, 风机工作效率低的问题, 也可以有效地改变主扇压力梯度大, 漏风多, 有效风量率低的问题。同时, 各级机站都采用小风机并联工作, 小风机开停方便, 易实行遥控, 可以用调整风机运转台数的措施来调节作业面、分支风路以至全矿井的风量, 为实现按需供风、节约能源创造了良好的条件。

据了解, 我省金属矿山的有些主扇已超役, 到了“退休”时期。若将更换大型主扇的费用改作购置多级机站所需的小风机, 也是顺应改革之一举。近年来国内研制成功的K₃₅、K₄₀、K₄₅、K₅₅等系列新型节能小风机, 为建立多级机站提供了良好的条件。

此外, 我省多数金属矿山利用运输巷道和部分旧天井、采空区做进风道, 未设专用进风道。若实践已证明这种进风道在风量、风质上能满足要求, 那么在建立多级机站通风系统时仍可继续利用。但在深部开采时应充分考虑通风系统的可靠性及风源污染问题, 经过技术经济比较决定是否开辟专用进风道。

总之, 我认为, 多级机站通风系统在我省金属矿山特别是深部开采时, 有着广阔的应用前景。

当然, 多级机站也不是解决深部通风问题的唯一模式。如有的矿山, 深部矿床萎缩, 产量下降, 需风量减少, 原有进风系统和回风系统可以延续使用, 而主扇工况尚能处于经济合理区, 在此情况下可以继续采用主扇通风模式。又如有的矿山, 采取建立隔离层, 主扇下井, 利用采空区排风等办法, 可缩短通风路线, 减轻主扇负担, 避免大量漏风, 加强作业区的通风效果, 则继续使用主扇通风模式也是合理的。