适用于井下集中回风的主回风道改造方法与流程

本发明属于地下金属矿和非金属矿山通风技术领域，尤其涉及一种适用于井下集中回风的主回风道改造方法。

背景技术：

随着金属非金属矿逐渐由浅部转入深部开采，部分老矿山因征地、环保或地理原因，未能在回风井井口设置主扇风机，原通风系统采用井下多风机多级机站通风，未设置总回风石门，系统回风侧仅在井下各中段回风石门处安装风机，将污风排至回风井回至地表。但随着矿山深部多个新中段逐步投入生产，同时浅部原有老中段延迟关闭，致使全系统中段回风石门风机数量增多，相互之间产生干扰。造成部分中段风流反向，井下风流无序流动，总风量减小，风机低效或失速运行，采场通风条件差，工人作业环境恶劣，通风安全问题突出。为彻底解决该类矿山通风问题，需改造井下最浅部回风中段回风石门及回风井，设置集中回风的主回风道，在主回风道内安装主扇风机，单独集中抽出或与原有各中段回风石门风机串联形成回风侧两级机站，才能保证系统需风量及回风侧风流有序流动。

授权公告号为cn109595025a的中国专利，公开了一种金属地下矿山的回风结构。该结构通过在每两层垂深相邻的出矿水平之间设一个回风中段，采用采区回风天井，将各回风中段相邻的上部及下部出矿水平污风引至该回风水平形成回风通路，用于减少井下回风中段数量，降低矿山建设投资及生产成本。但该结构无井下集中回风的总回风道，只能在回风井井口安装主风机或在井下各回风中段安装风机，不适用于回风井井口无法安装风机或井下中段回风石门风机相互干扰，且井下无集中回风的总回风道的矿井通风系统改造。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种满足无法在回风井井口安装风机、缺乏井下集中的总回风道条件下，将主扇风机安装在井下集中回风的适用于井下集中回风的主回风道改造方法。

本发明提供的这种适用于井下集中回风的主回风道改造方法，原有通风系统主回风道包括最浅部中段回风石门、深部中段回风石门、最浅部中段回风石门机站风机、深部回风石门机站风机、回风井和最浅部中段回风马头门，改造方法包括以下步骤：

s1、进行井下主回风道改造方案设计

设计连接最浅部中段回风石门与回风井的回风斜坡道和新回风马头门，回风斜坡道包括上下依次连通的上圆弧段、直线段和下圆弧段，在上圆弧段上设有回风斜坡道上口；

设计连接回风斜坡道上口与最浅部中段回风马头门的扩刷段；

设计封闭回风井井筒的平台；

根据改造后系统所需安装井下主扇风机的型号设计主扇风机硐室；

在主扇风机出口处设计喷淋装置；

s2、掘进与最浅部中段回风石门连通的回风斜坡道

自最浅部中段回风石门内，按照s1的设计，依次下向掘进回风斜坡道的上圆弧段-直线段-下圆弧段；

s3、掘进新回风马头门连通于下圆弧段和回风井

自下圆弧段，按照s1的设计，掘进新回风马头门与回风井相通；

s4、扩刷回风斜坡道上口至最浅部中段回风马头门之间的回风石门

拆除最浅部中段回风石门机站风机，自回风斜坡道上口处，向最浅部中段回风马头门方向，按照s1的设计，对最浅部中段回风石门进行扩刷；扩刷完成后，扩刷段与新回风马头门、回风斜坡道构成螺旋形的总回风道；

s5、布置用于封闭回风井井筒的平台

按照s1的设计，在最浅部中段回风井马头门与新回风马头门之间的回风井内设置两道平台；

s6、掘进主扇风机硐室

按照s1的设计，在扩刷段内掘进主扇风机硐室；

s7、安装主扇风机

根据通风系统工况，在主扇风机硐室内安装主扇风机，集中回风；在各中段回风石门中设置远程自动调节风门，根据需要调节各中段回风量，即将原系统主回风道改造为井下集中回风的主回风道，构成井下集中回风的通风系统；

s8、安装喷淋装置对污风进行洗涤净化

按照s1的设计，在主扇风机出口处的总回风道内设置喷淋装置，对经总回风道排至地表的污风进行洗涤净化。

所述回风斜坡道、新回风马头门及扩刷段的断面大小与回风井断面相同，断面形状为三心拱或圆弧拱。

所述回风斜坡道的坡度小于等于15％。

所述新回风马头门位于最浅部中段回风马头门底板下方10～20m处，新回风马头门与最浅部中段回风马头门开口方向呈30～90°夹角，新回风马头门长度3～10m。

所述平台分别位于最浅部中段回风马头门底板标高处及新回风马头门顶板标高上方，平台内包括在回风井井筒横断面上纵横交错布置的主梁与次梁。

所述平台采用钢结构式，主梁与次梁通过螺纹紧固件和角钢连接形成网格，网格上铺设有铺板，铺板上固接有间距不大于0.8m的加劲肋。

主梁与次梁上涂有厚度不低于120μm的热浸锌。

在回风井井筒内设有梯子间，梯子间封闭采用厚花纹钢板铺设在原梯子间平台板上方，梯子口处采用盖板封闭。

所述平台采用钢筋混凝土梁板结构式，主梁凿除回风井既有井壁形成梁窝，主梁与次梁采用井字型布置，在主梁与次梁四周浇筑混凝土形成钢筋混凝土板，在主梁与次梁间的钢筋混凝土板上预留起吊检修孔，在回风井既有井壁凿除部分和钢筋混凝土板间浇筑混凝土形成整体，起吊检修孔上方设可移动式钢筋混凝土盖板进行封闭。

所述喷淋装置采用喷水或喷雾的形式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过掘进新回风马头门、回风斜坡道与扩刷段构成螺旋形的总回风道，在回风井相应位置设平台阻断最浅部中段回风石门与其他中段回风石门的并联回风结构，使污风只能经总回风道排至回风井回至地表，有效解决缺乏集中回风机站条件下井下多中段回风石门风机并联产生的相互干扰问题；无需施工倒段风井，克服不良地质条件下无法施工倒段风井的问题，工程量省，改造工期短；

2、通过在扩刷段内掘进主扇风机硐室，使主扇风机置于井下集中回风，工程及设备投资省，无需征地，方便通风管理，避免了风机噪声对井口作业人员的影响，可解决因征地、环保或地理原因无法在回风井井口安装主扇风机的难题；

3、改造期间，仅拆除最浅部中段回风石门机站风机，对现有通风系统影响较小；

4、在井下集中主扇风机出口处的总回风道内设置喷淋装置，对污风进行洗涤净化，除去污风中可能含有的粉尘、so2、no2、h2s，使得净化后排至地表的风流环保无污染。

附图说明

图1为改造前原通风系统结构示意图。

图2为改造前原通风系统最浅部中段回风结构俯视图。

图3为本发明中步骤s1到s4的实施图。

图4为本发明中步骤s5到s8的实施图。

图5为图4中总回风道俯视放大结构示意图。

图6为本发明中钢结构式平台的断面配置图。

图7为图6中沿ⅰ-ⅰ线的剖视图。

图8为图6中沿ⅱ-ⅱ线的剖视图。

图9为图7中主、次梁连接节点大样图。

图10为本发明中钢筋混凝土梁板结构式平台的断面配置图。

图11为图10中沿ⅲ-ⅲ线的剖视图。

图12为图10中沿ⅳ-ⅳ线的剖视图。

图中示出的标记及所对应的构件名称为：

1、进风井；2、最浅部中段进风巷；3、深部中段进风巷；4、深部中段回风石门；5、最浅部中段回风石门；6、深部回风石门机站风机；7、最浅部中段回风石门机站风机；8、回风井；9、最浅部中段回风马头门；10、上圆弧段；11、直线段；12、下圆弧段；13、回风斜坡道上口；14、新回风马头门；15、扩刷段；16、主扇风机硐室；17、主扇风机；18、喷淋装置；19、平台；20、主梁；21、次梁；22、回风井既有井壁；23、铺板；24、角钢；25、加劲肋；26、钢筋混凝土板；27、起吊检修孔；28、可移动式钢筋混凝土盖板；29、梁窝；30、梯子间；31、远程自动调节风门。

具体实施方式

实施例一

从图1和图2可以看出，本发明适用于井下集中回风的原通风系统包括进风井1、最浅部中段进风巷2、深部中段进风巷3、深部中段回风石门4、最浅部中段回风石门5、深部回风石门机站风机6、最浅部中段回风石门机站风机7和回风井8，最浅部中段进风巷2位于矿井最浅部，深部中段进风巷3位于最浅部中段进风巷2下方，最浅部中段进风巷2和深部中段进风巷3的进风端均与进风井1连通，最浅部中段进风巷2的回风端通过最浅部中段回风石门5与回风井8连通，深部中段进风巷3的回风端通过深部中段回风石门4与回风井8连通，深部回风石门机站风机6设在深部中段回风石门4内，最浅部中段回风石门机站风机7设在最浅部中段回风石门5内。

从图3至图5可以看出，在本发明中，原有通风系统主回风道包括深部中段回风石门4、最浅部中段回风石门5、深部回风石门机站风机6、最浅部中段回风石门机站风机7、回风井8和最浅部中段回风马头门9，其改造方法包括以下步骤：

s1、进行井下主回风道改造方案设计

设计连接最浅部中段回风石门5与回风井8的回风斜坡道和新回风马头门14，回风斜坡道包括上下依次连通的上圆弧段10、直线段11和下圆弧段12，在上圆弧段10上设有回风斜坡道上口13，确定回风斜坡道上口13的开口坐标及方位角、回风斜坡道的坡度及断面、两圆弧段的半径及长度、直线段11的长度，确定新回风马头门14的开口坐标、方位角、长度及断面；

设计连接回风斜坡道上口13与最浅部中段回风马头门9的扩刷段15，确定扩刷段15的断面大小；

设计封闭回风井8井筒的平台19，确定平台19封闭位置及结构型式；

根据改造后系统所需安装井下主扇风机17的型号设计主扇风机硐室16，确定主扇风机硐室16位置；

在主扇风机17出口处设计喷淋装置18，确定喷淋装置18的形式、安装位置及技术要求；

s2、掘进与最浅部中段回风石门5连通的回风斜坡道

自最浅部中段回风石门5内，按照s1中设计确定的回风斜坡道上口13的开口坐标及方位角、回风斜坡道的断面及坡度、两圆弧段的半径及长度、直线段11的长度，依次下向掘进回风斜坡道的上圆弧段10-直线段11-下圆弧段12；

s3、掘进新回风马头门14连通于下圆弧段12和回风井8

自下圆弧段12，按照s1中设计确定的新回风马头门14的开口坐标、方位角、长度及断面，掘进新回风马头门14与回风井8相通；

s4、扩刷回风斜坡道上口13至最浅部中段回风马头门9之间的回风石门

拆除最浅部中段回风石门机站风机7，自回风斜坡道上口13处，向最浅部中段回风马头门9的方向，按照s1中设计确定的断面，对最浅部中段回风石门5进行扩刷；扩刷完成后，扩刷段15与新回风马头门14、回风斜坡道构成螺旋形的总回风道；

s5、布置用于封闭回风井8井筒的平台19

按照s1中设计确定的平台19封闭位置及结构型式，在最浅部中段回风井马头门9与新回风马头门14之间的回风井8内设置两道平台19，两平台19分别位于最浅部中段回风马头门9底板标高处及新回风马头门14顶板标高上方；

s6、掘进主扇风机硐室16

按照s1中设计的主扇风机硐室16及位置，在扩刷段15内掘进主扇风机硐室16；

s7、安装主扇风机17

根据通风系统工况，在主扇风机硐室16内安装主扇风机，集中回风；在深部中段回风石门4中、最浅部中段回风石门5与最浅部中段进风巷2连接处设置远程自动调节风门31，根据需要调节各中段回风量，即将原系统主回风道改造为井下集中回风的主回风道，构成井下集中回风的通风系统；

s8、安装喷淋装置18对污风进行洗涤净化

根据s1中设计确定的喷淋装置18的形式、安装位置及技术要求，在主扇风机17出口处的总回风道内设置喷淋装置18，对经总回风道排至地表的污风进行洗涤净化。

在本发明中，回风斜坡道、新回风马头门14及扩刷段15的断面大小与回风井8的断面相同，断面形状均为三心拱或圆弧拱。

在本发明中，喷淋装置采用喷水或喷雾的形式，采用喷雾形式时，选用高压喷雾或超声波干雾喷雾中的一种，高压喷雾可采用黄山市科美环境有限公司生产的ksw-7500-a型高压喷雾除尘系统或广州菲格朗环保技术有限公司生产的fgl-wh24l型高压喷雾除尘系统，超声波干雾喷雾可采用黄山市科美环境有限公司生产的pwzj-02a型超声波干雾除尘系统或广州菲格朗环保技术有限公司生产的gn-p2600型超声波干雾除尘系统。

在本发明中，远程自动调节风门31可采用如枣庄和顺达机电设备有限公司生产的智能无压光控自动风门szfm远程风门或双叶无压平衡风门光控智能远程风门，也可采用如授权公告号为cn207393242u公开的一种矿用自动控制风门。

从图5可以看出，本发明的回风斜坡道的坡度小于等于15％。

在本发明中，新回风马头门14位于最浅部中段回风马头门9底板下方10～20m处，新回风马头门14与最浅部中段回风马头门9的开口方向呈30～90°夹角布置，新回风马头门14的长度为3～10m。

从图6至图9可以看出，本发明的平台19为钢结构式，平台19包括主梁20与次梁21，在回风井8井筒横断面上，主梁20与次梁21采用槽钢网格型布置，主梁20纵向布置、次梁21横向布置或主梁20横向布置、次梁21纵向布置，相邻主梁20间距0.4～1.5m布置，相邻次梁21间距0.4～0.8m布置，主梁20间、次梁21间均等间距布置；主梁20与次梁21的连接点处设置角钢24并打螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将主梁20与次梁21固接在角钢24上，主梁20与次梁21在角钢24上布置成网格状；主梁20和次梁21连接完成后，在其网格上方铺设铺板23，铺板23采用花纹钢板，并按构造配置加劲肋25，加劲肋25采用扁钢，间距不大于0.8m；铺板23与主梁20、次梁21、加劲肋25焊缝采用间断焊缝焊接。

从图6和图7可以看出，在回风井8井筒内设有梯子间30，梯子间30处的钢梁间距根据梯子间30的实际情况进行调整，梯子间30封闭采用厚花纹钢板铺设在原梯子间平台板上方，梯子口处采用盖板封闭，盖板及固定方式由现场制作调整。

在本发明中，主梁20与次梁21均采用热浸锌进行防腐，锌层厚度不低于120μm，油漆用氯化环氧橡胶漆2遍，每遍厚度不低于80μm，所有螺栓均采用镀锌处理，螺栓连接采用防止螺帽松动的措施。

实施例二

从图10至图12可以看出，本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例的平台采用钢筋混凝土梁板结构式，混凝土强度等级不小于c30，平台19包括主梁20与次梁21，主梁20凿除回风井既有井壁22形成梁窝29，，梁窝29尺寸根据主梁20规格现场确定；

主梁20与次梁21采用井字型布置，主梁20横向布置、次梁21纵向布置，或主梁20纵向布置、次梁21横向布置，主梁20或次梁21间距相同，间距范围0.8～1.5m；在主梁20与次梁21四周浇筑混凝土形成钢筋混凝土板26，钢筋混凝土板26可凿除或不凿除板位置一定高度内的回风井既有井壁22；在主梁20与次梁21间的钢筋混凝土板26上预留正方形的起吊检修孔27，孔边长等于主梁20或次梁21的间距；在回风井既有井壁22凿除部分和钢筋混凝土板26间浇筑混凝土形成整体，起吊检修孔27上方设可移动式钢筋混凝土盖板28进行封闭。

以湖北某金铜矿通风系统西翼主回风道的改造为例：

湖北某金铜矿原通风系统为中央进风两翼回风的中央对角式通风系统。采用副井(净直径5m)进风，西翼的30线回风井(净直径4m)和东翼的7线回风井(净直径3.5m)回风。由于两回风井井口为湖区农田，洪水期回风井井口农田易淹没，且征地困难，故该矿山无法在回风井井口安装主扇风机。原系统采用“多风机多级机站”抽出式通风方式，在井下各中段回风石门处安装机站风机。井下污风通过各中段回风石门机站风机排至30线回风井和7线回风井后排出地表。随着该矿山深部多个中段投入生产，浅部中段无法关闭，全系统生产中段多达10余个，连通30线及7线回风井的中段回风石门机站风机达22台。井下机站风机相互干扰严重，部分风机风流反向、低效或失速运行。造成井下总风量不足、采场通风条件差，通风安全问题突出。为此，该矿山采用井下集中通风方案进行了通风系统优化改造。由于该矿山无井下集中回风的总回风道，故需对原有系统西翼及东翼主回风道进行改造。

如图3至图5、图9至图12所示，具体改造步骤如下：

s1、进行井下主回风道改造方案设计

设计连接西翼最浅部-270m中段回风石门5与30线回风井8的回风斜坡道、新回风马头门14，确定回风斜坡道上口13的开口坐标(x＝3330811.226、y＝38588124.108、z＝-266.144)及方位角150°29′40″、回风斜坡道坡度12％、两段圆弧段半径均为10m、上圆弧段10长度为13.8m、下圆弧段12长度为12.3m、直线段11长度为48.5m、回风斜坡道断面13.15m²，确定新回风马头门14开口坐标(x＝3330795.165、y＝38588056.883、z＝-275.307)及方位角148°21′9″、新回风马头门14长度3.8m及断面13.15m²，新回风马头门14与最浅部-270m中段回风马头门9开口方向呈80°夹角，新回风马头门14位于在最浅部-270m中段回风马头门9底板下方约10m处(最浅部-270m中段回风马头门9底板标高为-265.705m)；

确定回风斜坡道上口13至最浅部-270m中段回风马头门9的扩刷段15的断面大小13.15m²；

设计封闭回风井8井筒的平台19，确定平台19位置(分别位于-265.705m、-270.353m标高处)及结构型式为钢筋混凝土梁板结构式；

根据改造后系统所需安装井下主扇风机17型号设计主扇风机硐室16，确定主扇风机硐室16位置；

确定主扇风机17出口处喷淋装置18形式为喷水，安装位置位于主扇风机硐室16出风口外侧至最浅部-270m中段回风马头门9之间，喷嘴沿拱顶布置，间距1m；

回风斜坡道、新回风马头门14及扩刷段15断面形状均为三心拱形断面；

s2、掘进与最浅部中段回风石门5连通的回风斜坡道

自最浅部-270m中段回风石门5内，按照设计确定的回风斜坡道上口13开口坐标、方位角、断面及坡度，依次下向掘进回风斜坡道的上圆弧段10-直线段11-下圆弧段12；

s3、掘进新回风马头门14连通于下圆弧段12和回风井8

自下圆弧段12，按照设计确定的回风马头门14开口坐标、方位角、长度及断面，掘进新回风马头门14与回风井8相通；

s4、扩刷回风斜坡道上口13至最浅部中段回风马头门9之间的回风石门

拆除最浅部中段回风石门机站风机7，自回风斜坡道上口13处，向最浅部中段回风马头门9方向，按照设计确定的断面，对最浅部中段回风石门5进行扩刷；扩刷完成后，扩刷段15与新回风马头门14、回风斜坡道10～12构成螺旋形的总回风道；

s5、在回风井8内最浅部中段回风马头门9与新回风马头门14间设置两道用于封闭回风井8井筒的平台19

按照s1中设计确定的平台19封闭位置及结构型式，在最浅部中段回风井马头门9与新回风马头门14之间的回风井8内设置两道钢筋混凝土梁板结构式的平台19；

对钢筋混凝土梁板结构式平台19，混凝土强度等级不小于c30；钢筋混凝土梁采用井字型布置，主梁20横向布置、次梁21纵向布置；主梁20或次梁21间距相同，间距均为1m；主梁20截面宽0.2m，高0.35m；次梁21截面宽0.2m，高0.25m；主梁20箍筋φ8@150/300(2)，上部通长筋2φ10，下部通长筋2φ16；次梁21箍筋φ8@200(2)，上部及下部通长筋均为2φ10；

主梁20需凿除回风井既有井壁22形成梁窝29，梁窝29尺寸根据主梁20规格现场确定；

钢筋混凝土板26厚0.15m，板内两向贯通纵筋为x&yφ8@150，凿除钢筋混凝土板26位置一定高度内回风井既有井壁22；

主梁20与次梁21之间预留正方形起吊检修孔27，孔边长等于1m；

浇筑回风井既有井壁22凿除部分和钢筋混凝土板26结构，形成整体；

起吊检修孔27上方设可移动式钢筋混凝土盖板28进行封闭，可移动式钢筋混凝土盖板28长1.2m，宽0.55m，厚0.08m；

s6、在扩刷段15内掘进主扇风机硐室16

按照设计的主扇风机硐室16及位置，在扩刷段15内掘进主扇风机硐室16；

s7、在主扇风机硐室16内安装主扇风机17

根据通风系统工况，在主扇风机硐室16内安装主扇风机17，集中回风；在深部中段回风石门4中、最浅部中段回风石门5与最浅部中段进风巷2连接处设置远程自动调节风门31，根据需要调节各中段回风量，即将原系统主回风道改造为井下集中回风的主回风道，构成井下集中回风的通风系统；

s8、在井下集中主扇风机17出口处的总回风道内设置喷淋装置18，对污风进行洗涤净化

根据设计确定的喷淋装置18形式、安装位置及技术要求，在主扇风机17出口处的总回风道内设置喷淋装置18，对经总回风道排至地表的污风进行洗涤净化。