1、所属领域

采矿、安全生产工程

2、适用范围

大型深井无轨矿山开采

3、基本原理

成果针对大型深井无轨矿山开采过程中柴油尾气排放多、井下扬尘大、多分区多中段同时开采用风点分散的特点，从安全、节能、智能高效的角度出发，应用多中段风量调节控制技术、风压平衡技术、多机站风机优选技术、多（级）机站通风数值模拟技术以及通风系统远程计算机集中监控技术，建立了既满足多矿区需风量要求、合理分风、有效排出污风，又智能高效运行、节省通风能耗，最终实现矿山安全、高效生产的通风系统。借助通风井巷工程最优断面理论计算与数值模拟技术，结合矿床赋存条件及多中段同时开采特点，建立了多中段采场间隔式上、下行通风新模式，运用风压平衡原理揭示巷道的自然分配风量规律，采用通风系统远程计算机集中监控技术对多矿区主回风机站风机运行频率适时综合调控，解决各矿区贯通中段风压不平衡问题，有效缓解矿区之间污风串联问题。

4、关键技术与装备

（1）研发矿区斜坡道污风排放及深部中段通风风量调控技术

在广泛深入调研西山矿区各中段巷道工程地质与生产情况的基础上，建立了由斜坡道、南北两翼回风井以及中段巷形成的通风网络模型，通过将不同型号的风机代入网络模型进行模拟解算，确定采用控制斜坡道进风量，有效减少斜坡道污风进入深部中段作业采场。

（2）开发多中段风量调节控制技术

根据大型海底金矿床赋存条件及多中段同时开采的特点，提出三山岛金矿分区通风模式，两矿区采场采用间隔式上下行通风方式。该通风模式将每个中段形成一个独立通风系统，根据（中）分段采场作业进度情况，选择合适的（中）分段巷用作该中段回风水平，其他分段用作进风水平，合理规划采场推进秩序，有效控制多中段同时作业采场新风和污风相互串联影响。

（3）研发矿区系统风压平衡技术

采用计算机网络通讯技术、风机变频调控技术、井下风流与环境参数监测控制技术、Ethernet-DCON通讯控制单元、DCON远程I/O控制单元及监控系统软件的开发，以及它们之间的有机结合形成的成套技术从而对两矿区贯通处巷道风压进行实时监控调节，提升矿山通风管理水平和通风效果，改善工人工作环境，预防职业病发生，保证矿山安全生产以及通风节能降耗。

5、工艺流程

通过对矿山开拓系统工程，现状进行调查、测定、分析，借助通风井巷最优断面理论计算与数值模拟等手段，揭示了矿区通风系统安全生产井巷工程通风能力。

在广泛深入调研矿区各中段巷道工程地质与生产情况的基础上，建立了由斜坡道、南北两翼回风井以及中段巷形成的通风网络模型，通过将不同型号的风机代入网络模型进行模拟解算，确定采用控制斜坡道进风量。

根据大型海底金矿床赋存条件及多中段同时开采的特点，提出三山岛金矿分区通风模式，两矿区采场采用间隔式上下行通风方式。该通风模式将每个中段形成一个独立通风系统，根据（中）分段采场作业进度情况、选择合适的（中）分段巷用作该中段回风水平，其他分段用作进风水平，合理规划采场推进秩序，有效控制多中段同时作业采场新风和污风相互串联影响。

通过通风系统远程集中监控技术，有效控制相互贯通矿区进回风风机运行工况，调节各采区相对压力，减小了采区之间相互串风量。

6、主要创新点

提出了多中段回采采场间隔式上下行通风模式。将每个中段划分为一个独立通风系统，根据中（分）段采场作业进度情况，选择合适的中（分）段巷用作该中段回风水平，其他分段用作进风水平，有效控制多中段同时作业采场新风和污风串联。

开发了井下分区通风系统远程集中监控系统。实现井下风机进行远程集中监控，对主要通风巷道风流参数、井下大气环境参数进行自动连续监测，最大限度地节约通风能耗，降低通风费用，提高了矿井通风系统管理水平。

借助通风井巷最优断面理论计算与数值模拟技术，确定井巷工程基建费和通风动力费总和与井巷工程净断面半径的函数关系，揭示了矿区通风系统安全生产井巷工程通风能力。

建立了大型深井矿山风压动态模型，揭示巷道自然分配风量规律，采用通风系统远程计算机集中监控技术对主回风机站风机运行频率适时调控，解决多矿区贯通中段风流互相影响风压不平衡问题，确保了各矿区安全高效开采。

7、主要技术指标及同类技术对比情况

研究项目针对大型矿山多分区多中段同时开采的特点，结合两矿区矿井总风量不足、通风系统进、回风井巷工程欠缺、通风设施设备运行性能偏低、系统风压不平衡等问题，充分应用多中段风量调节控制技术、风压平衡技术、多机站风机优选技术、多（级）机站通风模拟解算技术以及通风系统远程计算机集中监控技术对通风系统展开研究，从系统的角度提出有针对性的优化改进措施，建立既满足两矿区需风量要求、合理分风、有效排出污风，又能高效运行、节省通风能耗，最终实现矿山的安全、高效生产的通风系统。

通过借助通风井巷工程最优断面理论计算与数值模拟等手段，揭示了矿区通风系统安全生产井巷工程通风能力。根据大型矿床赋存条件及多中段同时开采的特点，提出了多中段回采采场间隔式上下行通风新模式。该模式将每个作业中段划分为一个独立通风系统，根据（中）分段采场作业进度情况，选择合适的（中）分段巷用作该中段回风水平，其他分段用作进风水平，合理规划采场推进秩序，有效控制多中段同时作业采场新风和污风相互串联影响。

探索了矿山通风系统局部阻力分布特点、无轨设备尾气排放规律以及深部地下水热交换规律，对井下各种类型井巷规格及作业中段布置、作业点分布、典型巷道的通风阻力等进行了调查与数据整理，集成了井巷风阻原始数据、网络节点分支原始数据、风机参数原始数据、机站参数原始数据等通风网络数据库。采用自主研发的矿井通风网络模拟解算软件对方案进行计算、分析、比较，确定了井下通风系统风量分配、阻力分布情况，进行风机站及风机优化选型，通风构筑物的实时合理布置。

建立了大型深井矿山风压动态模型，运用风压平衡原理揭示巷道的自然分配风量规律，采用通风系统远程计算机集中监控技术对矿区主回风机站风机运行频率适时综合调控，解决各矿区贯通中段风流互相影响，风压不平衡问题，矿区贯通处流动风量由90.60 m3/s减少至13.60m3/s，有效缓解了矿区之间污风相互串联影响。

研究开发的矿井通风监控与节能成套技术在提高矿山通风管理水平、改善井下环境条件，节能降耗以及安全生产方面，均具有极大的优势。通风系统远程计算机集中监控技术使矿山向智能化采矿迈出坚实一步。整体技术在矿山投入使用能够有效改善井下通风环境，提高作业场所空气质量，显著提升工人的劳动效率，降低职业病发病率，具有显著的社会效益。相互贯通采区之间风压更加均衡，降低了通风系统内耗，采用了合理的多机站分区通风方式，减少中段辅扇，减少通风成本，提升矿山劳动生产效率。

8、典型实例及成效

三山岛金矿是我国第一个从事大陆架濒海矿床地下开采的大型硬岩矿山，生产规模12000t/d，主要作业中段逐步延深、生产布局发生变化、柴油无轨设备大量增加，西山和新立两大矿区多中段贯通，井下通风网络复杂。整体技术2012年开始在三山岛金矿投入使用以来，两矿区矿井总风量由338.31 m3/s提高到804.55 m3/s，系统有效风量利用率由60.57%提高到73.75%，生产作业点粉尘浓度监测点合格率以及NO2、CO、CO2、SO2等有害气体检测合格率均为100%，主要生产中段-600m水平采场环境温度由原有31.5℃降低到26.7℃，有效改善了井下通风环境，提高了作业场所空气质量，显著提升工人的劳动效率，降低了职业病发病率，具有显著的社会效益。

西山、新立两矿区4个回风机站风机（系统总装机容量为2760KW）按照设定频率运行，与满负荷50Hz比较，仅此一项年（按运行330天计）节电可达876万KWH，通过变频控制技术累计节约通风运行费用660万元（按0.75元/KWH计算）。另外，通风系统建成运行后，采用了合理的多机站分区通风方式，减少中段辅扇5台，合计210KW，按一年工作330天计算，减少通风成本约136万元；减少采场局扇60台，合计660KW，按一年工作330天，每天工作8小时计算，减少通风成本约138万元；通风效果改善后，两矿区采掘生产总量增产4000t/d，利润增加2614.8万元，累计年增收节支总额约3548.8万元，取得了巨大的经济效益。

9、推广应用前景

研究项目经过两年多的努力，改变了通过人工调节风机叶片角度来改变风机工况和依靠通风人员测定风流参数的状况，建立了大型深井矿山风压动态模型，提出了采场间隔式上下行分区通风模式，揭示了矿区通风系统安全生产井巷工程通风能力，集成了通风系统网络数据库，开发了通风系统计算机远程集中监控系统，获得了一整套矿井通风监控与节能技术及一项国家发明专利，对大型深井多中段开采矿床通风系统的优化设计及保证其可靠性并节省通风能耗等具有重要的意义。

在我国深部资源开采成本增加及开采难度加大的背景下，沿海及其大陆架为主体的海底矿产资源为我国资源开发提供了新的出路与方向，濒海大型地下深井矿山通风及监控技术可推广应用至我国黄金和其它资源的海下开采，该综合技术开发将为我国矿业可持续发展产生深远的影响。

10、专利及获奖情况

获授权发明专利1项。