0引言尽管矿山开采设计方案都经过了专家评审，但由于有些设计者对企业的现状及地质实际状况了解不是很详细，导致设计方案与企业实际现状相差较大，甚至某些设计图只是示意图，根本达不到施工图要求，矿山企业进行施工时，如果严格按照设计进行施工，势必难于完成.笔者根据在喜人磷矿多年的现场施工研究和实践经验认为，设计为企业提供了大的总体规划方案，施工过程中，总体上不得改变通风和排水系统以及采矿方法总体设计方案，符合国家法律法规与标准规程，但施工细节应由企业工程技术人员根据企业实际现状，灵活布置，并绘制施工图.这样既有利于企业达到总体设计要求的安全生产条件、生产能力以及矿产资源的最理想回收率，又有利于企业技术人员在企业生产中使用新技术改善职工劳动环境，增大安全生产系数\[13\].喜人化工有限公司磷矿始建于1971年，一期开采工作在+215~+125 m之间.一期开采结束后，于1992年和2003年对其进行了二期开采的初步设计与修改设计；2006年已对一层矿、三层矿+90~-60 m中段进行了延伸设计，开采规模为40万吨/年.矿山采用斜井提升，脉外平巷运输的开拓方案.根据矿体形态，在全走向上布置有一条主斜井和三条盲斜井.矿体属缓倾斜的中厚矿层，中段高度为25 m，延深设计PH1矿层为四个中段，即+15 m、-10 m、-35 m和-60 m，PH3矿层设计为6个中段，即+65 m、+40 m、+15 m、-10 m、-35 m和-60 m.1通风系统施工方案研究根据金属与非金属矿山安全规程规定，地下开采应建立机械通风系统，对于自然风压较大的矿井，当风量、风速和作业场所空气质量能够达到要求时，允许暂时用自然通风替代机械通风.按照全矿统一通风与分区通风系统的进风井和回风井相对位置的不同，矿井通风布置形式可分为对角式、中央式、混合式三种.矿山的通风设计方案应严格遵循安全可靠、通风基建费、经营费最低和便于管理的原则进行，一般与矿井开拓提升运输、采矿方法、开采顺序、采准布置方案一并考虑.在施工中应严格按照设计布置的通风形式进行施工，保证通风巷道断面尺寸、通风构筑物和风流调节设施及通风设备施工安装达到设计要求，且便于维护管理；确需对通风系统的设计进行局部施工变更，原则上应不改变原设计的布置形式，保证风量分配调节易于满足生产需要且漏风少，运行安全可靠\[47\].1.1变更前通风系统状况喜人公司原设计方案中，2＃斜坡道只属三层矿通风系统进风口，一层矿为主井与1＃斜坡道进风，另增设长420 m断面2.6×2.5 m风井通空区.-10 m水平以上总风阻408.38 Pa，-35 m水平以上风阻为426.35 Pa，-60 m水平以上风阻为444.32 Pa，风机配置为K4515矿用轴流式风机，电机功率为75 kW，风量为34~60 m3/s，安全压力为735~1 080 Pa.1.2变更后通风系统根据实际现状，并与设计单位沟通，本文将一层矿通风方案变更为中央对角式通风方式，从主井进风，1＃斜坡道与2＃斜坡道出风，不另设风井.通风示意图如图1所示\[8\].图1－10 m至＋40 m水平通风示意图
Fig.1Horizontal ventilation layout第11期闫德传，等：喜人公司磷矿通风系统及排水系统施工
武汉工程大学学报第34卷
设计变更后，一层矿年生产能力为20万吨，需5个矿房同时回采，1个开拓工作面，2个采准切割工作面.风量计算如下：①回采工作面所需风量按排尘风速计算回采工作面所需风量Q采=nSv=5×71.1×0.06=21.5 m3/s
式中：n——同时回采矿房数;
S——工作面面积，S=15×4.74=71.1 m2;
v——排尘风速，v=0.06 m/s. ②备用工作面所需风量安排2个备用矿房，所需风量为Q备=2×1=2 m3/s③掘进工作面所需风量一层矿安排一个开拓工作面，二个采切工作面，每个工作面所需风量为1.5 m3/s，总需风量为Q掘=3×1.5=4.5 m3/s .④硐室需风量按3 m3/s计算.⑤一层矿总需风量Qz=K1K2（Q采+Q备+Q掘+Q硐）=1.15×1.1（21.5+2+4.5+3）=37.3 m3/s
式中：K1——外部漏风系数;
K2——内部漏风系数.通风阻力计算公式为：h阻=∑h摩+∑h局,Pa（1）
式（1）中：h阻——矿井通风阻力，Pa；
h摩——矿井通风阻力，Pa，计算公式为公式（2）；
h局——矿井通风阻力，Pa，一般按h摩的10%~20%计算.h摩=αLUS3Q2（2）
式（2）中：H摩——井巷的摩擦阻力，Pa；
α——井巷的摩擦阻力系数，Pa；
L——井巷的长度，m；
U——井巷的断面周长，m；
S——井巷的断面积，m2；
Q——井巷的风量，m3/s.通风阻力计算如表1所示.通过计算，主井至1＃斜坡道-10 m水平以上风阻为302.36 Pa，-35 m水平以上风阻为320.33 Pa，-60 m水平以上风阻为338.3 Pa；主井至2＃斜坡道-10 m水平以上风阻为358.09 Pa，-35 m水平以上风阻为376.06 Pa，-60 m水平以上风阻为394.03 Pa.设计一层矿总需风量37.3 m3/s，在-10 m联络通道上安装两台SWF－12NO.12风机，每台风机风量21.6 m3/s，风压800 Pa，电机功率为22 kW.局部采用局扇通风.-10 m中段以下开拓采用局扇通风，-35 m中段与-60 m中段开拓系统完成时，-10 m中段以上基本采完，利用-10 m中段平巷为回风平巷，-35 m、-60 m中段平巷作为新鲜风流进入平巷进行通风.由表1分析可知，通过变更方案，不仅节约了掘进风井费用，而且降低了风阻，减少了通风费用.表1通风阻力计算表
Table 1Ventilation resistance calculation table
巷道名称支护
形式巷道磨擦阻力系
数α/Ns2·m-4巷道断面
S/m2长度
L/m周长
U/m风量
Q/m3·s-1负压
H/Pa风速
v /m·s-1备注主斜井喷浆0.002 26.452889.28443.240.916.70＋40 m脉外平巷不支0.003 56.451209.28443.227.126.70主盲斜井不支0.003 56.451209.28443.227.126.70－10 m穿脉平巷不支0.003 56.45709.28443.215.826.70中段运输平巷不支0.003 55.3551008.5919.331.701.74中段运输平巷不支0.003 55.3551008.5919.331.701.74中段运输平巷不支0.003 55.3551008.5919.331.701.74回风平巷不支0.003 55.355608.5919.331.021.74回风平巷不支0.003 55.355608.5919.331.021.74回风平巷不支0.003 55.355608.5919.331.021.741＃斜坡道不支0.003 55.3558508.59121.677.654.031＃风机2＃斜坡道不支0.003 55.35514608.59121.6133.384.032＃风机局部风阻〖8〗31.29〖10〗设计数据自然风压〖8〗74.29〖10〗设计数据合计：主井至1＃斜坡道〖8〗302.36〖10〗-10 m以上主井至2＃斜坡道〖8〗358.09〖10〗-10 m以上-35 m增加主盲斜井不支0.003 56.45609.28443.213.566.701＃增加盲斜井不支0.003 56.45609.28421.63.394.032＃增加盲斜井不支0.003 56.45609.28421.63.394.03回风巷增加不支0.003 55.355608.5919.331.021.742排水系统施工方案研究地下矿排水分自流排水与机械排水，自流排水有投资省、经营费少、管理简单、生产可靠等优点，在有条件的地方应尽可能采用自流排水；由于大部分矿山属于老矿山，开采深度比较低，只能采取机械排水.设计单位是根据企业的水文资料、开采现状、地质状况进行的设计，一般采用集中与分区排水、直接与接力排水的方案，设计的排水设施包括泵房、水仓、沉淀池、清仓排泥等工程.泵房按水泵的进水方式不同，布置形式分为吸入式或压入式，还有潜水泵排水方式.一般设计采用吸入式，井底主要泵房的出口应不少于两个，其中一个通往井底车场，另一个用斜巷与井筒连通，斜巷上口应高出泵房地面标高7 m以上；泵房地面标高应高出其入口处巷道底板标高0.5 m，其下部入口应装设防水门.水仓应由两个独立的巷道系统组成，每个水仓容积，应能容纳2～4 h的井下正常涌水量；主要水仓总容积，应能容纳6～8 h的正常涌水量.企业在施工水泵房及水仓时必须严格按照设计要求施工，水仓实际施工后的容积不可能与设计容积刚好一致，但有效容积要确保在6 h以上.水泵房地面要比入口处的巷道地面高0.5 m，施工难度较大，在打泵房入口时可采取缓坡掘进，待提高0.5 m后再打平巷\[910\].2.1变更前排水系统状况喜人公司的原排水设计利用＋40 m水平的水仓作为永久性中转水仓，分别在-10 m水平、-60 m水平建水仓和泵房的分级排水方案，将水从-10 m水平、-60 m水平排到＋40 m水平的水仓后，再由＋40 m水平水泵排出井外（高度＋140 m水平）.2.2变更后排水系统考虑到＋40 m水平的水仓约1 000 m3，已服务多年,淤泥较多,有效容积不到600 m3，由于磷矿层为含水层，-10 m水平的水仓随着开采深度下降将会无水而废弃，服务时间较短.经研究并与设计院探讨更改设计，在-60 m水平建一个较大水仓（设计为3 700 m3）和泵房，采用一级排水方案(从-60 m水平一次性排出井外，高度＋140 m水平).在开拓过程中，在-10 m水平建一个1 000 m3的临时水仓作为接力排水中转水仓，-60 m水平水仓和泵房建成使用后撤出＋40 m水平和-10 m水平排水设施和人员,排水方案变更前后选型水泵见表2，排水方案运行方式如表3所示.更改后的排水方案不仅减少了－10 m水平水仓及泵房的投入（约60万元），而且减少了-10 m水平、＋40 m水平两级泵房的人员管理成本；并将-60 m水仓容积设计加大达到最大昼夜涌水量的65%容量（－60 m水平正常涌水量5 086.98 m3/d，最大涌水量5 640.69 m3/d），可以实现错峰低谷用电排水，大大降低了排水成本；-60 m水仓建成运行一年就节约电费100多万元（相比原两级排水方案）.另外-60 m水仓还可以作为深部开拓的永久性中转水仓.表2排水方案变更前后选型水泵对照表
Table 2Comparison table of water aspirators
in previous and current drainage plans
设计位置水泵电机台原设计＋40 m
-60 m200D43×4
200D43×4220 kW
220 kW4
4变更后-60 m200D43×6315 kW4表3排水方案运行方式比较
Table 3Comparison table of operation mode
of water aspirators
基本数据第一方式：正常运行
运行时间：全天
平均电价：0.705元/kWh
开动水泵：1台
抽水时间：17.7 h第一方式：完全低谷排水
运行时间：0~8 h
平均电价：0.305元/kwh
开动水泵：2台8 h，1台1.7 h
设施配置水泵200D43×6，3台
管路=273×7二路
泵房长15 m
水仓1 696 m3
同比费用合计73.3万元
水泵200D43×6，4台
管路=273×7二路
泵房长20 m
水仓3750.4 m3
其它增加5万元
同比费用合计120.6万元比较结果1.水仓储时间8 h
2.排水管一备一用，管内流速v=1.52 m/s.
3.投资少47.3万元
4.符合安全规程要求

1.水仓储时间17.7 h
2.排水管两路并用，在开三台时流速v=2.28 m/s.
3.年电费比常规运行少81.4万元
4.水管流速稍高，但符合矿山最大涌水量时的运行要求
5.对深部开采有利3结语（1）矿山设计的目的是使企业在矿产资源开采上做到经济合理、施工安全有序，达能达产，由于矿产资源地质条件的变化难于完全掌握，设计或多或少存在与实际不符的问题，在按设计进行施工过程中不能生搬硬套，企业工程技术人员在不违背总体设计原则的条件下，应根据企业现状，灵活制定符合地质条件、切实可行的施工方案，并加强施工管理，在施工中逐步优化完善设计方案，最后实现施工与设计相符、符合法规规程的目标.（2）将通风系统变更为中央对角式通风方式，从主井进风，1＃斜坡道与2＃斜坡道出风，不另设风井.通过变更方案，不仅节约了掘进风井费用，而且降低了风阻，减少了通风费用.（3）将排水系统由分级排水方案变更为一级排水方案并加大水仓容积.更改后的排水方案不仅减少了－10 m水平水仓及泵房的投入，而且减少了-10 m 水平、＋40 m水平两级泵房的人员管理成本，虽增加了水仓容积加大了投资，但实现了错峰低谷用电排水，大大降低了排水成本.通过灵活的变更处理，喜人磷矿通风系统及排水系统的施工既达到了规范要求，又节省了矿山投资成本.