金厂沟梁金矿冬季防冻通风系统的研究.pdf

一 7 2 0 0 b年 1 1月 第 2 9卷第 6期 有色矿山 No n | e r r o u s M i n e s No v ． 2 O 0 O Ⅷ． 2 9 No 6 金厂 沟梁 金矿冬 季 防冻 通 风 系统 的研 究 堂圭 盛， 型， 贾 洪杰， 尹 强 碎T 卵2 7 、 内蒙古金陶股 份有 限公司 ， 内蒙古 赤峰 0 2 4 3 2 7 键 金 嚣 厂 沟 梁 纂辜 赢 黧 粥 后 ， [摘 要 ] 莉 甬 瓣热 人 流 采 于 了 圣 厂 沟 梁 金 矿 ，皋 每 冻 遣 岚 毓 。 蓬 后 ， 各提升井 内温度均达 } 2 ℃以上 ， 防止了提升井结冰 ， 保证 了安全生产。本文所介绍的风流预热技 术 ， 可供从事矿 山通风设计及现场管理人员等参考。 [ 中围分类 号]TD 7 2 7 4 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 0 0 6 - 0 0 0 6 - 0 4 S t u d y o n v e n t i l a t i o n s y s t e m o f a nt i f r e e z i n g i n wi n t e r i n J i n c h a ng g o u l i a n g Go l d M i n e C UI S h i - c h e n g ， P u N Yu - k u n ， J I A Ho n g - j i e ． YI N Qi a n g Ne i me n g g u n t o oJ o i n t - s t o c k C o． Lt d． ， C h i f e n g 0 2 4 3 2 7， C h i n a Ke y wo r d s g e o t e mp r e t u r e p r e h e a t i n g； v e n t i l a t i o n s y s t e m ； q u a n t i t y o f i n l e t a i r ； q u an t i t y ． o f e x t r a e t i on Al t r a c t Ba s e d 0 1 1 t h e u s eo f g e o t em pr e t u r ef o rmi n e a i rp r e h e a t i n g ， t h e v e n t fl a do n s y s t emo f an t i f r e e z i n g i n wi n t e r i n J i n c h a n g g o u l i a n g Co l d M i n e i s d e s i g n e d． W h e n t he v e nt i l a t i o n s y s t e m s t a r t ed wo r k． t he t e mp r e t u r e s i n h o i s t i n g s h a f t a r e a b o v e 2 ℃ ， wh i c h a v o i d e d i c er ma t bn i n h o i s t i n g s h a f t ． an d g a r a n t e e d t h e s a f e pr o d u c t i o n． I ti s a r e f e r e n c e f o r o th e rmi n es ． 地温预热是利用地层 的调温作用 ， 加热 矿井进风风流的技术措旌。有大量废旧井巷 1 概 况 和采空区的矿 山， 可充分利用岩体的吸热和 散热作用 ， 进行冷 空气 的预热 ． 它既节约能 源 ， 又安全可靠。 内蒙古金陶股份有限公司金厂沟梁金矿 多年存在 提升 井 结冰 影 响安 全生 产 问题 ， 但 由于采矿方法采用削壁充填法 ， 不存在足 以 预热全矿 冷风 流 的采 空 区 和 旧巷 道 ， 采用地 温预热人风流的技术方案 曾不可能实现。但 本设计利用没有淋水 的井简直接进风， 各 中 段限流预热冷风的技术 ， 根据传热原理计算 了各 中段 可进的冷 风量 ， 经过风量调 节 ， 形成 了冬季 防冻 通风 系统 。 [ 收稿 日期 ] 1 9 9 9 5一l 0 [ 修订 日期 ] 2 0 0 072 4 [ 作者简介 ] 崔士成 1 9 6 1一 男 ， 工程 师， 内蒙 古 金 陶股 份有 限 公 司副 总经 理 。 金厂沟梁金矿现有通风系统为多井 口人 排风系统 见图 1 所示 。人风井为 1 、 2 、 三中 六中段 七 中段 八 中段 九 中段 十中段 围 1盒厂 淘 梁金 矿现 有 通 风 系统 1 2 6 风井 { 2 2 竖井 ； ， 一太黄缱平 峒； 4 1 5 竖 井 ； 卜3 5 风井 ； 6 1 竖井 7 3 5 竖井 ； 8 5 6 风 井； 9 _ _ 3 5 盲副井 ； l O 一3 5 盲竖井； 1 l 一5 7 盲竖井 维普资讯 第 6期 崔 士成 等 盒 厂 沟粱 金矿 冬 季 防冻 通 风 系统 的研 究 7 l 5 和 3 5 竖井 。七 中段 以上 各 中段 已基 本 采完 ， 从 七 中段 往下 ， 有 5 7 盲井 ， 3 5 盲 井 和 3 5 盲 副井 往 下 开拓 ， 设 计开 拓 至 十 三 中 段 。 排 风井 有 2 6 、 3 5 和 5 6 风井 ， 分别 装 有 K4 0 B NO． 1 5 、 K 4 0 B NO． 1 6和 K 5 5 NO． 1 1 风 机 。2 6 和 5 6 风井 均延 深 至七 中段 ， 3 5 风井已延深至十中段。2 6 、 3 5 风井风机正 常开动 ， 5 6 * 风井风 机未开 动 。 在 2 6 、 3 5 风井抽出式风机开动下 ， 新 风从 1 、 2 、 1 5 和 3 5 竖 井 流人 井 下 。 由 于这些 竖井都 是 提 升井 ， 且均 有 不 同程 度淋 水 ， 冬 季大量冷 风流人 时结 冰严重 ， 影 响安 全 生产 。为此 ， 需 要 研究 适应 冬 季 正 常生 产 的 预热 防冻通风 系统 ， 防止提 升井结冰 。 2防冻 通风 系统 的确 定 3 5 风井 已延 深 至 十中段 且 元 淋水 ， 七 中段以上各 中段已基本采完 ， 因此可让 3 5 风井直接进冷风 。限制 2 6 和 5 6 风井的排 风量 ， 保证有部分冷风 ， 经 3 5 风井 ， 六 、 七中 段平巷 预热后 ， 由各提 升井 排 出 ， 防止 结冰 。 据此规划的通风系统如图 2 所示。 图 2金 厂 沟梁 金 矿冬 季通 风 系统 1 2 6 风井 ； 2 2 竖井 ； 3 一太 黄线平垌 ； 4 ～1 5 竖 井 ； 5 3 5 风井 ； 6 1 竖井 ； 7 _3 5 竖井 ； 5 6 风井 ； 9 _ _ 3 5 盲副井 } 1 O 一3 5 盲竖井 ； 1 1 5 7 盲竖井 在冬季 ， 3 5 风井为主要进风井巷 ， 大黄 线平峒与 三 中段 有 一斜 井 相 联 ， 作 为 一 条 补 充 进风道 。 根据 井筒 中段 之 间 的联 系 ， 3 5 风井 处 于 中间 ， 2 6 、 5 6 风井 处 在两翼 ， 将 3 5 风井 风机 改成 压人 式后 ， 便构成 了中间压 人 ， 两翼 抽 出的压抽混合式通风 。 冬季压人式 风机把冷 风 由 3 5 风井 压人 井 下 ， 由于限定 压 人 式风 机 风量 大 于 抽 出式 风 机风量 ， 则迫使 有小部分 冷风经 3 5 风井 ， 六 、 七中段平巷预热后 由各 提升井排 出。大 部分冷风则经 3 5 风井， 各 中段井巷预热后 送至深部各作业地点， 废风 由 2 6 、 5 6 风井 排 出 。 3 防冻 通风 系统预热参数 的计算 按年产量估算风量 ， 全矿需风量为 3 8 ～ 4 5 ／ s ， 全矿按采 区分布戈 q 分 为三个坑 口 ， 每 个坑口采矿工作面数大致相 同． 所 每个坑 口需风量 为 l 2 ～1 5 m I s 。 3 ． 1 大黄 线平 峒预热风量 的计算 大黄 线 平 峒 断面 2 ． 8 ～3 m2 ， 平 均 周 长 7 m， 总 预 热 长 度 5 0 0 m， 围岩 为斜 长 角 片 麻 岩， 取岩体的热导率 1 ． 3 w／ m ℃ ， 巷道 风速取 3 ． 3 m ／ s ， 大黄线平峒所能预热 的 风量 口为 q 1 L a -- t 0 式 中 s 预热 坑道暴露 的面积 ， m ； c。 空气 的定压 比热 ， c。 1 0 0 5 J ／ k g ℃ ； fr空气密度 ， p 1 ． 2 k g ／ m3 ； 岩体温度 ， 经计算 r 8 “C； t o 冷空气温 度 ， 一2 8 ℃ ； 空 气经 L巷道长 度后 的温度 ， ￡ L 2 ℃ ； K空气热交换系数 ， 由下式计算 K 1 ． 5 5 维普资讯 8 有色矿山 2 0 0 0拒 式 中符 号意义 同前 。 将已知代人式 2 、 1 ， 可算出空气热交 换系数 K 6 ． 3 w／ ℃ ， 大 黄 线 平 峒 的 最 大预 热风量 q为 1 0 ． 5 7 ／ s 。 大黄线 平峒 最大设计 进风量取 1 O ／ s 。 3 ． 2 3 5 风井进风量及预热参数计算方法 3 5 风 井进风 量为 全矿需 风 量减 去大 黄 线 平垌 进风量 ， 即 q 3 5 3 8 --4 5 一1 0 2 8 -3 5 m l s 3 5 风井从 地表 到 十 中段 为 3 6 6 m， 由于 各中段的岩温不同， 各中段的进风量也不同， 所以应当采用分段计算的方法进行预热参数 的计算 ， 区段划分见图 3 ， 基本计算公式为式 1 和式 2 。 图 3竖 井 空气 预 热计 算分 段 示意 图 将 式 1 变 成温 度计 算 的迭代 式 ， 得 t ut 1 一￡ “ t d ￡ 一 3 ， 4 ， 式中 t 第 i 段巷道的终点风温 ， ℃ ； f 。 第 段巷道起点风温， ℃ ； f 第 i 段巷道平均岩温 ， ℃ ； q i第 i 段巷道过风量， ℃ ； P ， 第 段巷道空气密度， k g ／ m ] 。 第 段巷道平均岩温按地温增升规律计 算 ， 取地温增 深率为 6 5 m／ ℃； K． 按式 2 计 算 。 4防冻通风 系统 风量分配 网络解算 分三种方案进行解算 方案一 再在大黄线平峒安装 1台风机 作压人式工作 ， 形成“ 两压两抽” 的风机工作 方式 ， 限制 3 5 风井进风 3 0 m l s ， 大黄线进风 l O m3 I s ； 2 6 、 5 6 风井各排风 1 0 m3 ／ s ， 按 自然 分配解算各提升井的排风量 ； 方案二 进风 同方案一 ， 5 6 风井风机停 开 ， 形成“ 两压一抽” 的风机工作方式 ， 解算各 提升井及 5 6 风井 的 自然排风 量 ； 方案三 进风 同方 案一， 停开 2 6 、 5 6 风井风机 ， 形成“ 两压” 的风机工作方式 ， 解算 各提升井及 2 6 、 5 6 风井的自然排风量 。 以上三个方案均在六、 七、 八 、 九、 十等 5 个中段 同时分风进 行计算。把全系统简化成 1 0 7 条风道， 6 7 个节点， 4 1 个 回路， 解算结果 见 表 1 。 衰 l 各井风■一览 衰 ； x Ntf 3 f s 挂 量 f 方案 太黄线2 6 2 1 5 1 3 5 5 6 羞塑匠羞 堡 墅羞 墅羞 墅 墨羞 一 3 。 1 0 l O 5． 8 3． 9 7 3 2． 9 l O 二 3 0 1 O l O 6． 3 4． 3 8． 2 4． 8 6 4 三 3 0 1 0 5． 8 8． 2 5 2 8 7 5． o 7 0 温度计算主要针对 3 5 进风井至各个中 段直到各 中段提升井井底 ， 大黄线进风至三 中段运输巷及 2 6 风井 、 2 井井底。各主要 节点 处风流 温度见表 2 。 从 表 l和 表 2可 以看 到 ， 5个 中段 同 时 分 风 时， 如 果 抽 出式 风 量 保 持 每 个 风 井 1 O ／ s 左右 ， 则 能使 各个 提升井都能排风 ， 且井底风温都在 0 ℃ 以上， 能防止提 升井结 冰 。 由表 2还 可看到 三个 方案提 升井底 风温 无 多大差 别 。 表 1 、 表 2解算通风 网络未考 虑 自然风 压的影响。把 3 5 风井风机叶片安装角调至 3 2 。 的特性 曲线输人 ， 同时还输人各井筒按高 程差计算 出的空气柱重的差 ， 即自然风压 ， 仍 维普资讯 第 6期 崔士成等 金厂沟粱金矿冬季防冻通风系统的研究 9 表 2 主 要节 点风 温 方 案 节 点 风 温 t i t ； 61 45 4 6 4 4 l1 1 5 1 6 1 3 1 4 3 8 3 7 3 9 41 5 3 6 3 5 2 6 4 56 65 57 58 55 5 9 60 一一 0 5 4 1 7 9 6 4 11 4 1 1 9 6 1 0 1 0 1 1 1 2 1 2 1 2 7 1 2 1 2 8 2 1 2 1 3 1 3 1 3 2 9 1 1． 5 一0 5 4 1 7 9 6 4 11 4 1 1 9 6 1 0 1 0 1 1 1 2 1 2 1 2 7 1 2 1 2 8 2 1 2 1 3 1 3 1 32 9 11 ． 5 三一0 5 4 1 8 0 6 3 11 4 1 1 9 6 1 0 1 0 1 1 1 2 1 2 1 2 7 1 2 1 2 8． 2 1 2 1 3 1 3 1 32 9 1 1． 5 袭 3考虑 反 向 自然风 压 时 的风 ■分 配 △基量 』 方 案 平峒 3 4 1 0 4 9 5 1 7 9 1． 2 4 9． 1 2． 5 8 2 2 3 4 1 0 5 0 13 1 7 8 1 0 6 9． 2 1． 9 9 0 1 3 3 4 1 0 5 1 0 1 8 0 1 3 0 9 0 2． 3 8． 1 0 按 5个中段分风 ， 解算结果见表 3和表 4 。 比较表 1和表 3可 以看 出 ， 由于 多 井 筒 排 风 ， 风 阻小 ， 自然 风 压对 网 络 风 量 影 响较 大 。 有 自然 风压作 用 时 ， 2 竖 井 出风 量增 加 较多， 1 5 、 3 5 竖井出风量明显减 少。为 控 表 4考虑 反 向 自然风 压 时主 要 节点 温 度 节 点 风 温 肥 方案 三主丝卫直 盔生壁堇壶 主生曼蔓点 △生壁茔直 主壁茔直生星笪直 61 4 6 6 4 1 1 t 5 1 6 t 3 1 4 3 8 3 7 3 9 4l 5 3 6 3 咒 6 4 5 6 6 5 5 8 5 5 5 9 6 o 制 l 5 、 3 5 竖 井 不 致 于 下 风 冻 井 ， 可控 制 2 6 、 5 6 风井 出风 量 。此 外 ， 可 在 连接 1 5 和 2 竖井 的中段巷道上加阻 ， 无 运输 的中 段 ， 如三 中段 和五 中段 可加密 闭。 表 4表 明 ， 3 5 风 井风 量 全 部 送 入 最 下 三个 中段 ， 则有些节点温度相应下降 3 ℃左 右， 个别节点达不到零上温度。故应采用 4 个或 5 个 中段分散送风的方式。 表 3 、 表 4还表 明 ， 三种方 案 都能 满足冬 季 防冻 的需要 ， 为节约 能源 ， 可在大黄线平 峒 再装 一 台 K4 0 NO 9风 机 ， 采 用方 案 3 ， 实行 风机“ 两压” 的工作方式 。 2 6 、 5 6 风井风机停 开 ， 可在六 、 七 中段 安装 1台 K4 0 NO． 8风机 往上 送风 。 5 防冻通 风 系统运行效果 防冻通风系统 已经可靠地运行了三年 ， 经 实测 ， 矿 井总 入风 量 达 4 6 5 6 ／ s 矿 井设 计 风 量 为 4 5 ／ s ， 地 表 气 温 为 一1 8 ℃ 时 ， 1 、 2 、 1 5 、 3 5 提 升井井 底 七 中段 各井 马 头门处 的气温分别 高达 9 、 1 3 、 1 2 、 l 3 ℃ ， 各 井均未结冰 ， 保证了安全生产。 6结 论 1 对不存在足够的空区和旧巷预热全 矿冷 风流的矿 山 ， 采用 限流冷 风的技术 ， 也 能 利用 地温预热入 风流 ， 防止提 升井结 冰。 2 把矿井入风量分为两部分 ， 一小部分 经井巷预热后 由提升井排出 ， 另一部分 由风 机引入矿井深部作业地点 ， 这既能防止 提升 井结冰， 又能满足排烟排尘的需要 。 3 防冻通风系统实际运行证 明， 方案正 确、 方法可行 ， 系统可靠 ， 防冻效果 良好 ， 各项 指标 均达 到设计要 求 。 4 地温预热入风流技术节能可靠 ， 具有 明显 的经济 与社会 效益 。 维普资讯