子域分区通风方式的研究与应用.pdf

第5 5 卷第4 期有色金属 矿山舌l f 分 子域分区通风方式的研究与应用 长春黄金研究院杨洪新” 摘要丰文在传统通风方式理论的基础上，通过不断地探索与研究．提出了子域分区的新型通风方式，并 对其构成原理、特征、意义及宾用性进行了较为详细的阐述。谚种通风方式在湖南省湘西盎矿已经得到了实际 应用，很好地解决了湘西金矿3 2 个中段，1 2 9 个井下作业点的趣澡高温矿井的通风、酴尘与降温问题，使诫矿通 风综合技术指标达到了8 4 ．7 8 ％，井下深部主要工作面作业环境达到了国家规定的标准。 关键词子域分区多毅机站通风方式矿井通风． 丁￡ 舀，、 矿井通风是采矿工程中的～个重要组成部分， 它既美系到井下的作业环境，又影响采掘作业的生 产效率和成本。在设计通风方案时，通风方式的选 择是极为重要的，随着开采深度的不断加大，在选择 通风方式时，也出现了一些新的问题，需要学者和工 程技术人员在重视通风方式的同时，还要对此不断 地探索和研究，使之能够适应矿井通风理论与实践 发展的需求。 科研课题“深井通风系统优化及降温技术研究”过程 中，传统的矿井通风方式的理论受到了强烈的挑战。 根据湘西金矿的实际情况，不宜采用统一通风 的通风方式。若采用分区通风的通风方式，由于矿 体埋藏较深，也不尽合理。 为了更好地发挥通风系统的实际效果，满足各 自不同生产区的需风要求，最大限度地节约能耗，降 低通风成本，必须研究新型的矿井通风方式。 1 通风方式概述3 子域分区通风方式 传统的矿井通风理论认为．矿井通风方式一般 可分为两种，既统一通风方式和分区通风方式。由 一个矿井构成一个整体的通风系统的通风方式为统 一通风方式；而将一个矿井划分成若于个相对独立 的通风系统的通风方式为分区通风方式”3 。 两种通风方式的差别是比较明显的．其各自的 适用条件也不同。统一通风具有排风比较集中，使 用的通风设备较少，便于集中管理等优点。对于矿 体相对较为集中，开采范围不大的矿井，采用统一通 风的方式是较为台理的。分区通风具有风路短、阻 力小、漏风少、能耗低、网络简单和风质好等优点。 当矿体埋藏较浅且分散、走向长．直通地表的井巷较 多时．选择分区通风的通风方式是合理的。。。 2 问题的提出 湖南省湘西金矿，其矿体走向长为5 0 0 0 m ，宽 3 5 0 0 m ．垂直深度1 0 0 0 m 。是一个具有3 2 个中段，2 2 个 同时工作的中段．1 2 9 个作业面的复杂通风系统。其井 下作业面多且分布广泛。风量、风压不足．粉尘浓度 高．作业面的环境温度也高，在该矿开展国家重点攻关 * 橱{ 找氟高级工程师吉林长春 1 3 0 0 1 2 在攻关课题的研究过程中，针对湘西金矿存在 中段多，作业点多，风流线路长，风阻大，粉尘浓度 高，环境温度高等特殊情况，在反复实践的基础上． 通过不断地试验研究，最终提出了子域分区通风方 式的方案。即将整个矿井通风系统划分成不同层次 的子域分区，每一个子域分区都是一个子系统，每个 子域分区划分成进风段、用风段和排风段，其进风 段和系统的进风井相接，引入新鲜风流，然后将新风 送入其用风段，新鲜风流在用风段清扫工作面后，进 入排风段，经排风段进入系统的排风井，最终排出地 表。各子域分区按其生产的实际需风情况，借助地 表和井下主扇与辅扇进行调风，需要时打开风机进 风，停产时即关闭风机，从而达到各区按需分风的目 的。这既可满足生产要求．又能达到节能的目的。 深井子域分区的通风方式，既不同于传统的统 一通风的通风方式，也不同于分区通风的通风方式。 它是以统一通风方式为基础，按照不同的生产区域 所组成的子域通风网络为子系统，再将各子系统归 并到统一通风系统上去，从而使两种传统的通风方 式能够结台到一起，形成一个有机的整体。此种通 风方式，能够提高通风系统的新鲜风流的有效利用 率，降低井下通风系统的运行成本和内外部漏风，提 万方数据 第4 期 杨洪新于域分区通风方式的研究与应用 3 9 一一 高系统运行的可靠性，强化风网的调控程度，增强通 或系统显然不具有上述特征。这对深井复杂通风系 风系统的稳定性，进而实现统一通风系统、子域分区 统的学术研究和实际应用具有重大意义。 管理的通风方式。 3 ．1 构成子域分区的基本原则 按照子域分区的通风方式形成一个较大的通风 系统．必须遵守下述4 条基本原则 1 系统有独立的进风井、排风井。整个通风系 统要形成专用的进风井和排风井，一般应布置在矿 体的两翼或形成两翼对角式风路结构。 2 子域分区有独立的进风巷、排风巷。每一个 子域分区都划分成进风段、用风段和排风段，且进风 段与系统或上一级分区的进风井相连，排风段与系 统或上⋯级分区的排风井相连，各自顺向连接。 3 风量、风压可用风机进行控制。系统的进风 井和排风井必须布置主扇，各子域分区可以根据实 际生产的需要安装主扇或辅扇。 4 子域分区具有层级性。每个子域分区，还可 以再划分成下一级子域分区．同一级的于域分区是 相对独立的。 3 ．2 子域分区通风方式的特征 子域分区通风方式的主要特征在于通过主扇和 辅扇的运行，将系统进风井的新鲜风流分配给下一级 各个子域分区的进风巷，清洗各自的工作面后，将污 风由子域分区的排风巷进入系统的排风井送至地表， 风流在整个运行过程中，不会形成污风串联的现象， 从而提高了系统新风的利用率，改善了通风与降温的 技术效果。对于需风量较少的分区，完全可“借助主 扇的风压实现供风，不再需要运行该分区的风机。而 对于完成开采计划的分区，既可临时或永久关闭该分 区，且不影响系统其它部分的运行。随着开采深度的 加大，叉可以在深部重新建立分区．与系统一并运行。 子域分区的这些特点，对指导深井通风网络的建立和 运行，具有重要的理论和实用价值。 3 ．3 子域分区通风方式的意义 子域分区通风的通风方式，不仅对解决复杂通风 系统的实际问题具有重要的实用价值。而且对深井通 风方式的理论研究也有指导意义。它与串并联网络 的不同之处在于，前者的每一个子域分区都可构成一 个子系统．并由主扇或辅扇控制其运行．新风均来自 于统一通风系统的进风井，污风则进入统一通风系统 的排风井，风流管理灵活而有序，不会出现污风串联 的情况。每一子域分区，根据生产的需求可灵活地控 制风量，甚至在该分区的生产结束后即可完全取消该 子域分区，不会影响整个系统的运行，而串并联网络 4 子域分区理论与多级机站技术 随着采矿生产逐渐向深部推进，矿井的通风系 统也会变得更加庞大和复杂，风路长、风阻大的技术 问题更加突出，多级风机的接力运行是解决深井复 杂通风网络势在必行的措施。 多级机站技术的出现，给解决深井复杂通风网 络问题带来了生机。通过多级机站的串并联运行． 能够很好地解决深井通风中的风路长，风阻大的技 术问题，还可以降低运行成本，能够收到比较显著的 技术经济效果。但是，在通风网络比较复杂以后．势 必出现复杂的串并联网络，运用多级机站技术，污风 串联的问题是难以解决的。这也是统一通风方式和 分区通风方式理论尚需解决的问题。 按照子域分区通风方式的理论，可以将整个矿 井通风网络划分成不同的子域分区，而且每一子域 分区还可以再划分成下一级子域分区。各级子域分 区的进风段均与矿井的通风系统的进风井按级连 接，引入新鲜风流．再将新鲜风流送到用风段。每个 子域分区的用风段用来清扫各自的工作面，然后经 排风段再集中到矿井通风系统的回风井。于域分区 通风方式的结构体系，刚好可以和多级机站相匹配， 可以用子域分区通风方式的理论为指导，按照各个 子域分区的实际情况布置机站配置风机，由此而形 成的子域分区多级机站通风系统，是一个网络结构 合理、层次分明、行风有序的通风系统。二者的结合 能够相互促进扬长避短，充分发挥了各自技术特点， 从而使通风系统的运行更加稳定和经济。 5应用实例 湖南省湘西金矿的主矿体均呈不连续板状产出． 矿体倾角2 0 。～3 0 。，一般为2 6 。，矿区自下而上有V 、 V 。、V a 、v 1 四条矿脉，其中V - 、v 2 、v 3 脉垂距均为5 ～2 0 m ，v 3 和v 1 脉垂距5 ～l O O m ，脉厚为0 ．1 ～3 m ， 倾向延伸2 0 0 0 m 以上。矿石较稳固，f 一8 ～1 2 ；围岩 为板岩和蚀变岩，f 4 ～6 ，其稳固性较差。原通风系 统随着开采深度的加大，逐渐暴露出风量小、风压不 足、粉尘浓度和环境温度高等问题‘3 1 。由于矿体规模 大．形态复杂，采用统一通风和分区通风难以解决上 述问题。虽经多次通风系统改造，但其效果均不明 显。 在子域分区通风方式理论的指导下，按照原有 万方数据 4 0 有色金属 矿山部分 第5 5 卷 ～～一 通风系统存在的不同问题t 将整个矿区划分成4 个 的要求．合理地控制风机的运行，能够最大限度地节 子域分区，分别解决降温、除尘、降阻、增压、减少漏 省能源。各个分区都较好地解决了粉尘浓度、作业环 风和增加风量等问题。这些问题混在一起，是原有 境温度“，、低温岩层预冷入风流等问题。和整个系统 通风方式难以解决的。每个子域分区都有新鲜风流 风量与风压不足问题。新的通风系统经过两年多的 给人，新风的质量有了极大改善。通过增设3 台新型 实际运行，该系统的可靠性、稳定性及其合理性是十 节能风机，提高了系统的能量。由于各个子域分区相 分显著的。新旧通风系统主要技术指标见表1 。 互独立，均可根据其生产的实际情况，按照实际需风 表1 新旧通风系统主要技术指标对比 风速 置 合格率风质台格率有效风量率主扇装置效率 综合指数指标 通风系统 风量供需比 t “ ％ t ％ ％ ％ 原系统 6 50 06 66 7 6 2 1 45 9 ．2 6O5 46 1 1 3 新系统9 3 ．7 98 2 ．1 77 4 ．B 11 ．0 18 47 8 6 结论 深井子域分区的通风方式与传统的通风方式相 比，既不同于统一通风的通风方式，也不同于分区通风 的通风方式。它是以统一通风方式为基础，按照不同 的生产区域所组成的子域分区通风网络为子系统，再 将各子系统归并到统一通风系统上去，从而使两种传 统的通风方式能够结合到一起，形成一个有机的整体。 深井子域分区的通风方式在湘西金矿的实际应 用．较好地解决了原通风系统风流管理混乱的局面， 不仅有效地避免了污风串联情况的产生，而且还合 理地控制了风流，同时又提高了风量利用率，取得了 较好的技术经济效果。 上接第4 3 页 4 主要结论与建议 1 由于工况调节方案、测风测压断面和测试方 法选择合理。测点分布合理。测定结果准确可靠，实 测曲线可供现场管理使用。 2 对风机人I l 具有集流器且集流器存在相邻 两断面过风面积相差较大时，可以利用测定两断面 静压差来测算风机风量，其具有测试数据稳定，测定 方法简单，测定结果准确等特点，也可以作为日常通 风管理风机风量的测试方法。 3 风机房水柱计安装断面应布置在风机入口 断面较大的断面上，减少风流动压的影响，风机房水 柱计示值可近似真实地反映矿井通风阻力的状况。 4 本文提出的测试方案在实施中应注意并下 凋节一定要在风机停开并打开地面风道风门后进 行，严禁在风机运行时过度调节，造成风机长时间在 深井子域分区通风方式，不仅对解决湘西金矿 的复杂通风系统的实际问题具有重要的实用价值， 而且对深井通风方式的理论研究也有指导意义。 参考文献 l 王英敏矿内空气动力学与矿井通风系统北京t 冶金工业出版 杜，1 9 9 , t 2 绦竹云矿井通风系统优化设计计算方法．北京冶金工业出版 社，1 9 9 6 3 俞昌铭热传导及其数值分析．北京清华大学出版社，1 9 s l 4 枥洪新湘西盘矿岩温变化规律的研究及其应用工韭安垒与 肪尘，1 9 9 8 ．1 2 5 杨洪新低温岩层预冷人风流技术的研究与应用金属矿山． 口 驼峰区运行；风机测试前必须对扩散器中的消音器 进行加固处理，并对风道中的杂物进行完全清理．严 禁风机测试时杂物进入风道而造成风机的损坏。 5 G A F 型矿用主通风机在设计和安装时，未 考虑给今后矿井主通风机性能测试提供台适的测试 条件，建议厂家在风机设计制造时，进风立闸门后段 的直线段长度应不小于5 倍风道直径，便于风机测 试时用测试风机的立闸门进行工况调节。 参考文献 1 童秉纲，孔祥言．邓国华．编著气体动力学[ M ] ．北京高等教 育出版社，1 9 9 6 2 卢平，刘泽助，张目枢．G A F 主要通风机鼠量测试方法实验研 究[ J ] ，淮南工业学院学报，1 9 9 8 3 3 周忠秸G A F 系列矿井轴流式通风机性能介绍．煤矿设计[ J ] ， 1 9 9 5 5 c 1 1 ～1 4 4 陈其泰．启动风门和立闸门对风机性能测试的影响．煤炭科学 技术[ J ] ，19 9 8 6 1 9 ～2 2U 万方数据