回风侧多级机站通风系统的应用研究.pdf

SeriesNo . 351 Septe mber 2005 金 属 矿 山 METAL M I NE 总第 351期 2005年第 9期 * 山东省经贸委技术创新项目。 陈喜山 1956- , 男,青岛理工大学资源开发与安环研究所, 所长, 教授, 266520山东省青岛经济技术开发区长江中路 2号。 安全与环保 回风侧多级机站通风系统的应用研究 陈喜山 1 乔海涛 1 郭晓芳 1 刘志君 2 刘文可 2 高成勤 2 1青岛理工大学; 2三山岛金矿 摘 要 结合三山岛金矿的具体情况, 因地制宜地研究应用了以回风侧为主的多级机站通风系统模式。在该 矿的通风系统改造中, 建立起了完善的回风侧多级机站通风系统, 使 、 级机站的风机运行效率达到了 65 以 上, 全系统的有效风量率达到 70 以上, 彻底改善了井下通风状况。 关键词 通风系统 模式 回风侧 多级机站 Investigation on Application ofReturnside Ventilation System W ithM ultistaged Fan Stations Chen Xishan 1 Qiao Haitao1 Guo X iaofang1 L iu Zhijun2 L iuW enke 2 Gao Chengqin2 1. Q ingdao University of Technology; 2 . Sanshandao GoldM ine Abstract In linew ith the localconditions ofSanshandao GoldM ine , amode ofmulti staged ventilation system main ly on the wind return side was investigated and used . A perfect returnside multi staged ventilation system was established in the transfor mation of them ines ventilation syste m,thusmaking the operation efficiency of the fans of and stage fan stations over 65 and the rate ofefficientwind amountof thewhole syste m over 70 and thouroughly i mproving the under ground ventilation conditions . K eywords V entilation system, M ode, l W ind return side , M ultistaged fan station 多级机站通风系统技术 [ 1, 2] 具有井下压力梯度 小, 漏风少, 节能显著等优点, 一经应用便具有了强 大的生命力。20多年来, 多级机站通风系统技术在 我国金属矿山的通风系统改造中得到了广泛的应 用, 为矿山节能、 通风安全、 提高通风效益等做出了 积极的贡献。 根据多级机站通风系统中入、 排风井的布置形 式和机站的安装地点的不同, 基本上可分为两种类 型。一种是具有独立入、 回风井巷, 入风侧设置若干 级机站压入式供风, 回风侧设置若干级机站抽出式 排风的多级机站通风系统; 另一种是没有独立的入 风井巷, 只有独立的排风井巷, 只在回风侧布置若干 级机站的多级机站通风系统。前者适用于矿体较规 整、 具有独立入排风井巷的新建矿山; 后者适用于矿 体不规整、 无独立入风井巷且开采多年的老矿山。 三山岛金矿是一个机械化程度很高的黄金地下 开采矿山, 现已开采 20多年。开拓系统只有独立的 回风井巷, 无独立的入风井巷, 一直应用两翼对角式 通风系统方式。随着采矿工作面的不断延深, 井下 负压梯度增大, 风流逐渐的难以控制, 漏风量增大、 风量严重不足、 作业面温度升高、 柴油尾气污染严重 等问题逐步显现出来。 针对三山岛金矿通风系统存在的问题, 在详细 调查研究基础上, 对其开展了回风侧多级机站通风 系统的应用研究, 建立起了完善的以回风测为主的 多级机站通风系统, 取得了较为理想的通风效果。 1 原通风系统概况及存在的问题 三山岛金矿原通风系统是一个典型的中间入风 两侧回风的两翼对角式通风系统。 - 250 m以上新 鲜风流通过矿体下盘的竖井 井底至 - 250 m、 斜 坡道和服务井进入井下; - 250 m 以下新鲜风流通 过斜坡道、 服务井和措施风井进入井下各作业阶段 采场, 清洗采场工作面后的污风在安装在北风井口 和南风井井下 - 75 m 处 的 2台主扇的共同作用 54 下, 经过南、 北排风井排至地表。原通风系统的结构 如图 1所示。通风系统共安装了 3台风机, 总装机 容量为 741 k W。其中, 南风井在 - 75m 处安装了 1 台 DK40- 6- No21型主扇, 装机容量为 2 ∀ 200 400 k W; 北风井在地表安装了 1台 DK45- 6- No18 型主扇, 装机容量为 2 ∀ 132 264 k W; 在井下 - 375 m南端安装了 1台 K45- 6- No15型辅扇, 装机 容量为 55 k W; 在井下 - 330 m 的北端还安装 1台 K40- 6- No11型辅扇, 装机容量为 22 k W。 图 1 原通风系统示意 矿山采用下盘斜坡道和竖井联合开拓方式, 矿 体开采以机械化上向分层水砂充填法为主。由于矿 山生产能力大、 效率高, 阶段下降速度快。经 20多 年的开采, 三期工程计划开采至 - 600 m 水平中段, 现已经开采至深部 - 500 m水平阶段。随着作业中 段的不断延伸, 通风距离的增大, 矿井通风系统已难 以满足矿山生产的要求, 主要表现在以下方面 1 矿井风路长, 阻力大, 深部风量不足。南、 北风井均已达到 1 000余米, 主斜坡道已达到 5 600 余米。由于风路长, 阻力大, 位于北风井井口和南风 井 - 75 m处的两台主扇风机难以直接作用到深部, 致使深部风量明显不足。尤其在夏季自然风压反向 时, 深部通风更加困难, 甚至于深部斜坡道内无风流 或风量太小, 柴油无轨设备排放的尾气难以有效地 扩散到安全要求的标准, 污染严重。 2 井下负压过大, 极易造成漏风。随着开采 深度的不断增加, 风路的不断延长, 在两翼大主扇风 机的作用下, 井下压力梯度过大, 多个中段同时开采 作业, 密闭困难, 漏风实难控制。 自上而下多中段开采, 全面开花, 几乎是老矿山 常见的问题, 有时甚至给矿井通风工作造成难以克 服的困难。 3 井下风流分布不均匀, 有效风量率低。由 于主扇回风侧的负压梯度过大, 造成靠近主扇浅部 的采场和阶段通过的风量大于实际需风量; 远离主 扇深部的采场和阶段通过的风量小于实际需风量。 形成矿井总的排风量大, 有效风量少的现象。有效 风量率为 46 左右。部分工作面通风效果差, 特别 是位于深部的通风最困难采场温度已达到 35 。 4 系统灵活性差, 难以适应生产的变化。依 靠大主扇通风的系统, 如果生产布局发生变化 需 风点发生变化 时, 大多采用加强密闭、 安装风门等 增加阻力的调节方法。对于三山岛金矿从上到下, 多阶段、 多采场作业的不规则的情况, 完全靠堵的办 法调节采场的需风量已难以奏效。 如上所述, 随着矿井的不断延深和采矿工作面 的不集中, 依赖大主扇通风的系统必将出现井下污 风串联、 风流难以调节、 漏风难以控制、 有效风量低、 能量消耗大等一系列难以解决的问题。多级机站通 风技术以其漏风小、 有效风量率高、 能量消耗小、 机 动灵活等优点得到了广泛的应用。因此, 采用多级 机站通风技术将是解决三山岛金矿井下通风困难的 有效技术途径。 55 陈喜山等 回风侧多级机站通风系统的应用研究 2005年第 9期 2 通风系统方案与设计 通过分析可知, 大主扇集中通风的两翼对角式 通风系统是造成井下压力梯度大、 风流难以控制, 是 引起矿井通风困难的主要原因。因此, 平衡井下风 压, 降低压力梯度是解决漏风, 合理有效地控制风流 的重要途径。显而易见, 采用多级机站通风系统是 解决矿井通风困难的最佳方案。 如前所述, 通常多级机站通风系统分为两种基 本模式。三山岛金矿从建矿以来一直采用两翼对角 式通风系统, 一方面, 由于只有独立的南、 北回风井, 无独立的入风井, 新鲜风流是经斜坡道、 竖井和服务 井进入井下各个阶段的。如果再开凿独立的入风井 巷是不可能的; 另一方面, 为满足下风侧行人、 采矿、 掘进等作业用风的标准要求, 斜坡道内行驶的柴油 无轨设备排放的尾气需要有足够的新鲜风流将其稀 释, 使下风测风流达到用风标准的要求。这一点与 其它矿山通风系统有所不同。这也是三山岛金矿通 风系统所具有的特点。所以, 回风侧多级机站通风 系统模式更适合于三山岛金矿的实际情况。 确定了回风侧多级机站通风系统形式之后, 在 设计中充分结合了三山岛金矿的实际情况, 深部 - 330 m以下 采用了以回风侧为主的级机站通 风系统模式。在原有的两翼对角式通风系统的基础 上, 去掉位于 - 375m南端和 - 330 m北端的两台辅 扇, 在采矿作业面的回风侧增加了 ∃、 两级机站, 形成级机站通风系统。布置方式如下 ∃级机站布置于采场与上一阶段相通的回风联 络巷内, 负责克服采场的通风阻力, 从下一阶段或采 矿分段向采场引入新鲜风流, 清洗采场工作面后排 至上一回风阶段, 形成棋盘式阶段通风网路, 保证采 矿作业面的新风供应; 级机站布置于回风阶段南北两端的回风联络 道内, 负责克服入风井巷和阶段巷道的通风阻力, 排 除本阶段由于掘进、 采矿、 出矿等作业产生的炮烟、 粉尘、 柴油尾气, 保证阶段新风供应; 级机站延用原两翼对角式通风系统的南、 北 主扇, 负责克服南、 北风井的排风阻力, 将全矿的污 风排至地表。 为了保证所建立起的回风侧多级机站通风系统 达到最佳效果, 在系统建立过程中采取了以下必要 的技术措施 1 由于采场上向回采接近上一阶段时, 位于 采场回风巷内的∃级机站风墙易于受到爆破冲击破 坏, 采用了风筒布制作的易于释放爆破能量的简易 风墙。保证了 ∃级机站风机的有效静压作用, 克服 采场通风的阻力。 2 为了克服入风井巷和阶段巷道通风阻力, 保证进入每个阶段的风量, 充分利用 级机站风机 的有效静压, 级机站采用了红砖砌筑两面抹砂浆 的有风墙方式。 3 考虑到自然风压的作用, 当冬季自然风压 有利于通风时, 南、 北风井的两台双段风机 级机 站 采用高叶片角度单段运行方式, 保持满足所需 风量的风压即可; 当夏季自然风压不利于通风时, 南、 北风井的两台双段风机 级机站 采用低叶片 角度双段运行方式, 保持足够的风压克服反向自然 风压作用, 提供所需的排风量。 4 根据通风网络中风流自然分风时通风阻力 最小的原则, 将上部密闭的 - 105m 阶段巷道和 - 195 m阶段巷道与南、 北回风井连通, 调节南、 北风 井不平衡风量, 使得南、 北排风井压力平衡, 通风阻 力最小。 5 在深部 - 330 m以下受主扇风压控制较弱 的 8个采场回风联络巷内安装 ∃级机站, 保证深部 采场有足够的新鲜风流供应; 而位于 - 330 m 以上 受主扇风压控制较强的采场不设置 ∃级机站, 利用 总风压或局部通风。 6 为了最大限度地控制系统漏风, 投入了必 要的密闭工程, 保证了系统的风量利用率。 7 为了在盛夏时节有效地克服反向自然风压 作用, 提高通风降温效果, , 采取了盛夏时节 级机 站双段启动的措施。 采取了上述技术措施后, 形成了如图 2所示的 回风侧多级机站的通风系统模式 一方面, 由于通风系统总阻力主要是由 、 级 机站来克服, ∃级机站只克服采场的通风阻力; 另一 方面, 考虑到示图的清晰, 布置于采场的 ∃级机站没 有绘于图上。同时, 通风系统网络模拟解算时 ∃级 机站也不参加计算, 只有 、 级机站参与网络解 算。应用哈德 - 柯罗斯渐进计算模型, 分别对目前 的情况 容易时期 和开采到 - 600 m深的困难时期 进行了模拟解算。计算的结果见表 1和表 2 。 56 总第 351期 金 属 矿 山 2005年第 9期 图 2 新通风系统示意 表 1 容易时期风机配备计算结果 机站号安装地点风机型号叶片角 /台数 /台容量 /k W计算实耗 /k W备 注 ∃机站各采场回风联巷中K40- 6- N o 82682. 2 机站 机站 - 330m南端风联巷中K40- 6- No1026 201159. 47 - 330m北端风联巷中K40- 6- No1225 201154. 53 - 375m南端风联巷中K45- 4- N o 936 3611512 . 11 - 375m北端风联巷中K40- 6- No1227 201156. 48 - 420m南端风联巷中K45- 4- N o 939 3911513 . 87 - 420m北端风联巷中K40- 6- No1232 301158. 26 - 465m南端风联巷中K45- 4- N o 940 40118. 515 . 06 - 510m南端风联巷中K45- 4- N01038 3813021 . 67 南风井 - 75 m处DK40- 6- No2132 321200182 . 85单段运行 北风井地表处DK45- 6- No1840 401160140 . 97单段运行 合 计18516. 1432 . 6∃机站按 2 . 2计 表 2 困难时期风机配备计算结果 机站号安装地点风机型号叶片角 /台数 /台容量 /k W计算实耗 /k W备 注 ∃机站各采场回风联巷中K40- 6- N o 82682. 2 机站 机站 - 330m南端风联巷中K40- 6- No1026 201159. 47 - 330m北端风联巷中K40- 6- No1225 201154. 53 - 375m南端风联巷中K45- 4- N o 936 3611512 . 11 - 375m北端风联巷中K40- 6- No1227 201156. 48 - 420m南端风联巷中K45- 4- N o 939 3911513 . 87 - 420m北端风联巷中K40- 6- No1232 301158. 26 - 465m南端风联巷中K45- 4- N o 940 40118. 515 . 06 - 510m南端风联巷中K45- 4- N01038 3813021 . 67 南风井 - 75 m处DK40- 6- No2130/2512 ∀ 200214 . 31双段运行 北风井地表处DK45- 6- No1842/3512 ∀ 132203 . 22双段运行 合 计18820. 1526 . 58∃机站按 2 . 2计 注 括号中的叶片角为系统调试后的实际叶片角。 57 陈喜山等 回风侧多级机站通风系统的应用研究 2005年第 9期 3 回风侧多级机站通风系统的运行效果 回风侧多级机站通风系统形成后, 对其进行了 必要的调试和测定。测定结果表明, 全系统的有效 风量率有较大的提高, 达到了 70 以上, 大部分新 风到达了深部; 在采场 ∃级机站的作用下, 最困难的 采矿作业面温度降低到了 27 以下; 斜坡道内柴油 无轨设备产生的尾气得到了有效的稀释和扩散, 再 无乌烟瘴气的浑浊现象, 改善了下风侧采场、 掘进等 作业地点的用风质量; 、 级机站的风机运行效率 均达到了 65 以上。 从上述的测定结果可知, 结合三山岛金矿的实 际情况建立起的回风侧多级机站通风系统, 彻底解 决了长期困扰矿山深部生产作业的通风困难, 获得 了良好的通风效果。 参考文献 1 吴 超, 李孜军, 黄沛生, 等 极复杂矿井通风网络分析实践与经 验 金属矿山, 2003 10 50 53 2 陈喜山, 王剑波, 梁晓春, 等 热湿矿井通风降温系统的应用研究 金属矿山, 2003 11 43 45 3 王海宁, 吴 超 矿井通风网络优化软件及其应用 金属矿山, 2004 7 62 64收稿日期 2005 0622 上接第 40页 趋势。此结果表明, 在硅酸盐细菌对高岭石矿物的 作用过程中, 具层状结构的伊利石、 高岭石更容易被 细菌作用而破坏其晶格结构, 使其中的硅、 铝和钾释 放出来。这说明硅酸盐细菌分解硅酸盐矿物的能力 与其晶格结构密切相关。 图 1 发酵培养液中细胞数的对数与培养时间的关系 表 7 高岭石被 JXF细菌作用不同时间后 其主要矿物的相对含量 培养时间 /d高岭石伊利石石英钾长石方解石 084 . 165. 565. 174. 011. 10 383 . 114. 255. 694. 250. 98 782 . 564. 216. 214. 550. 57 1480 . 253. 696. 894. 910. 25 3078 . 893. 207. 235. 001. 33 6076 . 773. 127. 755. 982. 66 9076 . 562. 578. 256. 252. 78 3 结 论 1 通过对 JXF菌株的表型特征及生理、 生化 研究, 表明该细菌为一株胶质芽孢杆菌, 在发酵培养 基中能合成各种有机酸、 多糖、 氨基酸等有机物。菌 株生长条件试验表明, 该细菌最佳生长条件为 p H 7 . 5 、 温度 35 , 是兼性好氧细菌。 2 从细菌摇瓶浸矿试验可以发现, 硅酸盐细 菌具有较强的活化、 吸持硅酸盐矿物中硅、 铝的能 力, 以高岭石为底物, 培养 2 6 d , 接灭活菌上清液 中硅的含量均高于接菌组中硅的含量, 细菌吸持的 硅含量占解硅量的 90 左右, 细菌数越多, 细胞吸 持的硅也多。 3 硅酸矿物晶格结构不同, 细菌分解各硅酸 盐矿物的能力有较明显的差异, 层状结构的硅酸盐 矿物如高岭石, 伊利石等较易被细菌作用而释放出 其中的硅、 铝、 钾等元素。 参考文献 1 亚历山大罗夫著. 叶维青译 硅酸盐细菌. 北京 科学出版社, 1955 2 廖延雄, 傅筱冲, 等. 一株硅酸盐细菌的表型特征.2000, 18 3 149 153 3 连宾著. 硅酸盐细菌解钾作用机理研究. 贵阳 贵州科学出版 社, 1998 4 施巧琴, 吴松刚著. 工业微生物育种学. 北京 科学出版社, 2003 5 Grondeva V I . 铝土矿的微生物选矿. 国外金属矿山, 1989 11 9 12 6 中国科学院南京土壤研究所微生物室. 土壤微生物研究法. 北京 科学出版社, 1985 7 盛下放, 黄为一, 殷永娴. 硅酸盐菌剂的应用效果及其解钾作用的 初步研究. 南京农业大学学报, 2000, 23 1 4346 8 StoyanG roudev and Fratio G enchev. Bioleaching ofBauxites ByW ild and laboratory- bred m icrobia.l Department of m ineral processing , H igher Institute ofm ining and G eology, Sofia 1 156, Bulgaria 9 Andreev P, Polkin I , Shav lo R, K arava iko G andM orozovaP. Zvetna jametallurgija USSR, 1975 3 8 11 收稿日期 2005 0715 58 总第 351期 金 属 矿 山 2005年第 9期