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第 16卷第 4期 2007 年 4 月 中 国 矿 业 CHINAMINING MAGAZINE Vol. 16, No. 4 April 2007 矿井多级机站可控式通风系统的研究与实践 陈宜华 孙豁然 东北大学 沈阳 110004 摘 要 本文对矿井多级机站可控式通风系统研究工作作总结, 并列举了工业应用情况, 说明多级 机站可控式通风技术是一种节能、易于风量调节等特点的新技术。 关键词 多级机站可控式通风系统 机站局阻 有效风量率 风机效率 中图分类号 T D724 文献标识码 A 文章编号 1004- 4051 2007 04- 0058- 03 STUDYING AND PRACTICING IN CONTROLLABLE MULTI STAGE FAN STATION VENTILATION SYSTEM OF MINESHAFT Chen Yihua Sun Huoran Northeastern University Shenyang 110004 Abstract The paper summaries the research of the controllable multi stage fan station ventilation sys tem of mine shaft and enumerates its instances of application. The practices show that the technique of the controllable multi- stage fan station ventilation system is new technology with its characteristic of energy saving and easy airflow adjustment and so on. Keywords Controllable multi stage fan station ventilation system Resistance of localfan station Ra dio of effective airflow Efficiency of Fan 收稿日期 2006- 11- 21 作者简介 陈宜华 1964- 教授级高工 博士研究生 东北大 学资源与土木工程学院 1 前 言 我国冶金矿山通风系统,过去普遍采用的是安 装在地表的大主扇抽风的通风系统, 这种通风系统 通过多年的生产实践,存在如下问题 漏风量 大,有效风量率低。 主扇工况效率低。∀ 可控性 差,风量不易调节。 为了改变冶金矿山主扇通风系统的落后面貌和 大幅度节约能耗,针对主扇通风系统存在的问题, 并借鉴瑞典基鲁纳铁矿的通风经验, 马鞍山矿山研 究院首先在梅山铁矿北采区进行试验研究,东北大 学、昆明工学院等单位也进行研究工作, 目前该技 术已在全国推广使用, 并结合矿山具体情况, 设计 实施具有中国特色的多级机站可控式通风系统,取 得了较好的技术经济效果。 2 多级机站可控式通风系统 所谓多级机站可控式通风系统, 即是由几级风 机站接力地将地表新风直接压送到井下作业区,而 污风同样由几级风机站接力压送到地表, 对于井下 需风点的风量调节,多采用风机进行控制,尽量避 免采用风窗调节,以提高系统可靠性。 入、排风 均开掘专用通风井巷,地面新风直接送到作业区。 采用压抽混合式,使通过采空区的漏风降到最 少。 ∀ 多级机站串联工作,可降低各级机站的风 压,减少风机装置的漏风,还可使全矿的风压分布 更为均匀, 有利于保证采场稳定地处于零压区, 亦 可根据矿山的具体情况, 对井下作业区设计为正压 或负压。 各级机站可由几台风机并联组成,有利 于根据作业点的需风量的变化,进行控制 关停部 分风机 , 为方便系统管理,可采用工控机在地表 对各级机站风机进行远程监控。 由于多级机站可控式通风系统具有上述特点, 必能提高系统有效风量率和风机效率, 取得明显节 能效果。 3 多级机站通风系统的设计 与主扇通风系统设计不同,除了井下需风量和 井巷阻力计算外,还要考虑井下机站设置的级数和 个数。在选择各级机站风机时,要计算机站局阻和 合理分配几级机站间的风压等,所以系统设计计算 要复杂的多。 3 1 机站级数的确定 多级机站通风系统的机站级数的确定, 是设计 第 4 期陈宜华等 矿井多级机站可控式通风系统的研究与实践 中首先要解决的, 不仅取决于控制分风的需要,还 取决于井巷阻力和风机风压的匹配情况, 从入风井 到回风井的每条风路的机站级数可以不等,即每条 风路的风压可以不等,是由机站风压来加以平衡 的,而不像主扇系统采用人工加阻的方法来平衡各 风路风压, 从而达到大幅度节省能耗。确定每条风 路机站级数的一般原则 每条需风巷一般至少应 设置一个机站; 当需风巷中间存在其他井巷时 如溜井、电梯井、设备井及斜坡道等 , 则应在需 风巷两头各设一级机站;∀ 在需风巷的入风段和回 风段是否设机站, 设几级机站, 主要由各风路的井 巷阻力和所选机站风机的风压确定, 即每条风路的 几级机站风压之和,必须大于或等于该风路的井巷 总阻力。 3 2 风量计算 风量计算不像主扇通风只计算矿井总风量,应 对每个需风点和每个机站巷的风量进行计算, 矿井 漏风系统可取 12 14,较主扇系统小, 对新设 计系统或回采分段网路,简单的可取小值,对老系 统改造造成网络复杂的取大值。 3 3 风路阻力 风路阻力计算首先对全系统进行风量初分配, 再按每条需风井巷最困难路线计算其井巷阻力,在 计算时,不仅考虑摩檫阻力,还要考虑局部阻力。 井下多机并联的风机站,其局部阻力主要包 括风机入口的突缩损失, 出口突扩损失 当风机 出口安装扩散器时应考虑扩散器的局阻 及并联风 机出口的几股风流间相互干扰碰撞的附加能量损失 等。 几台性能相同风机并联运转时的机站局部阻力 对应于机站出口巷风流混合面处的平均流速 ,可 按下式计算 fc kcc1 c2 1 式中 c1- 风机入口突缩局阻系数; c2- 风机出口突扩局阻系数; kc- 考虑井下巷道内风机出口旋绕动能的回 收和并联风机出口的几股风流间的相互碰撞的附加 能量损失等因素的综合校正系数。 关于风机入口突缩和出口突扩的局部阻力系数 可参考一般管道或巷道的突缩和突扩局阻计算公 式,但考虑机站漏风系统和巷道壁粗糙度影响。 综合较正系数 kc是和风机特性、工况和风机 并联数等有关,目前尚无找到它们间的函数关系, 只有实验确定,根据我们实验和实践取值见表 1。 表 1 综合较正系数 kc选取表 机站风机并联台数1234 综合较正系数 kc1 01 21 82 6 由 1 式可计算机站局部风阻和局部阻力为 Rfc fc 2gs22 2 hfc fc 2s22 Q2s3 式中 Rfc- 机站局部风阻, kN; hfc- 机站局部阻力, Pa; s2- 机站出口巷道断面积。m2; Qs- 机站巷风量,m3/ s。 井下机站的风机全压在克服机站局阻后所剩余 的风压才是用来克服井巷阻力的有效风压, 即机站 风压 hs hf- hfc4 式中 hs- 机站风压,Pa; hf- 机站风机工况全压,Pa。 由于机站存在着漏风和局阻损失, 因此多级机 站通风系统的技术指标, 除有效风量不仅要求风机 的工况效率,还要考虑机站效率。机站效率计算 s Qshs Qfhf 1005 式中 Qf- 机站巷风机总风量, m 3 / s; Qf KsQS6 Ks- 机站漏风系数, 可取 1 10 1 15。 3 4 各机站风机选取 1 风机风量的确定 根据全系统各需风点的需风量,可求得各机站 巷的风量, 乘以机站漏风系数 Kc可得各机站风机 总风量,机站每台风机的风量则和风机并联数有 关。对回采分段回风巷上设置的机站的风机台数, 既要考虑风量调节的需要,又要便于安装和拆卸, 一般 1 2 台为宜;对于入、回风段的机站,主要 根据风量和风压匹配来选,但也要考虑风量调节的 需要, 可选 1 4 台。对于需风量不变的次要巷道 如炸药库 机站, 可选 1 台风机。 随着并联数的增加, 出口几股风流相互撞击的 附加能量损失将急剧加大,所以一个机站的风机并 联数不多于 4 台。有时总进风或总回风机站风机必 须多于 4 台并联时, 则可开掘一条并联巷道,建立 两个并联机站, 以减少机站局阻。 2 风机风压 公式 4 中右边两项,必须在选取风机后才 59 中 国 矿 业第 16卷 能求得,因此,只有先根据要求的风机风量初选风 机后, 方可求得该机站克服井巷阻力的有效风压 hs。对于矿井的每条需风风路的机站风压, 必须满 足下列条件 几级串联机站风压之和,应大于该风 路的井巷总阻力。对于通过回采分段的风路, 则还 应考虑满足回采分段处于零压区或低于运输水平风 压条件。如满足不了上述条件, 则重选风机。 4 矿井多级机站可控式通风系统的实践 4 1 梅山铁矿多级机站通风应用 梅山铁矿为国内大型地下矿山 400 万 t/ a , 采用无底柱分段崩落法,最早采用两台装机容量 1600kW 和 1000kW 的大主扇通风系统。自从多级 机站通风实验成功后, 梅山矿根据自身矿体赋存条 件,设计采用南北进风和东西回风的四级机站通风 系统, 建成第一级进风、第四级回风、二、三级分 风的通风系统 架构。系统由 30 台 K406 No19 110kW 和 20 台 K40 6No11 75kW 风机组 成。新系统根除了大主扇通风的诸多弊端,保证了 工作联络巷内有足够稳定的风量,系统有效风量率 达 70 86,风机平均效率 6912 ,而且具有明 显的节能效果,系统节电率 4305 ,当年节电 527kWh, 吨矿通风电耗 2 15kWh/ t。 4 2 冬瓜山深井多级机站通风系统 冬瓜山铜矿属于深井 开采深度接近 1000m 、 高硫 矿石平均含硫 17 ,最高达 19 、高温 矿体主要开拓中段原岩温度高达 39 8∃ , 井巷空 气温度 31 ∃ 的特大型矿山 设计产量 1 万t/ d , 设计采用阶段空场嗣后充填的采矿方法,通风系统 采用三级机站通风系统。本系统除担负工作面通风 排除排烟和深井降温两个功能。系统设置进风机站 配置 10 台 K40 6No16、17、18 风机,回风配置 12 台 K406No19 风机,二级 K40 6No12 辅扇分 风,总风量 600m3/ s。多级机站通风系统在冬瓜山 铜矿应用以来, 通风降温和风量的实时调控,使得 井下温度由 38∃ 降低到 28 ∃ ,大大改善了井下作 业环境和作业条件。年节省通风运行与管理成本 300 万元以上,经济效益显著。多级机站通风系统 有效风量率70 , 主要风机平均效率70 。 5 结 论 通过对矿井多级机站可控式通风系统理论分析 和应用实践表明,该技术是适合我国矿井通风技 术。从应用情况表明,较之大主扇通风具有减少漏 风、有效风量率高、风流控制性好,而且还有节省 通风能耗的特点,因此各矿山应根据自身实际情 况,建立适应于本企业的多级机站通风模式,为矿 井生产服务。 上接第 57 页 4 轨道及铺设要符合质量标准; 5 销孔变大后应停止使用; 6 开车前认真检查矿车、三链环与插销等 联接装置是否正常。 5 结 语 根据事故案例统计分析及事故树分析,斜井跑 车事故虽然极易发生, 但可以得到有效控制。矿山 企业可依据本文, 选择符合本矿山实际的控制斜井 跑车事故各模块基本事件的途径。以此制定出一系 列切实可行的岗位责任制、安全管理制度和安全操 作规程。同时,矿山必须强化安全生产教育和培 训,坚决杜绝 三违∋ 现象, 提高从业人员的安全 意识和自我防范能力,以提高斜井提升的可靠性。 参考文献 1 张景林, 崔国璋, 等. 安全系统工程 [ M ] . 北京煤炭工 业出版社, 2002. 2 李国轩. 矿山安全性评价与安全事故的预防及处理实务全书 [ M] . 北京 中国商业出版社, 2001. 3 吴国珉, 徐金林, 等. 绞车操作工 [ M ] . 北京 冶金工业 出版社, 2004. 4 王 青, 史维祥.采矿学 [ M ] . 北京 冶金工业出版社, 2001. 60
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