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SeriesNo . 379 January2008 金 属 矿 山 METALM I NE 总 第 379期 2008年第 1期 任甲泽 1983, 男, 中钢集团马鞍山矿山研究院, 硕士研究生, 243004安徽省马鞍山市湖北路 9号。 矿井通风优化及多级机站技术的推广 任甲泽 中钢集团马鞍山矿山研究院 摘 要 为对我国矿井通风进行优化改造、 节约能源、 安全生产, 分析了我国金属矿山通风系统存在的问题及 其原因, 简单介绍了多级机站通风技术的可靠性和节能原理, 指出推广应用多级机站技术的必要性、 前景、 有利因 素和不利因素对金属矿山通风技术和设备改造有重要的参考价值。 关键词 矿井通风优化 多级机站 高效节能 我国地下矿山具备了比较完整的矿井通风技术 与节能技术。但是, 目前许多矿山井下通风仍存在 着一些问题, 威胁着矿山井下的安全生产。因此, 进 行通风系统的优化设计与改造, 加强通风安全与节 能管理工作显得十分重要。多级机站通风作为节能 高效的先进通风技术, 在我国还有着广阔的应用空 间。 1 矿井通风系统优化 1 . 1 存在的问题及原因 1风量不足。在我国金属矿山中, 一半以上 存在着总风量、 采掘面供风量不足, 或风流串联使用 次数过多的情况, 造成某些地点矿尘浓度超标, 严重 影响着安全生产和井下工人的身体健康。究其原 因, 主要有以下两方面 一是通风设计问题, 设计单 位只是按理想情况设计, 没有考虑一些漏风或循环 风等, 选取的风机达不到要求的风量, 如我国某大型 铜矿设计时没有考虑斜坡道的漏风, 直接造成风机 安装后总风量不足; 二是矿山管理人员认为通风只 是排除炮烟, 忽视了矿尘对工人的危害, 结果既使安 装了足够的风机, 也只在放炮后开启, 平时井下总风 量和采掘工作面风量不足。 2通风阻力大且分布不合理。矿山从经济方 面考虑, 基建时选择的井巷断面较小, 甚至有的只重 视采矿生产, 不注重通风建设, 根本不设置专用回风 井, 造成通风阻力大, 通风困难, 且通风能耗增加。 另外, 还存在着井下阻力分布不合理, 进风段或回 风段阻力过大, 造成漏风严重或某些地段通风不畅。 3风机运行效率不高。我国金属矿山风机运 转效率仅约 40, 比设计的风机效率降低一半以 上。造成这种现象原因是风机选型不合理、 风机的 能力与当前生产要求不适应、 风机的安装质量差、 维 修不及时等。我国矿井通风系统设计多数采用统一 的主扇通风系统, 漏风系数取得大以及按最困难时 期的最大风压选择风机, 使选取的风机风压过高, 通 风系统建成后, 由于金属矿井开采技术上的特点, 致 使主扇的工况点风压比设计的风压低得多。随着矿 山开采的逐年延深, 通风系统还是使用最初的设计, 风机角度没有调整, 使风机不能达到合理工况点, 致 使风机运行效率不高。 4 矿井漏风严重, 有效风量率低。由于上部采 空区或风门、 风墙的管理不善, 造成外部漏风或内部 漏风较大, 有效风量率降低。抽出式通风的矿井, 通 过地表塌陷区和采空区, 直接漏入回风道的短路风 流, 有时可达主扇风量的 40 50 。压入式通风的 矿井, 通过井底车场的短路漏风也很高。 1 . 2 矿井通风系统优化 建立完善的矿井通风系统是反映矿井质量与水 平的关键因素之一。生产矿井由于生产布局的变化、 自然条件的影响及生产能力的提高, 必须进行矿井通 风系统的优化改造。一个合理的矿井通风设计, 应包 括 进、 回风井个数及布置方式的确定; 通风方式 包括风机安装地点 的选择; ∀ 中段通风网络的选 定; 风量调节装置及位置的确定; ∃ 网络计算给出 分风结果; 优化条件方案。 马鞍山矿山研究院对我国的数百个非煤矿山进 在梅山铁矿采用 多级机站通风, 系统有效风量率达 70 . 8 , 风机平 均效率 69 . 2 , 而且具有明显的节能效果, 系统节 电率达到 43 . 05 ; 在铜陵冬瓜山铜矿采用多级机 站通风, 使井下温度由 38∋ 降到 28∋ , 有效风量率 达到 70 , 主要通风机效率 70 以上, 年节约电费 和管理费 300多万元; 在对马钢集团桃冲矿、 武钢大 冶铁矿、 程潮铁矿、 南京银茂铅锌矿、 山东河东金矿 等矿山的通风系统改造中均取得了有效风量率及风 机平均效率 65 以上的满意效果。 在矿井通风系统优化改造中, 应主要研究以下 几方面 不同类型矿山的自然条件和生产技术条 件对构成通风系统诸要素的影响, 根据不同特点确 定合理的通风系统类型, 并制定出各类典型的通风 系统方案; 适合金属矿山风量、 风压特性的高效率 主扇、 辅扇和局扇, 研究各类扇风机在通风网络中的 合理使用; ∀ 主要进回风井巷的合理通风断面, 各类 井巷、 通风装置及通风构筑物的阻力特性, 以及降低 通风阻力的措施; 健全中段和采区通风网络; ∃减 少漏风, 提高有效风量率的措施。 2 多级机站的节能原理 1内、 外部漏风少。多级机站通风在进风段、 需风段、 回风段均设置机站, 有专门的进回风路。首 先由几级进风机站将新鲜空气经专用进风井巷直接 送到需风的回采分层底板联络巷内, 而作业进路工 作面由局部通风排出的污风同样经几级回风机站, 通过专用回风井排出地表。由于采区进回风天井间 隔布置, 每个矿块的底部联络巷均有独立风流, 矿块 之间风流不串联。由于不经过运输水平和其他井 巷, 不存在漏风; 且由于能在分层底板联络巷内形成 零压区 , 则通过采场上部崩漏区的外部漏风也基 本不存在。 2扇风机的运转时间短。在同一时间内, 多 级机站通风系统运行的风机功率总数和运行时间要 少于大主扇通风系统扇风机。因为多级机站通风系 统的机站由多个并联的相同风机组成, 可以根据作 业区需风量的变化而开闭风机, 调节风量, 并可按 需分配风量、 开闭风机。而大主扇通风系统, 只要 坑内有人员作业, 扇风机就运转。梅山铁矿采用多 级机站通风后, 既满足了井下生产的通风要求, 又节 省了电能, 吨矿通风电耗也由大主扇通风系统的 7 . 56 k Wh下降到一期延深通风系统的 2 . 75 k Wh及 二期通风系统的 2 . 37 k Wh。 3扇风机的运转效率高。由于采用多级风机 共同承担矿井阻力, 每级机站分担的阻力较小, 多级 机站通风采用了近年来研制成功的中低压、 大流量 的节能型风机, 扇风机的运转效率显著提高, 由大主 扇的 40 提高到 60 以上, 甚至有的高达 85 以 上。 3 多级机站的应用及推广 3 . 1 多级机站的应用现状 多级机站通风技术在我国已经经历了 30余年 的发展, 理论上相对成熟, 在全国获得逐步推广。我 国自 1983年开始对该通风技术进行试验研究以来, 先后有几十个大中型非煤矿井采用此技术, 改造原 有的通风系统, 都取得了明显的社会效益和经济效 益。如上海梅山铁矿、 铜陵冬瓜山铜矿、 武钢程潮铁 矿、 山东河东金矿、 李官集铁矿等, 取得了显著的技 术成果和节电效益, 是我国金属矿井通风技术向国 际先进水平迈出的一大步。 3 . 2 多级机站应用过程中的问题 1多级机站局阻。以往在通风系统设计时,对风 机站通风装置的阻力 即机站局部阻力 重视不够, 也 没有作更多的研究。对大主扇通风系统, 由于风机全 压较高、 选型时留的余地较大, 机站局部阻力所引起的 通风问题还不太严重, 但对多级机站通风系统而言,如 果还按以前方法设计, 而不考虑机站局部阻力的影响, 系统风压将会出现很大的缺口, 导致通风系统设计失 败。根据有关文献的资料, 多级机站的机站局部阻力 要占低压风机全压的 30 70 。 形成压力损失的原因有 巷道的突然扩大、 缩 小; 风机进口的缩小和出口的扩大; ∀ 多风机并联 作业时的进口分流、 出口汇流; 出口气流混合面位 置及大小; ∃机站漏风、 井巷支护粗糙度等。 2多级机站管理。多级机站风机多而分散, 安 装和维修量大, 管理较困难。如果单纯依靠人工去管 理风机, 则劳动强度很大, 光是每天开关风机就是一 项十分繁重的工作, 而且不能保证风机的随需开启, 必须利用计算机控制风机开启, 减轻工作的劳动强 度, 提高通风系统可靠性。目前马鞍山矿山研究院研 制的多级机站控制技术经过在梅山铁矿、 铜陵冬瓜山 铜矿等矿的多年运行, 已经成功解决了风机开闭问 矿山对通风重视不够, 通风、 环保方面的技 术力量大多不足; 部分设计粗糙, 实施前没有严格审 核, 因此实施后效果不好, 有的矿山甚至出现反复 等, 这些因素也会影响推广工作。 4 结 论 金属矿井通风经过几十年的建设与调整, 取得 了很大进展, 但是依然存在通风设计不完善、 通风技 术管理水平不高、 通风能耗高等问题, 因此, 对我国 金属矿山进行通风系统的优化和改造依然任重道 远。在全国矿山推广节能过程中, 多级机站可控式 通风系统具有显著的优越性。 参 考 文 献 [ 1] 王英敏. 矿井通风与安全 [M ]. 北京 冶金工业出版社. 1992 [ 2] 程厉生. 矿井多级机站可控式通风系统 [ J]. 矿业快报. 2005 8 8394 [ 3] 王海宁. 矿井风流流动与控制 [M ]. 北京 冶金工业出版社. 2007 [ 4] 潘军义, 董振民. 多级机站通风局部阻力的研究 [ J]. 金属矿 山. 2001 9 4951 [ 5] 贾安民, 陈宜华. 多级机站通风计算机远程集中监控系统 [ J]. 矿业快报. 2005 8 114119 [ 6] 孙 英. 近十年我国金属矿山通风系统的技术改造 [ J]. 金属 矿山. 1994 5 2529 [ 7] 吴冷峻, 等. 冬瓜山井下多级机站通风系统的建立与完善 [ J]. 矿业快报. 2006 4 4345 [ 8] 谢贤平, 赵梓成. 矿井通风系统的优化及其模糊性 [ J]. 金属 矿山. 1993 3 1012 [ 9] 陈喜山, 等. 回风侧多级机站通风系统的应用研究 [ J]. 金属 矿山. 2005 9 5458 [ 10] 董振民. 论多级机站通风技术的若干问题 [ J]. 矿业快报. 2001 6 14 [ 11] 张福群, 等. 可控循环通风技术的研究与应用 [ J]. 金属矿 山. 2006 11 811 收稿日期 2007 1111 上接第 49页 表 3 预选方案支护参数 方 案 喷层厚度 /mm 砂浆锚杆管缝锚杆底角锚杆钢 筋 网 长 度 /m 间排距 /m 长 度 /m 间排距 /m 长 度 /m 间 距 /m 直 径 /mm 网 度 /mm 网 片 /m 方案一12030 . 9 ∗ 0. 91 . 52∗ 16150∗ 1502∗ 2 方案二1002 . 50 . 9 ∗ 0. 931 方案三1002 . 50 . 9 ∗ 0. 930. 8 方案四1002 . 50 . 7 ∗ 0. 730. 8 钢筋网参数同上; 采用 40 cm锚钉或 短锚杆代替管缝锚杆挂网。 2在流变性软岩巷道的原支护中, 由于没有 对底板进行任何支护, 致使巷道受力不均, 巷道两帮 的软弱围岩向巷道底板挤压流动, 采用底角锚杆对 巷道底板进行加固, 实践证明可以有效地控制底鼓。 3调整施工顺序, 开巷后初喷 30 mm 混凝土, 阻止页岩的分化剥落, 也是防止软岩流变的一种有 效措施。 参 考 文 献 [ 1] 康红普, 陆士良. 巷道底臌机理的分析 [ J]. 岩石力学与工程 学报, 1991, 10 4 362373 [ 2] 姜耀东, 陆士良. 巷道底臌的机理研究 [ J]. 煤炭学报, 1994 , 19 4 343351 . 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