论多级机战通风技术的若干问题.pdf

SerialNo. 366 June. 2001 矿 业 快 报 EXPRESS I N A T I ON OF M I N I N G I NDU STRY 总第366期 2001年6月第12期 董振民,上海梅山矿业公司技术中心,教授级高级工程师, 210041江苏省南京市西善桥。 综合述评 论多级机站通风技术的若干问题 董振民 梅山矿业公司 摘 要 对多级机站通风的节能、 风机、 系统种类、 推广应用等方面进行了分析,并介 绍了该技术在梅山铁矿的应用情况。 关键词 多级机站 通风技术 节能 风机 推广 多级机站通风技术采用多风机、 多机站、 多 级串并联,用风机直接控制风流,整个通风系统 灵活、 稳定、 高效、 低耗。 对改善井下环境有很大 意义,具有很强的实用性和广泛的推广前景,是 地下矿山一项重大科技进步。 1 多级机站通风技术发展史 上世纪80年代初,中国的矿井通风专家和 工程师们借鉴了瑞典基鲁纳矿的经验,并结合 我国地下矿山的特点,创造性的提出了多级机 站通风技术。随后梅山铁矿和马鞍山矿山研究 院组成了科研试验组,在梅山的北采区进行我 国多级机站通风第一次工业试验研究。1985年 通过冶金部鉴定,后来的研究表明,梅山的北采 多级机站小系统虽有不足之处,但是已显示了 多级机站通风技术的一系列优越性,展示了其 广阔的发展前景。 1985年之后的3～ 5a 内,在我国的地下矿 山掀起了第一次多级机站通风技术的推广高 潮,不但在理论上有较高的发展,如马鞍山矿山 研究院、 东北工学院、 武汉安全技术研究所、 昆 明工学院等院校都做了不少工作,而且在实践 应用中也有大的进展,在冶金、 有色、 黄金、 化工 等系统,有数十个矿山采用或部分采用了多级 机站通风技术,同时与之配套的节能风机的出 现,进一步促进了多级机站通风技术的发展。 但是当时多级机站通风技术在理论上尚不 完善,在实际应用中不少具体问题尚不能很好 地解决,另外还存在管理不到位,规章制度不健 全等问题,第一次推广高潮过去了。 20世纪80年代末,冶金工业部有关部门 意识到上述问题,提出要对多级机站通风技术 进行攻关,并要求梅山铁矿率先在全矿建成系 统并且应用。认为只有在梅山这样系统复杂的 大矿推广应用才有说服力,多级机站通风新技 术才能站住脚跟,才能推广。 90年代初,多级机站有关理论研究已相当 深入,对一些关键技术还进行了专题研究,设计 单位已开始把它列入设计内容。研究院和高校 都纷纷介入这项新技术。 “梅山铁矿多级机站通风系统建立与完善” 项目在1990年开题立项,由梅山铁矿负责,鞍 山冶金设计院、 山东淄博风机厂参与,项目在 1994年完成,又进行了 2a 的调整、 运行,在 1996年通过冶金工业部鉴定,项目达到了国际 先进水平,并被评为冶金部科技进步二等奖、 上 海市优秀节能技改一等奖。 梅山铁矿多级机站通风技术的成功应用为 我国地下非煤矿山的通风技术树立了一个成 功的典型。随之而来的是多级机站通风技术的 第二次推广高潮。 2 多级机站类型 1 从广义说,由多台风机、 多个机站、 多级串 并联的通风系统均为多级机站系统,但从其特 点而言 主要可分为以下两种。 2. 1系统具有独立的进、 回风井巷 系统的进回风井巷独立。这种系统有专用 进风井、 专用进风道和专用进风水平,采区有专 用进风井,也就是说进风独立。回风也是如此, 采区有专用回风井,系统有专用回风水平、 专用 回风道和专用回风井。 这种系统可以在专用进、 回风道上建立进、 回风的主机站,整个系统的风压较易分配,风质 好,压力梯度比较均匀,系统容易管理,通风效 果较为理想。 但是进回风独立的要求较高,需要 较大的投入。 如梅山铁矿是这种类型的典型,有 三口专用的进风井,二口专用的回风井,采区进 回风井布局规范整齐,这是很不容易做到的,梅 山的通风工作做得较好与这有很大的关系。 2. 2系统不具有独立进风井巷 抽出式通风系统的回风总是独立的,否则 污风无法排出,然而多数矿都没有独立的进风 系统,不但早期设计的中小矿山绝大部分如此, 就是近期设计的大型矿山,有些也无这样的条 件,在这种情况下,进风借助于运输水平,此时 最大的困难是主进风机站不易设置,若主机站 建在主运输道上,运输无法进行,设在专用的 绕道上,风门又满足不了要求,无法形成主进 风机站,所以 级机站只能分设在网路的分枝 上,不可能控制住主风量,而且为了防止循环风 流, 级机站只能选取较低的压头。 在上述情况下,主回风机站必须选用较高 的风压,承担系统绝大部分压头,整个系统实际 上形成主辅扇联合运转的模式,除主回风机站 外的其他几级风机站主要起分风与风流导向作 用,对均化系统压力梯度的作用有限,调节风量 的能力受到限制,其节能效果也要差些。 3 多级机站与节能 多级机站通风的节能问题涉及面较广,不 但早为大家所认识,并且也已为实践所证实。 主扇通风系统为了保证需风点风量,采用 加阻调节,从总体上加大了整个系统的风阻,而 多级机站通风则是利用其灵活性,在系统上采 用减阻调节,从总体上减少了整个系统的风阻, 从设计的主导思想上已比主扇通风高出一筹。 3. 1控制总风量 多级机站通风采用适当地设置机站,均化 了压力梯度,有效地控制了漏风,提高了有效风 量率,从而减少了矿井总风量。 通风能耗与风量成三次方关系,如果系统 的总风量减少10 ,则能耗降低27. 10 ,总风 量减少20 ,则能耗降低48. 80。 多级机站通 风实践已证明,在保证通风效果的基础上,系统 总风量比主扇系统减少10～20不困难,仅 此一项节能效果即可达30～50 ,多级机站 通风是节能的主要途径。 3. 2节能风机 工艺和设备是相辅相成的,多级机站通风 技术出现后,相应的节能风机亦应运而生。 多级机站抛开了高压低效的煤炭系统风 机,采用了低压高效的节能风机,风机运行效率 可达70以上,节能效果明显。 此外,节能风机的电机安装在风机内,并与 叶轮直联,而不采用传统的长轴传动的联接方 式,从而简化了地表风道如梅山省去风道 , 减 少了系统的阻力。 3. 3系统的灵活性 在实际应用中,多级机站具有很大的灵活 性,虽然矿山在正常生产时,需风点在相当时间 内是相对稳定的,但是也有不少情况并非如此, 如年底、 月底停产检修时全矿只需很少的风量。 另外,白班生产是满负荷,但小夜班作业地点就 少些,而大夜班很多矿山基本上没有作业,大多 数矿山也只安排如运输、 提升等少量的作业,对 此主扇通风是没有太好的调节办法,而多级机 站通风只需通过停开有关的风机即能轻易的办 到。此举所产生的节能效果决不能小看。在表 面上看,多级机站的系统装机容量不一定比主 扇系统少,有的甚至更大,但事实上通过对系统 的调控,实耗功率肯定比大主扇系统少。 一些经 2 总第366期 矿业快报 2001年6月第12期 验不足的技术人员,往往太看重装机容量,这是 对多级机站系统的灵活性认识不足。 4 多级机站与风机 多级机站通风是项新技术,要求有相应的 新风机与之配套,而且根据不同的需要对风机 提出了不同的要求,工艺领导设备,设备为工艺 服务,相辅相成。 4. 1低压大流量风机 多级机站通风一个主要特点就是把全矿风 压分解成几级,并在每一级设立相应的机站,均 化压力梯度,以便于风量的调控包括控制漏 风。这就要求风机具有低压大流量的特点,而 我国冶金矿山在此之前大都采用煤炭系统中高 压风机如70B2、ZYB等系列,风机与通风网 络特性匹配不好,平均效率仅达30左右,电 能浪费严重,面对这种情况,开发我国冶金矿山 的低压大流量风机成为当务之急。 1980年以后,开发出不少低压大流量风 机,经时间和实践的考验,改进了大部分没有生 命力的产品。现有的产品中,以节能推广站设 计,淄博风机厂制造的K系列风机影响最大, 目前在全国金属矿山的覆盖面达70以上,到 2000年为止,共投入运行的约有2万台,运行 在冶金、 有色、 黄金、 化工、 建材等600多矿山 中,年节电约2亿kW h。 4. 2抗冲击波型风机 在多级机站通风系统中,除主进、 回风机站 外,其他的机站主要起分风与导向作用,这些机 站设置的位置大多数在采场内部,要反复承受 采场爆破冲击波的冲击,经测定,在药量为1. 2 分三段起爆,距爆破点50m处的冲击波强度达 300kPa,面对如此强大的冲击波,在技术上要 采取两项措施,其一是改有风墙机站为无风墙 机站,及时疏导冲击气流;其二就是风机进行专 门抗冲击设计,使之能适应上述的工作环境。 根据梅山的经验,抗冲击波型风机宜采用 中空钢板机翼形风叶,其他材质如玻璃钢,铝合 金等均无法适应采矿场作业条件。 节能推广站和淄博风机厂在K40风机的 基础上开发出CK40系列抗冲击波型矿用风 机,该风机的特点是加设了抗冲腔,而且还对风 机受冲击的部件受力情况进行重新设计。经梅 山铁矿试验应用,达到了设计要求,现已在其他 矿山推广应用。 4. 3立式风机 我国地下矿山多采用抽出式通风,回风侧 阻力较大,一般要占矿井总阻力70左右,其 中地表风机站的风阻在整个系统的风阻中占了 很大的比重,一般达20～30。分析其原因 如下从回风井排出的风流到地表后,先经一个 直角拐弯,进入风峒,再经S道、 风机、 扩散器、 扩散塔,最后排入大气,路程虽短,但是由于风 量集中、 拐弯多、 流态紊乱、 局阻大,阻力损失很 大,而且风峒内外压差大,极易漏风。本来矿井 通风的任务是把新鲜空气送到工作面,把井下 的污风排出地表,风流的流程主要在井下,风流 一旦到达井口就应用最简单的方式排出,这一 点恰恰是传统的通风系统所没有考虑到的。 针对上述问题,直接把立式风机坐在井口 上,井下排出的污风经回风井后,直接由立式风 机排出,这一改变使通风系统地表部分结构大 为简化,大大减少了矿井通风阻力,节约了通风 电耗,经济效益十分明显,应加速推广应用。 立式风机已在建德铜矿、 丰山铜矿、 新城金 矿、 向山硫铁矿已闭坑得到应用。 5 多级机站通风技术在梅山铁矿的应用 5. 1概况 梅山铁矿是我国著名的地下铁矿, 2000年 年产原矿320万 t, 居全国第二位。是我国第一 个进行多级机站工业试验的矿山,也是第一个 建成多级机站通风系统的大型矿山。 梅山矿体厚大,矿量集中,矿块呈棋盘式布 置,井多、 工作水平多,井下各种井巷纵横交错, 通风网路极其复杂。梅山建成多级机站通风系 统后,根除了大主扇系统的众多弊病,极大地提 高了系统的稳定性,保证了工作联络巷内有稳 定的主风流和足够的风量,并解决了长期存在 的副井冬季反风问题,成功地解决了厚大矿体 3 董振民论多级机站通风技术的若干问题 2001年6月第12期 井下通风问题,系统有效风量率达70. 86 ,风 机平均效率达69. 12 ,井下粉尘合格率达标, 显著改善了井下工作环境。 此外节能效果显著, 系统节电率达43. 05 ,年节电527万kW h,年 经济效益264万元。 随着产量的扩大,系统同步 扩建,吨矿电耗进一步下降,从1991年的7. 05 kW h下降到目前的2. 56kW h。 5. 2创新点 在梅山铁矿多级机站建立与完善过程中, 梅山的科技人员敢于打破常规,解放思想,敢于 发展和创新,创立了 “梅山通风模式” 。 1多级机站的梅山通风模式。 梅山铁矿提 出并建成 “、 级机站克服矿井总阻力,˚、 级机站起分风与导向作用” 的多级机站通风模 式,、 级采用有风墙机站,并配备大风机,提 供全矿总风量,克服矿井阻力,˚、 级采用无 风墙机站,以泄放采场的爆破冲击波,仅配备小 风机,起风流的分风与导向作用。 经多年的实践 证明,这种通风模式系统稳定、 可靠、 灵活、 节 能,满足了生产的需要。 2无风墙机站。前面已作过介绍。 3无风道机站。 梅山东南风井 级机站有 4台风机并联,对它进行了优化,省去风道,直 接在风井上口建机站,机站为一直径 8m 的圆 形建筑, 4台风机直接并联在该建筑物墙上,风 流水平排出。 6 多级机站的机站局阻问题 传统的通风设计对风机站局部阻力重视不 够,也没有作专题研究。 因为大主扇风机全压较 高,选型时留的余地又较大,机站局部阻力比例 相对较小;而对多级机站系统而言,由于均采用 低压大流量风机,机站局阻比例相对较大,如不 考虑这个因素,系统风压就会不足,往往导致设 计失败。 以往的文献认为,多级机站的机站局阻要 占低压风机全压的30～70 ,给出的范围太 大,不好掌握。根据我们研究的结论是机站局 阻值一般为25～50之间,小于25是很困 难的,而大于50则大多是由机站设计不合理 造成的。 7 多级机站技术的推广应用问题 到目前为止,已有百余家矿山不同程度地 采用了多级机站通风技术,仅占大中型矿山的 10左右,推广的潜力是很大的。 7. 1推广的有利条件及面临的困难 经20余a的提高和发展,多级机站通风技 术已比较成熟,有关理论和关键技术的研究已 相当深入,并在全国冶金地下矿山通风系统最 复杂的梅山铁矿建成、 应用,经多年的实践考 验,成为多级机站通风技术的样板。此外在冶 金、 有色、 黄金等系统中还有一批成功的例子。 但也存在一些不利于推广的因素①矿山 总体经济效益较差,对通风系统的改造和优化 投入受到影响;②矿山对通风重视不够,通风、 环保方面的技术力量大多不足;③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,影响推广工作。 7. 2建议 由于多级机站通风的技术含量较高,实施 时涉及面较宽,又需一定的资金投入,因此泛泛 地一般性推广所起的作用不大,应有矿二级有 关部门牵头,设专门的队伍,并落实资金,这样 推广才不致于流于形式。具体建议如下 1争取由国家有关部门牵头,成立并由有 经验的专家组成的产学研相结合的推广组织。 2每年重点推广1～2个矿山,要求矿山 自身有一定的技术力量,起到推广一个,带动一 片的作用。 3争取由国家出部分经费,对于经费困难 的矿山解决其设备费,配套井巷费由矿山承担。 4重视设计,组织专家会审。 梅山铁矿在应用多级机站通风技术后,吨 矿通风电耗节约2. 25元,而目前国内非煤地下 矿山产量约10亿t a, 如按吨矿通风电耗节约 1元计,潜在的推广效益可达10亿元a。因此 多级机站通风技术的推广具有很大的社会效益 和经济效益。 收稿日期2001- 05- 24 4 总第366期 矿业快报 2001年6月第12期