深井高温矿床多级机战通风系统优化.pdf

SeriesNo. 365 November 2006 金 属 矿 山 METAL M I NE 总第365期 2006年第11期 3 国家“ 十五 ” 科技攻关课题2004BA615A - 04。 杨承祥1965 , 男,中南大学博士研究生,安徽铜都铜业股份有限 公司冬瓜山铜矿技术部高级工程师, 244031安徽省铜陵市。 深井高温矿床多级机站通风系统优化 3 杨承祥 1, 2 罗周全 1 1 1中南大学; 21安徽铜都铜业股份有限公司冬瓜山铜矿 摘 要 根据冬瓜山铜矿井下开采条件和多级机站通风技术特点,分析了原通风系统设计方案存在的问题, 优化设计了冬瓜山铜矿多级机站通风系统。方案的实施为国内深井开采通风降温技术提出了一条比较有效的途 径。 关键词 深井高温 多级机站通风 优化设计 Opti m ization ofM ulti2Stage Station Ventilation System in High Temperature DeepM ine Yang Chengxiang 1, 2 Luo Zhouquan 1 1. Central South University;2. Dongguashan CopperM ine, Anhui Tongdo Copper Co . , Ltd. Abstract According to the mining conditions ofDongguashan CopperMine and the technical features of multi2stage station ventilation system, and based on the analysisof the problems existing in the design of itsoriginal ventilation system, the design optimization was made on Dongguashan multi2stage station ventilation system.The implementation of the opti2 mized design scheme has provided an effective way for the ventilation and temperature lowering in the deep mining in Chi2 na. Keywords High temperature in deep mine, Multi2stage station ventilation, Design opti mization 冬瓜山铜矿属于深井开采深度接近1 000 m 、 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 气温度为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,有主 井5. 6 m、 副井6. 5 m、 进风井6. 9 m、 辅助井4. 5 m、 大团山副井5. 6 m及回风 井7. 4 m等6条竖井,首采区包括- 670 m、 - 730 m、- 790 m、- 850 m中段和- 875 m运输水 平,各中段之间通过斜坡道联络。 针对冬瓜山矿的大规模、 高强度深井开采的特 点,采用大风量多级机站的通风系统,向井下供给足 够的新鲜风流,有效地排出炮烟和粉尘等污风,排出 井下各种热源放出的热量,为作业人员创造一个安 全、 舒适的作业环境。 矿井多级机站通风技术在国内已经推广应用 20多年了,但对该技术的理解存在着误区,在通风 系统设计及调整改造工作中依靠系统大小几级机站 同时承担通风阻力,并对其中的机站局阻概念不清, 导致现场实施效果不佳。 1 通风系统原设计方案 原设计的多级机站方式为侧翼对角式通风系 统,共3级机站,即进风段、 采区需风段和回风段 各设1级,为有风墙机站。新鲜风流主要由冬瓜山 副井和进风井进入,回风井回风,同时冬瓜山主井和 辅助井也承担少量回风。矿井总风量为596 m 3 /s, 其中进风井的进风量为468 m 3 /s,冬瓜山副井的进 风量为128 m 3 /s;回风井、 冬瓜山主井和冬瓜山辅助 井的出风量分别为528 m 3 /s、38 m 3 /s、30 m 3 /s。 2 原方案存在的问题及优化原则 对多级机站通风系统原设计方案及矿床井巷条 件进行分析和研究后,提出了以下优化原则 1多级机站形式不变。矿井通风系统的设计 要根据采矿方法的变化而调整,由于采准系统在设 计的基础上进行了优化,井巷条件发生变化,通风系 统也应随之调整。 2设计选取的机站风机不能满足系统风量要 97 求。没有考虑机站的漏风系数一般为10 ,总的 进风量只有540 m 3 /s,总回风量只有480 m 3 /s,不能 满足矿井总风量600 m 3 /s的实际需要。 3盘区第2级有风墙机站难以实现。在盘区 内,放炮产生的冲击波会破坏机站风墙,维护难;将 有风墙机站改为无风墙设计,需风段机站所克服的 井巷阻力由回风段机站加以克服。 4主井和辅助井不宜回风。井筒回风将影响 井口的电器设施,存在严重的安全隐患。 5机站局阻欠考虑。设计把风机风压等同于 机站风压,使通风系统总风压短缺约1 /3。优化进 回风机站设计,以降低机站局阻,减少工程量,达到 降低通风成本的目的。 6风机型号多,不便管理。设计的风机有15 种之多,给管理、 维护和检修造成困难,备品备件增 多。须优选进回风机站风机,统一风机型号。 3 通风系统优化及结果 3. 1 矿井总风量计算 按照采矿方法和采准设计优化后冬瓜山矿床所 采用的阶段空场嗣后充填采矿法需要的采准、 凿岩、 爆破出矿和充填等工序,取每个出矿采场需风量25 m 3 /s,每个凿岩采场需风量20 m 3 /s,每个充填采场 需风量12 m 3 /s,每个掘进工作面需风量9 m 3 /s,计 算采区同时作业各工作面所需总风量为300 m 3 /s; 加上- 875 m运输水平所需风量60 m 3 /s,井下各类 硐室所需风量98 m 3 /s,井下通风系统实际所需总风 量为458 m 3 /s,再加上由于风量分配不均及通风系 统内、 外部漏风原因的漏风量取系统漏风系数 1. 2 ,则矿井总风量为550 m 3 /s。 从降温角度考虑,在一定范围内,通过提高风流 速度,加大通风量,可以降低井下作业环境的温度, 提高作业人员的劳动效率,确定冬瓜山多级机站通 风系统总风量为600 m 3 /s。 3. 2 通风系统优化 根据系统优化原则,系统地研究了复杂难采深 部铜矿床通风系统的优化方法、 模型和技术,并将理 论与技术与冬瓜山铜矿深部开采的实际情况紧密结 合,对冬瓜山井下系统各种类型井巷及作业中段布 置、 作业点分布、 典型巷道的通风阻力等进行了调 查、 测试和数据处理,建立了通风网络数据库,利用 计算机对优化的多级机站通风系统进行了主扇工 况、 井巷通风阻力、 风量分配等编网解算。通风解算 网络包括95个节点、146条分支和11个主要机站。 3. 3 机站设置 考虑到多级机站风机对风流的控制能力、 对排 除污风和热量的调节措施,采用零压平衡技术控制 主要作业中段的风量分配、 减少内部漏风、 完善风量 与风压的合理匹配。研究了机站设置和风机选型问 题,进风机站只克服进风井筒通风阻力,进风机站均 采用2台风机并联方式运行。采区通过无风墙机站 调节风量分配,系统优化了盘区风流调控技术,提出 了以增压调节为主的深井盘区风量调节方案,并采 用无风墙辅扇作为盘区风流调控的主要设备,将采 区通风阻力交由回风段机站承担,较好地解决了多 中段多盘区同时作业时污风串联的难题。回风机站 均采用4台同型号风机两两串并联方式运行,原二 级机站从采区移到- 790 m、- 850 m总回风巷,避 免了采场爆破冲击波的破坏,方便维护和管理;同时 采用远程集中监控技术、 风机变频调速控制技术对 多级机站通风系统进行节能控制。通风系统布置见 图1。 3. 3 通风系统优化结果 优化后的冬瓜山回风井总回风量为604 m 3 /s, 满足了通风降温需要,进风井各中段石门设置进风 机站主要进风,其余各井筒少量进风;污风全部由冬 瓜山回风井排出。系统进风总量为604 m 3 /s,各井 筒进风量分别为进风井473 m 3 /s、 副井31 m 3 /s、 主 井32 m 3 /s、 辅助井47 m 3 /s、 团山副井21 m 3 /s。系 统装机容量从3 743 kW降为3 110 kW,实际运行 功率2 424 kW;系统有效风量率82 ,风机平均效 率91。- 790 m和- 850 m 3条总回风巷所负担 的通风阻力基本均衡,回风巷道断面优化设计为25 m 2 ,降低机站局阻20 ,进风机站减少掘进工程量 1 152 m 3。 优化结果见表 1。 表1 冬瓜山多级机站通风系统优化方案 名 称 机站 位置 风机型号 并联 台数 额定 功率 / k W 台-1 叶片 角度 / 风量 / m3s-1 风压 /Pa 实耗 功率 /kW 进 风 机 站 回 风 机 站 - 670 m - 730 m - 790 m - 850 m - 875 m - 790 m - 850 m 1巷 - 850 m 2巷 K40 - 6№17275266733740 K40 - 6№16255267046849 K40 - 6№182752610756984 K40 - 6№182752611843776 K40 - 6№182752611156082 K45 - 6№19220045221887338 K45 - 6№19220045221887338 K45 - 6№192200451931375356 K45 - 6№192200451931375356 K45 - 6№192200451901307353 K45 - 6№192200451901307353 08 总第365期 金 属 矿 山 2006年第11期 图1 多级机站通风系统优化示意 4 结 论 1冬瓜山多级机站通风系统优化,开发了复 杂难采千米深井高温大型铜矿床大风量多级机站通 风技术,采用通风系统风压平衡原理,合理分配各级 机站风压。首次采用一级进风机站风机风压只克服 进风井筒的通风阻力;二级采区采用无风墙机站,对 风量和风流起分风导向作用,其风压只克服采区风 路的通风阻力;三级回风机站采用串并联的结构形 式,该回风机站风压克服全系统其他井巷的所有通 风阻力。该技术解决了国内在推广应用多级机站通 风技术中设计各级机站风机压力的不合理分配问 题,避免了普遍存在的多级机站通风设计方案在现 场实施后系统中进风段和需风段存在大量漏风和污 风循环现象。 2系统研究了复杂难采深部铜矿床通风系统 的优化方法、 模型和技术,并将理论与技术与冬瓜山 铜矿深部开采的实际情况紧密结合,使研究成果更 具有针对性和可操作性。 3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。 参 考 文 献 [1 ] 杨承祥,罗周全.深井高应力高温缓倾斜矿床开采技术研究 [J ]1金属矿山, 20054 729. [2 ] 李雨林,程厉生 1多级机站通风系统的设计研究[J ]1矿山设 计研究, 1990 6 18222. [3 ] 潘军义,董振民 1多级机站通风局部阻力研究[J ]1金属矿山, 20019 49251. [4 ] 吴冷峻,董振民,等 1梅山多级机站通风系统压力分布研究 [J ]1矿业快报, 200312 18220. 收稿日期 20062082 30 信息苑 国家发改委认为80亿t尾矿“ 变废为宝 ” 潜力大 中国矿山现有尾矿总量达80亿t左右。开发 利用好长期累积的大量尾矿,既可“ 变废为宝 ”,亦 可有效缓解资源和环境压力。 由于中国矿业起步晚,不同时期的选冶技术差 距很大,大量有价值资源存留于尾矿之中。据统计, 2000年以前中国矿山产出的尾矿总量为50. 26亿 t, 2000年中国矿山年排放尾矿达6亿t,按此推算, 现有尾矿总量为80亿t左右。中国矿山尾矿“ 变废 为宝 ” 潜力巨大,仅2005年,黄金行业从尾矿及“ 废 石 ” 中提取的黄金就近达10 t。 为推动中国尾矿资源的开发利用,国家发改委 建议,执行减免资源税费等优惠政策,引导和鼓励社 会和企业资金投入尾矿等资源利用;与此同时,要使 用好中央财政资金,重点支持大型企业、 大型矿区的 尾矿和“ 废渣 ” 中的资源利用。 18 杨承祥等深井高温矿床多级机站通风系统优化 2006年第11期