金属矿山通风中自然能源的利用.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 金属矿山通风中自然能源的利用 收稿日期2003 - 10 - 15 作者简介陈喜山1956 - ,男,黑龙江齐齐哈尔人,工学硕士,教授,硕导,资源开发与安环研究所所长,山东省千名知名技术专家,主要从事采 矿工程、 通风安全及空气净化教学、 研究工作;青岛经济技术开发区长江中路2号,266520 陈喜山,梁晓春,郭晓芳,玄克勇 青岛建筑工程学院 摘要通过实例,对金属矿山通风中自然能源利用问题进行了分析和论述。对于金属矿山合理 地利用自然能源节能降耗,改善井下通风状况具有实际意义。 关键词自然通风;机械-自然交替通风;地温预热;地温预冷 中图分类号TD724 文献标识码B 文章编号1001 - 1277200312 - 0019 - 03 1 引 言 自然界存在有丰富的自然能源,如太阳能、 风能、 水能等等。充分合理地利用这些自然能源是保护环 境,坚持可持续发展的研究方向之一。 在矿井通风工程中,同样存在着如自然风压、 地 温及热水等可以利用的自然能源。充分合理地利用 这部分自然能源为矿井通风服务,不仅可以改善井下 的工作环境,同时还可以大大地降低人为能量的消 耗,是矿山节能降耗的重要途径之一。 多年来,在广大科技工作者不断的努力下,在自 然风压合理利用、 地温预热井下入风、 矿井地热利用 以及井下入风流预冷降温等方面的研究工作取得了 一些有意义的成果,对于矿井通风技术的发展和矿山 生产节能降耗具有重要的意义。 2 自然风压的合理利用 自然风压是由于入、 排风井中空气温度的差异导 致空气密度不同而产生的天然的通风能量。了解和 掌握自然风压的作用规律,合理地加以利用是矿山节 能降低通风费用的一个值得研究的课题。自然风压 利用可分为完全利用和部分利用两种方式,在实际应 用中应结合具体情况灵活掌握。 211 完全利用自然风压通风[1] 完全利用自然风压通风就是在矿井通风系统中, 不需用任何通风设备,只借助于自然风压的作用进行 通风,为井下输送新鲜空气。在一些规模小,埋藏较 浅,特别是平硐开拓的金属矿山得到了广泛的应用, 大大地节省了通风动力的消耗。在矿山节能降耗方 面起到了重要的作用。 矿井自然风压是客观存在的一种自然能源。在 矿井通风中结合具体情况,摸清其变化规律,对其充 分利用是十分有意义的。 对于金属矿山在全面利用自然风压方面已经积 累了很多经验,也取得了很多成绩,在这里不予过多 的赘述。 212 部分利用自然风压通风 随着季节的变化,自然风压的作用有时对矿井通 风是有利的,有时风流反向对矿井通风却是不利的。 掌握自然风压这一规律并对其加以控制,充分利用其 有利的一面,是自然风压利用中值得研究的另一课 题。 山东金岭铁矿召口分矿的东召口矿区,是一个相 对较为独立的区域,其通风主要由1台K55 - 4 - No11型风机承担,矿井需风量13m3/ s左右。 根据东召口矿区相对独立的特点,在通风系统改 造过程中,研究并应用了机械通风和自然通风相结合 的通风方式。首先,对矿山自然风压进行了长时间的 调查研究,了解自然风压的变化规律;然后,在冬季自 然风压有利于矿井通风的情况下,停开设在绕道中的 主扇风机,打开运输巷上的风门,充分利用自然风压 这一自然能源通风,取得了良好的通风效果和显著节 能效益[2]。 为了准确掌握自然风压的变化规律,对其进行了 长期的测定。测定的结果见下表1。 根据测定结果,在每年的冬季里,东召口矿区可 以在近5个月的时间从12月至次年4月底停开系 统主扇风机,实现了完全利用自然风压通风的目的。 在基本满足了井下通风需要的同时,节约了能源。每 年可节电79 560万kWh ,节电25 ～35 左右,效 益可观。 旧店金矿四采区坑口在通风降温系统改造过程 91 第12期 2003年12月 黄 金 GOLD 第24卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 中,结合矿山的具体情况,利用主机站的绕道,建立起 一个机械通风与自然通风相结合的交替通风系统[3], 见图1。 表1 冬季不同时期自然风压和风量的变化情况 测 定 日 期 1998年1999年 11月14日12月4日12月13日1月4日2月4日3月4日4月4日5月4日5月24日 自然风量 / m3s- 1 4.6712.0416.8913.2118.1011.7612.819.182.05 图1 机械-自然交替通风系统示意图 在这一系统中,主风道上安装了1台K40 - 4 - No12型风机,绕道内设置了一门轴倾斜一定角度并 可开启至一定范围的压力平衡式自动风门。 当自然风压不利于通风时,开动主扇风机通风, 借助于主扇风机的作用,风门的门扇自动关闭,使整 个系统处在机械通风的状态下;当自然风压有利于通 风并可以满足通风要求时,关闭主扇风机,风门靠自 重开启,风机的流道和风门绕道同时过风,增大自然 通风面积,减小通风阻力。与金岭铁矿东召口矿区系 统相比,该系统更加灵活。 由于旧店金矿属于高温矿井,回风侧长期保持较 高的温度,有利于矿井通风的自然风压作用时间较 长。应用这一系统后,可以达到至少6个月的时间里 不用开启主扇风机,只靠自然风压通风就可以满足要 求。大大地节省了风机长期运行的能量消耗。 3 地温资源的合理利用 地下岩层自上而下分为受地面温度变化影响的 变温带,不受任何影响保持温度不变的恒温带很薄 的一层和受到地心热源影响的升温带。其中,变温 带虽然受地表气候温度的影响很大,但是地层的温度 变化远远滞后于地面温度的变化。当地面温度较高 时,相对于变温带的温度反而较低;当地面温度较低 时,相对于变温带的温度反而较高。这便为变温带地 温的利用创造了条件。如在冬季利用地温预热入风 流,防止冻井;夏季利用地温预冷入风流进行降温等等。 311 利用地温预热井下入风[1] 地处寒冷地区的矿井,当进风井巷有淋水时,会 发生冰冻现象,给提升运输带来困难,威胁安全生产。 东北大学从20世纪60年代开始便利用井下废旧井 巷和采空区对入风井进风进行预热,解决了冬季入风 井的防冻问题。经不断的努力,在东北冶金矿山得到 了广泛的应用。大大地节约了加热空气的能源消耗, 创造出了巨大的经济效益和社会效益。 在研究应用地温预热技术开展入风井防冻的同 时,东北大学对岩层与空气间的传热机理也进行了较 深入的研究,得出了一整套地温利用的计算方法,从 理论上解决了地温预热井下入风流的准确计算问题。 这一成果开辟了矿井通风中地温利用的先河,同 时,在矿井通风中的自然能源利用方面开辟了新的途 径。 312 利用地温预冷井下入风 与在严寒地区的冬季地温可以预热井下入风流 的情况相反,在炎热地区的夏季由于变温带地层的温 度低于地表温度,所以对于进入井下的空气具有预冷 降温的作用。这启发人们利用矿井上部地层的低温 对矿井深部的入风流进行预冷降温,降低井下工作面 温度。实质上,这也是对自然能源的一种利用。 湘西金矿已具有近百年开采历史,是一个典型的 深井开采矿井,最低作业地点的温度最高已达到 32℃。在通风系统改造过程中,利用井下大量废弃的 坑道和空区,尝试对入风流进行预冷降温,使得进入 井下的风流降低了30℃～5℃,获得了初步的效 果[4]。 旧店金矿四采区已开采多年,由于高温涌水,通 风系统又不尽合理,高温、 高湿问题一直困扰着矿山 井下的生产。经实地测定,7中段井深近300m、8 中段井深340余 m 的空气温度达到了47℃,涌水温 度达到了50℃,工人无法作业。7中段至10中段之 间还有900kg的黄金 D 级无法采出。 在建立起机械和自然交替通风降温系统的同时, 研究利用了采区南部2中段标高90. 7m以上大量 废弃的探矿井巷总长度接近1 000m和采空区,开 展了地温预冷矿井入风流的试验研究。经实测表明, 当地表气温为26℃ 时,经南部旧巷道和采空区进入 的9. 07m3 / s 风流温度平均降低了8℃ 以上。获得了 较理想的降温效果[3]。 02黄 金 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 装满系数对提升容器规格选择的影响 王文会1,王宝红2 1. 山东招金集团公司;2.招远市河西矿业有限公司 摘要论述了矿车装满系数对有效载荷的影响,并从理论分析和计算方法上阐述了由此给提升 系统所带来的危害,对设计单位和管理部门有一定的参考、 借鉴和指导作用。 关键词装满系数;提升系统;影响 中图分类号TD531 11 文献标识码B 文章编号1001 - 1277200312 - 0021 - 05 1 小时提升量的计算 设计提升设备时,必须事先知道矿井的年采选规 模及矿井深度,在已确定提升容器形式本文只讨论 竖井罐笼之后,其规格是按一次提升量来选择的。 年采选规模一定时,在一定的工作制度下,每小时的 提升量为定值,并可查表及计算。 111 查表法[1] 为了便于直观的选择提升设备,按矿山规模和废 石占矿石的百分比,绘制成矿井需要小时提升量见 表1 ,只要矿井条件既定,从表1中,即可查出所要 选择的小时提升量。 112 计算法 查表法虽然具有方便、 直观的特点,但是由于矿 山条件多变,查表法就具有一定的局限性,很难概括 全面。为弥补查表法的不足,下面介绍计算法,两种 方法可互为校验。 A时 KA日1α / t 日 1 式中K 提升不均衡系数,取K 1. 2 ; A时 矿井小时提升量t/ h ; A日 矿井日提升矿石量t/ d ; α 废石占矿石的百分比 ; t日 日工作小时数,2班作业为12h ,3班作 业为16. 5h。 收稿日期2003 - 08 - 15 作者简介王文会1961 - ,男,黑龙江鹤岗人,采矿高级工程师,主要从事矿山采矿技术、 企业战略及规划管理工作;山东省招远市文化路2号, 265400 4 结 语 1在矿井通风过程中,如何充分合理地利用自 然风压是矿山节能和改善井下工作环境的一个重要 途径。对于任何情况的矿井通风系统,都存在有自然 风压的作用,如果利用的好将有利于矿井通风的需 要。只要认真研究自然风压的形成规律,结合矿山具 体的通风系统,部分或全部地利用自然风压是可以做 得到的。 2在矿井通风过程中,充分合理地利用地温资 源是另一个值得研究的课题。在这一方面的地温预 热井下入风流技术的研究,开创了矿井通风地温利用 先例。在利用地温预冷井下入风降温方面已进行了 有意义的尝试,并获得了初步的经验。但是在地温预 冷机理方面的研究还需开展深入的工作,为该项技术 得以广泛的应用打下理论基础。 参考文献 1 王英敏.矿山通风与安全技术经验100例.北京冶金工业部安全 环保研究院,19921 2 付海亭,郭斯旭,石绍海,等.矿山自然风压利用与探讨.山东冶金, 2000 ,223 1～31 3 陈喜山,王剑波,梁晓春.热湿矿井通风降温系统的研究与应用.金 属矿山,200311 43～661 4 陈喜山,梁晓春,李扬.多级机站通风新模式和矿井通风技术的新 进展.中国矿业,2002 ,115 13～151 Utilization on natural energy resources in underground metal mine ventilation Chen Xishan ,Liang Xiaochun ,Guo Xiaofang ,Xuan Keyong Qingdao Institute of Architecture and Engineering Abstract In the paper , the utilizations on natural energy resources in underground metal mine ventilation. are dis2 cussed. Putting natural energy resources to rational use is benfeicial to save energy ,reduce consumption and improve under2 ground ventilation. Keywords natural ventilation;mechanical2natural ventilating alternately;preheating of ground temperature ;precooling of ground temperature编辑邢万芳 12 第12期 2003年12月 黄 金 GOLD 第24卷