非煤矿山矿井通风节能方法.pdf

非煤矿山矿井通风节能方法 詹佑铭 大冶有色金属公司铜绿山铜铁矿 湖北大冶 435005 摘 要 从非煤矿山矿井多风路排风系统、 分风、 控风、 漏风、 井巷风阻、 节能扇风机等途径出发, 分析了在这些方面开 展通风节能的方法及其效益。 关键词 非煤矿山 矿井通风 节能 Energy Saving Approaches for Ventilation System of Non- coal Mine Zhan Youming Tonglushan Copper 又能节省通风能耗, 提高经济效益。 在改善矿井通风状况、 节省通风能耗方面, 有以下几项 主要技术经验 采用分区式通风系统, 多井口入风与多井 口排风的多路通风系统; 应用多级机站通风方式; 应用 K 系列节能扇风机; ∀充分运用均压的原理减少漏风, 提高 有效风量率; 优化井巷断面, 采用流线型通风构筑物, 降低 井筒通风阻力; ∃优化风量调节方法, 推行降阻调节与辅扇 调节方法[1 11]。 1 多风路排风系统及其节能效益 排风路的总功耗可用下式表达 Pdgp 1 1000 n i 1RiQ 3 i kW 1 式中 Ri任一排风风路的风阻,N Qi任一排风风路的风量, m3/ s。 若排风系统原来只有 m 个井筒排风, 改造后, 有 n 个井 筒通风, 将改造后的排风系统的功耗与改造前的功耗之比称 为排风系统的功耗比例系数, 以 Kdgp表示 Kdgp n i 1R∋iQ ∋3 i/ m i 1RiQ 3 i 2 式中带有一撇的参量为通风系统改造后的参量。 概略地估算多风路排风系统的节能效益时, 可取各排风 风路的风阻近似相等, 均为 R, 矿井的总风量 Q 保持不变, 且各风路的排风量相等。若排风系统由原来的 m 个井筒改 为n 个井筒排风时, 则功耗比例系数为 Kd, p nR Q/ n3/ mR Q/ m 3 m/ n2 3 由于排风系统的功耗仅为矿井全系统功耗的一部分, 所 以排风系统的功耗比例系数 Kd, p并不等于全系统功耗比例 系数 Kd。全系统功耗比例系数可按下式定义 Kd P∋d/ Pd n i 1R∋iQ ∋3 i P∋/ m i 1RiQ 3 i P 4 式中 Pd通风系统改造前全系统总功耗, kW; P∋d通风系统改造后全系统总功耗, kW; P, P∋通风系统改造前后入风系统和采区通风 的总功耗, kW。 在抽出式通风系统中, 矿井通风总功率主要消耗在排风 系统上。在通风系统改造时, 因采用多风路排风而节省的功 率占改造前全系统总功率的百分比为多路回风的节能率或 称功耗效益。一般情况下, 采用多风路排风系统, 可显著降 低排风系统阻力, 能获得较高的功耗效益; 当改造前排风系 统阻力占全系统总阻力的比例系数较高时, 采用多风路排风 系统后, 所获得的功耗效益也更高; 当改造前排风井的数目 m 与改造后排风井的数目 n 之比值 m/ n 越小时, 所获得的 功耗效益越大[ 1, 5]。 2 合理分风及其节能效益 多风路排风的通风系统, 各风路的排风量应与该风路的 风阻大小相适应[ 5]。风阻小, 通过能力强的风路, 应多排风; 风阻大, 通过能力弱的风路, 则应少排风。这样, 可减少由于 分风量与风阻状况不相适应而产生的附加能量损失。理论 研究表明, 各分支风路的风压相等是最优的分风方案。也就 是说, 多扇风机、 多风路并联排风时, 最优的分风方案是按各 分支风路的风阻大小自然分风。各分支风路的风量应为 Qi Q 复杂通风网中, 由入风口到排 风口的诸多风路中, 按需风量和原有井巷风阻所计算的阻力 值, 必然存在一条阻力最大的风流路线, 称为最大阻力路线。 采用增阻调节方法时, 只要在这条最大阻力路线上不再增加 风阻, 仅在其余风路进行增阻调节, 即符合该种调节方法的 最低功耗原则。同一通风网路采用同一类风量调节方法时, 可能出现多个最佳方案, 这些方案在功耗上是等价的。从这 些方案中选定最佳方案时, 应从安全可靠性及施工、 维护、 管 理是否方便加以判定。 降阻调节时, 降阻巷道多在最大阻 力路线上。在降阻调节的同时, 网路总阻力下降, 可节省能 耗。但由于降阻工程本身耗资较大, 还要做经济上的比较。 ∀辅扇调节法机动灵活, 经济效益高于增阻调节法, 在金属 矿山应广泛应用。辅扇调节法只要运用合理, 对于主辅扇系 统和多级机站系统, 在功耗上也是等价的。 增阻调节法网路的总功耗可按下式计算 Pz HmaxgQ/1 000 kW9 降阻调节法网路的总功耗可按下式计算 PJ HmingQ/1 000 kW10 辅扇调节法网路的总功耗可按下式计算 PF n i 1RiQ 3 i/ 1 000 kW 11 降阻调节与增阻调节的功耗比例系数 Ki , p为 Ki, p PJ/ Pz Hmin/Hmax12 4 漏风控制及其节能效益 通常, 控制漏风有以下主要途径 提高风门和密闭的 质量, 在行车频繁的运输巷道安设自动风门, 并加强管理。 在抽出式通风系统中, 为了提高排风系统的严密性, 采取 留保护矿柱、 封闭天井口、 充填采空区等措施, 在回风道与上 部采空区之间建立隔离层, 防止地表短路吸风。 在压入式 通风系统中, 除加强井底车场风门管理外, 可采取均衡风压 的方法减少漏风。例如, 利用导风板引风和利用空气幕隔 风。∀把单一抽出式或压入式通风系统改为压抽混合式, 使 全系统的通风风力趋于平衡。 采用多级机站通风系统, 对 整个通风网路实行均压控制[ 4, 6, 7]。 在通风系统改造中, 充分运用风压平衡原理控制风流, 对提高作业面有效风量有显著效果。这一原理的基本点是 使漏风同路两端的风压趋于相等。为此目的, 在通风系统中 必须增加扇风机台数。根据风压平衡, 扇风机的台数应等于 通风网路的网孔数。 对于外部漏风点和内部漏风点用扇风机实行均压控制 的结果, 必须形成多级机站通风系统。各级机站的风压应按 下述原则计算 将所有外部漏风点、 入风口和排风口均视 为一个等压点, 在网路图中可合并为一点; 将所有内部漏 风点视为另一等压点, 在网路图中可合并为另一点; 根据 闭合回路中风压平衡方程式可解算出各台扇风机的有效风 压值。 实践经验表明, 采用多级机站均衡风压的方法, 有效风 量率可提高 60 70 , 采用漏风控制措施的功耗比例系数 K 为 K Q∋f Qf Q∋e/ ∋e Qe/ e 13 若 Q∋e Qe, 则 Ke e ∋e 式中, Qf、 Q ∋f采取防漏措施前后, 矿井的总风量, m3/s; Qe、 Q∋e采取防漏措施前后, 矿井的有效风量, m3/s; e、 ∋e采取防漏措施前后, 矿井的有效风量率。 防漏的功耗效益 e为 e 1- Ke 100 14 当作业面所要求的有效风量不变时 e 1- ∋/ 100 15 5 降低井巷风阻及其节能效益 在最大阻力路线上的高阻力区段采取扩大巷道断面的 降阻措施能收到明显的降阻效果。局部降阻的工程量小, 在 风速较高的主要回风道采用空气动力性能良好的通风构筑 物也能收到较好的降阻效果。作者设计的流线型扩散塔、 双 曲线型风峒、 绕流型风桥等通风构筑物已逐渐被矿山采用。 流线型扩散塔的局部阻力系数仅为直立型扩散塔的一半。 在扩散塔中安设导流叶片可使通风阻力降低 15 22 。 将井巷直角转弯的风、 外边壁改成双曲线型转弯, 局部阻力 系数可由 1. 28降到 0. 174。绕流型风桥阻力最小, 局部阻力 系数仅为 0. 15, 相当于 90 直角风桥阻力的 1/ 40。 降阻的功耗比例系数 Kr为 Kr R∋/ R 16 式中 R降阻前矿井总风阻, N R∋降阻后矿井总风阻, N 风机的空 气动力性能良好, 最高全压效率可达 90 以上; 结构简 单, 安装方便, 易于检修[ 2]。 扇风机的节能效益主要体现在其运转效率的高低上。 若以 j表示通风系统改造前旧式扇风机的运转效率, 以 ∋j 表示改造后新型节能扇风机的运转效率, 则扇风机的功耗系 数 Kf为 Kf j/ ∋j 18 7 综合节能效益的估算方法 矿山通风节能工作的实践经验表明, 把通风系统改造工 P∋通风系统改造后的功耗, kW。 通风系统改造前的功耗可按下式计算 P HQf/1 000f kW 通风系统改造后的功耗为 P∋ H∋Q ∋f/ 1 000 ∋f kW 综合节能效益的估算方法为通风系统改造工程的决策 提供了依据, 并可根据各项措施所起作用的重要程度和经济 代价的大小, 选定最佳的改造方案。 8 结语 综述了多种非煤矿山矿井通风系统的节能途径及其节 能效果计算方法, 对通风系统的优化改造具有一定的参考价 值。 参考文献 1 王英敏. 矿井通风与防尘. 北京 冶金工业出版社, 1993. 160 171, 212 254 2 白铭声. 矿井通风设备运行与组合设计. 北京 煤炭工业出版社, 1987. 80 88 3 黄继声. 矿井通风设计自动化. 煤炭工程师, 1995 3 7 11 4 徐瑞龙. 通风网络理论. 北京 煤炭工业出版社,1993. 37 38, 66 81,161 179 5 王英敏. 矿内空气动力学与矿井通风系统. 北京 冶金工业出版 社, 1994.209 241, 323 376,403 427 6 谭允祯. 矿井通风系统优化. 北京 煤炭工业出版社, 1992.1,23 43 7 阳昌明. 矿井通风网络的风流状态与控制. 北京 煤炭工业出版 社, 1982.1 28 8 Wang Y J, Mutmansky, J M. Modeling mine ventilation networks using five basic network elements. Mining Engineering, 1997, 49 3 6569 9 Brake D J Rick. Fan total pressure orfan static pressure which is correct when solving ventilation problems. Mine Ventilation South Society of Africa, 2002, 55 1 611 10 Wang Y J. Solving mine ventilation networks with fixed and nonfixed branches. Mining Engineering, 1990, 42 9 10911095 11 Kislig R E. Theoretical and critical analysis of the various s of determining energy and pressuree losses in shafts. Mine Ventilation Soci ety of South Africa, 1999,52 4 134140 收稿日期 20041103 37 2005 年第 31卷第 7 期 July 2005 工业安全与环保 Industrial Safety and Environmental Protection