冬季矿井入风预热方案比较和选择.pdf

Serial No． 520 August． 2012 现代矿业 MORDEN MINING 总 第520 期 2012年 8 月第 8 期 连海瑛 1964 ， 女， 高级工程师， 130012 吉林省长春市南湖大 路 4726 号。 冬季矿井入风预热方案比较和选择 连海瑛 中国黄金集团公司长春黄金设计院 摘要对于解决冬季矿井入风预热问题， 不同的年代有不同的解决方法。现在由于大量采 用无轨设备组织矿山生产， 矿井通风尤其是冬季矿井防寒是一个必须彻底解决的问题。以河北张 北县蔡家营锌金矿为例， 通过可行性、 投资估算等对比， 确定选择出最佳方案。 关键词矿井防寒预热方案投资估算 改革开放之前的 20 世纪 7080 年代在没有大 量采用无轨设备的生产矿山， 通常采用矿井地热即 长距离废巷道预热而反风解决冬季矿井入风防寒问 题， 防止提升竖井因为结冰而产生安全问题。而现 在尤其是采用大量无轨设备组织生产的主竖井与斜 坡道联合开拓大型矿山更是如此， 不但矿井入风预 热方法要通过多方案比较选择， 而且入风地点也必 须正确选择。对于河北张北县境内蔡家营锌金矿的 矿井冬季防寒预热问题， 提出 2 种预热方案并进行 比较和选择。 1基本情况 蔡家营锌金矿位于河北省张北县境内， 隶属于 河北华澳矿业有限公司。因无矿区确切的气象资 料， 所以参照张家口市相关气象资料进行设计。其 地理位置 东经 115 14 55″ ～ 115 18 00″， 北纬 412450″ ～412535″。设计具体气象资料如下 冬 季采暖室外计算温度 －25 ℃; 冬季通风室外计算温 度 －19 ℃; 夏季通风室外计算温度 23 ℃; 冬季室外 平均风速 5. 2 m/s; 夏季室外平均风速 3. 9 m/s; 极 端最高温度 33. 5 ℃; 极端最低温度 －37 ℃; 冬季大 气压力 86. 13 kPa; 夏季大气压力 85. 6 kPa; 年主导 风向， NNW 频率 13; 日平均不高于 5 ℃的天数 154 d; 最大冻土深度1. 5 m。其水文地质资料 锅炉 用水按中等硬度水考虑。 冬季采暖锅炉燃料是当地生产的优质原煤， 可 以就近选用二类烟煤， 在矿山建设可研阶段煤的低 位发热量暂按 Q 13 000 ～16 000 kJ/kg 计算。 2斜坡道空气预热现状、 存在问题及原因 蔡家营锌金矿最早是由中国有色冶金工程设计 研究总院设计的， 始建于 2004 年， 竣工于 2005 年， 设计矿山生产能力 20 万 t/a; 后来矿山发现地质资 源增加， 通过技术改造， 年处理能力达到 32 万 t/a。 2007 年北京矿冶研究总院完成了该矿 75 万 t/a 的 改扩建工程可行性研究报告。目前该项目的改扩建 工程建设施工正在热火朝天地进行。 中国有色冶金工程设计研究总院于 2004 年出 具的斜坡道空气预热设计图纸中， 采用的是组合式 空调机组 空气加热器预热 ， 热媒为 0. 2 MPa 的饱 和蒸汽， 蒸汽由选矿厂厂区锅炉房通过管道供给。 从目前的实际使用情况来看， 现有的空气预热 系统已经不能满足井下冬季生产作业通风量的需 要， 由于主斜坡道距入口 300 m 局部地段渗水， 冬季 主斜坡道该处出现冰冻现象， 造成无轨设备在斜坡 道通行困难， 严重地影响了矿山企业的正常生产。 因此， 对主斜坡道空气预热系统的改造已是刻不容 缓。 分析造成这种情况的原因主要有以下 2 点 ① 随着矿山几次改扩建工程建设之后井下矿石产量大 幅增加， 无轨设备使用台数也在不断增多， 井下用风 量必然要增大， 而进风口目前只有主斜坡道一个入 口， 根据现场测算斜坡道入风量现已达到 80 m3/s， 按设计要求井下 75 万 t/a 改扩建工程完成后斜坡 道进风将提高到 100 m3/s。因此， 现有的预热系统 能力不够; ②主斜坡道从入口开始大约有 200 m 采 用钢筋混凝土砌筑， 这段斜坡道基本裸露出地表， 其 保温效果不佳， 导致空气在斜坡道口预热通过该段 后散热较大， 无法满足实际生产之要求。 141 3斜坡道预热方案比选 2010 年 8 月河北华澳矿业有限公司委托长春 黄金设计院完成斜坡道和进风竖井的空气预热工 作。通过现场踏勘、 查看资料及与现场工程人员的 深入交流后掌握了情况 蔡家营锌金矿井下通风系 统采用单翼对角抽出式通风， 由主斜坡道以及准备 新建的一条进风竖井进风， 由侧翼现有的一条回风 井和准备新建的另一条回风井回风。根据矿方提供 的资料， 75 万 t/a 改扩建工程完成后， 井下总用风量 将达到300 m3/s， 其中主斜坡道进风100 m3/s， 新建 竖井进风 200 m3/s。由于竖井尚未建成， 现井下用 风量全部由主斜坡道供给。本次可行性研究先对主 斜坡道空气预热方案进行比较与选择。 首先斜坡道预热系统要扩大供热能力， 其次热 空气进口要设在斜坡道距离入口较远但要靠近斜坡 道渗水点之外的不远位置。矿井预热有如下几种方 案 ①热风炉预热; ②空气加热器预热; ③空气地温 预热; ④其他空气预热， 如利用空压机等设备发出的 热气 ［1 ］。利用其中前 2 种方案进行比选 即蔡家营 锌金矿主斜坡道防冻空气预热方法， 根据矿区实际 情况， 可以选用热风锅炉预热和空气加热器预热 2 种方法。空气加热器预热所需要的热媒一般采用 0. 2 ～0. 3 MPa 的饱和蒸汽， 热媒由蒸汽锅炉提供。 3. 1投资估算 3. 1. 1热风炉预热 在充填制备站附近设一座热风锅炉房， 产生的 热风通过管道经斜巷送至斜坡道内， 与从斜坡道口 的进风混合进入井下。斜坡道的入风口应该布置在 非人行道一侧， 距离地面 0. 2 m 以上， 并应安装栏 栅。送风距离以不超过 50 m 为宜。送风有效巷道 断面规格设计为 2. 5 m 2 m。 3. 1. 1. 1送风加热设计参数 室外 空 气 计 算 温 度 取 极 端 最 低 温 度 tw －37 ℃。送入井下混合后的空气温度按规范取 th 2 ℃。热风锅炉出口热风温度为 80 ～ 120 ℃， 设计取 80 ℃。 3. 1. 1. 2送风加热量计算 Q VρC th－ tw K 273 20 273 － tw ， 1 式中， V 为矿井通风量的体积流量， 100 m3/s; C 为空 气比热， 1. 01 kJ/ kg ℃ ; ρ 为 空 气 容 重， 1. 2 kg/m3; K 为富裕系数， 取 1. 1。 计算结果 Q 4 914 kW。选择 LRL- 20. 0 型热 风锅炉 1 台， 额定功率为 5. 6 MW， 可满足使用要 求。因热风锅炉直接外供热风， 风管断面大， 送风热 损失大， 送风距离受风机风压限制 不超过 50 m ， 热风锅炉需要设在井口附近。 该方案中热风锅炉的设备总投资为 127. 2 万 元; 锅炉房建筑面积约 320 m2， 土建投资为 48. 6 万 元; 送风管路长 50 m， 投资 1. 0 万元; 输送斜巷长 50 m， 投资 15 万元; 该方案总投资为 181. 8 万元。 3. 1. 2蒸汽锅炉预热 3. 1. 2. 1送风加热设计参数 由于主斜坡道属于斜井进风， 因此， 室外空气计 算温度取极端最低温度和采暖室外计算温度的平均 值， 为 － 31 ℃。本次设计验算按 tw－ 31 ℃ 计 算。送入井下混合后的空气温度， 按规范取 th 2 ℃。冬季大气压力 p 86. 13 kPa。 3. 1. 2. 2送风加热量计算 Q GC th－ tw， 2 式中， G 为矿井通风量的质量流量， 由体积流量 V 100 m3/s 换算得出 G 109 kg/s; C 为空气比热， 1. 01 kJ/ kg ℃ 。 计算结果 Q 3 633 kW。考虑蒸汽管网的热损 失， 蒸汽锅炉外供热量为 4 178KW 1. 15Q ， 折合 0. 2 MPa 蒸汽量为 7 t/h。这时必须将原锅炉房进 行技术改造， 即在原锅炉房有 3 台型号为 DZL4- 1. 25- AII 的蒸汽锅炉基础上， 再增加 2 台同型号的 蒸汽锅炉， 并相应增加锅炉给水泵、 凝结水泵及相关 设施， 才可满足使用要求。 该方案中需要采用空气加热器。经验算， 原有 1 台组合式空调机组， 还需增加 10 台 SRZ20X10D 型空气加热器。加热室送风量为 55 m3/s， 选择 DK40- 6- NO15 型矿用节能通风机 2 台， 风量为 30 m3/s， 风压为 1 200 Pa， 电机功率为 2 37 kW 。另 外， 需要在充填斜巷与主斜坡道接口附近新建一座 送风加热室 10 m 9 m 3. 5 m 。室外蒸汽管网 采用半通行地沟敷设， 供热管道通过现有的充填竖 井和斜井送至送风加热室。 该方案中空气加热器、 锅炉及其辅机设备总投 资为97. 79 万; 新增锅炉房建筑面积约250 m2， 新建 1 座 35 m 高烟囱， 土建投资约为 74. 3 万; 送风加热 室 315 m3， 投资 13. 0 万元; 蒸汽管网及地沟 200 m， 投资 12 万元; 该方案总投资为 197. 0 万元。 241 总第 520 期现代矿业2012 年 8 月第 8 期 3. 2运行费用计算 1 方案一采用热风锅炉供热时运行费用。经 计算， 5. 6 MW 热风锅炉的小时耗煤量约1. 1 t 二类 烟煤的发热量通常为 4 200 大卡 ， 年耗煤 1 800t， 费用 126 万元; 该方案耗电量为 29. 45 万 kWh/a， 费 用 20. 62 万元。合计年运营费用 146. 62 万元。 2 方案二采用蒸汽锅炉供热时运行费用。经 计算， 2 台 4 t 蒸汽锅炉的小时耗煤量约 1. 2 t 二类 烟煤的发热量通常为 4 200 大卡 ， 年耗煤1 900 t， 费用 133 万元; 该方案耗电量为 37. 63 万 kWh/a， 费 用 26. 3 万元。合计年运营费用 159. 3 万元。 3. 3方案比较选择 综上所述， 方案一的投资和运营成本均低于方 案二， 技术上因热风锅炉直接外供热风， 设在井口附 近， 送风距离短， 热损失相对较小。而蒸汽锅炉要建 在选矿厂锅炉房内， 距井口较远， 通过室外管网将蒸 汽由锅炉房送到井口加热室， 管网产生一部分热损 失， 经过空气换热器换热， 又产生一部分热损失， 系 统热量损失较大， 预热效果应该不理想。因此， 建议 采用热风锅炉为井口送风即选择第一方案［2 ］。 4其他矿山预热方法 有资料显示东北地区当时各金属矿山包括华铜 铜矿、 杨家杖子钼矿、 红透山铜矿、 天宝山铅锌矿、 恒 仁铅锌矿和青城子铅锌矿等利用废旧巷道或采空区 对入风流进行预热， 取得了较好的防冻效果， 节约大 量采暖设备和燃料， 是一种值得推广的空气预热方 法。它具有如下优点 ①利用采空区和废旧巷道预 热， 不需要安设锅炉、 管道及加热器等设施， 基建投 资少， 经营费用低; ②不耗燃料， 易于管理， 施工简 单， 操作方便; ③安全可靠， 温度稳定 ［3 ］。这种方法 的使用受矿山环境等因素的限制， 对于不同矿山还 需因地制宜， 采用最合适的预热方法。 5结语 矿井若冬季气温较低， 进风井巷壁面潮湿或有 淋水时， 会产生结冰现象， 影响提升和运输的安全， 危害工人健康， 甚至造成严重后果。因此， 必须对进 入矿井的冷空气进行预热处理， 使进风井的气温不 低于 2 ℃， 达到安全规程的要求 ［4 ］。由于蔡家营锌 金矿 75 万 t/a 的改扩建工程目前正在进行中， 新建 进风竖井以及回风井尚没有完成， 上述两种方案基 于此进行比较选择。今后有可能按照本方案组织设 计施工或做重大改变， 都将根据实际情况进行科学 的预热方案选择。 参考文献 ［ 1］ 采矿设计手册 编委会． 采矿设计手册 矿床开采卷下［M］． 北京 中国建筑工业出版社， 1987． ［ 2］长春黄金设计院． 蔡家营锌金矿斜坡道预热可行性方案设计 说明书［ R］． 长春 长春黄金设计院， 2010． ［ 3］王英敏． 矿井通风与安全［ M］． 北京 冶金工业出版社， 1979． ［ 4］ 采矿手册 编委会． 采矿手册 6 ［M］ ． 北京 冶金工业出版 社， 1991． 收稿日期 2012- 05- 28 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 上接第 54 页 区内的含矿断裂数量多达数十条， 其中以 F1和 F2规模最大， 沿走向及倾向延伸均最 为稳定。因此， 矿区的深部找矿工作应主要立足于 F1和 F2含矿断裂 1 、 2主矿脉 的深延地段。 综上所述， 矿化的产出特征随赋矿断裂特征的 变化而变化， 在矿区北部及矿区中、 北部的深部地 段， 规模较大的走滑平移断裂发育仍较为稳定， 推 知在相应的赋矿构造部位具有较大的找矿空间。 参考文献 ［ 1］刘权． 四川夏塞银多金属矿床地质特征及成因［J］ ． 矿床地 质， 2003， 22 2 121- 128． ［ 2］应汉龙， 王登红， 付小方． 四川巴塘夏塞花岗岩和银多金属矿 床年龄及硫、 铅同位素组成［J］ ． 矿床地质， 2006， 25 2 135- 146． ［ 3］黄典豪， 胡世华． 夏塞银多金属矿床中硫化物和硫盐系列矿物 特征及其意义［J］． 矿床地质， 2000， 19 4 363- 375． ［ 4］李建兵， 杨更， 江元生． 夏塞地区银、 锡多金属矿成矿规律新 认识［ J］ ． 四川地质学报， 2003， 23 3 146- 149． ［ 5］邹光富， 毛英． 川西义敦夏塞大型银多金属矿床成矿作用 及找矿方向［ J］ ． 矿物岩石地球化学通报， 2004， 23 增 166- 167． ［ 6］胡大林， 陈才金． 夏塞银铅锌矿床控矿因素及富矿体产出规律 浅析［ J］ ． 四川地质学报， 2002， 22 4 201- 204． ［ 7］邹光富， 郑荣才， 胡世华， 等． 四川巴塘县夏塞银多金属矿床特 征［ J］ ． 成都理工大学学报 自然科学版， 2008， 35 1 93- 102． ［ 8］陈才金， 何显刚， 李淑慧， 等． 三江 四川段 地区多金属矿床成 矿系列与找矿前景［J］ ． 四川地质学报， 2003， 23 2 87- 92． ［ 9］付小方， 侯立伟， 俞如龙． 四川西部地质演化、 成矿规律与成矿 系列［ J］ ． 矿床地质， 2006， 25 增 15- 18． ［ 10］侯增谦， 杨岳清， 曲晓明， 等． 三江地区义敦岛弧造山带演化 和成矿系统［ J］ ． 地质学报， 2004， 17 1 109- 120． ［ 11］四川省地质矿产勘查开发局 403 地质队． 四川巴塘县夏塞银 铅锌矿床2007 年度勘查地质报告［R］． 峨眉山 四川省地质矿 产勘查开发局 403 地质队， 2008． 收稿日期 2012- 05- 28 341 连海瑛 冬季矿井入风预热方案比较和选择2012 年 8 月第 8 期