凡口铅锌矿矿井通风系统评价与改造研究.pdf

分类号 U D C编号 中 . 菊 大 ,李 CENT R A LSOUTHUN IV ERSI T Y 硕士学位论文 论文题 目 学科 、 专业 研究生姓名 导师姓名及 专业技术职务 副导师 凡 口 铅锌矿矿井通风系统评价 与 一 改造研究 . 一 一 一 一 一 . 一 犷业 . 平 . 程 t 一 一 . 一 一 一 一 一 练 . 伟春 . 一 一 一 . 一 一 . 戴升 . 国 一 .. 教 一授 , 一 一 _ 刘侦德教授级高工 凡 口 铅锌矿 矿井通风系 统评价 与改造研究 [摘要]本文扼要综述了矿井通风理论与技术 、 矿井通风网络分 析与优化 、 矿井通风控制技术及装备 、 矿井防尘与风流净化 、 矿井通 风节能等方面的发展概况 。 介绍 了凡 口铅锌矿的矿床地质 、 采矿 、 矿 井开拓和通风系统 , 以及本项目的研究内容 、 技术线路 。 简述了对凡 口铅锌矿矿井通风系统进行测定 、 评价 、 改造的意义 , 对现有通风系 统进行了现场调查和较全面的测定 , 对测定数据进行系统分析 , 并对 现有通风系统进行客观分析 、 评价 , 同时对存在的问题提出改进措施 和建议 。 针对凡 口铅锌矿进入深部开采后通风上存在的主要问题 总进风 能力不足 、 矿井高温 、 通风能耗大 、 新副井风速过高 、 主斜坡道及主 溜井防尘 、 柴油设备排放的废气对环境的污染和人体的危害等 , 提出 了解决方案 、 措施 利用 主井作为进风井 , 对主井入风进行净化 , 开 辟矿井进风的新途径 ; 加大深部作业面的进风量可有效降低风温 ; 利 用井下三班作业差异大以及节假日井下停产的工作特点 , 调节主扇工 况及开机时间 , 每年可节约通风 电耗 20 0 万度以上 ; 采用喷雾洒水的 方法降低主斜坡道的粉尘 , 添加柴油添加剂可有效降低铲运机排放的 有毒有害物质浓度及黑烟排放量 。 最后 , 论文给出了本项目的主要研 究结果 。 [关键词l深部矿井 ; 通风系统 ; 现场测定 ; 优化改造 A es ss s m e n t an dimP er ov m en t o f t h e mi neve nt il a t i nos y s te m o Ff na k ou L ea d 2 建立了各类作业面紊 流传质方程及污染物浓度分析计算方法 , 为风量计算方法提供了理论依据 ; 3 应用 电子计算机计算和分析复杂通风网络 , 为矿井通风系统分析提供了有效的方 法 ; 4 射流通风理论与技术得到发展 , 利用风流 动压的方 向性调节与控制风流 的技术获得应用 ; 5 矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化 , 建立起 若干典型风流控制方案 ; 6 受控循环通风理论推动了空气净化装置的研制和污 染源控制技术的发展 ; 7 深井热源 、 空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论 与技 术有较大迸展 , 初步形成矿内热力学理论体系 ; 8 开展了露天矿通 风理论 与技术的研究 。 我国金属矿矿井从 2 0世纪 5 0年代开始逐步建立机械通风系统 。 2 0世纪6 0 年代 , 建立分区通风系统和棋盘式通风网络 , 7 0年代 , 出现梳式通风网络 、 爆 堆通风 , 推广地温预热技术及云锡的排氧通 风经验等 。 进入2 0世纪8 0年代 , 我 国金属矿井通风技术以节约能耗为中心有了比较快的发展 , 取得的主要成就有高 效节能风机的研制与推广 ; 多风机多级机站通风新技术的应用 ; 矿井通风网路的 节能技术 改造 建立矿井通风计算机管理系统和井下风流调控技术与手段 的完善 等 。 第二节矿井通风网络分析与优化 一 、 矿井通风网络优化调节研究综述 矿井通风网络是实际矿井通风系统的数学表 达 , 是矿井风流路线及其有关参 数的组合 , 是一个关联程度很高的复杂系统 , 其中一条分支的风量可能通过在 多 条 分支中安设调节设施而改变 。 因此 , 满足通风需求的调节方案多种 多样 。 如何 确 定一种既能满足通风需求和生产条件的限制 、 符合有关法规规定 , 又能使矿井 通风所需费用最小的调节方案 , 是矿井通风学长期以来研究的热点和难点问题之 二 、 矿井通风网路优化调节的基本类型 矿井通风网络优化调节可分为以下三种基本类型 中南大学工程硕士 学位论文 凡口铅锌矿矿刃通风系统评价与改造研究 1 控制型分风网络 各分支的风阻已知 , 因一组余树分支的风量己给定 , 所以其它分支 的风量也随之确定 , 所要确定 的是风机所需的最小风压和如何调节 才能使整个网络的风压损失平衡 , 以满足各分支风量的要求 。 控 制型分风网络 由于具有线性特点 , 其优化研究工作进展较快 、 较成熟和完 善 , 己提出用工程网络 、 割集运算 、 最 小费用流 、 线性规划 、 整数规划等寻求通 风网络最优调节方案的方法 。 尽管这 种网络在实际中很少见 , 但 它是一般通风网 络优化研究的基础 , 因此 , 研究将会继续深化 。 2 自然型分风网络 网络 的风量是根据各分支风阻大小自行分配而不加 任何调节控 制设施 。 原苏联学者 A A 斯阔奇柯基首先证明了多台风 机联合作业 的自然型分风网 络动 力消 耗最小的条件 , 是各台风机的工作风压相等 , 此后又有把此结论推广到 复杂网络的证 明 。 自然型分风网络的数值解算方法较多 , 其中以S C o tt 一Hi s n le y 法用得较 为普 遍 , 国内学者对该算法进行了改进 , 提高了收敛速度 。 李恕和提出用 New t on 法 解算 , 可避免 Sco t t 一Hin S l e y 法的收敛问题 , 收敛特性为二次收敛 。 YJWa ng 等用容度模型进行计算 , 能避免 Sco t t 一 Hif l sl e y 法 的不稳定收敛特 性以及对复杂 网络求解范围的局限性 。 刘驹生提出的节 点风压法是一种有效的近似替代法 。 徐 瑞龙对 自然型 分风网络的解算方法进行了比较研究 。 3 一般型分风网络 网络中部分风量己知 , 部分风量待求 , 调节分支和 调节量都待求的风量调节 , 是最一般的网络优化调节 。 其部分分风量要按生产需 要进行分配而 不是听其自然 , 即存在合理安设调节风窗和风机的问题 。 一般型 分风网络优化调节问题中的待求未知 量个数多于约束方程数 , 因此是 非定解 问题 。 增 加一定的优化目标函数后就构成了数学规划问题 。 由于 回路风压 平衡方程是非线性方程 , 因此这类问题属于非线性规划问题 。 对于这种网络 , 一般采用分解解算法 , 即先对 自然分风网络进行 自然分配解 算 , 再对需风分支加局部调节以求得全网络 的平衡 。 很多研究己证明 , 这种解算 法至少对用风窗调节不是最优 的 。 黄翰文等提出了多风井 复杂通风网络中回风段 角联巷道最优风阻的概念 , 指出角联 巷道取最优风阻时 , 网络总功耗最小 , 这时 各风机风压正好相等 。 刘承思提出一种递推法 , 方法是让角联巷道的风量自取以 满足用风回路的风压平衡 , 以后逐渐向外回路递推 , 直至所有 回路的分支风量均 求出为止 。 这时回风井的风机风压虽不一定相等 , 但用风段 消除了风窗尤其是 高阻风窗 , 解算结果表明 , 在某些情 况下 , 还是经济的 。 卢新明针对非线性规 划解算尚有许多难点 , 利用网络变换技术 , 得到了一个以分支阻力调节量 为未知 变量的线性规划模型 , 提出 了一个直接优化算法 。 王振财提出了仅包含调节风窗 的一般型分风网络优化解算法 。 方法是 将网络分成三个主要区段 进风段 、 用风 中南大学工程硕士学位论 文 凡口铅锌矿 矿井通风系统评价 一 与改造研究 段和回风段 。 且 用风段各分支风量为己知 。 寻找出独立的通过三区段的风流路径 , 增加低风压损失风流路径的阻力 , 同时减少高风压 损失风流路径的阻力 , 使整个 网络风流路径风压损失相等 , 达到所需功率最小 。 随着多风机多级机站通风技术的推广 , 程历 生 、 李高棋首先用约束 条件和 目标函数均 为非线性 的模型对多风机多级机站通风网络进行优化研究 ; 赵梓成在 研究中 , 综合考虑基建投资与年经营费用 , 分别建立分支阻力调节优化和风机调 节 优化的非线性规划模型 。 研究的算法已能用于实践 。 虽然己进行了大量 的研究 , 但矿井通风网络优化调节目前仍处在理论阶段 , 尤其是一般型分风网络 , 是最具难点的研究对象 。 由于它的研究对系统设计 、 计 划 管理具有理论和实际的指 导意义 , 对节省能源 、 降低通风成木等经济效益将产 生直接影响 , 因此 , 有关学者仍对此继续研究 , 也取得了较大的进展 。 例如 , 徐 竹云证明了分解解算法的辅扇调节解是最优解中的一个解 , 并指出了分解解算法 的定流分支风窗调节解不是最优解的实质 , 引用容度模型建立了矿井通 风网络全 局优化的非线性规划模型 , 研究了包括一般型分风网络在内的约束条件的提法 , 给出了基于分支的圈划原则 。 按所建模型编制了通风网络优化计算软件 。 张汉年 通过实例对分解解算法和全局优化法 的详细分析和比较研究后认为 , 网络优化的 关键在于选出一颗最优树 。 阻力最小树虽可使系统的装机总功率在理论上达 到最 小 , 但其所对应的调节方案不但难以实现 , 而且总费用不见得最少 , 阻力 最小树 一般不是最 优树 。 现在还没有一种可直接找到最优树的方法 。 因而只能通过对各 可行方案的计算 、 比较 , 综合经济性 、 方便性 、 适应性 、 稳定性等方面的因素 , 来判断树的优劣 , 再决定取舍 。 李湖生等建立了以风机能耗和调节设施能耗 为目 标函数 , 以风量平衡方程 、 风压平衡方程 、 分支可调性 、 风量和调节量上下限等 为约束方程的非线性规划 模型 , 用于求解各种矿井通风网络优化调节问题 。 应用 约束变尺度法求解该 数学模型 , 用 C语 言编写了在Wid n o w S 下运行的计算软件 。 综上所述 , 由于提出的各种数学模型及采用的求解方法的局限性 , 因此在矿 井通风方面还没有一个普遍适用的风量优化调节程序 。 事实上 , 由于我们所面临 问题的复杂性 , 在矿 井通风调节中应该使调节方案安全 、 经济 、 可行 。 虽然安全 性和可行性一般可 以在需风量 、 风量调节量的上下限及分支的可调性如生产运 输要求中得到反映 , 但由于安全性和可行性概念的模糊性 , 因此 , 优化调 节问 题的目标函数单纯从经济方面考虑 , 即使通风总费用最小 , 我们认为也是不 全面 的 。 实际上 , 矿井通风网络优化问题是一个 典型的定性与定量相结合 的多目标模 糊优化决策问题 。 三 、 矿井通风系统优化设计 建立完善 的矿井通风系统是矿井安全生产的基木保证 。 矿井通风系统设计是 矿井设计的主要 内容之一 , 是反映矿井设计质量和水 平的关健因素之一 。 它不仅 中南大学工程硕 士学位 论 文 凡日铅锌矿矿井通风系统评价与改造研究 关系着矿井建设速度 、 投产时间 、 基 建投资的多少 , 而且对矿井投入生产后的生 产面貌和经济效益也有长远的影响 。 生产矿井由于生产布局的变化 、 自然条件的 影响及生产能力的提高 , 必须进行矿井通风系统 的改造 。 矿井通风系统改造是生产矿井改造 的重要内容之一 。 因此 , 矿井通风系统 的 优化设计问题 , 一直是矿井通风专业人员所关注 的研究课题之一 。 尽管对这一课 题进行了大量研究 , 而且在风量调节优化 、 井巷断面优化 、 风机优化选择 、 通风 系统 中进排风井个数 、 井筒布置方式 、 通风方式选择等方面己取得一定的进展 ; 矿井通风系统立体图绘制和网络图绘制己初步计算机程序化 。 但是 , 至今 尚有许 多关于矿井通风系统优化设计方面的 问题没有解决 , 有的 问题还没有涉及 。 迄今为止 , 国内外还很少有人涉及矿井通 风系统的可靠性优化研究 。 目前 , 矿井通风系统的可靠性研究面临着以下几个问题 1 风流分支与通风网络的可 靠 性概念 ; 2 风流分支 、 通风 网络及通风构筑物的可靠性指标计算 ; 3 如何 利用可靠性参数设计出具有较高可靠性 的系统 ; 4 生产矿井如何利用可靠性理 论来制定出合理的管理 、 使用与维护 措施 , 保证系统正常工作 , 提高其可靠性 。 己有的研究工作仅局限于前两个问题 , 即如何计算风流分支的可靠度和网络 的可靠度 , 而且不成熟 。 矿井通风网络中风流分支 的可靠性与一般网络如电力 网络中元件 的可靠性有本质区别 , 因为一般网络中的元件可靠度是各自固有的 特性 , 与其它元件及网络的关联性质无关 。 而矿井通风网络则不然 , 根据平衡定 律可知 , 各分支的可靠度不仅要体现 自身的属性 , 而且与其它分支及网络的关联 性质都是密切相关的 。 这正是矿井通风 系统可靠性研究的困难之处 。 对风流稳定 性的研究 , 进展也不大 , 已有的研究工 作也局限于某些特定的典型网络 。 第三节矿井通风控制技术及装备 矿井通风控制是一个范围很广 的研究领域 , 长期以来人们从各个方面对此进 行了大量研究 。 从早期局部风流流动规律的定性研究 , 到全矿井通风系统进行自 动控制的构想 , 凝结着几代矿井通风 安全工作者 的汗水与智 慧 。 MA Tu c k 从矿井通风自动控制的角度 , 提出了一个智能型通风控制系统的 构想框架 ; 周心权提出了矿井通风和救 灾系统的构想框架 。 虽然这两种系统的内 容有较大的差别 , 但它们都包括了矿井通风控制 的三个主要组成部分 l 矿井 通风网络状态的监测与模拟 ; 2 控制方 案的决策 3 控制方案的实施 。 对矿 井通风控制的大量研究也都可 以归结为对这三个方面的研究 。 国外早已实现井下风量 、 粉尘 、 有害气体 、 温度 、 湿度的自动检测 , 并己形 成计算机管理 系统 , 在矿井通风自动化上己取得可喜的成果 。 例如 , 瑞典布利登 矿产公司Bol i d e n Mi ne r a lAB在 其 莱 斯瓦尔 Lai s wa l l铅 锌 矿 , 安 装一套 中南大学 工程硕士学 位论文 凡口铅锌矿矿井通风系统评价与改造 研究 P oe wr Ve n t 计算机辅 助全矿通风控制系统 , 地面计算机的专用矿井通风软件可直 接控制与监视全部矿井的风机状况 , 并使风机的运转工况符合日常通风的需要 , 还可降低矿井电耗 l3 / , 而且不到一年便收回了投 资 。 相比之下 , 我国矿井通风 系统的自动 化水平是较低的 。 2 0世纪8 0年代锡矿山矿务局南矿建立了一个包括 遥控 、 自动检测和调节风量的集中监控系统 , 并采用计算机进行控制 , 所节约的 电费已全部 收回了投资 。 目前我国大多数矿井的通风控制仍主要是 由人工进行 的 。 有些矿井安装了遥控风门 , 可远距离控制风门的开与关 。 由人工遥控 , 其目 的主要是发生灾变时迅速实现局部反风 。 现有的矿井自动风门主要是相对于行车 与行人而言的 , 并不是根据通风控制的要 求进行自动控制 。 风机与风窗的调节也 主要靠人工完成 。 瓦斯 、 风 、 电闭锁与监测系统遥控则属于局部反馈控制 。 它们 都是通过检测一些环境变量如瓦斯浓度 , 当测 值超过设定值时 , 则自动切断某 些设备的电源 , 而不是控制风量的大小 。 矿井通风的全自动控制是科学技术 发展的目标 。 但 由于自动控制系统的高昂 代价和技术上还有许多问题没有解决 , 因此 , 矿井通风自动控制系统在实际矿井 获得应用还有很大困难 。 一方面 , 进行全 自动控制 , 应具备三个条件 1 完善 的风流状态监测系统 ; 2 性能完善的通风控制方案决策软件和 计算机系统 ; 3 可自动控制的调节设施及控制执行系统 。 由于矿井生产条件复杂 , 作业地 点分散 , 情况变化频繁 , 使通风系统不断变化 , 其控制系统也要随之改变 。 这样 复杂 的一个系统 , 不仅设备的安装 、 维护和管理很费钱 、 费力 , 而且系统 的可靠 性也难于保证 。 另一方面 , 对矿井正常通风来 说 , 人工安置一些简单的通风构筑 物 , 一般就可以满足工作地点的风量要求 , 因此建立自动的通风控制系统 , 对大 多数矿井来说并不是十分迫切的 对矿井灾变通风来说 , 由于灾变可能由许多偶 然因素引起 , 即使建立了通风 自动控制系统 , 也很难保证不发生事故 ; 而且灾变 对通风控制系统还有较大的破坏性 , 一旦控制系统受到破坏 , 也不能对风流状态 进行有效的控制 。 由此看来 , 矿井通风的全 自动控制系统在可预见的一个时期内 仍将处于试验研 究阶段 。 第四节矿井防尘与风流净化技术 一 、 矿井防尘技术 除尘是改善井下作业环境的一种重要手段 , 其它工业部门早己获得应用 , 但 是在矿山井下防尘技术中却是近几十年才开始发展起来的 。 其 原因在于矿山井下 生产条件复杂 , 作业空间狭小多变 , 设备安全性能要求高 , 要求除尘器体积小 、 重量轻 、 处理风量大 、 除尘效率高 , 使用维护方便等 , 由于这 些要求常 常是互相 矛盾的 , 很难兼顾得到解决 , 这就增加了矿用除尘器研制的难度 , 影响了矿用除 尘技术的发展 。 随着工业生产和科 学技术的进步 , 矿山防尘工作在其基础理论 、 除尘技术和 中南大学工程硕士学位论文 凡 口铅锌矿矿井通风系统评价与改造研究 设备等各方 面都有了很大的进展 , 特别是 60年代以来矿山呼吸性粉尘的状况及 其有关治理技术与设备 的研究开始受 到重视 , 并取得了显著的成果 。 在矿井供排水系统完整方便 , 矿岩不怕水并有较好的湿润 性且空气又非常潮 湿的生产条件下 , 湿式除尘器具有 明显的优越性 。 因此国内外很重视新型湿式除 尘器的研制工作 , 研究者大多综合数种除尘机理于一台除尘装置上 , 以强化除尘 性能 , 更好地满足矿山除尘要求 。 国外在 60年代末开始应用湿式过滤除尘器 , 7 0年代以后 , 这类除尘器有了 较快发展 。 如美国乔伊JO Y Mie r o d ym e 湿润层除尘器 , 英国采矿研究院研制 的MR D E湿式过滤除尘器等 。 我国6 0年代就已研究应用了湿式除尘器 , 7 0年代研制成湿式旋流除尘风机 , 其后对湿式过滤除尘器 以及高压静电除尘技术在矿井中应用等进行了应用研究 。 如冶金安全环保研究院研制的 SXW 型湿式纤维栅 除尘器 , 东北大学研制的 K SLC型矿用湿 式纤维层过滤除尘器等 。 二 、 矿井入风风流净化技术 冶金矿山安全规 程要 求 , 入 风井巷和采掘工作面的风 源含尘 量不得 超过 o s mg /m 3 , 以此作为新鲜风流的标准 。 许多矿山因受地表气象及生产环境等影 响 , 使入风风源含尘量超标 , 因此有必 要采取除尘净化措施 , 由于入风风源除尘净化 普遍存在净化风量大 、 设备安装空间小 、 净化效率要求高等特点 , 而使许多常规 的除尘技术难 以使用 , 因而 国内外关于矿井入风风流净化的实用技术相对较少 , 以前常用喷雾水幕 , 近年较多使用湿式过滤除尘装置 。 主要方法 如下 1 喷雾水幕净化入风流 。 喷雾洒水是矿山防尘的一项基木技术 措施 , 应用十分广泛 。 用于风流净化的喷雾水幕是由多个喷雾器组成 , 喷雾器的布置应 能封闭整个巷道断面 , 使喷雾形成水幕 , 不出现死角 。 其除尘效率通常较低 , 一 般不超过5 0 。 为了提高水幕的净化效率 , 常在水中添加一定量的湿润剂 , 形 成湿润剂水溶 液 。 2 荷电水雾降尘 。 是用人为的方法使水雾带上与尘粒 电荷符号相 反的 电荷 , 使雾滴与尘粒之间增加 了另一种作用力一静电吸引力 。 因而 能大幅度地提 高水雾降尘的效果 。 3 高压静电除尘 。 主要是利用井下巷道壁面作收尘极 , 通过在巷道中 悬吊电晕线并施加直流负高压电 , 电晕产生放电 , 尘粒荷上负电 , 在电场力 、 电 风等作用下 , 粉尘粒子粘附在巷道壁上 , 使 电场作用空间的风流得到净化 , 除尘 效率可达9 0以上 。 4 湿式过滤除尘 。 它是利用化学纤维层滤料作过滤层并连续 不断地向 过滤层喷射水雾 , 在过滤层上形成水珠或水膜 , 把纤维层过滤和水珠 、 水膜的除 尘作用综合在 一起的除尘装置 。 其净化装置阻力一般在 3 OOPa 以下 , 除尘效率 90 95 。 5 湿式振弦栅除尘 。 主要由喷雾装置 、 振弦纤维栅板及脱水装置组成 , 其除尘机理为 当含尘气流通过喷雾段和纤维栅板时 , 一方面尘粒直接与气流 中 的水雾及纤维上 的水滴 膜 相碰撞 , 使粉尘湿润增重和凝聚 ; 另一方面 , 由于 过滤单元的每根纤维在风流脉动速度 的影 响下产生振动 , 于是强化了水雾雾滴 、 附有水膜 的纤维栅 与含尘气流 中的粉尘的碰撞和 粉尘的凝并作用 , 提高了对微细 粉尘 的捕获率 , 吸 附在纤维上的水滴因重力作用而 下降 , 形成下降水流 , 能清洗 被纤维捕集的粉尘 , 清除纤维上的积尘 。 6 风机喷雾 、 棒栅水膜除尘 。 主要由喷雾风机 、 筛网 、 喷雾器 、 棒栅 中南大学工程硕士学位论文 凡口铅 锌矿矿井通风系统评价与改造研 究 等组成 。 其 除尘机理为 含尘气流进入喷雾风机后 , 由于喷雾风机雾化程度好 , 含尘气流在充满浓密水雾的喷雾风机内运动速度大 、 且产生旋转运动 , 使粉尘与 雾粒充分接触 、 碰撞 , 粉尘增湿凝聚而形成较大颗粒 , 当气流到达筛网时 , 由于 网上布水形成水膜 , 含尘气流穿过网膜并激起水花 、 水滴和水雾 , 造成气液充分 接触 , 除掉部分粉尘 。 含尘气流流经棒栅时 , 一方面由于水雾与粒径较小 的粉尘 再一次发生碰撞 、 粘附和凝聚作用 , 而使粉尘粘附在水粒上而成较大粉尘 团 ; 另 一方面 , 由于棒栅交错布置 , 含尘气流流经棒栅时产生冲击旋绕运动 , 多 次改变 其流动方 向 , 因而尘粒受惯性作用被甩到棒栅水膜表面被水膜粘附顺流而下 , 达 到净化含尘气流的目的 。 除尘效率为8 5 一9 5 。 第五节矿井通风节能 一 、 矿井通风节 能 的重要意义 我国金属矿矿井自 2 0世纪 5 0年代开始采用机械通风 , 但风机的运转效率一 直较低 。 据统 计 , 风机运转效率仅约 4 0 , 比设计 的风机效率降低一半以上 。 通 风能耗约占矿井总能耗的 13 / , 通风电费约 占通风能耗的7 0 , 大型矿井的风机 装机功率高达数千千瓦 , 年通风电费达数百万元 。 例如 , 云南锡业公司地下矿井 原风机装机总容量 4048k w , 矿井通风电耗十分惊人 。 对矿井通风系统 的优化改 造和选用 K系列风机 建立多风机多级机站 , 在 改善了井下作业环境的同时节约了 电能 , 年节 电2345万 kw h 。 因此 , 研究矿井通风节能技术有重要意义 。 造成矿井通风系统能耗高的主要 原因是 l 通风方法和设计手段 2 风 机性能 ; 3 管理水平 。 我国矿井通风系统设计多数采用统一的主扇通风 系统 , 漏风系数取 得大以及按最困难时期 的最大风压选择风机 , 使选取 的风机风压过 高 , 通风系统建成后 , 由于金属矿矿井开采技术上的特点 , 致使主扇的工 况点风 压比设计的风压低得 多 。 风机等积孔与矿井通 风网络等积孔不匹配 , 使风机长期 在低效率区运转 。 二 、 多风机多级机站 多风机多级机站具有显著 的优越性 , 它既可提高矿井有效风量率 , 又可节省 电能消耗 。 我国 自19 8 3年开始该通风技术的试验研究以来 , 先后有几十个大 中型非煤矿井采用此技术 , 改造原有的通风系统 , 取 得了明显的社会效益和经济 效益 。 所谓多风机多级机站 , 即是由几级至少是三级 以上风机站接力地将地表 新风直接送到井下作业区 , 将污风抽排到地表 。 其需风点的风量调节基本上由风 机控制 , 尽量避免用风窗调节 , 以提高系统的可控性 , 使矿井通风系统真正做到 按需供风 。 多风机多级机站的一 个显著特点是节能效果好 。 风机的功率与风 量立 方成正比 。 大型风机风量大 、 风压高 、 功率消耗大 。 多级机站采用机站间风机串 联及机站内风机并联 , 这样所选的风机风量小 、 风压低 , 故功率也小 还可选用 新型高效节能风机 , 因此 , 能耗低 。 实测证明 , 采用该通风技术改造的矿井 , 比 中南大学工 程硕士学位论文 凡口错锌矿矿 井通风系统评价与 改造研究 原采用统一的 70 一 BZ 主扇通风系统 , 装机容量可降低 1/3一12 / , 大幅度地节约电 育旨 。 三 、 节能风机的推广应用 风机选型是多风机多级机站通风系统设计的一个核心 问题 。 金属矿矿井的 等积孔较大 , 选 用风机时 , 应选择等积孔较大的大风量 、 低风压风机 。 目前我国 可供金属矿矿井选择的风机型号 , 有纺织用的 5OAl l 、 5 02 A 、 3OK4 、 Z F系列 现 己不多用 , 以及 K系列和S F 系列等风机 。 特别是 19 9 0年研制出无驼峰的 S F 系列风机 , 采用了稳流环结构 , 消除了传 统轴流风机在高风阻区出现 的旋转失速现象 , 风压特性曲线比较平滑 , 较适合于 多台风机联合运转 。 四 、 矿井通风节能技术研究的进展和方向 综上所述 , 矿井通风节能技术研究的进展和方 向主要是 1 在矿井通风系 统技术改造与建设中 , 不存在统一的技术模式 , 应根据各 自系统 的具体条件 , 沿 着多种技术途径发展 。 这些途径主要是 分区通风系统 、 多风机多级机站通风系 统 、 主 一辅扇 多风机系统 、 统一主扇通风系统 ; 2 新型 、 高效 、 节能矿用风机 的研制与应用 3 采用通风优化设计技术 ; 4 矿井通风系统的微机自动控制 技术研究 。 中南大学工程硕士学位 论文 凡口铅锌矿矿井通风系统评价与改造研究 第二章凡 口铅锌矿矿井通风概述 第一节矿床赋存地区自然概况 一 、 矿区地理位置及气候条件 凡口铅锌矿位于广东省韶关市北东 4 8 k m , 仁化县城西北 16kn l 。 地理坐标东 经 1 13 0 8 ’ 45 “, 北纬 25 0 0 1 1 ’ 40 “ 。 隶属仁化 县董塘 、 石塘两区境内 。 公路 由矿区南行 4km 至董塘与韶关 一仁化公路相 接 , 自董塘南西行4 4 km 至韶 关市 , 东行 14 km 至仁化 ; 由矿区经格顶 、 花坪至京广铁路的黄岗车站 , 有标准 轨专用铁路 , 全程4 0 kn l 锦江距矿区1 7 k m , 在江口与侦江汇合 , 转入北江 ; 从 仁化至北江3 5 k ln , 春夏汛期能通载 2一3 吨的小木船 , 秋冬期 能载 0 . 5一1 . 0 吨小 木船 。 所以 , 凡口铅锌矿 矿区交通便利 , 其主要交通 为公路和铁路 。 矿区地处亚热带 , 气候温暖湿润 。 年平均气温 2 0 ℃ , 最高4 2 ℃ , 最低零下 4 . 3℃ 最大暴雨量 40 0mm/6h ; 年平均降雨量为 145 7mm ; 年平均蒸发量 146 7 . 7 r n nn; 年平均相对湿度7 7 , 年平均绝对湿度为1 9 2mmB 。 常年主导风向为西 南风 , 风力 2一3级 。 由上可知 , 地表的气候条件变化将对井下产生一定的影响 , 冬夏期间矿井自然风压较大 。 二 、 矿区开采状况 凡口铅锌矿 “ 七 . 五 ” 期间通过企业内部改革和进行1 5万吨技术改造 , 生产 规模扩大到日产矿量 400 0 碑50 0吨 年产铅锌金属 量约巧万吨能力 。 投产后 , 保持在年产铅锌金属量约1 2万吨的水平 。 到1 99 0年底累计探明的大小矿体 22 0 个 , 保有地质储量 3236 , 1万吨 , 平均 品位1 4 . 8 3 。 矿区开拓矿量 120 0 多万吨 。 矿山固定资产原值达 3亿5千多万元 。 矿山主要产品有 铅精矿 、 锌精矿 、 铅锌混合精矿 、 硫精矿 。 矿山非常重视技术改革 , 19 8 5 年以来 , 凡口铅锌矿投入数千万科技经费 , 围 绕矿山采选生产的整体工艺和关键技术进行科技攻关 , 取得科技成果数十项 , 直 接经济效益显著 。 “ 八 . 五 ” 初期 , 盘区上向中深孔机械化新工艺试验成功并推 广应用 , 采场平均生产能力比原盘区开采工艺提高 1 . 5 2倍 , 凿岩工效提高 19 倍 , 二次爆破量减少2 0 , 新工 艺年采矿量占全部矿量 的3 0 。 通过多项攻关 , 矿山基本实现污染零排放 。 由上可知 , 矿山的开采规模大 , 经济效益良好 , 科研基础很好 。 第二节矿床地质 一 、 矿区地形特征 矿区位于南岭诸广山 山脉南麓 , 地形轮廓呈北高南低 , 属丘 陵地形 。 海拔大 中南大学工程硕士 学位论文 几口铅锌矿矿井通风系统评价与改造研究 都在 10 0 一2 0 0 m 以内 , 地势平坦 。 矿区北部由西往 东依次为庙背岭 最高海拔为 19 6 . 02m 、 圆墩岭 最高海拔为19 9 . 4 5m 和花坪岭头 最高海拔为19 5 . 76m , 西南部有狮岭 , 最高海拔为1 3 1 . 1 6m , 中部有金星岭 , 最高海拔为 13 1 . 1 6 m , 金 星岭周围地势平坦 , 海拔约在 110一12 0m 。 各矿化地段均分布在丘陵地带 的南缘 。 附近有撕溪河 , 矿区内有凡口河 , 流量不大 , 对矿区开采影响很弱 。 凡口铅锌矿矿区由水草坪 、 富屋 、 铁石岭及凡 口岭四个矿床组成 , 其中以水 草坪规模最大 , 其余各矿床规模较小 。 水草坪矿床地质工作程度较高 , 分为金星 岭 、 狮岭 、 狮岭南 、 庙背岭 、 圆墩岭及银屑岭等六个地段 。 二 、 矿体产状 矿体群主要赋存于 F3 断层上 、 下盘 , 中泥盆统石炭酸盐岩 中 , 深部 主要 矿体有 shZ 16 、 sh Z17 、 sh Z 15 、 shZOg 、 sh 21o 、 及 s h2 14等6个 , 次要矿体有 s hZO7 、 shZ10 一 1 、 sh ZOS 、 及 sh ZO4 一3 等 4个 。 矿体产状规模见表 2 一 1 , 倾角为1 7 ” 一3 40 0 。 矿体群按控矿地质因素的主次 , 大致可分为断裂展布类矿体和顺层展布类矿 体 。 沿断裂展布的矿体是指沿 F3断裂展布的矿体 , 一般不受层位 的限制 , 在断层 贯穿的中泥盆统东岗岭阶上亚阶至下石炭统层位 中均有矿体赋存 , 矿体沿走向断 续产出 , 倾向延伸则短 , 紧靠断层处膨大 , 离开 断层处则迅速缩小 。 顺层展布的矿体主要有 sh 2 0 9 , Sh Z 1 0两个矿体 , 分布于 F 16一F3 断层块间的中 泥盆统东岗岭阶上亚阶中 。 这类矿体走向断续延 长 。 沿倾斜则平行 , 成排队状 。 矿体垂直间隔 20一6 0m 左右 , 矿体展布宽度5 0 Om 左右 。 矿体平均厚度 3一7m , 矿石品位较高 。 两个矿体铅锌金属量之和占全区段铅锌金属总量的5 5 。 矿床属中深条件下形成的中 一低 温热液交代矿体 。 矿体形状有透镜状 、 似层状 、 燕尾状和扫帚状 , 它们在空间还形成 “ 瓜藤状 ” 。 三 、 矿石与 围岩 矿石的矿物成份较简单 , 原生金属矿物有黄铁矿 、 闪锌矿 、 方铅矿 。 这些矿 物为主要开采矿物 。 次要矿物有菱铁矿 、 黄铜矿 ; 少量矿物有毒砂 、 银黝铜矿 、 磁黄铁矿 、 辉银矿 、 深红银矿 、 辉锑矿等 。 脉石矿物主要有石英 、 方解石 、 绢云 母 ; 次要的有白云母 、 重晶石 。 狮岭 南区段 矿石主要有金属矿物方铅矿 、 闪锌矿 、 黄铁矿 , 平均品位 铅 . 4 4 7 , 锌 9 . 0 1 , 铅加锌为 1 3 . 49 , 有效硫2 6 . 3 5 ; 单一黄铁矿含硫2 8 . 6 5 。 矿石中铅锌含量变化呈比例相关 , 相 关系数为 0 . 8 8 。 平均比值为 1 2 。 铅锌富 集与 F 3 断层有密切的制约关系 , 依附 F 3 断层的矿体 ; 铅锌品位较高 , 远离凡 断层的矿体 , 铅锌品位则比较贫 。 相应的层位与 围岩见表 2 一2。 件件华华 二二刀刀 咨二二 苦苦若若若若告告告告告告督督 暮暮 噢噢 气 J J J 勺勺 气二 二二二二二二二二 口口口口 O O O 口口口口口口口口口 譬譬霜 霜 r闷闷 户刀 刀 叶叶 门了、 、 今今 吸了、 、 喊〕 〕 寸寸 C C C ” ” 黛黛 尸】】咬宁 宁C卜卜 O口口r 、 、 O 、 、 O二二 O O O 户 . . . 寸寸 Q Q Q Q Q Q Q 心心心心寸寸 . 厂、 、弋才 才 寸寸 弋全 全 廿廿 寸寸色色色色I I I口口. . .. . .I I I 2 2 2 . . .. . .. . . 2 2 2 2 2 2 2之之2 2 2矛矛之之2 2 2 r 勺勺 2 2 22 2 22 2 2 寸寸寸寸 O O O r 乃乃匀匀 寸寸 C匀匀 犷 C 叱士 士卜、 、 O O O O O心心O二二 C r J J J . 叫叫 闪闪 r 气气【 、、 、 r自自 卜卜 r r r r r 价价 月了 . 了、 、r 价价 廿廿 r 门门 . . . r 乃乃 r 州州 亡哟 哟 侣侣侣侣协协任任. . .. . .. . .l l l l l. . .. . . 鉴鉴鉴尽尽 r 乃乃 r 价价 O O O 小小 O 二二 r、 、 O O O O 弋宁 宁 汇汇汇裂裂 好、 、嗽宁 宁 弋才 才 叮、 、 犷、 、 r 自自 . 厂活活 甲 心冲 冲 户J J J 王王王王王老老己己l l l之之之之老老之之之之2 2 2 . . . . . . . 了、 、 O O O 吸了 1 1 1 C 加加 . n n nC , , C C C 气宁 宁里、 、O、 、 r r r r r r r价 价 r价 价户闷 闷 .了 闪闪 七乃 乃 甘、 、 . . 月司司 仁、 、 .. .月 月 厄厄厄厄 O O O寸寸 廿廿 C〕 〕 心甲、 、 C O O O r闷 闷r、 、 O O O 肇肇肇肇 r护 l l l 小小O O O O口口 C ,. .目 目 卜卜 月二, , O O O 寸寸 甲甲甲甲.叫 叫 之之之之2 2 2 甲一 一 , . . 叫叫 2 2 2 ..州 州 甲- - -,..叫叫 2 2 2 2 2 2 2 2 2 O O O 甲.州州甸了加 加 之之2 2 2 r 、 、 2 2 22 2 22 2 2 O O O O O O O O O 小小 r 、 、 心心 r 、 、.厂1 1 1 以二二 C