矿井通风节能技术研究的进展.pdf

7 f 矿井通风节能技术研究的进展 一 1 了矿井通风节能技术的进展 ． 提出矿井通风节能技术研究的三个方向； 矿井通风网路优化的研究新型 ． 、蔷 廿 强 ， 每 吨 矿 石 的 通 风 费 用 中 ， 电 力 费 占 7 5 ％ ， 进 芝 些 棼 术 薹 ，风 誉 芸 罟 芸 磊 研究的日 的 与意 义 弄 风 术 有 重 要 意 义 。 单位 时 间处 理量 提高 一倍 ，作业 时间 由二 班 缩 减至一班 。 减轻 了劳动强度。另外 连续 浮 选 作业 较单槽 间断浮选稳定， 减轻 了负荷 波 动 对下 续作业 的影响， 为下 续作业 提 高选 别 指标刨造 了条 件。再者，碱 性介质 浮选 克服 了酸性介质 浮选时，硫酸对设 备 的 强 烈 腐 蚀， 提高了设备使用寿命，避免 了硫酸分解 黄荮产生的 臭味，改善 了工作 环境 和劳动条 件， 同时 由于药耗大 幅度 下降， 减少 了药； 踟 费用，整个作业成本大幅度降低。 3 细粒磁 选作 业引入s Qc 一 2 1 1 0 0 型 湿式 强磁 选机 ，一次选 出低度 黑钨 精矿 ， 既调整 了钨精矿产 品结构， 基本 满足 了仲钨 酸 铵生 产原料需求 ，改 善 了磁选黑钨效果 ， 又避免 了原流程 干湿作业交叉， 磁选 反复多 次造 成的细粒金 属损失o 4采用 “ 浮一 磁一重 ”选 别流 程， 减少 了细泥金属在尾矿 中的损 失。细粒精选 排 出的尾矿 中，WO 。 和s n占全厂的金属损 失 率 总计分 别减少 了I ． 5 8 和I ． 8 4 ，流程 改 造 取得了明显的效果 o 责任编 辑 李怀先 奄龟矿【 l 【 J 9 9 ， 维普资讯 矿井总阻力在6 0 0 9 0 0 P a 之间，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，因此，这类风机用于金属 矿山是不适 合的，对于 新 矿山不 再选用7 o Bz 风机 ，老矿 山技术改 造废 弃7 0 B 风机，研 制 应 用新型节能 风机 已是势在 必行 。 2 进展与途径 矿井通 风能耗 与矿井 风量的 立 方 成 正 比， 当矿井 风量 增 加 I倍 时，通 风能耗将增 加到原来的 8 倍。同样，当矿井 风 量 减 半 时，通 风能耗 将降到原来的八 分 之 一， 因 此 ，应用 多风机 多级机站，受 控 空 气 再 循 环， 主 、辅扇联 合工作，采 用新型 矿用节能 风机等技 术，对提高 矿井有效 风量率， 减少 漏 风，降低矿井 总进 回 风风量 将具有明 显效果 ，其次，降低矿井通 风阻力，提 高扇 风机工作效率等，也是矿井通风节能的重要 途径 。 2 ． 1多风机 多级机 站 国外多级机站 通风方法 的研究应 用 已近 2 0 年，其 主要 特点是多 台风机 并联作业和管 道通 风居 多，这 两个特 点就 决定 了国外的研 究重点在于多台风机并联运转的 稳 定 性 问 题。而对多级机站的网路优化研究没有国内 深 入，国内在 8 0 年代初 ，在 总结我 国通 风技 术 经验 的基础上， 借鉴国外的经验， 提出 了 多风机多级机站通 风方法 的研究应用 ，主要 是应 用优化设计方法 ，这样低 风压 轴流式 节 能 风机，采用 三到四级机站的 布 置 方 法 ， 1 9 8 4 年，马鞍 山矿 山研 究院 以梅 山铁 矿为 试 验 点首先对该法试 验成功， 冶金 部安垒环保 研究院在大冶铁矿，昆明工学院在云南锡业 公 司老厂锡矿也 相继试验 成功 。国内对 该通 风技术的研究应用在 许多方面 都居于世界先 进水平 。 多 风机 多级机站 通风方法在 国 内研究应 用 已近 1 o 年 ，该 种方法 具有风压分 布均匀， 有效 风量 率高，风量调 节灵活和节省通 风能 f 耗等优点，因此，这种方法在 冶金、有色矿 山 很快 得到推 广应 甩。 2 ． 2 受 控 空气再循环技术 过 去，人们 认为循环风 流是 污浊风流， 会 } 起 井下作业 环境的污染物聚集而 被禁止 使用 ，但 自从 英国的S ． L． Le a c h和 A． 1 a c k 4 l 9 6 4 年 得 出了 “ 通 风工作 面的污 染物浓度 只 与工作 面污 染物的产 生强度和进 入工作 面的 新 鲜风量有 关，而与循环风量的 大小 无关 的 结论 以后，人们 对循 环风流才有 了本质 性 的 认识， 于是，在 英 国、前 苏联 、美国 ，南 非、加拿大等国 家，相继 对利用循环风流 通 风 进行 了理 论分析 和现场 试验研究，其结果 表 明，受 控循环 通风方法是一种切实 可行 的 新型 通风方法， 它不 仅可以解 决常规 通风方 法中难 以解决 的通风技 术难题，而 且具有显 著的节能效果 。例如 ，英国 威尔奠 兹 We g mo u t g 矿应 用受控空气 再 循 环， 解 决 了 远距离采区的通风问题，在保证采区需|风量 1 0 0 m ／ s 不变 的 情 况 下 ，使 甩3 0 n l 。 的 循 环风， 由此 节省 电力9 6 5 k W，每年节约 电费 3 0 5 0 0 英 镑。 在 我国，区域 性的受 控空气再循环通风 还没有被采用的实倒，仅局限于工作面的循 环 通风研究 。 2 ． 3 主 、辅扇联合工作 主 、辅扇 联合工作 是通风节能的 一条有 效途径， 英国的R J Re a r e e 对此进行 了 计 算机模 拟研 究，共作 了1 2 个模 拟方案， 结果 表 明，采 用主 、辅扇联合工作 来代替传统曲 地面主扇通风，可以保证作业区风量不变， 而 且其污 染物 浓度不 超标准， 年运 转费用降 低 到原来的1 8 ． 5 ％，而 污染物浓度 仅 出1 ％ 上升到 1 ． 1 7 6 ％ 作 业区风 流 循 环 系 数 为 1 5 ％ 。 昆明工 学 院将 主、辅扇 联合工作应用于 矿井 通风系 统优 化研 究的实践中，如攀技 花 冶金矿山公司兰尖铁矿、攀枝花钢铁公司二 滩粘 土矿 通风 系统优化研究 、效 果 是 显 著 矿井通风节啦技术研究的进展一啦竖平 一 5 7 维普资讯 的 。 2 ． 4降低 风阻措施 在 最大阻力 路线 上的高阻力 区段采 用扩 大巷道 断面的降阻措施收 到明显降阻效果， 局 酃降阻工 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 良好的 降阻效果。 东北大 学 原东 北工 学院设 计 的流线 型扩散塔 、双 血线型风确 、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 敞塔 的一半，在扩 散塔 中安设导流 叶片 可使通风阻力降低1 5 ～2 O ，将井巷直角 转弯 的内，外边 壁改成双 曲线型转弯，局 部 阻力系数 可 由1 ． 2 8 降到0 ． 1 ，绕流型风 桥阻 力 最小， 局部 阻力 系数 仅 为 0 ． 1 5 ， 相 当 于 9 O 。 直 角风 桥的四分之一 。 对多风机 多级机站 的局阻，马鞍 山矿山 研究院进行了较详细的研究，认为机站局阻 由进 口和 出口两 部分 组 成， 以 出 口 部 分 为 主 ，机 站风机 出 口安装扩散 器与否，对 降低 机 站局阻起着决定 性作 用，风机 出 口风流的 混合 面越 小 ， 机 站局阻系数越小 ， 对 于需要扩 帮的机站， 当后 接巷道连 接段 的收缩角不能 改变 风流混合 面时， 即风 流混合 面等于机站 断面时， 收缩角为1 3 。 左右的机站局阻最小， 当它能 改变风流混 合面 时，收 缩 角 为 4 5 。 的 局阻最小， 当混合 面为 后接 巷道断 面时， 可 采用突然收 缩。 2 ． 5 矿用节能风机 的推广应用 5 0 Al l 风 机在 很 长一个 时期， 广泛 应用 于金属矿山，但其运转效率 低、安 装 不 方 便，逐步 被淘 汰。为 目前 广泛使 用 的K系 列 及F s 系列风机 所代 替。Fz 一 3 5 ， F z ～4 0 型 风机也有采用．因其体积大．强麾低．已不 多用。 设计的矿井通风系统，风机造型是一个 核心的伺题，风机造型盼变化，反映了风机 技术的发展。l 9 8 4 年，在老厂锡矿中央通风 系统改造过程中，当时可供选择的节能风机 型号仅有K T F 系列 后改名为K 4 5 ，所选风 机 装机 容量为d 2 9 k W， 风量为 3 ． 3 4 ． 9 6 m。 ／ s ， 实 测 电耗为 3 3 5 ． 2 k W， 节 能 效 果 并 不 理 想，1 9 8 5 年 ，在 老厂 锡矿 南部通风系统设计 时，K3 5 风机剐 刚问世，这类风 机 比K4 5 风 机 性能有所提 高，所 以风机 选型 主要 为 K3 5 风机，1 9 8 8 年 ，K4 O 风机 问世，这类风 机又 比前两种为好，因此，在老厂锡矿北部、中 部漓 井通风系统， 以及泗顶铅锌 矿，中条 山 有色金属公 司胡 家峪 铜 矿、蓖 子沟铜矿，金 川有色金属公司二矿区，攀技花冶金矿山公 司兰尖铁 矿等 通风系统设计 中都采 用K4 0 风 机 ，1 9 9 0 年 冶金部安全 环保 研究院研制 出无 驼峰F 5 系 列风机 ，效率 比K系列风机 更高且 风流稳定， 因此 我们在 狮子 山铜 矿，长坡 锡 矿和铜坑 锡矿 以及 二滩 粘土 矿均 采用F S 系 列 风机， 可见 ， 我国矿用 风机 研制水平在 近几 年来有 了很大 的提 高。 最近 几年 我们 已优化设 计结束 了1 2 个矿 井 通风系统，共 安装K系列 ，F s 系 列矿用高 效节 能风机 1 2 4 台， 装机 总功率由 原来 的9 8 4 3 k W 降低 到2 8 0 3 k W，年节 电1 5 8 1 万k wh ， 折 合 人 民币2 3 0 万元 基 建总投 资6 6万 元， 可 在 4个月 的矿井通 风节 电费中收 回。若把新 增加的风量也算在 内，则每年可节电2 3 0 0 万 k wh ， 每年可节省 电费3 6 0 万元 。 2 ． 6矿井 通风 系统分 析与优化 自然分 风 网络 的优化研 究迄今为止仍 处 于理论摸索阶段，它的研究对矿 井 通 风 设 计 、计划和管理具有理 论和实 际 的 指 导 意 义，对节省能源、降低通风成本等产生直接 影响，是一 个值 得重视 的研究领域 。 此外，无论是控制分风网络优化，还是 自然分 风 网络优化 ，其 研究的 出发 点都是将 矿井通风网络处理为静态阶段，即只能就矿 井某一 时期 的状态进 行优化 ，但实际上 矿井 生产是 一个动态 的、离散化 的变化过程， 通 风工作应根据生产的变化而不断进行弼整， 一 5 8 一 有色矿 l 9 9 3 ． 6 维普资讯 即使在 同一时期，各需 风点的风量和需 风点 数 也是在 变动 的，所 以需要 矿井 通风能及时 满足 生产 变化 的要求 ， 发展 矿井 通风网 络的 动 态优化理论 。 目前 ，我国 的矿井 通风系统 优化 工作主 要 集 中在 多风机多 级机 站通 风系 统的优化 上 面 ， 继 马鞍 山矿山研究院之后 ， 昆明工 学院又 设计出新的多风机多级机站优化数学模型， 将以功耗 最小为最优 化 的 目标 函数 ，改为从 服务年限来平衡优化 基建投 资和 年 经 营 费 用。通过实际应 用证明该 优化 数 学模 型是合 理 、正确 、可行 的。 2 ． 7 矿井 通风系 统 自动监 测与控制 随着矿井通 风技术研 究的深化 ，多风机 多级机 站，主 辅扇联合 运转，受 控空气再循 环 等技 术应用 日益广 泛，要 使这 些新技术 很 好 地运用，取得 预期 自 效果，必须对 矿井 的 环 境状况进行监 测，并 根据环境 状况 和生产 需要对 通风设 施进行 自动调 节和 控制 。 受 控空气再循环， 必须 连续监测 矿井 回 风流中主要污染 物的浓度 ， 当其超 标时， 立 即 自动报警并且触 发 自动 控制装置 ，切断再 循环 风流， 以保 证进风不受 污染。 多风机多级机站 通风系统， 由 于 风 机 多， 又分 散安装于井下，管理 和维 护困难， 必须实行 自动控制，以保证其有效性和经济 肚。 加拿大研究设计 的用于 矿井环境 监测的 微机基本实 时数据检测 系统， 用于监 测矿井 通 风和大气枵染情 况达 到满 意的效果 。该 监 测系统 从系列遥 测装置 中接 受数 据，并 自动 地存储 和显 示，根据需要可 以用于生 产 、维 护 、通 风、火 灾和环境监视，所 有检 测参数 均 由检 测装置 来舅 威，并 由它输 出电信号 ， 系统 的遥 测装置把这 些电信号 转换 成数 据， 送到计算机对 这些数据进行分 析处 理，输 送 到显 示器或打 印机 ，计算机还 通过 专 门设计 的软件，采用特殊的处理方法分析和解释这 些数 据， 通常环境监 测的参数是 温度 、相 对湿度、压力，风量 、甲烷C H ，一 氧化碳 C O、二氧化碳 C O 、氮氧化 物N O ， 二 氧化 硫S O z 、粉尘、烟、放射性等。矛 町 用该 环 境 检 测系统还 可以组织 更好 的 自动控制系统 。 目前 ，我国矿井 通风 自动 控制的主要对 象是 风机 的开停及运行参 数 的调 节与控制， 风窗 、风门 的调 节与控制，例如锡 矿山矿务 局矿井 通风系 统的 控制调节研究 ，重点是对 主要 通风吏路中 风量 的调节 和主扇 工况 的调 节控制。 综上所 述，我国 矿井通 风节能技术研 究 的进 展主要 体现在 一 是应 用多 风机 多级机 站进行矿井通风设计}二是新型、高效，节 能 矿用风机 的研制应 用。在 通 风方式 上，是 集 中通风好 还是分 区通风好，是选 择压 入式 或抽出式，还是压抽混合式等，都要依据具 体方案上计算机计算而定}在技术装备上通 过计算机采用数学优化方法更换风机来进行 选型，在设计方法的手段上，表现为计算机 技术在矿井通风中的广泛应用，以及新的数 学工 具如最 优化理论 、模 糊数学等 的采用 。 3 主要方 向 3 ． 1 矿井通 风网路优化 虽然多 风机多级机站和新型 矿用节能 砜 机 已在全 国非煤 矿山盼矿井 通风系 统建设中 得到广泛 的推广应 用，然 而在这 些推广应 用 的过程中，存在着一个值得注意的问题，这 就是有些单位 多或少没有应 用最 优化 技术手 段进行网路计算和风机选型，正如在前面所 提到 的， 我们在 进 行云锡老厂 锡矿 5个通风 系 统 阿技术改造 中，如 果全 部是 用最 优化技 术进行设计，那么节能效果将会更好。因此 我们认 为， 虽然 矿井通 风网路的优化研究 已 取得长足的进展，但是进一步研究矿井通风 网路的优化问题仍是矿井通风节能技术研究 的一 个重要 方向。 3 ． 2 新型 、高效 、节能矿 用风机 的研制 虽然国内矿用风机的研制水平已有 了很 矿井通风节雒技术研究的进展 谢贤平 一 5 9 维普资讯 研 畸 晖 芬 1 提升机卷筒衬木螺旋绳槽 简易高速车削工具 1 概 况 江西铜 业公 司银 山矿 李子 丰 我矿有两 台2 ． 5 m提升机 KJ 和J K型 。 这两 台提 升机分 别于1 9 8 3 年和 1 9 7 9 年投入运 行。1 9 8 3 年以前，更换卷筒衬木时，其螺旋 绳槽 是 由人工 用成型凿子凿 成的。 由于 衬木 材 质硬， 需花很多人工和 时 间，且凿成 的绳 槽 的螺距 ，直径和深度等 不够精确 。 1 9 8 1 年 ， 井 筒深度 由1 5 4 m延深 到2 4 4 m，这 时1 ． 2 m宽 的卷 筒显 得狭窄 。使 用钢 丝 绳 6 x1 93 1 ， 每圈绳长8 ． 2 m，工作 圈3 0 圈，摩擦 圈3 圈， 试验 圈只 有2 圈 ，螺 距3 4 ram，排 列宽 度为 3 5 x 3 4 1 1 9 0 ram， 对螺距 的要求显 得更 为 重 要，原先的手工加工已不能满足使用要求。 个 长条 方钢头上烧 焊一管形刀具， 固定在平 口钳活动爪上。车削速度比人工凿槽加陕， 螺距 精确度 比人工高 。但 由于 槽钢导轨剐度 差而 经常吃 刀， 容易打断平 口钳 ’绳槽深 度 不均匀，提 升时产 生绳差，要进行二 次弼 绳 对罐j表面粗糙，两绳槽之 间槽边容易被车 刀带 掉， 缠绳 时钢丝绳之 间易产生 直 接摩擦 和 滚动摩擦 ，影响钢 丝绳使用 寿 命J车 削时 常会啃下-4 , 块长条木块’车削 中 卷 筒 转 动 ，人 的注意力过于集 中，眼酸人累 J旁边 往 往要有 2 ～3 人用 钎杆插到 拖板 底 部 往 下 压 ， 以增 加槽 钢导 轨 刚度 。 2 制作方法 1 9 8 3 年，自制了一台卷筒衬木螺旋绳槽车削 针对上述情况，1 9 8 9 年年终检修更换木 装置 利用变速箱高速轴作动力传动，通过 衬时，对车削部分作了改进，去掉原先的刀 几级挂 轮变速 达到卷 筒转 髑，刀具 移动 一 具，装上 自制 简易高速车 削刀具，弥补 了以 个绳槽螺距。车削部分进刀是用8 英寸 1 上不足。车削工时比原刀具减少1 ／ 2 - - 1 ／ 3 。 英寸 2 5 ． 4 mm平 I I 钳丝杆控制， 刀具是一 车削刀具的工作情况见图 1 ，车削刀具 ．}． ． }． ． }． ． }． ． }． ． }． ． }． ． }， ． }． ． }． ． }． ． }． ． } ． } ． } ． } ． } } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一- } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一 } 一争 } 一 } 一 大提高，K系列和F S 系列风机得 到 广 泛 应 用，但在应用过程 中， 发现这 两个系 列的风 机实际的运转效率一般都不是太高 也就在 6 a ％～7 0 ％，稳定性也不是那么太好，原 因在于这两个系列的风机设计时没有进行完 善韵理论研究和优化设计。WZ 系列 风 机就 是在这两 个系 列风机 的基础 上进一步发展 的 产 品 。 3 ． 3 矿井通风系统 主要是风机的 微 机 自动控制技术开发研究 一 般，对多台 风机 地表与井下 同时 进行 微机 自动 控制， 比对一台风机进行 微机 自动 控制 的难度要 大得多，显然，开 展矿井 风机 的微机 自动 控制技术开 发研 究，不仅对 多 风机多 级机 站通风方法的进一步推广应用 具有重要意 义，而 且对提高矿井开采技术 的 自动化水 平也 有重要意义， 目前 我们 对这一 方向的研 究工作 已取得重大进 展。 参考文献 略 责任编辑晓月 - 60一 有色矿 一1 9 9 3 ． 6 一 维普资讯