多级机站通风原理与设计方法探讨.pdf

吞吞 年第 期 工业安全与防尘 恋翌黔圈 多级机站通风原理与设计方法探讨 王 英敏 东北工学院∀ 摘要 以个多级机站通风实例的分析为基础 , 阐述了多级机站通 风原理 ∃ 风压平衡原理 、 污染源控 制原 理 、 网路优化控制原理 。 并对机站级 数 和位置的确定 , 通风 网路 的分风 、 阻力计算 、 扇风 机选择 、 多级 机站的集中控 制等设计方面的间题 , 提出了指导性意 见 7 ∋肠 , 在扇风机 出口 安装扩散器后 阻力有明显下降 。 / 大冶铁矿龙洞采区 大冶铁矿龙洞采区是露天转地下开采的 采区 , 上部分段靠近地表 , 外部漏风严重 ∗ 台 “ΔΕΦ , 一儿 Χ5 式中 Δ Ε 、 Δ” , 一 一机站 和 ’ ‘的有 效 风压 人。 、 Χ 、 ∃ 分支 风路 Γ和 Χ 5 Α的 通风阻力 。 图 有并联分支风路时的机站布里 当通风系统中存在外部漏风点时 , 为使 外部漏风点保持零压 , 必须在漏风点前后的 Α0∀ 。 一 吐 旧 风路上 用扇风机加以控制 。 如图 / 一Η所示 , 在系统≅ Α中存在一个漏风风路 尹, 在漏 风点前的≅风路需安设机站0 , 在漏 风 点 后的Α风路需安设机站亚 。 此时 , 可将外 部漏风点 , 入风口≅和排风口Α视为一 个 等压点 , 而且均等于零压 。 由风压平衡定律 可知 ∃ Δ Ε ΦΙ人 Δ Ε Φ二 机站数为两级 。 又如图 /一ϑ , 在整个 系统 ≅ Α Β 中存在两 个需要控制的漏风风路 ‘ 和ΑΑ 产, 则需在≅ 、 Α 、 ΑΒ风路中 各设 一级机站 , 以控制 、 Α两点均 为零 压 。 此 时 , 可将≅ 、 、 Α 、 Β各点均视为一个等压 点 , 而且 均为零压 。 由风压平衡定律可得 ∃ Χ 一一; 一司习 班 日 Η ∀ ϑ∀ 田/览外部漏风控 制型式 ΔΚΛΙ≅ ∃ Δ Ε一人 Δ Μ ,二 Β 构成三 级 机站 。 当通风系统中存在内部漏风时 , 为使内 部漏风风路 的两个端点风压相等 , 也必须用 扇风机加以控制 。 如图 一Η所示 , 在≅ Α Β 系统中 , 在 Α两点间存在一条内部漏风风 路 Χ 5Α , 为使 、 Α两点风压相等 , Χ5Α 凤路风量等于零 不漏风∀ , 在 Α风路必 须安设机站0 。 在≅ 或Α Β风路上设置机站 亚的 目的是为了控制全系统的风量 由风压 平衡原理可得 ∃ 万Ε Φ“人Γ Δ ΕΦΙ义、Ν入Β 帆站数为两级 。 又如图 一ϑ , 在整个≅ Β Χ 图 内部漏风控制型式 系统中存在5ΟΑ和Α ΟΔΒ两个内 部漏 风 风路 。 为使 、 Α 、 Β三点风压相 等 , 在 Α 和ΑΒ两个风路上应分别安设机 站0和 。 在≅或Β Χ风路上设置的机站是为了控制 全系统的风量 。 由风压平衡定律可得 ∃ Δ ΕΦ二 人 Δ Ε一“ 丙Β Δ Ε 二人Ν人ΠΧ 机站数为三级 。 / 污染源控制原理 在有氛和氛子体污染的矿山 , 为防止氛 和氧子体通过岩层裂隙向进风巷道中析出造 成污染 , 应对通风系统中的进风段实行正压 控制 。 在开采有自燃发火危险矿体时 , 为杜 绝通过采空区的漏风 , 应对采场实行零压控 制 因此 , 在机站的设置和位置选择上应考 虑风机在整个通 风系统上所形成的压力分布 状况 。 如图 一Η , 在≅ ΑΒ系统中有两个 外部漏凤点 , 需设置三级机站进行控制 为 使进风段 和需风段形成正压 , 机站0应设在 入风端点≅ , 机站应设在 漏风点附 近 。 又如图 一ϑ , 在≅ΑΒΧ系统甲除甘 、 Β两 点有外部漏风风路外 , 由于在采场Α处为防 止自燃发火也需要施行零压控制 , 机 站的数 目则由原来个增加到个 。 而对机 站在该 区段的位置没有严格要求 。 一般而言 , 当需 要对进风和用风区段进行正压控制时 , 应按 压入式通风原则将机站设置在该控制区段 进 风风路的始端 。 当需要对采场进行零压控制 一 启 一一一 ; Θ一 ;Θ 一一Θ;一Θ; 一一一一一一 ; 一一Θ ;; ; Θ ; ;一; , Θ一 一 Θ一 一一 ;一 时 , 可将采场视为一个外部漏风风路 , 在原 有控制系统基础上再增设一级机站 。 、、狱Ρ Σ Σ Σ Τ Τ Τ ∀ Υ谈谈 ς二 天 Ω 。一 Ω ∃ ∀ “Ν Ξ ∃ Ω ∃“Ν Ξ ∃ Ω 一口 ∀ “Ν Ξ ‘Ω‘ “Ν Ξ 。 Ω ∃ 一Ω ‘ ∀ 将上式分别对Ω ∃ 、 Ψ ‘求一阶偏 导数 , 则得 ∃ Ζς Ι一刀 Ω 。一 Ω ∃ ∀ / Ν Ξ ∃ Ω ∃ “ Ν Ξ 。 Ω ∃ 一Ω ‘ ∀ “ Ξ ‘Ω‘ , 一Ξ 。 Ω 。一 Ω ‘ 一Ξ 。 Ω ∃ 一Ω ‘ ∀ / 名人 Ε一 Ω。 八 口 一黔 一。是网路功耗最小的 条件式 , 故 图 多级机站 的压 力分布 网路优化控制原理 多级机站通风系统是一种优化的风流控 制系统 , 运用得当可使网路的功耗最小 。 现 将全系统分为按需分风网和自然分风网两部 分来讨论 , 关于 自然分风网中风流的最佳分 配与控制问题 , 苏联学者崔依早在3 ∋年代就 已经 证明 , 多台扇风机在不同 的风路中并联 使用时 , 各扇风机的风量等于自然分配的风 量 , 各扇风移[的风压相等 , 可使网路的功耗 最小 。 按自然分配的风量进行风流控制可使 网路功耗最小的结论可推广应用到 一 般的 通风网路 。 图 为由 、 / 、 、 各风路 组成的自然分风网 。 当进入该网路的总风量 Ω 。一定时, 由 于Ω ∃ 二Ω 。一Ω∃ , Ω 。二 口 。一 Ψ ‘, 口 。Ι Ω ∃ 一Ψ , 则自然通风网的总功耗 ς可按下式给出 ∃ 图么 自然分风网路 Ξ ∃ Ω ,/ 一Ξ 。Ω。“一 Ξ ∃ Ω ∃ “二 ∋ Ξ Ω ∃ “ ΝΞ 。Ω。/ 一Ξ ‘Ω‘ / 二∋ 此条件式即为风流自然分配时各网孔的风压 平衡方程式 。 由此可证明 , 自然分风网中不 加任何调节装置 , 保持风流自然分配时 , 网 路的总功耗最小 。 按需分风网也 叫控制分风网 。 由于其风 量有固定要求 , 必须通过调控措施才能达到 按需分风的 目的 。 在此情况下 , 当所有定风 量巷道均可用风机控制时 , 可设想在每一条 风路均加设一台与其所控制的巷道 阻力和需 风量相应的扇风机 , 达 到网路中各网孔风压 平衡 , 则各扇风机有效功率的总和即为网路 的原始功耗 , 因此其功耗最小 。 即 ∃ 艺ς ,ΜΙ 艺丙 ,Ω 式中 ς Ε 。 任一扇风机的有效功率 入 。任 一风路 的风压降 Ω , 任一风路的需风量 。 在控制分风 网中用风窗调节时 , 由于凤窗的 附加 阻力 消耗一部分扇风机的功率 , 则扇风 机的总功耗为 ∃ 艺ς ,‘二 艺‘ΩΜΝ 万△人,口, 式中 △∃ 风窗增加的阻力 口Μ风窗所在巷道的风量 。 由此可 见 , 在按需分 风网中 , 用扇风机 控制分风是最优控制方法 , 能使网路功耗达 到最小 。 总 之 , 按需分风网中按给定风量用 扇风机控制 , 自然分风网中按自然分配 的风 量控制 , 可使全 网路达 到优化控制的目的 , 三 、 多级机站通风设计 中的若干问题 机站的级教和位皿的确定 设置机站是为了控制分风和漏风 , 因此 机站的级数与串联风路系统上存在的分风风 路和漏风风路数有关 。 根据风压平衡原理 , 机站的级数应等于串联的风路系统上的分风 风路与漏风风路数之和加 , 即 ∃ ∴二 7Π Ν 刀十 式 中 ∴ 串联风路系统中的机站级数 , 漏风风路数 Π 分 风风路数 , 机站位置的确定 , 一方面要考虑通风系 统中压力分布状况有利于对井下 污染源的控 制 , 同时也要考虑井下各系统间的相互影响 和在生产管理上是否方便 。 / 通风网路中的分风问题 多级机站系统 中存在按需分风网 、 自然 分风网和漏风风路 。 按需分风网各风路的风 量 , 应根据各作业点排烟 、 排尘 的要求 , 通 过风量计算首先确定 漏风风路的漏风量 , 可根据经验进行估算 自然通风网中各风路 的风量 , 则按巷道风阻进行 自然分配解算求 出 通风网中各巷道风量确定之后 , 各机站 的风量随之确定 。 单井口入风 、 单井口排风 的简单通风 系统 , 可能全网路只构成一个按 需分风网 , 其风量分 配比较简单 。 多井口入 风 、 多井口排风的复杂通 风系统 , 各采掘作 业 区多属于按需分风网 , 而进排风系统多属 于自然分风网 。 在 自然分风网中 , 风流按 自 然分配 , 各机站按自然分配 的风量确定其供 风量 , 可使网路功耗最小 。 阻力计算 多级机站系统的阻力计算量较大 , 不仅 需要计算最大 阻力路线上各风路的阻力 , 而 且要计算各级机站控制系统各风路的阻力 。 除计算摩擦阻力外 , 还要计算巷道拐弯 、 分 流 、 汇合等局部阻力 。 根据马鞍山矿 山研究 院的经验 , 矿井的某些区段 , 局部阻力有时 大于摩擦阻力 。 机站的局部阻力较大 , 更不 能忽视 。 在不安装扩散器的条件下 , 机站的 局部阻力可按下式计算 ∃ ∃ , Ι 。 息 , Ν 。 七 , 。 ] 么 万 丁⊥ ‘_ 式中 ] 机站出口端巷道的平均风速 毛 。 、 邑 。Θ 一机站入 口突然收 缩 、 出 口突然扩大的局部阻力 系数 , 。 井巷边壁粗糙度的影响系数 ∃ 。ΘΘ 一考虑风流旋绕损失和 多风 机 风流碰撞损失的综合校正系 数 , 。 值变 化于∋ ;Φ 22 之间 , 并联风机台 数越多 , 取值越高 ⊥ 空气密度 _ 一一重力加速度 降低机站的通风阻力十分关键 。 在扇风 机出口安装扩散器可使局部阻力降低 ∋ 肠 。 扩散器出口断面与后续巷 道 的断面越接近 , 局阻越小 。 扇风机 选择 多级机站的扇风机所负担的控制区域较 小 , 风压较低 , 但风量较大 , 故多选用中低 压轴流式扇风机 。 另外 , 对风机运转的稳定 性要求较高 , 宜选用扇风机特性曲线比较平 缓 , 没有明显驼峰区的扇风机 。 口前 , 国产 扇风机中可供选用 的有 ∋ 、 5 −一 ∋和5⎯ 系列 。 其中 .风机使用较多 , 在效率和稳 定性上都能满足设计要求 。 一个机站应选 用并联运转扇 风机 的台 数 , 主要取决于 生产上对该机站要求调节风 量幅度的大小 并联风机数目越多 , 机站的 局部阻力越大 , / 、 、 台扇风机并联运行的机 站阻力分别为单台运行时的 倍 、 3 合 为 宜 , 最多不超过 台 。 对于风量 固定的机 站 , 使用单台风机最为简单 。 一个机站内用 同型号 、 同尺寸 , 同转数的扇风机联 合运 转 , 有利于保持运转的稳定性 。 多级机站的集中控 制 多级机站通风必须解决风机的集中控制 间题 。 梅山铁矿在井下建立 了集中控制室 , 通过 电气操作开关对各机站/ ∋ 台扇风机进行 控制 , 并设有显示风机 开停状态 的指示灯 。 冶金部安全环保研究院研制成功的多级 机站通风远程集中程序控制系统 , 可在控制 室内根据生产作业计划 , 使用可编程序 的控 制器αΑ机∀对风机进行程序控 制 , 也可 在现场或控制室使用手动开关控制 。 该系统 能显示风机开停状态 , 监测 电机的 电流 、 电 压参数 。 这一 系统在大冶铁矿龙洞采区试用 , 效果很好 。 多级机站控制系统 , 应考虑风量调节和 发生事故时的反风要求 。 除电气 控 制系统 外 , 还应继续完善风机闸门和反风门的自动 控制 。 多级机站通风技术在我国处于 试用阶 段 , 经验尚少 , 许多间题尚需进一步研究 这一技术在通风的有效性和经济性芳窗它初 步显示其优越性 , 相信在 “ 八五 ” 期间会有 更大的发展 。 参考文献 〔 ∀ 马鞍山矿山研究院多级系统组 , 金属矿山 , 飞∀ ∗ 〔 〕王英敏 , 黄金 , 2 ∀ /∋/ 〔‘〕王英敏 , 有色矿 冶 , ∀ ∗∗ ∋ , ; 收稿日期 ∃ ∗∗∋一王。一/7 ∀ ‘白口韶湘嘴翻弓侣 沁侣沁创幼劝韶翻 韶加韶韶喇自 〔上接第 页∀ 表 , 排污 关闭通汽阀和通水阀后卸下水位 计 , 用少许硫酸擦拭镜面 卸下棱镜 , 用酒 精擦拭 。 连管 、 阀门堵塞形成的假水位及处 理 在锅炉运行过程中 , 由于水连管或通水 闷水旋塞∀ 、 汽连管或通汽阀汽旋塞∀ 被水垢 、 污物 、 填料等堵塞 , 通 水阀或通汽 阀误关闭 , 往往会使双色水位计水位呆滞不 动或水位计的水位高于实际水 位 。 处理方 法 ∃ 用水冲洗或用铁丝疏通 水 、 汽连管和 水 、 汽旋塞 打开通水阀 、 通 汽 阀 加强排 污管理 。 阀门泄 漏形成的假水位及处理 由于阀门的材质或加工有缺陷 , 阀芯与 阀座接触面磨损 、 腐蚀 , 填料不足 、 变质或 充填压力不均匀 , 常使双色水位计 的 通水 阀 、 通 汽 阀或排污阀泄漏而出现假水位 , 水 位表的水位不是比锅筒中的水位高 , 就是比 锅筒中的水位低 。 其处理方法是 ∃ 检查水位 计的通水阀或通汽阀 , 研磨阀芯 、 阀座 增 加或更换填料 , 拧紧填料压盖 更换阀门 收稿日期 ∃ / ∗,∋一∋ 一/∀