多级机战通风系统的节能机理初探.pdf

收稿日期 2003- 04- 10 作者简介左铁军 1963- , 男汉族 , 中铁十九局集团一公司潮洲项目部, 工程师。多级机站通风系统的节能机理初探左铁军中铁十九局,辽宁辽阳 111000 摘要大主扇通风和多级机站通风是坑内金属矿山通风的两种形式, 根据扇风机的能耗公式,初步探讨了多级机站通风的节能机理, 并在此基础上论述了坑内金属矿山通风的综合节能措施。关键词地下矿山; 通风系统; 多级机站; 节能机理中图分类号 TD 724 文献标识码 B 文章编号 1671- 8550 2004 04- 0045- 02 1 坑内矿山通风有关理论众所周知, 空气是一种流体, 也具有粘性, 所以当它沿井巷运动时, 就要受到井巷对它的阻力。要维持空气流动, 就必须克服这种阻力, 从而导致风流本身机械能量的损失。在坑内金属矿山中, 除了少数采用平硐溜井开拓的矿山和坑口可以采用自然风压进行通风外, 其它绝大多数矿山或坑口必须采用机械通风。目前,均采用扇风机克服矿井各段的阻力, 对矿内空气做功,使地面的新鲜空气进入井下, 到达各需风点, 最终将污风排出地面。而扇风机在对矿内空气做功时, 要消耗一定的电能。也就是说, 风流本身的机械能量最终来自供电网的电能。另外, 扇风机所消耗的电网电能大体上分为 3 部分 1 克服矿井各种阻力而消耗的电能; 2回风井口的空气动压损失所消耗的能量; 3 扇风机本身所消耗的电能, 就像直流电路中的电源一样,而且所占的比重还相当大, 据多数使用多级机站的矿井证实,这部分能量要占风机全部能量的 30 左右, 甚至更大。 2 多级机站通风节能机理初探假设一井下金属矿山, 其矿井所需的总有效风量为 Q m3/ s , 其内部漏风系数分别为 k1、k2, 则该矿井的总风量为 Q k1k2Q m3/s , 又假设矿井的总风阻力 R k, 总负压为 H Pa, 扇风机的总运转效率为 , 运转时间为 t h , 则扇风机所消耗的电能为 E H Q 102 t kWh 1 式 1 中 H R Q 2 Q k1k2Q 所以, E R k31k32Q3 102 t kWh 2 式 2 即为扇风机所消耗的电能计算公式。从式 2 中可以看出, 总电能 E 与矿井的总风阻、内外漏风系数及总风量的立方和扇风机的运转时间成正比, 而与扇风机运转效率成反比。所以,若降低矿井的总通风能耗, 则必须从降低矿井的总风阻, 内、外漏风系数, 矿井总有效风量及扇风机的运转时间,提高运转效率等方面考虑。而且还可以看出,内、外部漏风系数及矿井总有效风量的影响将会更大一些。 21 内、外部漏风系数建国以来, 我国坑内金属矿山的通风理论研究与实践已证明, 多级机站通风系统的内、外部漏风系统均比大主扇通风系统的内、外部漏风系数小。两种系统的内、外部漏风系数见表 1。表 1 内、外部漏风系数通风系统内部漏风系数 k1外部漏风系数k2 大主扇110 125115 130 多级机站105 115110 120 从表 1 中计算得出 k31大 k32大 k31多 k32多 1473 3 式 3 中的 k1大、 k2大、 k1多及 k2多分别是大主扇、多级机站通风系统的内、外部漏风系数的平均值。从式 3 可以看出, 如果其它条件不变的话,单凭内、外部漏风系数的降低, 多级机站比大主扇通风系统平均节能 473 。主要原因 1多级机站压轴式的串联通风可以降低全矿通风网络的压差,在矿井形成数个零压区, 使漏风减少, 从而使漏风系数减小; 2 多级机站通风的供风排风一般都设专用井巷使新鲜风流不经过漫长的运输大巷而直接送到需风工作面, 从而保证了进风量, 减少了内部漏风和内部漏风系数。 22 扇风机的运转时间在同一时间内, 多级机站通风系统运行的风机功率总数和运行时间要少于大主扇通风系统扇风机的运行时间。因为多级机站通风系统的机站由多个并联相同的小风机组成, 可以根据作业区需风量的变化而开闭风机, 调节风量, 并可按需分配风量、开闭风机。而不像大主扇通风系统, 只要坑内有人员作业, 扇风机就运转。 23 扇风机的运转效率 20 世纪 60 70 年代, 我国金属矿山大多使用 70B2 等大型扇风机进行大主扇通风。这些风机风量大, 负压大, 但效率低,一般只能达到 07 左右。自 80 年代以 45 第 2 卷第 4 期 2004 年 8 月矿业工程 Mining Engineering 来, 随着多级机站通风理论的研究和应用及新型节能风机的问世, 使用多级机站通风的矿井和某些小矿井仍使用大主扇通风 , 均使用了近年来问世的新型节能风机, 此风机风量小、负压小,能适用不同通风网络的需求, 而且安装简单,运行效率高, 一般为 08 左右。如果其它条件不变化, 仅凭风机运转效率的提高, 多级机站通风系统就比大主扇通风系统节能 14 以上。如核工业部的 719矿将原来的一台 QDC- 2 型 12 号离心式通风机更换为 K45 型 14、15通风系统,电机额定功率由原来310 kW减少为130 kW, 实耗功率由1905 kW减少为944 kW, 节电率达 51 。 3 坑内矿山的综合节能措施 31 摩擦阻力通风网络中的各种井巷就像电路中电阻一样, 有串联、并联、还有角联。电阻串联的越多, 总电阻越大; 反之并联越多, 总电阻越小。所以在可能的情况下应减少通风井巷的串联和增加通风井巷的并联。尤其是矿井的进风段和回风段。这是因为矿井的进风段和回风段的风阻一般占整个矿井的 50 左右。所以降低这两段的风阻将会对整个矿井的节能起很大作用。一般来说, 可以根据采矿设计手册 1579 页推荐的计算公式 2- 16- 2 或 1990 矿山技术杂志第 6 期多级机站通风系统设计及应用要点一文中的公式确定新建井巷的断面积和验算改造矿井的井巷断面积。如果认为经济断面的计算公式复杂和公式中某些参数不太好取, 则可用井巷的总过风量除以经济断面风速一般为 6 8 m/ s来计算, 最后取整。如果通过计算发现后者井巷的断面积距经济断面甚远, 则应在资金允许的情况下, 把原有井巷的断面扩大或通过新掘井巷实现经济断面。 32 局部阻力和正面阻力在设计通风井巷时, 应尽可能减少井巷的突然扩大、突然缩小和直角交叉, 以最大限度地降低局部阻力。另外, 通风井巷内的障碍物应及时清除, 确实不能清除的应尽可能地减少障碍物的断面积或把障碍物做成流线型, 以减小正面阻力。从式 2 可知, 降低矿井的总风量有效 , 可以大大降低矿井的能耗。这方面的研究工作在国外发展很快, 并且已引起了我国通风专家们的兴趣。此项技术称为可控再循环通风技术, 对于深度较大超过1 000 m 和深热矿井坑内温度超过27 ∀ 尤其适用。其原理是控制矿井的总进风量和总回风量, 在主要的回风井巷内设置净化空气的设施, 对作业面及各需风点排出的污风进行净化和除尘, 待处理过的空气达标后, 再通过一定的通风井巷把净化达标的空气送到总供风段, 重新利用。如此往复, 达到降低矿井总进风量和总回风量的目的, 最终减小这两段的通风能耗。除此之外, 在条件允许的情况下, 应把总排风井井口的机站迁入井下, 以降低其空气动压损失, 从而降低矿井的无功能耗。此外,管理问题也不容忽视。应努力提高通风管理人员的技术素质和工作素质。 4 结语提高认识, 加强管理,建立一支高效、高质量的现代化通风管理队伍。大力推广多级机站的通风技术, 既使暂时不能实现的矿井, 也力争建成压轴混合式通风系统。降低矿井的总风阻, 优化网络参数。加强计算机优化技术在矿井通风中的应用。研制和推广新型节能风机, 不仅采用多级机站通风系统, 而且大主扇通风系统也要采取措施使用。在条件允许的矿山,把排风井井口的机站迁入井下, 以减少排风井井口的空气动压损失。使用多级机站通风的矿井, 应装备与系统相适应的集中遥控装置, 随时按作业面需风量的变化而调节风机的开动台数和运行时间, 以保证各风机稳定工作。加强深度较大矿井和深热矿井的可控再循环通风技术的理论研究工作。总之, 坑内金属矿山通风系统的节能降耗工作是一项庞大的系统工程, 需要各方面的共同协调工作。相信随着矿山管理水平的提高, 各项节能措施的应用, 坑内矿山的通风节能降耗工作将会取得令人满意的成果。参考文献 [ 1] 王英敏主编矿井通风与安全冶金工业出版社 [2] 吴钢铀矿山能耗分析和节能途径第四次全国采矿学术会议论文集 [3] 王英敏, 徐竹云矿山通风理论与技术的新发展第四次全国采矿学术会议论文集 [4] 李雨林, 程历生多级机站通风系统设计及应用技术要点矿山技术, 1990 6 [5] 高战敏弓长岭井下矿深井两翼回风井最佳断面的探讨鞍钢矿山, 1992 3 Principle of energy saving of multistation ventilation system ZUO Tie jun No. 19 Bureau of China Railway, Liaoyang 111000, China AbstractThere are two types of ventilation in underground metal mine main great fan ventilation and multistation ventilation. According to the ula of energy consumption of ventilating fan, the principle of energy saving o multistation ventilation is discussed. On this basis, measures to save energy consumed by ventilation system in underground metal mine are introduced. Key words underground mine; ventilation system; multistation ventilation; principle of energy saving 46 矿业工程第 2 卷第 4 期