红透山矿深井开采通风系统循环风研究与应用.pdf

S e r i e s No ． 4 3 8 D e c e mb e r 2 0 1 2 金 属 矿 山 METAL MI NE 总 第 4 3 8 期 2 0 1 2 年 第 1 2期 安全 与环保 红透山矿 深井开采通风 系统循环风研 究与应用 袁梅芳 石长岩 李志超 李印洪 刘伟强 姚银佩 申 延 1 ．湖南有色冶金劳动保护研究院； 2 ．中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司 摘要简单阐述可控循环风原理； 突破局部循环通风方式， 在红透山矿深部开采中段成功实现系统循环通 风。详细介绍了该系统在红透山矿的运转情况， 并建立循环风流净化设施和有毒有害气体监控设备 ， 确保循环风 满足井下安全工作环境的要求。该系统运行指标良好， 安全可靠， 解决了通风困难和通风节能问题。 关键词深部开采系统循环风污风净化监测 自控 Re s e a r c h a nd Appl i c a t i o n o f Ci r c ul at e d W i nd o f Ve n t i l at i o n Sy s t e m i n De e p Ex pl o r a t i o n o f Ho ng t o us ha n M i ne Yu a n Me i f a n g S hi Ch a n g y a n Li Zh i e h a o Li Yi n h o n g L i u W e i qi a n g Ya o Yi n p e i Sh e n Ya n 1 ． H u n a n L a b o r P r o t e c t i o n I n s t i t u t e o fN o n f e r r o u s M e t a l s ； 2 ． C h i n a N o n f e r r o u s H o n g t o u s h a n F u s h u n Mi n i n g G r o u p C o ． ， L t d ． Ab s t r a c t T h e p r i n c i p l e o f c o n t r o l l a b l e c i r c u l a t e d v e n t i l a t i o n i s s i mp l y i n t r o d u c e d ． Di f f e r e n t f r o m t h e l o c a l c i r c u l a t i o n v e n t i l a t i o n mo d e，t h e s y s t e mi c c i r c u l a t i o n v e n t i l a t i o n s u c c e s s f u l l y wa s a p p l i e d i n t o t h e d e e p e x p l o r a t i o n o f Ho n g t o u s h a n mi n e ． T h e o p e r a t i o n s i t u a t i o n o f t h e s y s t e m i n Ho n g t o u s h a n mi n e i s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ，a n d t h e p u ri f y i n g f a c i l i t i e s o f c i r c u l a t e d a i r a n d mo n i t o r i n g e q u i p me n t f o r h a r mf u l g a s e s a r e b u i l t t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f u n d e r g r o u n d s a f e t y w o r k o n c i r c u l a t e d v e n t i l a t i o n ． T h e s y s t e m i s g o o d，s afe a n d r e l i a b l e ． Di f fi c u l t i e s i n v e n t i l a t i o n a n d e n e r g y s a v i n g we r e s o l v e d ． Ke y wo r d s De e p mi n i n g ，S y s t e ma t i c c i r c u l a t e d v e n t i l a t i o n ，C o n t a mi n a t e d w i n d p u ri fi c a t i o n，Mo n i t o r i n g c o n t r o l 上世纪 8 0年代以来 ， 抚顺红透山铜锌矿逐渐进 入深部开采， 由于深部矿体急剧向东侧伏 ， 使整个作 业区域集 中在东部 。 目前最深 的开采中段到 一8 8 7 m水平 ， 采矿总深度 已达到 1 3 3 7 n l ， 在井下 的深部 开采 中段 的东部风井呈 阶梯型 向东平移 ， 致使通风 线路长 ， 风阻大 ， 通风问题 日益严重。 循 环风是在工作区域 内， 利用净化后 的循环风 流或加入新鲜空气 的循环风流进行通风的方法。循 环风通风方式分为开路式和闭路式。开路式循环通 风的作业面有进风道和回风道 ， 在循环通风过程中 ， 由外界提供部分新鲜风流与循环风流相混合 ， 供给 作业面， 由作业面排除的污风一部分循环使用 ， 另一 部分排至回风道。闭路式循环通风不需要外界风 源 ， 只利用净化后的风流进行通风。 可控循环风技术是解决矿井通风困难和通风节 能的一种新途径⋯。与传统的通风改造方法相比， 投资少， 见效快， 节能效果显著⋯。井下循环风在 过去不受欢迎， 因为人们认为井下循环风的存在会 引起循环 区域 内有害物质的聚积， 恶化通风环境 ， 以 致一些国家 以法规 的形式规定井下禁止 使用循环 风 J 。但 自从 1 9 7 1年在英 国锡汗煤矿首次应用井 下循环风流获得成 功后 ， 人们对井下循环风有 了新 的认识 J 。如果在井下有 目的地使用循环风流， 并 对其进行合理控制， 循环风的存在不但不会恶化环 境 ， 而且还会大大改善环境， 产生一系列的通风好 处 。 1 可控循环风原理 图 1 表示有无循环风通风系统示 意图。图 中， Q i 为人风量 ， I n ／ s ； Q 为循环 风量 ， In ／ s ； C i 为人风 污染物浓度 ， ％； C 为 回风污染物浓度 ， ％ ； C 为混 合入风 污染 物浓度 ， ％ ； q为采 区内污染物 的产 生 量 ， In ／ s 。 当无循环风时 图 1 a ， 假设为稳定状态条 件， 则回风浓度 c 由式 1 求出 袁梅芳 1 9 5 7 一 ， 男， 高级工程师， 4 1 0 0 1 4湖南省长沙市香樟路 6 0 1 号。 91 总第4 3 8期 金 属 矿 山 2 0 1 2年第 l 2期 a无循环风 P C Q P C Q C m b有循环风 图 1 有无循环风通风系统示意 c C i ． 1 在点 1处 ， 混合入风浓度 c 即为人风浓度 c i ， 即 C C i 。 当有循环风时 图 1 b ， 假设 为稳定状态条 件， 且回风中的污染物浓度为某一未知值 C ， 可知 循环风量 q 中的污染物浓度也等于 c ， 到达点 2处 的污染物总量 q则可由式 2 求出 Q Q i C i Q C q． 2 Q也等于到达点 2的总风流量 中所含的污染物 含量 ， 即 Q Q i q C ． 3 将 2 、 3 式联立 ， 解之得 cr ci q Q i - 4 点 1 处混合人风污染物浓度 C 由下式求出 ． ㈥ 设循环风分量系数为 尺， 即 R ， 6 代人式 5 ， 则混合入风污染物浓度 c 为 c _C _ ． 7 当循环风量为零时 ， 在点 1 处 ， 混合入风污染物 浓度 c 即为人风污染物浓度 c i ， 即 C C i ． 8 比较式 1 和式 7 后可知回风中污染物浓度 不受循环风 的影响。比较式 7 和式 8 可知进风 流中混合污染物浓度与循环风有关 ， 并且其 污染物 浓度随循环风量的增加而增大 ， 但循 环风量 系数 R 仅在 0～I 之间 ， 因此得知人风侧污染物浓度绝对小 于回风侧污染物浓度， 但比无循环风时的入风测污 染物浓度大 R q ／ Q i 。 2 通风系统循环风应用技术与实践 尽管“ 循环通风” 相关技术及其应用 在文献 中 也有一些报道， 特别是上世纪 8 0年代 以后 ， 相关研 究也取得了一些进展 ， 但实践应用更多地局 限于 区 域小环境范围 ， 距离在矿井大系统范围应用还有很 大的差距 。本次研究立足红透山矿 的实际状况 ， 充 分利用现有通风系统的有利条件 ， 在循环风利用上 继续取得重要的突破性进展 。 2 ． 1 系统循环通风技术路线 1 充分利用空 区 自净能力。浅部众多已回采 结束的中段保有大量的废弃巷道和采空区， 据统计 目前空区总体积超过 3万 m ， 如此大体积 的采空 区 可以发挥出重要的 自净功能 ， 使污风得 以净化。 2 增加人工净化处理措施。在充分发挥采空 区 自净能力 的基础上 ， 再选择水雾净化结合其他物 质吸附方法 ， 构建一套 全流程 “ 污风净化装置 ” ， 增 强净化效果 ， 改善空气质量。 3 确定适宜的“ 放风” 部位。矿井系统 “ 循环 风” 的实质就是在适宜 的中段 ， 选择通风 网路 的正 压端 主回风井 进行“ 放风卸压” ， 其位置的选择应 当符合远离主作业中段 、 利于净化处理 、 便于管理的 基本条件。 4 充分利用“ 定时爆破” 工作的有利时段 。目 前红透山矿井下采掘爆破作业采用定时放炮的管理 方式 ， 即规定各作业 点掘进和 回采爆破作业都集中 在 1 4 0 0 1 6 0 0时间段 内进行 ， 以便于集中进行污 风排放。非集 中爆破作业 时段是“ 人均需风量” 最 大的时段 。充分利用非集 中爆破有利时段 实现 “ 人 员集中作业时段内” 系统循环通风 ， 在此基础上 ， 再 逐渐扩展到其他全部生产时段 ， 使得系统 的运行有 充分的安全保障。 5 实时监测 自控系统。在整个循环通风 的路 径上 ， 设置污染物电子监测探头 ， 对空气成分进行实 施全过程监测 ； 同时 ， 在安 装人工控制风 门的基础 上 ， 再增设 1套远程 电动风门控制系统 ， 可以对循环 风量利用率进行实时调控， 提高系统的运行可靠度。 2 ． 2 系统循环通风应用实际 红透山矿循环风 的放风 中段设 在 一2 8 7 m 中 段 ； 在循环风路的初始段 一 4 6 7 IT I 中段和末段 一2 8 7 m 中段 ， 充分利用长距离的封 闭巷道和采空区 ， 集 中 安设水喷淋装置 ， 并辅以其他物质吸附措施 ， 实现污 袁梅芳等 红透山矿深井开采通风 系统循环风研 究与应用 2 0 1 2年第 1 2期 风的全流程多重净化 J 。沿循环风 一2 8 7 r n中段放 风段路径先后安设 5组可以远程监控有毒气体的探 测器 ， 对空气成分进行实施全过程 监测 。为了确保 对放 出风流的控制更加安全可靠 ， 在 一2 8 7 m中段 放风中段防风口巷道上修建 1 道混凝土密闭墙 配 套设置风门和风窗 ， 在此基础上 ， 又增设 了 1道可 以远程操作 的电控风 门。在上述较完善 的系统设计 基础上 ， 依靠净化 、 监测和控制装置 ， 重点利用非集 中爆破作业 时间段 ， 最终实现 了极 大提 高“ 人 员最 集 中作业时段” 有效风量供给的 目标。系统循环通 风工作原理见图2 ， 一 2 8 7 m中段主要净化装置分布 图见 图 3 。 1 老 主 扇 图2 循环通风系统原理 图3 2 8 7 m中段主要净化装置分布图 1 一循环风井； 2 一喷水装置； 3 一折流板； 4 一喷水过滤网； 5 一吸附剂 6 一备用风门； 7 一远程自动风门； 8 一大竖井方向； 9 一降阻反风门 2 ． 3系统循环通风成果 经过现场实测， 在 一 2 8 7 m中段， 通过综合净化 措施后进行“ 放风”， 实现 了通风 系统排风段 风流受 控循环利用 的 目标 ， 当 2 7 m。 ／ s的净化风被放 出参 与循环利用时， 一 4 6 7东部接力风机的排风量达到 8 7 ． 2 4 r n ／ s ， 可控循环风量 占总风量 的 3 1 ％。 该系统在 一 2 8 7 m中段的净化风流放出段安设 了里外 2道控制风 门， 因此放 出的净化风量受 到很 大的限制 ， 并未达到 “ 最大化” ， 还有很 大的增加潜 力。同时， 为了确保净化后风质的达标， 放出风量的 测试值都选择在“ 非集中爆破作业时段” ， 因此净化 效果非常理想； 实际上， 即使在“ 集中爆破作业时 9 3 总第 4 3 8期 金 属 矿 山 2 0 1 2年第 1 2期 段” ， 在 一 2 8 7 n l 中段控制风门关 闭、 系统封 闭通 风 的状况下 ， 污风净化后的效果也非常明显 。 在红透 山矿山构建 的循环风系统安全可靠 ， 具 有很好的灵活可控性 ， 系统运行指标优 良。废弃井 巷和采空区具有较强大的自净能力， 结合水净化为 主的辅助净化方法 ， 确保 了矿井循环风 的风质达标 符合 G B Z 2 --2 0 0 2 ， 实现了矿井循环风利 用的突 破性进展 ， 特别是在系统运行受限的情况下 ， 可利用 循环风量 已经超过 3 0 ％ ， 具有进一步提升的潜力。 4 结论 1 红透山深井开采通风系统循环风研究与应 用突破了矿山局部传统 的循环通风方式 ， 该系统 的 构建解决了红透山深部开采 的通风问题 ， 又达到 了 良好的节能效果。 2 建立了监测监控和净化系统， 安装了有毒 有害气体传感器， 加强了环境检测， 采取了污风净化 措施 ， 确保了循环风系统运行满足井下安全工作环 境要求 。 3 在净化 系统 高效运行 的基础上 ， 通过采取 科学的控制排放措施 ， 该通风系统在非集中爆破作 业 时段实施循环通风 ， 很好地满足了通风的需要 。 上接第 6 5页 [ 2 ] [ 3] 参考文献 毛士平 ， 崔长征 ， 谢建宏 ． 陕西某铅锌 矿铅锌 分离试验 [ J ] ． 现 代矿业 ， 2 0 1 0 1 O 5 3 - 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