金廠溝梁金礦冬季通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

金廠溝梁金礦冬季通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地溫預(yù)測(cè)是利用地層溫度變化來(lái)加熱礦山通風(fēng)的一項(xiàng)技術(shù)措施。有大量廢舊井巷和采空區(qū)的礦山,可充分利用巖體的吸熱和散熱作用,進(jìn)行冷空氣的預(yù)熱,它既節(jié)約能源,又安全可靠。內(nèi)蒙古金陶股份有限公司金廠溝梁金礦多年存在提升井結(jié)冰影響安全生產(chǎn)問題,但由于采礦方法采用削壁充填法,不存在足以預(yù)熱全礦冷風(fēng)流的采空區(qū)和舊巷道,采用地溫預(yù)熱入風(fēng)流的技術(shù)方案曾不可能實(shí)現(xiàn)。但本設(shè)計(jì)利用沒有淋水的井筒直接進(jìn)風(fēng),各中段限流預(yù)熱冷風(fēng)的技術(shù),根據(jù)傳熱原理計(jì)算了各中段可進(jìn)的冷風(fēng)量,經(jīng)過風(fēng)量調(diào)節(jié),形成了冬季防凍通風(fēng)系統(tǒng)。1既有豎井部分金廠溝梁金礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)為多井口入排風(fēng)系統(tǒng)(見圖1所示)。入風(fēng)井為1#、2#、15#和35#豎井。七中段以上各中段已基本采完,從七中段往下,有57#盲井,35#盲井和35#盲副井往下開拓,設(shè)計(jì)開拓至十三中段。排風(fēng)井有26#、35#和56#風(fēng)井,分別裝有K40BNO.15、K40BNO.16和K55NO.11風(fēng)機(jī)。26#和56#風(fēng)井均延深至七中段,35#風(fēng)井已延深至十中段。26#、35#風(fēng)井風(fēng)機(jī)正常開動(dòng),56#風(fēng)井風(fēng)機(jī)未開動(dòng)。在26#、35#風(fēng)井抽出式風(fēng)機(jī)開動(dòng)下,新風(fēng)從1#、2#、15#和35#豎井流入井下。由于這些豎井都是提升井,且均有不同程度淋水,冬季大量冷風(fēng)流入時(shí)結(jié)冰嚴(yán)重,影響安全生產(chǎn)。為此,需要研究適應(yīng)冬季正常生產(chǎn)的預(yù)熱防凍通風(fēng)系統(tǒng),防止提升井結(jié)冰。2防止結(jié)構(gòu)壓制35#風(fēng)井已延深至十中段且無(wú)淋水,七中段以上各中段已基本采完,因此可讓35#風(fēng)井直接進(jìn)冷風(fēng)。限制26#和56#風(fēng)井的排風(fēng)量,保證有部分冷風(fēng),經(jīng)35#風(fēng)井,六、七中段平巷預(yù)熱后,由各提升井排出,防止結(jié)冰。據(jù)此規(guī)劃的通風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。在冬季,35#風(fēng)井為主要進(jìn)風(fēng)井巷,大黃線平峒與三中段有一斜井相聯(lián),作為一條補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)道。根據(jù)井筒中段之間的聯(lián)系,35#風(fēng)井處于中間,26#、56#風(fēng)井處在兩翼,將35#風(fēng)井風(fēng)機(jī)改成壓入式后,便構(gòu)成了中間壓入,兩翼抽出的壓抽混合式通風(fēng)。冬季壓入式風(fēng)機(jī)把冷風(fēng)由35#風(fēng)井壓入井下,由于限定壓入式風(fēng)機(jī)風(fēng)量大于抽出式風(fēng)機(jī)風(fēng)量,則迫使有小部分冷風(fēng)經(jīng)35#風(fēng)井,六、七中段平巷預(yù)熱后由各提升井排出。大部分冷風(fēng)則經(jīng)35#風(fēng)井,各中段井巷預(yù)熱后送至深部各作業(yè)地點(diǎn),廢風(fēng)由26#、56#風(fēng)井排出。3全礦坑口充填采礦按年產(chǎn)量估算風(fēng)量,全礦需風(fēng)量為38～45m3/s,全礦按采區(qū)分布劃分為三個(gè)坑口,每個(gè)坑口采礦工作面數(shù)大致相同,所以每個(gè)坑口需風(fēng)量為12～15m3/s。3.1空氣熱交換系數(shù)k大黃線平峒斷面2.8～3m2,平均周長(zhǎng)7m,總預(yù)熱長(zhǎng)度500m,圍巖為斜長(zhǎng)角片麻巖,取巖體的熱導(dǎo)率λ=1.3W/(m·℃),巷道風(fēng)速取v=3.3m/s,大黃線平峒所能預(yù)熱的風(fēng)量q為:q=SKρCplntn?t0tn?tl(1)q=SΚρCplntn-t0tn-tl(1)式中:S——預(yù)熱坑道暴露的面積,m2;Cp——空氣的定壓比熱,Cp=1005J/(kg·℃);ρ——空氣密度,ρ=1.2kg/m3;tn——巖體溫度,經(jīng)計(jì)算tn=8℃;t0——冷空氣溫度,t0=-28℃;tL——空氣經(jīng)L巷道長(zhǎng)度后的溫度,tL=2℃;K——空氣熱交換系數(shù),由下式計(jì)算:K=10λ1.55+λ0.8v(2)Κ=10λ1.55+λ0.8v(2)式中符號(hào)意義同前。將已知代入式(2)、(1),可算出空氣熱交換系數(shù)K=6.3W/(m2·℃),大黃線平峒的最大預(yù)熱風(fēng)量q為10.57m3/s。大黃線平峒最大設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)量取10m3/s。3.23預(yù)熱參數(shù)的計(jì)算35#風(fēng)井進(jìn)風(fēng)量為全礦需風(fēng)量減去大黃線平峒進(jìn)風(fēng)量,即:q35=(38～45)-10=(28～35)m3/s35#風(fēng)井從地表到十中段為366m,由于各中段的巖溫不同,各中段的進(jìn)風(fēng)量也不同,所以應(yīng)當(dāng)采用分段計(jì)算的方法進(jìn)行預(yù)熱參數(shù)的計(jì)算,區(qū)段劃分見圖3,基本計(jì)算公式為式(1)和式(2)。將式(1)變成溫度計(jì)算的迭代式,得:tLi=tni(1-emi)+tcie-mi(3)mi=piKqiLiqiρiCp(4)mi=piΚqiLiqiρiCp(4)式中:tLi——第i段巷道的終點(diǎn)風(fēng)溫,℃;tci——第i段巷道起點(diǎn)風(fēng)溫,℃;tni——第i段巷道平均巖溫,℃;qi——第i段巷道過風(fēng)量,℃;ρi——第i段巷道空氣密度,kg/m3。第i段巷道平均巖溫按地溫增升規(guī)律計(jì)算,取地溫增深率為65m/℃;Ki按式(2)計(jì)算。4各中段分風(fēng)方案研究分三種方案進(jìn)行解算:方案一:再在大黃線平峒安裝1臺(tái)風(fēng)機(jī)作壓入式工作,形成“兩壓兩抽”的風(fēng)機(jī)工作方式,限制35#風(fēng)井進(jìn)風(fēng)30m3/s,大黃線進(jìn)風(fēng)10m3/s;26#、56#風(fēng)井各排風(fēng)10m3/s,按自然分配解算各提升井的排風(fēng)量;方案二:進(jìn)風(fēng)同方案一,56#風(fēng)井風(fēng)機(jī)停開,形成“兩壓一抽”的風(fēng)機(jī)工作方式,解算各提升井及56#風(fēng)井的自然排風(fēng)量;方案三:進(jìn)風(fēng)同方案一,停開26#、56#風(fēng)井風(fēng)機(jī),形成“兩壓”的風(fēng)機(jī)工作方式,解算各提升井及26#、56#風(fēng)井的自然排風(fēng)量。以上三個(gè)方案均在六、七、八、九、十等5個(gè)中段同時(shí)分風(fēng)進(jìn)行計(jì)算。把全系統(tǒng)簡(jiǎn)化成107條風(fēng)道,67個(gè)節(jié)點(diǎn),41個(gè)回路,解算結(jié)果見表1。溫度計(jì)算主要針對(duì)35#進(jìn)風(fēng)井至各個(gè)中段直到各中段提升井井底,大黃線進(jìn)風(fēng)至三中段運(yùn)輸巷及26#風(fēng)井、2#井井底。各主要節(jié)點(diǎn)處風(fēng)流溫度見表2。從表1和表2可以看到,5個(gè)中段同時(shí)分風(fēng)時(shí),如果抽出式風(fēng)量保持每個(gè)風(fēng)井10m3/s左右,則能使各個(gè)提升井都能排風(fēng),且井底風(fēng)溫都在0℃以上,能防止提升井結(jié)冰。由表2還可看到三個(gè)方案提升井底風(fēng)溫?zé)o多大差別。表1、表2解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)未考慮自然風(fēng)壓的影響。把35#風(fēng)井風(fēng)機(jī)葉片安裝角調(diào)至32°的特性曲線輸入,同時(shí)還輸入各井筒按高程差計(jì)算出的空氣柱重的差,即自然風(fēng)壓,仍按5個(gè)中段分風(fēng),解算結(jié)果見表3和表4。比較表1和表3可以看出,由于多?井?筒排風(fēng),風(fēng)阻小,自然風(fēng)壓對(duì)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)量影響較大。有自然風(fēng)壓作用時(shí),2#豎井出風(fēng)量增加較多,15#、35#豎井出風(fēng)量明顯減?少。為?控制15#、35#豎井不致于下風(fēng)凍井,可控制26#、56#風(fēng)井出風(fēng)量。此外,可在連接15#和2#豎井的中段巷道上加阻,無(wú)運(yùn)輸?shù)闹卸?如三中段和五中段可加密閉。表4表明,35#風(fēng)井風(fēng)量全部送入最下三個(gè)中段,則有些節(jié)點(diǎn)溫度相應(yīng)下降3℃左右,個(gè)別節(jié)點(diǎn)達(dá)不到零上溫度。故應(yīng)采用4個(gè)或5個(gè)中段分散送風(fēng)的方式。表3、表4還表明,三種方案都能滿足冬季防凍的需要,為節(jié)約能源,可在大黃線平峒再裝一臺(tái)K40NO.9風(fēng)機(jī),采用方案3,實(shí)行風(fēng)機(jī)“兩壓”的工作方式。26#、56#風(fēng)井風(fēng)機(jī)停開,可在六、七中段安裝1臺(tái)K40NO.8風(fēng)機(jī)往上送風(fēng)。5地表氣溫情況防凍通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)可靠地運(yùn)行了三年,經(jīng)實(shí)測(cè),礦井總?cè)腼L(fēng)量達(dá)46.56m3/s(礦井設(shè)計(jì)風(fēng)量為45m3/s),地表氣溫為-18℃時(shí),1#、2#、15#、35#提升井井底(七中段各井馬頭門處)的氣溫分別高達(dá)9、13、12、13℃,各井均未結(jié)冰,保證了安全生產(chǎn)。6現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果(1)對(duì)不存在足夠的空區(qū)和舊巷預(yù)熱全礦冷風(fēng)流的礦山,采用限流冷風(fēng)的技術(shù),也能利用地溫預(yù)熱入風(fēng)流,防止提升井結(jié)冰