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        金屬礦山通風(fēng)節(jié)能降耗途徑及應(yīng)用

        2013-03-17 11:09:20袁梅芳
        湖南有色金屬 2013年4期
        關(guān)鍵詞:深井風(fēng)量變頻

        袁梅芳

        (湖南有色冶金勞動保護(hù)研究院,湖南長沙 410014)

        目前國內(nèi)許多有色金屬礦山都已進(jìn)入中深井、深井(開采深度300~800 m稱為中深井、800~2 000 m為深井[1])開采。例如:湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司開采深度為702 m,遼寧紅透山銅礦開采深度已達(dá)到1 337 m,甘肅金川公司龍首礦開采深度為1 076 m,湘西金礦開采深度為1 109 m。隨著礦井的不斷延伸,開采深度增加,進(jìn)、回風(fēng)線路長,通風(fēng)阻力大,造成通風(fēng)系統(tǒng)能耗居高不下。經(jīng)對湖南省18個(gè)有色金屬黃金礦井的通風(fēng)系統(tǒng)測定和統(tǒng)計(jì),通風(fēng)能耗占整個(gè)礦井能耗的24.4%~40.5%。既要解決礦山進(jìn)入中深井、深井開采的通風(fēng)技術(shù)難題,又要達(dá)到礦井通風(fēng)節(jié)能的目的,這是我國采礦工程技術(shù)人員面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)課題。

        1 礦井空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與通風(fēng)聯(lián)動節(jié)能

        1.1 礦井空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與通風(fēng)聯(lián)動機(jī)理

        1.按我國《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》對井下采掘工作面空氣成分要求(按體積計(jì)算):氧氣不低于20%、一氧化碳(最大允許24 μL/L)、二氧化氮(最大允許2.5 μL/L)、硫化氫(最大允許6.6 μL/L)、二氧化硫(最大允許5 μL/L)、粉塵(最大允許2 mg/m3)。采用MIC-300系列變送器(探頭)對主要采掘面(或主要作業(yè)中段)的空氣進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)跟蹤采樣。

        2.根據(jù)現(xiàn)場采樣和安全允許的最大濃度的對比計(jì)算得出各種污染物的污染分指數(shù),各污染分指數(shù)最大者為采掘面空氣品質(zhì)綜合指數(shù)[2],相對應(yīng)的該項(xiàng)污染物即為井下空氣中的首要污染物。然后根據(jù)采掘面空氣品質(zhì)綜合指數(shù)來判斷采掘面空氣環(huán)境狀況。

        3.經(jīng)對采掘(或主要作業(yè)中段)面的作業(yè)環(huán)境空氣品質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,將檢測到的信號通過收集器(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng))轉(zhuǎn)化成4~20 mA的模擬信號,根據(jù)收集器提供的空氣品質(zhì)綜合指數(shù)值來控制主風(fēng)機(jī)變頻器的輸出頻率,從而改變主風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和達(dá)到節(jié)能的目的。其原理如圖1所示。

        圖1 有毒有害氣體檢測與聯(lián)動控制主風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速節(jié)能系統(tǒng)組成圖

        1.2 采掘面空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與主風(fēng)機(jī)聯(lián)動節(jié)能效果分析

        根據(jù)井下生產(chǎn)狀況采掘面(或主要作業(yè)中段)空氣品質(zhì)綜合指數(shù)分級設(shè)置,與主風(fēng)機(jī)聯(lián)動控制調(diào)節(jié)風(fēng)量,使主風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況符合實(shí)際生產(chǎn)通風(fēng)的需要,實(shí)現(xiàn)了按污染程度對主風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能聯(lián)動數(shù)字化科學(xué)管理,詳情見表1。

        表1 生產(chǎn)狀況采掘面空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與主風(fēng)機(jī)節(jié)能對應(yīng)

        1.3 礦井空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與風(fēng)機(jī)聯(lián)動節(jié)能應(yīng)用

        礦井空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與風(fēng)機(jī)聯(lián)動節(jié)能是國家科技部下達(dá)的專項(xiàng)資金項(xiàng)目,已在實(shí)驗(yàn)室建立了一套完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),同時(shí)在遼寧紅透山銅礦深井開采部分循環(huán)風(fēng)通風(fēng)項(xiàng)目中應(yīng)用了這一項(xiàng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了根據(jù)礦井空氣品質(zhì)綜合指數(shù)值的變化改變主風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到了良好的通風(fēng)和節(jié)能效果。

        2 采用LOGO分時(shí)段自動控制主風(fēng)機(jī)節(jié)能與應(yīng)用

        2.1 LOGO分時(shí)段控制變頻主風(fēng)機(jī)簡介

        LOGO是一種微型可編程序控制模塊,體積小、性價(jià)比高、編程方便簡單(適用于控制過程不是很復(fù)雜的場合)。將LOGO與變頻器組合形成對主風(fēng)機(jī)進(jìn)一步調(diào)速節(jié)能的控制系統(tǒng),即變頻系統(tǒng)是將主風(fēng)機(jī)電機(jī)從工頻(50 Hz)調(diào)到與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)相匹配所需的頻率實(shí)現(xiàn)節(jié)能,而LOGO是按各礦山采掘爆破作業(yè)具體時(shí)段設(shè)置,實(shí)現(xiàn)每天晝夜自動調(diào)整主風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使主風(fēng)機(jī)晝夜以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行,從而達(dá)到比單一的變頻器調(diào)速更加節(jié)能的目的。

        2.2 采用LOGO分時(shí)段控制變頻主風(fēng)機(jī)與轉(zhuǎn)速節(jié)能應(yīng)用

        水口山有色金屬有限責(zé)任公司康家灣礦采用斜坡道開采,每年采礦量45萬t,井下通風(fēng)系統(tǒng)是中央進(jìn)風(fēng)兩翼對角抽出式通風(fēng),即新鮮空氣從斜坡道和豎井進(jìn)入井下,污風(fēng)從1#、2#回風(fēng)井排到地表。將1#回風(fēng)井DK40-6-NO21-2×220 kW主風(fēng)機(jī)采用LOGO分時(shí)段控制轉(zhuǎn)速節(jié)能這一技術(shù),其節(jié)能效果見表2。

        表2 主風(fēng)機(jī)變頻及LOGO分時(shí)段調(diào)速前后年耗能比較

        2.3 LOGO分時(shí)段控制變頻主風(fēng)機(jī)與單一變頻控制節(jié)能效果比較

        1.將DK40-6-NO21-2×220 kW主風(fēng)機(jī)使用單一的變頻控制,每年節(jié)電950 460 kWh,節(jié)約電費(fèi)80.79萬元。

        2.若DK40-6-NO21-2×220 kW主風(fēng)機(jī)采用LOGO分時(shí)段控制,每年可節(jié)電1 925 886 kWh,節(jié)約電費(fèi)163.70萬元,所以節(jié)能效果更加顯著。

        3 深井開采部分循環(huán)風(fēng)利用節(jié)能及實(shí)踐

        3.1 部分循環(huán)風(fēng)利用節(jié)能意義

        隨著淺部資源的逐漸枯竭和深部資源勘探力度的加強(qiáng),我國愈來愈多的礦山進(jìn)入深井開采階段。如山東新汶礦業(yè)集團(tuán)孫村煤礦、安徽銅陵冬瓜山銅礦、廣西高峰礦等開采深度已經(jīng)超過1 000 m[3]。進(jìn)入深井開采后,對井下通風(fēng)的需求也將發(fā)生變化。一是正常生產(chǎn)排除有毒有害氣體通風(fēng);二是礦巖散熱通風(fēng)降溫。這些變化必然導(dǎo)致深井開采需風(fēng)量不斷增加,同時(shí)通風(fēng)線路長、阻力大、通風(fēng)能耗高,所以將部分污風(fēng)經(jīng)凈化處理后作為循環(huán)通風(fēng)是一條重要的節(jié)能途徑,也是未來深井通風(fēng)技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。

        3.2 利用部分循環(huán)風(fēng)通風(fēng)機(jī)理

        循環(huán)風(fēng)是在工作區(qū)域內(nèi),利用凈化后的循環(huán)風(fēng)流或加入新鮮空氣的循環(huán)風(fēng)流進(jìn)行通風(fēng)的方法。循環(huán)風(fēng)通風(fēng)方式分為開路式和閉路式。開路式循環(huán)風(fēng)的作業(yè)面有進(jìn)風(fēng)道和回風(fēng)道,在循環(huán)通風(fēng)過程中,有外界提供部分新鮮風(fēng)流與循環(huán)風(fēng)流相混合供給作業(yè)面,有將作業(yè)面排除的污風(fēng)的一部分循環(huán)使用,另一部分排到回風(fēng)道[4]。閉路式循環(huán)通風(fēng)不需要外界風(fēng)源,只利用凈化后的風(fēng)流進(jìn)行通風(fēng)。

        3.3 深井開采利用部分循環(huán)風(fēng)通風(fēng)節(jié)能在遼寧紅透山礦的應(yīng)用

        1.遼寧紅透山礦已進(jìn)入深井開采多年,目前的開采深度為1 337 m,通風(fēng)系統(tǒng)為中央豎井進(jìn)風(fēng),東西兩翼風(fēng)井兩級主扇抽出式通風(fēng),西部通風(fēng)線路長4 945 m,其中進(jìn)風(fēng)段長2 237 m,回風(fēng)段長2 708 m,通風(fēng)阻力為2 548 Pa,風(fēng)阻高達(dá)0.924 Ns2/m8。不宜再通過增加動力提高風(fēng)壓的手段來增加總進(jìn)風(fēng)量了。

        2.該礦每年采礦量50萬t,其供風(fēng)量94 m3/s?;夭擅繃嵉V石通風(fēng)動力費(fèi)11.77元/t。而且由于通風(fēng)困難致使采礦生產(chǎn)能力多年無法增加。

        3.將+73中段形成上下隔離層,一是避免深井的自然風(fēng)壓影響;二是利用+73 m到+450 m以上的采空區(qū)回風(fēng),降低通風(fēng)阻力。

        4.水浴絲碳式凈化系統(tǒng)布置在-287中段,污風(fēng)從-467中段放出后,首先經(jīng)30 000 m3空區(qū)凈化,然后匯入到-287中段凈化巷道內(nèi),通過迷宮式布置的噴射水幕、纖維柵欄、噴淋濕式纖維柵、活性碳等凈化裝置,使-287中段循環(huán)風(fēng)風(fēng)質(zhì)合格放出風(fēng)量可達(dá)32.08 m3/s,進(jìn)入風(fēng)源參與循環(huán)。

        3.4 深井開采利用部分循環(huán)風(fēng)通風(fēng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益

        1.利用32.08 m3/s循環(huán)風(fēng)量,使整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量由原來94 m3/s增加到126 m3/s,增幅達(dá)34.1%。

        2.利用循環(huán)風(fēng)后使礦山的生產(chǎn)能力由50萬t增加60萬t,并在2010~2011年實(shí)現(xiàn)擴(kuò)產(chǎn),每年提高產(chǎn)能10萬t,按每噸礦石效益1 100元/t銅鉬礦,每年增加經(jīng)濟(jì)效益為1.1億元,扣除項(xiàng)目投資,每年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1.084億元,本項(xiàng)目被評為中國有色金屬工業(yè)科技進(jìn)步二等獎。

        4 結(jié)語

        1.礦井空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與通風(fēng)聯(lián)動節(jié)能和采用LOGO分時(shí)段控制變頻主風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速節(jié)能是目前主風(fēng)機(jī)節(jié)能先進(jìn)的自動控制技術(shù),具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

        2.礦山通風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)利用技術(shù)是解決深井開采通風(fēng)困難和節(jié)能的一種新途徑,也是當(dāng)今井下通風(fēng)研究的前沿技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的通風(fēng)改造方法相比,投資少、見效快、節(jié)能效果顯著,并且有進(jìn)一步研究和發(fā)展的空間。

        [1] 古德生.現(xiàn)代金屬礦床開采科學(xué)技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,235.

        [2] 袁梅芳.礦井空氣品質(zhì)綜合指數(shù)與通風(fēng)節(jié)能聯(lián)動的研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2013,33(1):103-105.

        [3] 廘廣利,王寶通.可控循環(huán)風(fēng)形式及通風(fēng)特性分析[J].山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999,18(1):58-62.

        [4] 袁梅芳,石長巖,李志超.紅透山深井開采通風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)研究與應(yīng)用[J].金屬礦山,2012,12:92-94.

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