[01112662]金属矿井多级机站节能降温通风系统的研究与应用

一、项目所属科学技术领域 该项目成果主要应用于除煤矿山之外的黄金、有色和黑色等地下金属矿山,为地下金属矿山开采提供安全可靠的良好作业环境,同时实现节能降耗。 二、主要研究内容 1.本项目根据黄金等大多数金属矿井无独立入风井的具体情况,首先研究应用了以排风侧为主的多级机站通风系统模式,降低了井下负压梯度减少了漏风,增大井下新鲜风量,在排除作业产生的有毒有害物质和粉尘的同时,排除了井下聚集的热量,实现了通风节能降温的双重目的; 2.项目实施过程中,研究应用矿井浅部岩层在温暖季节里的低温效应这一自然冷源以及生产后遗弃的废旧井巷、采空区等资源作为热交换空间,预冷矿井入风流进行深部作业通风降温,节省人工制冷的能源消耗。对矿井入风流经浅部低温地层的遇冷过程进行了理论研究和计算机模拟,同时应用其指导了通风降温的实际应用,首次将理论和实践有机结合; 3.项目实施过程中,充分利用自然风压（自然能源）对矿井通风有利的一面,首次建立起了机械-自然交替的多级机站通风系统。节能降耗效果显著,达到了节能减排的目的; 4.项目实施过程中,针对井下生产用风地点和用风量的不均衡性变化,对矿井通风系统主要机站采用了远程监控的变频调速技术,实现了井下通风系统的风量、风机开关以及安全反风的自动控制。按需供风,节省了不必要的能源消耗; 5.项目实施过程中,针对矿山井下的开采过程中遗留的脉外天井群资源,设计了出合理利用天井群作为排风区域的排风系统,节省了专用排风井的巨大投入。 三、项目的特点 1.项目的研究充分利用了黄金及其他金属矿山井下的自然能源,实现了节能降耗和节能减排,节能效果十分显著。一方面,温暖季节里利用矿井浅部地层的低温效应预冷矿井入风,实现了深部作业的通风降温;另一方面,在机械通风系统中根据不同时期自然风压的变化规律,充分利用其对矿井通风有力的一面,建立起了机械通风-自然通风结合的通风系统和方法。 2.项目的研究充分利用了黄金及其他大多数金属矿山开拓系统无独立入风井的特点,建立起了以排风侧为主的多级机站通风系统新模式,在发挥了多级机站井下压力梯度小,漏风少有效风量率高,风量调节灵活可靠,节能效果显著等特点的同时,紧密结合矿山井下的实际,拓宽了多级机站通风系统的应用范围。 3.项目的研究充分考虑了井下作业需风量的不均衡性和机站风机人工管理控制的困难,建立起了通风系统远程变频调速监控系统,做到风机运行监测、按需供风调节、安全反风和风机开关等功能。实现了通风系统自动化管理,大大降低了由于作业需风量不均衡引起的能源浪费和风机维护困难的问题。 4.针对具体实验矿山,充分利用了开采作业后遗留的井巷工程资源,避免了开凿用于通风降温系统的井巷的巨大投资。一方面,充分利用了矿井浅部遗留的井巷工程及采空区作为矿井入风流预冷降温的预冷空间;另一方面,充分利用了上部开采后遗留的脉外天井群形成了排风区域。开辟了废旧井巷工程多用途利用的途径。 四、应用推广情况 在项目研究过程中,首次提出并建立起来的以排风侧为主的多级机站通风系统模式具有适用性强、灵活性强、工程投入少的特点,特别适用于开采多年并无独立入风井的地下非煤金属矿山。事实上,在本课题组承担过的三山岛金矿,新城金矿,玲珑金矿九曲、西山矿区,焦家金矿的望儿山、焦家、寺庄矿区,金岭铁矿的召口、侯庄矿区,金鼎王旺庄铁矿,沂南金矿的铜井、金场、金龙矿区,鲁南矿业的上河矿区,江西漂塘钨矿以及赤峰的柴胡栏子金矿、金洲矿业集团的千岭分矿等十余座矿山的矿井通风系统改造中均得到了广泛的应用。 根据自然风压在秋冬等季节里对矿井通风有利的特点,首次在两实验矿山的多级机站通风系统设计研究中将自然风压这一自然能源作为通风能源,建立起了可以根据不同季节进行机械-自然交替通风的多级机站通风系统模式,实现了节能降耗节能减排的目的。对于金属矿井通风节能具有实际意义,值得推广应用。 为了利用春夏季矿井浅部岩层低温资源,在金青顶矿区的深部通风降温研究中,利用矿井浅部废弃的井巷工程对春夏季从地表进入井下温度较高的热风流开展了事先预冷后送入井下深部,实现通风降温的研究。研发出了风流预冷模拟理论和方法,开展了现场实验研究,并首次应用理论研究的成果指导了现场实际应用,将理论与实际结合达到了节能降温的目的。由于在金属矿井开采过程中,浅部遗弃的旧井巷以及采空区资源十分丰富,因此该项成果的推广应用将具有十分广阔的前景。实际上,这一技术成果在本课题组先期开展青岛公司旧店金矿通风系统改造中得到了应用。 针对深部没有独立排风井的矿山,在通风系统设计研究时,要求维护和利用采矿过程中遗弃的脉外天井群,代替开凿排风井的技术措施,不仅节省了巨大的工程投入,同时也充分利用了废弃的采准工程,做到了“一井两用”,对于如何充分利用井下遗弃的工程资源,拓展其使用功能具有借鉴和推广意义。 在多级机站通风系统设计施工之时,结合井下作业的具体情况,应用风机监测、变频调速、光纤传输、可编程控制等技术建立起了可以对主要机站风机运行状况实时监测并对风量实施远程控制的地表自动监控系统,实现了按需调节供风的目的,避免了系统不必要的电能浪费和实现了通风系统自动化管理。这项技术在采用多级机站通风系统的矿井十分值得推广应用。 综上所述,本课题的研究成果推广前景广阔,对于金属矿井利用自然能源和废弃资源节能减排具有重要的现实意义。