金属矿山通风节能降耗途径及应用

2013-03-17袁梅芳

湖南有色金属 2013年4期

袁梅芳

(湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014)

目前国内许多有色金属矿山都已进入中深井、深井(开采深度300～800 m称为中深井、800～2 000 m为深井［1］)开采。例如:湖南宝山有色金属矿业有限责任公司开采深度为702 m，辽宁红透山铜矿开采深度已达到1 337 m，甘肃金川公司龙首矿开采深度为1 076 m，湘西金矿开采深度为1 109 m。随着矿井的不断延伸，开采深度增加，进、回风线路长，通风阻力大，造成通风系统能耗居高不下。经对湖南省18个有色金属黄金矿井的通风系统测定和统计，通风能耗占整个矿井能耗的24.4%～40.5%。既要解决矿山进入中深井、深井开采的通风技术难题，又要达到矿井通风节能的目的，这是我国采矿工程技术人员面临的一个现实课题。

1 矿井空气品质综合指数与通风联动节能

1.1 矿井空气品质综合指数与通风联动机理

1.按我国《金属非金属矿山安全规程》对井下采掘工作面空气成分要求(按体积计算):氧气不低于20%、一氧化碳(最大允许24 μL/L)、二氧化氮(最大允许2.5 μL/L)、硫化氢(最大允许6.6 μL/L)、二氧化硫(最大允许5 μL/L)、粉尘(最大允许2 mg/m3)。采用MIC－300系列变送器(探头)对主要采掘面(或主要作业中段)的空气进行现场实时跟踪采样。

2.根据现场采样和安全允许的最大浓度的对比计算得出各种污染物的污染分指数，各污染分指数最大者为采掘面空气品质综合指数［2］，相对应的该项污染物即为井下空气中的首要污染物。然后根据采掘面空气品质综合指数来判断采掘面空气环境状况。

3.经对采掘(或主要作业中段)面的作业环境空气品质进行实时检测，将检测到的信号通过收集器(数据转换系统)转化成4～20 mA的模拟信号，根据收集器提供的空气品质综合指数值来控制主风机变频器的输出频率，从而改变主风机转速和达到节能的目的。其原理如图1所示。

图1 有毒有害气体检测与联动控制主风机转速节能系统组成图

1.2 采掘面空气品质综合指数与主风机联动节能效果分析

根据井下生产状况采掘面(或主要作业中段)空气品质综合指数分级设置，与主风机联动控制调节风量，使主风机的运转工况符合实际生产通风的需要，实现了按污染程度对主风机进行节能联动数字化科学管理，详情见表1。

表1 生产状况采掘面空气品质综合指数与主风机节能对应

1.3 矿井空气品质综合指数与风机联动节能应用

矿井空气品质综合指数与风机联动节能是国家科技部下达的专项资金项目，已在实验室建立了一套完整的实验系统，同时在辽宁红透山铜矿深井开采部分循环风通风项目中应用了这一项技术，实现了根据矿井空气品质综合指数值的变化改变主风机的转速，达到了良好的通风和节能效果。

2 采用LOGO分时段自动控制主风机节能与应用

2.1 LOGO分时段控制变频主风机简介

LOGO是一种微型可编程序控制模块，体积小、性价比高、编程方便简单(适用于控制过程不是很复杂的场合)。将LOGO与变频器组合形成对主风机进一步调速节能的控制系统，即变频系统是将主风机电机从工频(50 Hz)调到与通风网络相匹配所需的频率实现节能，而LOGO是按各矿山采掘爆破作业具体时段设置，实现每天昼夜自动调整主风机的转速，使主风机昼夜以不同的转速运行，从而达到比单一的变频器调速更加节能的目的。

2.2 采用LOGO分时段控制变频主风机与转速节能应用

水口山有色金属有限责任公司康家湾矿采用斜坡道开采，每年采矿量45万t，井下通风系统是中央进风两翼对角抽出式通风，即新鲜空气从斜坡道和竖井进入井下，污风从1#、2#回风井排到地表。将1#回风井DK40－6－NO21－2×220 kW主风机采用LOGO分时段控制转速节能这一技术，其节能效果见表2。

表2 主风机变频及LOGO分时段调速前后年耗能比较

2.3 LOGO分时段控制变频主风机与单一变频控制节能效果比较

1.将DK40－6－NO21－2×220 kW主风机使用单一的变频控制，每年节电950 460 kWh，节约电费80.79万元。

2.若DK40－6－NO21－2×220 kW主风机采用LOGO分时段控制，每年可节电1 925 886 kWh，节约电费163.70万元，所以节能效果更加显著。

3 深井开采部分循环风利用节能及实践

3.1 部分循环风利用节能意义

随着浅部资源的逐渐枯竭和深部资源勘探力度的加强，我国愈来愈多的矿山进入深井开采阶段。如山东新汶矿业集团孙村煤矿、安徽铜陵冬瓜山铜矿、广西高峰矿等开采深度已经超过1 000 m［3］。进入深井开采后，对井下通风的需求也将发生变化。一是正常生产排除有毒有害气体通风;二是矿岩散热通风降温。这些变化必然导致深井开采需风量不断增加，同时通风线路长、阻力大、通风能耗高，所以将部分污风经净化处理后作为循环通风是一条重要的节能途径，也是未来深井通风技术发展的一种趋势。

3.2 利用部分循环风通风机理

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。开路式循环风的作业面有进风道和回风道，在循环通风过程中，有外界提供部分新鲜风流与循环风流相混合供给作业面，有将作业面排除的污风的一部分循环使用，另一部分排到回风道［4］。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。

3.3 深井开采利用部分循环风通风节能在辽宁红透山矿的应用

1.辽宁红透山矿已进入深井开采多年，目前的开采深度为1 337 m，通风系统为中央竖井进风，东西两翼风井两级主扇抽出式通风，西部通风线路长4 945 m，其中进风段长2 237 m，回风段长2 708 m，通风阻力为2 548 Pa，风阻高达0.924 Ns2/m8。不宜再通过增加动力提高风压的手段来增加总进风量了。

2.该矿每年采矿量50万t，其供风量94 m3/s。回采每吨矿石通风动力费11.77元/t。而且由于通风困难致使采矿生产能力多年无法增加。

3.将+73中段形成上下隔离层，一是避免深井的自然风压影响;二是利用+73 m到+450 m以上的采空区回风，降低通风阻力。

4.水浴丝碳式净化系统布置在－287中段，污风从－467中段放出后，首先经30 000 m3空区净化，然后汇入到－287中段净化巷道内，通过迷宫式布置的喷射水幕、纤维栅栏、喷淋湿式纤维栅、活性碳等净化装置，使－287中段循环风风质合格放出风量可达32.08 m3/s，进入风源参与循环。