金属非金属矿山矿井通风节能效果综合评价

金属非金属矿山矿井通风节能效果综合评价

宋生政

新疆蒙新天霸矿业投资有限公司 新疆克州阿克陶县845550

摘要：

为解决金属非金属矿山矿井通风节能效果综合评价难的问题，基于层次分析法及物元模型理论，建立了金属非金属矿山矿井通风节能效果的综合评价物元模型。该评价模型的评价体系总目标层为“金属非金属矿山矿井通风节能效果”，

关键词：矿井通风系统;指标权重;层次分析法;

为了保证煤矿生产系统的正常运行,要经常对矿井通风系统进行评价和优化,以便于更深入地了解通风系统的运行状态,发现系统中存在的不足,并指出需要改进的环节,从而确保矿井的安全、高效生产。整个评价过程主要由评价指标体系的建立、评价方法的选择和指标权重的确定三部分组成。其中评价指标权重的确定是整个评价过程中的中心环节,只有在确保评价指标权重准确、合理的前提下,才能使整个评价结果具有现实指导意义。

1矿井通风系统评价指标体系的建立

矿井通风系统是一个具有多环节、非线性、时变性和可维修性特点的复杂关联大系统。井下通风系统复杂,要对矿井通风系统进行正确的评价需要选取恰当的评价方法和合适的评价指标。国内外学者虽已用较多的科学方法对矿井通风系统做了深入的研究,但各矿井通风状况不同,评价者也受个人主观经验的影响和制约,提出的评价方法或指标确定方法不尽相同,致使至今没有一个让众多学者认可的、规范的通风系统评价指标体系,这就给有效地进行矿井通风系统优化评价工作加大了难度。

用来表征矿井通风系统状况和质量的指标一般可分定性和定量两大类。定性指标无法度量,它们是从概念和程度上反映通风系统的优劣,这些指标需要通过人的权衡判断,将其定量化以便于评价,如矿井抗灾能力、矿井通风系统管理难度等。定量指标指的是可依靠具体数据对评价系统进行评判,它们的变化具有数量尺度。不论是定性指标还是定量指标,一项好的指标都应该具有以下特征:a.能够准确地反映出通风系统的状况和质量特征;b.具有独立的物理意义;c.能够反映出对通风系统的技术、经济及安全三个方面的影响;d.选择的指标有确定的比较标准,易于评价。

2矿井通风能力核定方法

现在的矿井通风计算除了增添环境指标,制冷空调等新内容,对传统的项目,如风量计算、气温计算和网络计算等方面也有新的发展。

(l)既然热、湿问题已成为矿井通风的主要矛盾,那么有害气体的稀释量或同时工作人员呼吸量配风方法就值得进一步商榷。近年来国内有些矿区,虽然对原公式作了修改,但毕竟没有摆脱风量与产量的线性关系。采用机械制冷的矿井,风量不是越大越好,而是要严格控制。

(2)高温矿井通风工作重点是消除热、湿污染,所以首先要对井下热源、湿源作定性、定量分析。井下热源,可分阶段为物理、化学两大类。物理热源有地热、地下热水、压缩热、岩层沉降热和机械热;化学热包括煤的氧化反应热、爆破热和人体代谢生成热。

对深井而言,减湿比降温更重要、更复杂。如进风井筒中有游离水分蒸发,则绝热压缩下的湿球温度增长率每百米约为0.4℃,只此一项便使部分深井井底进风的湿球温度达到31℃,超过“舍弃温度”,必须制冷,那种重温轻湿看法与做法是错误的。

(3)由于井下空气与巷道中各种热源的热、湿交换是一个非常复杂的过程,矿井气温计算只能采用近似方法和电算程序才能完成。在进行矿井环境设计时,应对各种方案作温度、湿度的预想计算,从而选择其中最经济有效的方案。当发现正常通风在满足矿井环境要求方面不合理或不可能时,就需采用冷却措施,制冷矿井的通风设计,通风要服从制冷,不能套用常规的通风计算方法。

3建立金属非金属矿山矿井通风节能效果评价指标体系

该评价指标体系的总目标层（A）为金属非金属矿山矿井通风节能效果，总目标层的准则层（B）包括4个方面，分别是减小风阻（Z）、优化指标（S）、风机节能（J）、合理利用自然风压（R），准则层以下一共有16项指标，构成了评价体系的方案层（C）。

3.1减小风阻

(1)Z1优选通风线路。我国金属非金属矿山开采深度不断增加，通风线路也越来越长，通风系统沿程阻力越来越大。选择合理的通风线路，尽可能地缩短通风线路，对已经开采完的中段进行闭坑处理，对采空区和废旧巷道采取封堵措施，能够有效降低通风阻力，达到节能降耗的效果。

(2)Z2设置通风构筑物。合理地设置风窗、风墙、风门、风桥等通风构筑物，能够起到引导风流方向，优化通风网络，降低总通风阻力的作用。

(3)Z3优化通风巷道布局。矿井通风沿程阻力与通风巷道的断面大小及支护方式关系巨大，巷道断面几何尺寸的不规则变化也会带来较大的系统局部阻力。扩大主要通风巷道的断面尺寸，并采取喷浆等支护方式，能够有效降低通风系统的能耗。

(4)Z4完善主扇装置。主扇装置阻力由主扇自身结构引起，主扇风机的大体优化措施有增加扩散器、降低噪音等。

(5)Z5通风方式的合理性。尽可能选择并联通风方式，能够极大地降低整个系统的通风阻力，从而达到节能效果。

3.2优化指标

(1)S1风量供需比优化：为实测的主要通风机风量或一级机站风机总风量最大值与设计的矿井需风量的比值，反映风量的供需关系，风量供需比为[1.32,1.67]范围内为合格标准。

(2)S2有效风量率优化：为矿井通风系统中的有效风量和与主扇风量的百分比。反映矿井通风系统主扇风量的利用程度。有效风量率≥60%为合格标准。

(3)S3矿井漏风系数优化：矿井漏风包含内部漏风和外部漏风。

(4)S4通风等积孔优化：矿井通风系统风流运行的难易程度可以用通风等积孔来进行表征，选择合理的通风等积孔是矿井通风系统节能的一种有效措施。

3.3风机节能

(1)J1节能风机选用：新型节能风机能够起到较好的节能作用，矿山井下通风系统应该淘汰能耗高的落后风机，改用新型节能风机。

(2)J2风机变频：风机变频控制技术能够使矿井通风系统达到按需分配的目的，已经在金属非金属矿山通风系统得到广泛使用，取得了很好的节能效果。

(3)J3节能联动：矿井空气品质综合指数与通风节能联动是一种新型节能通风技术，该技术通过建立全自动控制通风系统，实现主、辅扇风机与井下空气质量自适应联动，从而达到节能通风的目的。

3.4合理利用自然风压

(1)R1分季节通风：通风困难季节，自然风压阻碍矿井通风系统的运行，通风容易季节，自然风压有利于矿井通风系统运行。分季节合理利用自然风压，可以达到节约用电的目的。

(2)R2空区与旧巷封堵：随着矿井开采深度的增加，上部空区与废旧巷道最终与地表联通，在通风困难季节，自然风压通过这些通道严重制约井下通风系统的有效运行，给矿井通风带来不必要的能源消耗。

(3)R3反向风流控制：通过增阻调节法防止自然风压作用下的风流反向，避免通风网络的混乱。

(4)R4辅扇引导：在主扇无法改变风向抵抗自然风压的情况下，通过安装辅扇进行引导是一种行之有效的方法。

结论

(1）影响金属非金属矿山通风节能效果的因素具有许多不确定性，综合国内外矿山经验，以“金属非金属矿山矿井通风节能效果”为总目标层，以减小风阻（Z）、优化指标（S）、风机节能（J）、合理自然风压利用（R)4个方面为准则层，选取16项指标为方案层，建立了金属非金属矿山通风节能效果综合评价指标体系。

(2）建立了基于物元模型的金属非金属矿山通风节能效果综合评价模型，并应用层次分析法计算得出各项指标的权重，最终能够得出评价结果的加权值。

(3）该模型用于评价金属非金属矿山通风节能效果是合理、有效的，为综合评价金属非金属矿山通风节能效果提供了新思路。

参考文献

[1]吴洁葵,彭涛.矿井通风的节能技术途径综述[J].矿业工程,2014,12(3):57-59.