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高深直溜井卸矿口产尘规律及防治技术研究
2019-01-09
针对夏甸金矿高深直溜井卸矿口的产尘能力、含尘气流时空演化规律及粒度分布规律进行了分析。 卸矿口逸散含尘气流中,10 μm粒径以上的粉尘占比为7%,而粒径在10 μm以下的粉尘占比93%,呼吸性粉尘占比 高。基于现场的通风条件、卸矿口尺寸面积及产尘规律,采用fluent软件进行模拟,对比分析了密闭抽尘前后的含尘 气流运动轨迹,提出了密闭抽尘净化的治理措施。治理后高深直溜井卸矿口逸散的总粉尘浓度由420 mg/m3 降低至 8.7 mg/m3 ,降尘效率达到了97%以上,有效地解决了高深直溜井卸矿口粉尘逸散污染问题
Series No. 510 金 属 矿 山 总第 510 期 December 2018 METAL MINE 2018 年第 12 期 高深直溜井卸矿口产尘规律及防治技术研究 1 2 1 2 2 张富兴 邹常富 周东良 许圣东 于兆清 1. 中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400037 ;2. 招金威尼斯人娱乐平台app股份有限公司,山东 招远 265400) ( 摘 要 针对夏甸金矿高深直溜井卸矿口的产尘能力、含尘气流时空演化规律及粒度分布规律进行了分析。 卸矿口逸散含尘气流中,10 μm 粒径以上的粉尘占比为 7%,而粒径在 10 μm 以下的粉尘占比 93%,呼吸性粉尘占比 高。基于现场的通风条件、卸矿口尺寸面积及产尘规律,采用fluent软件进行模拟,对比分析了密闭抽尘前后的含尘 3 气流运动轨迹,提出了密闭抽尘净化的治理措施。治理后高深直溜井卸矿口逸散的总粉尘浓度由 420 mg/m 降低至 3 .7 mg/m ,降尘效率达到了97%以上,有效地解决了高深直溜井卸矿口粉尘逸散污染问题。 8 关键词 高深直溜井 卸矿口 产尘规律 密闭抽尘 降尘效率 + 中图分类号 TD714 .4 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2018)-12-167-04 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201812031 Study on Dust Production Rules and Prevention Technology at the Discharge Port of High-deep Straight Well 1 2 1 2 2 Zou Changfu Zhou Dongliang Xu Shengdong Yu Zhaoqing Zhang Fuxing (1. Chongqing Research institute of China Coal Technology & Engineering Group Corporation, Chongqing 400037, China; 2 . Zhaojin Mining Industry Co., Ltd.,Zhaoyuan 265400, China) Abstract The dust production capacity, the dust air flow space-time evolution rules and the particle size distribution at discharge port in the high-deep straight well of Xiadian Gold Mine were analyzed. Among the dust-laden airflow at the dis⁃ charge port, the proportion of dust with particle size above 10 μm is 7%, while the proportion of dust with particle size below 1 0 μm is about 93%, and the proportion of respirable dust is high. Based on the on-site ventilation conditions, the size and ar⁃ ea of the discharge port and the rule of dust production, the Fluent software was used to simulate the movement track of dust- laden airflow before and after closed dust extraction, and the control measures of closed dust extraction and purification were put forward. After treatment, the total dust concentration at discharging port of the high-deep straight well was reduced from 3 3 20 mg/m to 8.7 mg/m with the dust reduction efficiency of over 97%. Thus, the problem of dust emission pollution at dis⁃ 4 charging port of the high-deep straight well can be effectively solved. Keywords Deep straight well,Discharge side,Dust production,Closed dust collection,Dust reduction efficiency [ 1-3] 溜井转运矿石是金属矿山开采工艺常见环节之 一。高深直溜井因溜井卸矿深度大而在卸矿过程中 形成强大的冲击风流,急剧压缩的空气在卸矿口形 成较大的诱导风流,造成卸矿口风流出现异于常规 通风现状的现象。同时卸矿后卸矿口粉尘逸散较快 且浓度较大,随风流污染整个运输巷道,而卸矿口在 卸矿后形成的逸散粉尘持续时间久,治理难度大,是 非煤矿山开采过程中的一大难题。本文结合夏甸金 矿高深直溜井产尘规律,研究高深直溜井卸矿口的 粉尘防治技术,为高深直溜井卸矿口粉尘治理提供 参考依据 。 1 高深直溜井卸矿口概况 招金威尼斯人娱乐平台app股份有限公司夏甸金矿-780 m水平设 置有 1 条连通-1 020 m 水平的卸矿主溜井,溜井深 240 m,溜井直径为 2.7 m,巷道高 4.5 m,溜井卸矿口 格筛尺寸为3.7 m×3.7 m,矿石通过矿车从-780 m水 平的卸矿口向溜井中卸矿,每次卸矿量在1 t左右,矿 石沿溜井直接卸落至-1 020 m水平矿仓内,溜井内未 设置其他支岔溜井,且-1 020 m水平气压高于-780 m 水平。溜井左侧连通-780 m 水平运输大巷,溜井右 收稿日期 2018-11-08 基金项目 国家“十三五”科技重大专项(编号:2017YFC0805200)。 作者简介 邹常富(1987—),男,工程师,硕士。 · 167 · 总第510期 金 属 矿 山 2018年第12期 侧为独头巷道,巷道内风流在压差的作用下沿独头 巷道向运输大巷扩散。-780 m水平高深直溜井卸矿 口如图1所示。 散,对-780 m 水平运输巷道造成严重污染。含尘气 流从溜井卸矿口逸出规律如图3所示。 2 高深直溜井卸矿口产尘规律 . 1 含尘气流时空演化规律 2 . 2 卸矿口产尘能力 高深直溜井卸矿口矿车卸料瞬间,卸矿口周围的 2 矿车通过-780 m 水平卸矿口向溜井内卸矿时, 含尘气流被卷吸至溜井内,通过粉尘浓度测试,卸矿 矿石沿溜井迅速向溜井底部自由落体运动,高速运 动的矿石压缩溜井内的空气形成类似于活塞推动过 3 后卸矿口粉尘浓度为8 mg/m ,空气为新鲜风流,而卸 矿5 min后,含尘气流沿卸矿口外逸,粉尘浓度迅速增 大,通过粉尘浓度测试,卸矿后5 min左右卸矿口总粉 [ 4-6] ,将溜井内的空气向-1 020 m 水平矿仓推动。 程 由于矿石在溜井内逐步下落,矿石下方的空气被压 缩向下运动,矿石上方形成负压腔,-780 m水平卸矿 口的空气迅速向溜井内补充,在溜井卸矿口附近的 空气被卷吸进入溜井内,形成较大的诱导气流,气流 运动规律如图2所示。 3 尘浓度为49.7 mg/m ,随时间推移,粉尘逐步累积,在 卸矿10 min后,溜井卸矿口外逸粉尘浓度达到最大值 3 为430 mg/m ,当第二辆矿车向溜井内卸矿时,溜井卸 矿口含尘气流再次被卷吸进入溜井,卸矿的瞬间,溜 井口粉尘浓度迅速降低,待卸矿5 min后又逐步增大, 往复循环。卸矿口产尘规律如图4所示。 针对卸矿口外逸扩散的粉尘进行粒度分布测 试,测试结果表明,10 μm 粒径以上的粉尘占比为 矿车卸矿后,矿石自由落体运动结束,矿石由于 诱导风流的冲击作用、矿石与溜井壁的剪切作用以 及矿石的尘化作用等在溜井下部产生大量的粉尘, 卸矿后由于-1 020 m水平的空气压力大于-780 m水 平,含尘气流沿溜井向-780 m 水平缓慢扩散。矿车 卸矿5 min后,含尘气流逐步从-780 m水平溜井卸矿 口向巷道扩散,其中,一部分含尘气流向溜井左侧方 向扩散,一部分含尘气流向溜井右侧方向扩散,向右 侧方向扩散的含尘气流运动一段距离后由于独头巷 道形成的空气压差致使含尘气流在溜井右侧 5 m 左 右的位置形成涡流,循环向溜井左侧扩散。随着时 间的推移,粉尘逐步累积,并沿溜井左侧方向弥漫扩 7%,而粒径在10 μm以下的粉尘占比93%,主要是由 于含尘气流随矿石在溜井内压缩空气运动至溜井底 部后缓慢上升扩散至卸矿口,大颗粒的粉尘均已沉 降,剩余的粉尘均为难沉降的微细浮游粉尘,其呼吸 性粉尘占比大,粉尘浮游时间久不易沉降,对人体伤 害极大。 3 高深直溜井卸矿口粉尘防治 3. 1 粉尘治理措施 根据高深直溜井卸矿口的产尘规律以及含尘气 流的时空演化规律可以看出,卸矿口的粉尘治理不 像其他固定尘源点或者产尘方向固定化的尘源点防 · 168 · 邹常富等:高深直溜井卸矿口产尘规律及防治技术研究 2018年第12期 治那么简单,高深直溜井的粉尘防治需要结合溜井 [ 7-10] 本身的特性以及产尘规律 。由于高深直溜井长度 较大,卸矿冲击速率非常高,一般的水雾与粉尘作用 [ 11-13] 有效时间较短,达不到防尘效果 ,且卸矿后从卸 矿口逸出的粉尘基本为呼吸性粉尘,一般的喷雾无 法有效沉降,同时,矿石的含泥量较高,溜井内水量 过多时,易粘结堵塞溜井,因此,设计采用高效湿式 除尘器抽尘净化的措施进行治理。 针对溜井卸矿口的尺寸面积,计算需风量为300 3 m /min,考虑漏风系数和系统阻力,预留富裕系数取 1 .5,选择 KCS-550D-I 型矿用湿式过滤除尘器,其最 3 大处理风量达550 m /min,工作阻力为1 100 Pa,能满 足收尘、除尘要求。 基于现场的通风条件、除尘器处理风量、巷道尺 寸、溜井卸矿口含尘气流时空演化规律,采用 fluent 软件进行模拟分析,采用除尘器进行抽尘净化时,其 含尘气流运动规律如图 5 所示。由于除尘器后端为 独头巷道,除尘器处理后的风流对独头巷道内的空 气造成压缩,从而产生与除尘器吸风相反方向的风 流,导致含尘气流无法有效地被除尘器吸入,在除尘 器吸尘口处仅能吸入40%左右的粉尘,而60%的粉尘 随风流向下风流方向扩散,因此,必须对卸矿口进行 有效密闭,避免风流对卸矿口逸散的粉尘造成扰动。 采用虑膜质量法分别测试除尘器抽尘净化系统 未开启时的粉尘浓度和除尘器抽尘净化系统开启后 [ 14-15] 的粉尘浓度,并按照下式计算降尘效率 : η = C C × 100% , 2 - C 1 2 式中,η为降尘效率,%;C 2 为采取措施前粉尘浓度, 3 mg/m ;C 3 为采取措施后粉尘浓度,mg/m 。 1 现场粉尘浓度测试结果如表1所示。 对卸矿口三面进行密闭,仅敞开矿车卸矿一侧, 含尘气流运动规律如图 6 所示。对溜井卸矿口进行 有效密闭后,卸矿口逸散的粉尘在卸矿口密闭罩内 形成涡流,不向外扩散,能够较好地被除尘器吸入净 化。因此,除矿车卸矿面外其余平面均采用钢性密 闭罩进行密闭,矿车卸矿面采用挡尘帘进行半密闭, 实现密闭抽尘。 除尘系统布置如图7所示。 根据测试结果,采用密闭抽尘净化降尘措施后, 高深直溜井卸矿口逸散的粉尘能够被有效地吸入除 尘器内进行净化,吸尘净化效率达到了 97.9%,治理 3 . 2 治理效果考察 考察高深直溜井卸矿口粉尘治理效果时,沿风 流方向设置 3 个测点,即在矿车卸矿处设置 1 个测 点,沿着扩散方向间隔 5 m 分别设置 2 个测点,测尘 点位置如图8所示。 3 后风流中的粉尘降低至 8.7 mg/m 以下,有效地解决 了该矿高深直溜井卸矿口粉尘逸散污染问题。 · 169 · 总第510期 金 属 矿 山 2018年第12期 2 005(3):58-59. 4 结 论 基于夏甸金矿高深直溜井卸矿口的现场条件, Wang Haining.Investigation on application of split windshield in long mine pass[J]. Metal Mine,2005(3):58-59. 分析了高深直溜井卸矿口的产尘规律,提出了密闭 抽尘净化的治理措施,并在现场应用效果显著,得出 如下结论: [ 7] 邹常富,刘 勇,马 威,等. 综掘工作面粉尘的产生及运移规 律研究[J]. 威尼斯人娱乐平台app安全与环保,2014,41(6):26-28. Zou Changfu,Liu Yong,Ma Wei,et al.Study on dust generation and movement laws in fully- mechanized heading face[J]. Mining Safety & Environmental Protection,2014,41(6):26-28. (1)高深直溜井卸矿过程中表现出活塞推进运 动,在卸矿口形成诱导风流,卸矿口附近的空气被卷 [8] 宫 锐,石长岩,康国朋. 红透山铜锌矿多中段高溜井卸矿粉尘 吸进入溜井内;卸矿 5 min 后,卸矿口沿溜井返程含 治理工艺[J]. 有色金属:矿山部分,2012,64(6):92-95. 3 尘气流逸散污染严重,最高浓度达430 mg/m 。 Gong Rui,Shi Changyan Kang Guopeng.Dust control technology of unloding ore with multi levels and high ore pass in Hongtoushan Copper-Zinc Mine[J]. Nonferrous Metals:Mining Section,2012,64 ( 2)卸矿口逸散含尘气流中,10 μm 粒径以上的 粉尘占比为 7%,而粒径在 10 μm 以下的粉尘占比 3%,呼吸性粉尘占比非常高,不易沉降,对人体伤害 极大。 ( 6):92-95. 9] 张福群,刘冰心,吴 静,等. 可控循环通风技术的研究与应用 J]. 金属矿山,2006(11):8-11. 9 [ [ ( 3)基于高深直溜井的通风条件、卸矿口尺寸、 Zhang Fuqun,Liu Bingxin,Wu Jing,et al. Research and applica⁃ tion of controlled circulating ventilation technology[J]. Metal Mine, 2006(11):8-11. 含尘气流时空演化规律,采用fluent软件模拟对比分 析了抽尘密闭前后的含尘气流运动轨迹,提出了密 闭抽尘净化的治理措施,降尘效率达97%以上,有效 解决了该矿高深直溜井卸矿口粉尘逸散污染问题。 [ 10] 刘晓培,宫 锐,常德强,等. 金属矿山可控循环风利用与节能 [J]. 金属矿山,2014(9):132-136. Liu Xiaopei,Gong Rui,Chang Deqiang,et al.Utilization and ener⁃ gy saving of controlled recirculating air study on metal mine[J]. Metal Mine,2014(9):132-136. 参 考 文 献 [ 11] 李锦峰,谢贤平,章能胜,等. 区域受控循环通风过程中的高压 [ 1] 刘伟强,姚银佩,王 志,等. 深溜井卸矿高压气流粉尘治理技 喷雾降尘[J]. 金属矿山,2013(2):147-150. 术研究[J]. 科技创新与应用,2016(7):144. Li Jingfeng,Xie Xianping,Zhang Lengsheng,et al. Dust reduction of high- pressure spray system to regional controlled recirculation ventilation process[J]. Metal Mine,2013(2):147-150. Liu Weiqiang,Yao Yinpei,Wang Zhi,et al. Study on dust control technology of high- pressure air flow in deep drainage wells[J]. Technology Innovation and Application,2016(7):144. [12] 高文远,徐忠光. 大断面长溜井高位堵塞疏通处理实践研究 [2] 杨 凯,吕淑然. 铜兴公司卸矿溜井冲击性粉尘治理研究[J]. [J]. 金属矿山,2009(10):39-41. 有色金属:矿山部分,2013,65(2):68-70. Gao Wenyuan,Xu Zhongguang. 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