一種控制采場爆破鈾礦堆氡滲流的通風設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種礦井通風系統的設計方法，適用于含有爆破軸礦堆采場的軸礦山 通風系統。
【背景技術】
[0002] 在軸礦開采中，礦井采場內存在具有一定塊度大小的爆破軸礦石堆積而成的礦石 堆，爆破軸礦石堆是采場大氣氮的主要來源之一。W留礦采礦法為例，它是軸礦山使用最 早，較多的采礦方法之一，屬于空場采場法。其特點是將礦塊劃分成礦房和礦柱兩步驟回 采，礦房自下而上分層回采，工人直接在暴露面下的留礦堆上面作業。對于使用留礦采礦法 的軸礦山，礦房內暫存的礦石較多，礦石堆的滲透性較好，礦石的暴露面積較大，堆放的時 間也比較長，在單位時間內析出的氮氣比目前軸礦山應用的其他采礦方法都多，從而使工 人的健康受到極大的危害。
[0003] 在現有的軸礦井通風設計方法中，為了使軸礦井下作業場所的通風質量達到國家 標準，一般采用加大通風風量或強制抽排礦堆產生氮的方法。目前，統計得到軸礦總通風量 約比有色和冶金系統礦山高5-8倍，軸礦通風成本占總軸礦生產成本的15%左右。運種加大 通風風量或強制抽排礦堆產生氮的方法不能滿足節能減排的要求，為此有必要在滿足通風 質量要求的前提下，設計一種新的通風設計方法，盡可能降低采場氮析出量、礦井的通風成 本W及整個軸礦井向外環境的氮釋放量。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了解決現有軸礦井通風方法在控制采場爆破軸礦堆中氮滲流 方面的不足，提供一種控制軸礦采場爆破軸礦堆中氮滲流的通風設計方法。
[000引本發明的另一目的是通過該通風設計方法，調控爆破軸礦堆上下表面的氣壓差， 使礦堆內的氣體滲流速度接近為零，最小化礦堆產生氮向采場作業空間的析出量、降低采 場通風風量，進而減少通風成本W及礦井向外環境的氮釋放量。
[0006] 為實現上述目的，本發明的技術方案是： 一種控制留礦采礦法采場爆破軸礦堆氮滲流的礦井通風系統包括，氣壓與溫度傳感器 (3)、壓差調控風口巧）， 在沿脈運輸巷(9)左端位置安裝壓差調控風口巧），在沿脈運輸巷風口右側氣流穩定位 置B點和礦堆上部回采空間相對應的位置A點安裝氣壓與溫度傳感器(3)。
[0007] 當采用下行通風方式時或當采用上行通風方式時，將壓差調控風口（5)安裝于沿 脈運輸巷(9)左端B位置處，壓差調控風口（5)高度和沿脈運輸巷(9)的高度一致，在該壓差 調控風口底部裝有風口導軌(34)，方便壓差調控風口巧)移動； 在壓差調控風口（5)-側巖體中開鑿一個大于壓差調控風口體積的風口儲留空間 (31)，W便當需要在沿脈運輸巷(9)作業時，將壓差調控風口巧)推進至該空間中，保證沿脈 運輸巷(9)的楊通， 在壓差調控風口和高壓線同樣高度的地方上開一個高壓線預留縫(310)，并將該高壓 線預留縫的縫隙周圍采用絕緣橡膠層(311)包裹，W避免沿脈運輸巷(9)頂部高壓線給該風 口移動帶來的不便。
[000引 1、當礦井使用上行通風方式時，爆破軸礦堆（12)上下表面的壓差ΔΡ的調節設計 方法如下： 采場氮的析出主要來自于礦房頂板原巖暴露面、礦石堆W及入風氣流，而且隨著爆破 礦石量的增多，來自礦石堆的氮量所占比例也越大。礦石堆中氮的析出遵循松散介質中的 滲流和擴散遷移理論。由于爆破軸礦石孔隙連通性好和孔隙率較大(0.33左右），在通風氣 流的作用下，通風阻力造成的爆破軸礦堆內的氣體滲流對氮的遷移起主導作用。根據氣體 滲流速度計算公式：
(1) 式中，V是滲流速度，單位m/s; k為介質的滲透率，單位m2; P為氣體的壓強，單位Pa; μ為 氣體的動力黏度系數，單位化· 3;征為空氣的平均密度，單位kg/m3。
[0009] 在式（1)中，巧F為爆破軸礦堆內氣體的壓力梯度。當爆破軸礦堆上下表面的氣體 靜壓差為?Ρ，礦堆高度為ΔΗ.，則沿重力方向的壓力梯度:ν?·心?ΡΜΗ:。若能控制， 即Λ護=A站Η，則爆破軸礦堆內的滲流速度為零。
[0010] (1)安裝壓差調控風口之前： 礦井巷道的通風阻力可按下式計算：
(2) 式中，Aj'為通風阻力，單位化;·?，為沿程阻力，單位化:?'為局部阻力，單位化;S為巷道 的等效斷面面積，單位m2;P為巷道的等效周長，單位m;化為空氣的密度，單位kg/m3;心為摩 擦阻力系數，單位N.S2 /mS ?為局部阻力系數，無因次。
[0011] 從上式中可知，未安裝壓差調控風口，礦井巷道中風流在流動過程中，存在沿程阻 力和局部阻力等造成的能量損失。因此，根據伯努利方程，W沿脈運輸巷水平軸線0-0為基 準面，圖4中A點和C點之間存在如下關系：
(3) 式中，％為C點和A點間的通風阻力，單位化；扣為C點的壓強，單位Pa;鄭為采場空 氣密度，單位kg/m3;峭為C點的空氣流速，單位m/s;巧:^為C點W0-0為基準面的鉛垂高度， 單位m巧義為A點的壓強，單位化；為A點的空氣流速，單位m/s;增為A點W0-0為基準面 的鉛垂高度，單位m;皂為重力加速度，單位m/s 2。
[0012] 由于采場通風風量為6~8m^s，通風天井和巷道斷面空氣流速較小，因此 和口。Ve2可忽略不計（W下相同），圖4中c點和A兩點的壓差按下式估算：
(4) 式中，邊巧為0-0水平軸線與2-2水平軸線之間的垂直高度，由采場的采掘生產進度決 定，單位m〇
[001引由于扣"如，因此圖4中B點和A點的壓差式￡ -武4口 A址+取。吾Δ//。由此可知，由 于礦井通風阻力&04的存在，導致84兩點的壓差^>3-^1^ ，運將會導致爆破軸礦堆 中存在下表面流向上表面方向的氮滲流。
[0014] (2)安裝壓差調控風口之后： 根據伯努利方程可知，A點和D點之間存在如下關系：
(5) 式中，為A點W0-0為基準面的垂直高度，單位苗為A點和D點間的通風阻力，單 位Pa;:盧為A點的壓強，單位Pa; V社為D點的空氣流速，單位m/s。
[001引B點和D點之間存在如下關系：
(6) 式中，心￡為B點W0-0為基準面的垂直高度，單位m;的0為8點和0點間的通風阻力，單 位化;栗擊為B點的壓強，單位化;嗎為8點的空氣流速，單位m/s。
[0016] 根據式巧)和式(6)可知，
當用壓差調控風口完全關閉沿脈運輸巷時，沿脈運輸巷中幾乎無風流經過。此時 值接近為零，^值遠大于零。根據式(8)可知，f <鳳宮凸W，即爆破軸礦堆中存在從上 表面流向下表面的氮滲流。
[0017] 此時，將壓差調控風Π 打開，則％的值將逐漸增大，A姻將逐漸減小。根據式(8)可 知，當壓差調控風口打開到合適開度，可調控回采空間A點和沿脈運輸巷B點之間的壓差 f AgAH:。此時，爆破軸礦堆內將不存在上下表面之間的氮滲流。
[0018] 2、當礦井使用下行通風方式時，爆破軸礦堆上下表面的壓力差值?Ρ的調節方法 如下： (3)安裝壓差調控風口之前： 選沿脈運輸巷水平軸線0-0為基準面，根據伯努利方程，圖6中A點和C點之間存在如下 關系：
(9) 式中，Ajc為AC兩點間的通風阻力，單位化；扣為C點的壓強，單位化；孔為空氣密度， 單位kg/m3;嘴為C點的空氣流速，單位m/s; /?為C點W0-0為基準面的垂直高度，單位m;果A 為A點的壓強，單位化;句為4點的空氣流速，單位為C點W0-0為基準面的鉛垂高 度，單位m;堅..為重力加速度，單位m/s 2。
[0019] 忽略
圖6中A和C兩點的壓差可按下式估算：
(10) 式中，ΔΚ為0-0水平軸線與2-2水平軸線之間的垂直高度，由采場的采掘生產進度決 定，單位m。
[0020] 由于占，即BA兩點間的壓差，占―W戶。査占趕:-占齡。由此可知，由于礦井 通風阻力的存在，導致BA兩點的壓差?-扔1 <拍客AW，運將導致在爆破軸礦堆內存在 從上表面流向下表面的氮滲流。
[0021 ] (4)安裝壓差調控風口之后： 根據伯努利方程可知，圖7中A點和D點之間存在如下關系：
(11) 式中，Alii為D點和A點間的通風阻力，單位化。
[0022] B點和D點之間存在如下關系：
(12) 式中，&￡^為〇點和A點間的通風阻力，單位化。
[0023] 根據式（11)和式（12)可知，
當使用壓差調控風口完全關閉沿脈運輸巷時，值接近零，·值遠大于零，此時由 式（14)可知，，即爆破軸礦堆內存在從上表面流向下表面的氮滲流。
[0024] 若打開壓差調控風口一定開度，此時，的值將從零逐漸增大，&ZM將逐漸減小。 根據式（1