铀矿山竖井罐笼运行活塞效应研究及其应用-论文.pdf

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1、ＩＳＳＮ１６７１－２９００采矿技术第１４卷第１期２０１４年１月ＣＮ４３－１３４７/ＴＤＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ.１４，Ｎｏ.１Ｊａｎ.２０１４議铀矿山竖井罐笼运行活塞效应研究及其应用１１２２１１洪昌寿，李向阳，胡鹏华，李先杰，叶勇军，谢东(１.南华大学环境保护与安全工程学院，湖南衡阳市４２１００１；２.核工业北京化工冶金研究院，北京１０１１４９)摘要:应国家大力发展核电的战略选择，各铀矿山采冶力度逐渐加大，竖井罐笼运行活塞风作用问题凸显，影响矿井通风系统的稳定性。为了对通风系统稳定性进行全面定量分析，依据空气动力学中的伯努利方程，建

2、立了竖井罐笼运行活塞风的恒定流计算公式，为分析和讨论活塞效应对井巷内风流速度和压力的扰动提供了理论依据。关键词:铀矿山；罐笼提升系统；活塞效应；通风系统稳定性产，且装备单罐笼的矿井。通常，一次完整的罐笼提０引言升－卸载过程包括罐笼从某一中段载重提升与空罐[１０]目前，为适应我国新时期核电发展战略，满足核下行至起始处。罐笼的升降运行如图１所示:电发展对天然铀日益增长的需求，各铀矿井年提升矿石量普遍呈现增加的趋势。随着我国铀矿山开采不断向深部推进和采冶力度的不断加大，同时伴随着高效开采技术的进步，罐笼运行速度亦将呈现不断增大的趋势，罐笼的升降运行将更趋

3、频繁，从而在[１]空间受限的竖井井筒中产生了活塞作用效应，这将对矿井通风系统的稳定性带来一定程度的影响，而矿井通风系统是矿井生产的命脉，其能否稳定、可靠地运行，对于确保矿山安全生产有着极其重要的[２]作用。国内外已有多名学者开展过矿井井筒提升设备活塞效应的研究，对井巷通风活塞作用理论进行了图１罐笼升降运行阶段[３￣６]较为深入的分析。然而，已有研究着重于通过理(１)加速阶段:罐笼以加速度ａ开始运行，在１论推导或数值模拟得出活塞风大小，鲜有涉及到活此阶段提升(或下行)速度由０增大到ｖ，运行时间ｍ塞效应对矿井通风系统稳定性影响的具体定量分析[７￣９]。

4、为Δｔ＝ｔ(或Δｔ＝ｔ－ｔ)；１１７７６为此，本文依据空气动力学基本原理，通过理论(２)等速阶段:罐笼以最大速度ｖ做匀速运ｍ分析和计算，研究竖井罐笼运行活塞作用效应对通行，运行时间为Δｔ＝ｔ－ｔ(或Δｔ＝ｔ－ｔ)；２２１８８７风系统稳定性的影响程度，并以我国南方某铀矿山(３)减速阶段:此时罐笼已经接近井口(或井为对象，进行了实例应用。论文开展的研究工作对底)，提升容器以加速度ａ减速运行，在此阶段内容２于确保铀矿井通风系统满足生产的需要具有特别重器运行速度由ｖ减小至爬行速度ｖ(或ｖ)，运行ｍ４１０要的意义。时间为Δｔ＝ｔ－ｔ(或Δｔ＝ｔ－ｔ)；３３２

5、９９８(４)爬行阶段:罐笼以低速度ｖ(或ｖ)运行，１罐笼升降运行特性４１０且一般不大于０.５ｍ/ｓ，运行时间为Δｔ＝ｔ－ｔ(或４４３本文分析基于主(副)井作入风井、多中段生Δｔ＝ｔ－ｔ)；１０１０９議基金项目:国家自然科学基金资助项目(１１０７５０７１).６０采矿技术２０１４，１４(１)(５)停车休止阶段:提升机抱闸停车，罐笼以加７－７及断面９－９与通向地表的回风井巷相连，不受速度ａ减速直至停止，运行时间为Δｔ＝ｔ－ｔ(或活塞风流的扰动，风速均为０。３５５４Δｔ＝ｔ－ｔ)，且通常为１ｓ。１１１１１０此外，Δｔ＝ｔ－ｔ及Δｔ＝ｔ－ｔ段表示罐笼６６５１

6、２１２１１休止时间。而且，罐笼升降运行过程中，会以最大速度ｖ运行较长时间。ｍ２罐笼运行活塞效应分析及理论计算２.１计算模型和基本假设罐笼在井筒中运行时，由于受井筒壁面的限制，罐笼对井筒内空气产生类似活塞作用，罐笼前方位置呈现正压，后方位置则为负压，在此压差作用下，一部分空气被推向前方直至排出，另一部分则从经罐笼与井筒间的环状空间流至罐笼后方[１１]。竖井罐笼升降运行过程中的风流场是由机械通风系统中风机的风压、主副井高差(自然风压)和活塞效应等图２罐笼运行活塞风计算模型因素耦合作用而形成的复杂系统，为便于问题的分２.２活塞风计算方法及分析析和讨论，作

7、如下假设:设断面０－０与断面１－１段、断面２－２与断面３－(１)将运行中的罐笼视为局部通风动力源，其３段活塞风流量为Ｑ，流速为ｖ；断面４－４与断面ｈｈ所致活塞风流场不受自然风压及风机风压影响；５－５段风流流量为Ｑ，流速为ｖ；１中段重车场内ｈ１ｈ１(２)罐笼运行前井巷内的风流初始速度为０；风流流量为Ｑ，流速为ｖ；１中段空车场内风流ｈ２ｈ２(３)按恒定流考虑，气流不可压缩且为紊流流[１２－１３]流量为Ｑ，流速为ｖ。由连续性方程得:ｈ３ｈ３动；Ｑ＝Ｑ＋Ｑ＋Ｑ(１)ｈｈ１ｈ２ｈ３(４)井巷及罐笼的几何尺寸和相关特性参数保即:持不变；ｖＳ＝ｖＳ＋ｖＳ＋ｖＳ(

8、２)ｈｈ１ｈ２０ｈ３０(５)活塞风速远小于音速，气流密度近似不变，式中:Ｓ—竖井井筒的断面面积；Ｓ—１中段巷道的３０取ρ＝