[發(fā)明專利]一種控制采場爆破鈾礦堆氡滲流的通風(fēng)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610012869.7
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105569708B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉勇軍;代鑫濤;丁德馨;鐘永明;蘇杭;余修武
• 申請（專利權(quán)）人: 南華大學(xué)
• 主分類號: E21F1/00
• 分類號: E21F1/00;E21F1/10;E21F17/18
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心43102
• 代理人: 馮青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計方法，適用于含有爆破鈾礦堆采場的鈾礦山通風(fēng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在鈾礦開采中，礦井采場內(nèi)存在具有一定塊度大小的爆破鈾礦石堆積而成的礦石堆，爆破鈾礦石堆是采場大氣氡的主要來源之一。以留礦采礦法為例，它是鈾礦山使用最早，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(yè)。對于使用留礦采礦法的鈾礦山，礦房內(nèi)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(nèi)析出的氡氣比目前鈾礦山應(yīng)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。

在現(xiàn)有的鈾礦井通風(fēng)設(shè)計方法中，為了使鈾礦井下作業(yè)場所的通風(fēng)質(zhì)量達到國家標(biāo)準(zhǔn)，一般采用加大通風(fēng)風(fēng)量或強制抽排礦堆產(chǎn)生氡的方法。目前，統(tǒng)計得到鈾礦總通風(fēng)量約比有色和冶金系統(tǒng)礦山高5-8倍，鈾礦通風(fēng)成本占總鈾礦生產(chǎn)成本的15％左右。這種加大通風(fēng)風(fēng)量或強制抽排礦堆產(chǎn)生氡的方法不能滿足節(jié)能減排的要求，為此有必要在滿足通風(fēng)質(zhì)量要求的前提下，設(shè)計一種新的通風(fēng)設(shè)計方法，盡可能降低采場氡析出量、礦井的通風(fēng)成本以及整個鈾礦井向外環(huán)境的氡釋放量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鈾礦井通風(fēng)方法在控制采場爆破鈾礦堆中氡滲流方面的不足，提供一種控制鈾礦采場爆破鈾礦堆中氡滲流的通風(fēng)設(shè)計方法。

本發(fā)明的另一目的是通過該通風(fēng)設(shè)計方法，調(diào)控爆破鈾礦堆上下表面的氣壓差，使礦堆內(nèi)的氣體滲流速度接近為零，最小化礦堆產(chǎn)生氡向采場作業(yè)空間的析出量、降低采場通風(fēng)風(fēng)量，進而減少通風(fēng)成本以及礦井向外環(huán)境的氡釋放量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種控制留礦采礦法采場爆破鈾礦堆氡滲流的礦井通風(fēng)系統(tǒng)包括，氣壓與溫度傳感器(3)、壓差調(diào)控風(fēng)門(5)，

在沿脈運輸巷(9)左端位置安裝壓差調(diào)控風(fēng)門(5)，在沿脈運輸巷風(fēng)門右側(cè)氣流穩(wěn)定位置B點和礦堆上部回采空間相對應(yīng)的位置A點安裝氣壓與溫度傳感器(3)；

當(dāng)采用下行通風(fēng)方式時或當(dāng)采用上行通風(fēng)方式時，將壓差調(diào)控風(fēng)門(5)安裝于沿脈運輸巷(9)左端B位置處，壓差調(diào)控風(fēng)門(5)高度和沿脈運輸巷(9)的高度一致，在該壓差調(diào)控風(fēng)門底部裝有風(fēng)門導(dǎo)軌(34)，方便壓差調(diào)控風(fēng)門(5)移動；

在壓差調(diào)控風(fēng)門(5)一側(cè)巖體中開鑿一個大于壓差調(diào)控風(fēng)門體積的風(fēng)門儲留空間(31)，以便當(dāng)需要在沿脈運輸巷(9)作業(yè)時，將壓差調(diào)控風(fēng)門(5)推進至該空間中，保證沿脈運輸巷(9)的暢通，

在壓差調(diào)控風(fēng)門和高壓線同樣高度的地方上開一個高壓線預(yù)留縫(310)，并將該高壓線預(yù)留縫的縫隙周圍采用絕緣橡膠層(311)包裹，以避免沿脈運輸巷(9)頂部高壓線給該風(fēng)門移動帶來的不便。

1、當(dāng)?shù)V井使用上行通風(fēng)方式時，爆破鈾礦堆(12)上下表面的壓差ΔP的調(diào)節(jié)設(shè)計方法如下：

采場氡的析出主要來自于礦房頂板原巖暴露面、礦石堆以及入風(fēng)氣流，而且隨著爆破礦石量的增多，來自礦石堆的氡量所占比例也越大。礦石堆中氡的析出遵循松散介質(zhì)中的滲流和擴散遷移理論。由于爆破鈾礦石孔隙連通性好和孔隙率較大(0.33左右)，在通風(fēng)氣流的作用下，通風(fēng)阻力造成的爆破鈾礦堆內(nèi)的氣體滲流對氡的遷移起主導(dǎo)作用。根據(jù)氣體滲流速度計算公式：

式中，v是滲流速度，單位m/s；k為介質(zhì)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(shù)，單位Pa·s；ρ_a為空氣的平均密度，單位kg/m³。

在式(1)中，▽P為爆破鈾礦堆內(nèi)氣體的壓力梯度。當(dāng)爆破鈾礦堆上下表面的氣體靜壓差為ΔP，礦堆高度為ΔH，則沿重力方向的壓力梯度▽P＝ΔP/ΔH。若能控制▽P＝ρ_ag，即ΔP＝ρ_agΔH，則爆破鈾礦堆內(nèi)的滲流速度為零。

(1)安裝壓差調(diào)控風(fēng)門之前：

礦井巷道的通風(fēng)阻力可按下式計算：

式中，h_f為通風(fēng)阻力，單位Pa；h_y為沿程阻力，單位Pa；h_j為局部阻力，單位Pa；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；ρ_a為空氣的密度，單位kg/m³；ε為摩擦阻力系數(shù)，單位N·s²/m⁴；ξ為局部阻力系數(shù)，無因次。