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采矿通风的五项关键创新技术

文章来源:中国黄金网撰写时间:2020-06-19作者:


  按需通风(VOD)系统已成为提高通风效率的流行解决方案。VOD允许更直观的通风系统,软件能够根据每日计划预先编程,或通过跟踪环境因素或整个矿井的人员和设备位置,将气流调度到矿井的不同部分。

 

  有效地管理地下矿井的气流对矿工的安全和作业效率至关重要。吸入粉尘颗粒或一氧化碳等有毒气体会对健康造成终身影响,在某些情况下,仅仅几秒钟的接触就可能造成危险。

 

井下管道系统示意图

 

  现代通风系统采用竖井、天井和坑道网络,结合通风风扇和调节器,通过矿井分配气流,稀释和清除有害气体和颗粒。在气候较冷的地区或冬季,通风系统还可以增加加热管道。

 

  所有这些都导致了巨额的能源费用支出。采矿通风可以占到地下矿山能源需求的50%,增加了矿山的运营成本,同时也增加了潜在的环境问题。最近在采矿通风领域的创新正试图克服一些或所有这些问题,一些公司提供的解决方案据他们称是成本效益高且对环境无害的。

 

  按需通风

 

  随着百斯泰克(Bestech)、ABB和西姆斯玛特(Simsmart)等公司提供各种各样的通风软件,按需通风(VOD)系统已成为提高通风效率的流行解决方案。VOD允许更直观的通风系统,软件能够根据每日计划预先编程,或通过跟踪环境因素或整个矿井的人员和设备位置,将气流调度到矿井的不同部分。

 

  据称,这些系统只在需要时将空气引导到需要的地方,从而减少了矿井的总空气需求,并在这一过程中降低了能源消耗。

 

  理论上,VOD系统可以与标签和跟踪系统集成,这意味着通风软件可以定位矿井中的人员和设备,并根据需要将气流引导到工作区域。实际上,这个概念说起来容易做起来难。视频点播系统的创新重点在于使这一卖点始终成为可行的现实,因为能够自动控制气流速度、温度和方向的系统具有巨大的成本削减潜力。

 

  热管理

 

  今年2月,加拿大自然资源部(Natural Resources Canada)向自然热交换工程技术(NHEET)研究项目拨款150万加元(781万元人民币),该项目由矿业创新、修复和应用研究公司(MIRARCO)和淡水河谷(Vale)、特克(Teck)和劳伦田大学(Laurentian University)等其他机构共同运作。

 

  该项目正在研究如何利用破碎岩石改善地下矿山的冷却和空气输送。这一概念是半个多世纪前在安大略省萨德伯里附近的淡水河谷克雷顿镍矿提出的。当时矿工们意识到:夏季时,冷空气通过废石进入矿井;而冬季时,热空气进入矿井。通过引导气流通过矿井,矿工可以在不使用人工制冷的情况下在地下2.5公里的地方工作。

 

  为通风系统供电消耗了地下煤矿总能耗的25%~50%。如果NHEET项目能够成功地复制克雷顿镍矿矿井的自然通风特性,它不仅可以取代制冷和供暖系统的资本和运营成本,而且还可以降低矿井的总体能耗——降低成本,同时改善地下采矿的环境影响。

 

  液压空压机冷却

 

  液压空气压缩机(HACs)是一个很久以前就出现的概念,从技术角度看,在矿山使用超过100年。

 

  压缩空气系统最显著的用途是作为一种发电手段,用于无法轻易与现有电网连接的矿井,例如一个多世纪前为加拿大安大略省农村银矿供电的破烂溜槽液压空气压缩机系统。这个系统已经运行了70年,只停止了两次进行维修。

 

  压缩空气系统由于其高成本20世纪后半叶逐渐由电气和机械系统替代。现在,由电创(Electrale Innovation)设计的现代压缩空气系统已经修改了原有的空气压缩技术弊端,为地下矿山提供冷却。在安大略省的萨德伯里,现代压缩空气系统的实验性应用正在运行,它得到了加拿大政府的资助。

 

  该项目的开发人员认为,如果能够利用自然水电资源,压缩空气的生产几乎可以零边际成本。利用水冷却压缩空气而不需要外部电源,希望冷冻空气可以作为一种低成本的超深井冷却和除湿手段。

 

  空气质量传感器

 

  地面监测站可以使用实时传感器直接监测地下矿山的空气质量,这些传感器能够实现无缝监测,而不是在地下进行耗时的重新校准过程。

 

  超深部采矿网络及其合作伙伴已经开发出传感器,在与现有地下传感器“热交换”之前,可以在稳定的受控环境下在地表进行校准。

 

  现代空气质量传感器被吹捧为通过消除人工地下再校准的需要来提高生产力,并且可以在检测到有毒气体的情况下加快补救工作。

 

  空气质量站能够实时准确地监测气流速度和方向、气体水平、大气压和干/湿球温度,然后可以根据需要使用这些信息来调整主通风机和辅助通风机。

 

  这类技术中的一些是工业物联网设备,它们直接连接到现有网络,而不需要添加新设备,从而在不大规模改装现有硬件的情况下提高效率。

 

  电气化

 

  虽然粉尘、二氧化碳和甲烷等有毒气体是矿工们关心的主要空气质量问题,但柴油车排放的二氧化氮也带来了地下通风问题。然而,电动采矿车的增加可能会改变这一状况。

 

  电池技术的快速发展促使矿业公司开始更换柴油车,并开始进行锂离子电池替代品的钻探。对于地下矿山来说,电动汽车不仅能提高环保认证,还能减少气体和热量的排放,进而降低整个矿山的气流要求。

 

  咨询公司BDO在2019年发布的一份报告中预计,4年内,澳大利亚新矿山将不再使用柴油机,该国现有矿山将开始逐步淘汰柴油机,转而使用电池电动汽车。报告预测,随着纳米柴油颗粒物的健康风险越来越被普遍接受,推动电气化的动力将来自新矿山的出资人,以及潜在的政府监管。

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