[发明专利]一种控制采场爆破铀矿堆氡渗流的通风设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井通风系统的设计方法，适用于含有爆破铀矿堆采场的铀矿山通风系统。

背景技术

在铀矿开采中，矿井采场内存在具有一定块度大小的爆破铀矿石堆积而成的矿石堆，爆破铀矿石堆是采场大气氡的主要来源之一。以留矿采矿法为例，它是铀矿山使用最早，较多的采矿方法之一，属于空场采场法。其特点是将矿块划分成矿房和矿柱两步骤回采，矿房自下而上分层回采，工人直接在暴露面下的留矿堆上面作业。对于使用留矿采矿法的铀矿山，矿房内暂存的矿石较多，矿石堆的渗透性较好，矿石的暴露面积较大，堆放的时间也比较长，在单位时间内析出的氡气比目前铀矿山应用的其他采矿方法都多，从而使工人的健康受到极大的危害。

在现有的铀矿井通风设计方法中，为了使铀矿井下作业场所的通风质量达到国家标准，一般采用加大通风风量或强制抽排矿堆产生氡的方法。目前，统计得到铀矿总通风量约比有色和冶金系统矿山高5-8倍，铀矿通风成本占总铀矿生产成本的15％左右。这种加大通风风量或强制抽排矿堆产生氡的方法不能满足节能减排的要求，为此有必要在满足通风质量要求的前提下，设计一种新的通风设计方法，尽可能降低采场氡析出量、矿井的通风成本以及整个铀矿井向外环境的氡释放量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有铀矿井通风方法在控制采场爆破铀矿堆中氡渗流方面的不足，提供一种控制铀矿采场爆破铀矿堆中氡渗流的通风设计方法。

本发明的另一目的是通过该通风设计方法，调控爆破铀矿堆上下表面的气压差，使矿堆内的气体渗流速度接近为零，最小化矿堆产生氡向采场作业空间的析出量、降低采场通风风量，进而减少通风成本以及矿井向外环境的氡释放量。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种控制留矿采矿法采场爆破铀矿堆氡渗流的矿井通风系统包括，气压与温度传感器(3)、压差调控风门(5)，

在沿脉运输巷(9)左端位置安装压差调控风门(5)，在沿脉运输巷风门右侧气流稳定位置B点和矿堆上部回采空间相对应的位置A点安装气压与温度传感器(3)；

当采用下行通风方式时或当采用上行通风方式时，将压差调控风门(5)安装于沿脉运输巷(9)左端B位置处，压差调控风门(5)高度和沿脉运输巷(9)的高度一致，在该压差调控风门底部装有风门导轨(34)，方便压差调控风门(5)移动；

在压差调控风门(5)一侧岩体中开凿一个大于压差调控风门体积的风门储留空间(31)，以便当需要在沿脉运输巷(9)作业时，将压差调控风门(5)推进至该空间中，保证沿脉运输巷(9)的畅通，

在压差调控风门和高压线同样高度的地方上开一个高压线预留缝(310)，并将该高压线预留缝的缝隙周围采用绝缘橡胶层(311)包裹，以避免沿脉运输巷(9)顶部高压线给该风门移动带来的不便。

1、当矿井使用上行通风方式时，爆破铀矿堆(12)上下表面的压差ΔP的调节设计方法如下：

采场氡的析出主要来自于矿房顶板原岩暴露面、矿石堆以及入风气流，而且随着爆破矿石量的增多，来自矿石堆的氡量所占比例也越大。矿石堆中氡的析出遵循松散介质中的渗流和扩散迁移理论。由于爆破铀矿石孔隙连通性好和孔隙率较大(0.33左右)，在通风气流的作用下，通风阻力造成的爆破铀矿堆内的气体渗流对氡的迁移起主导作用。根据气体渗流速度计算公式：

式中，v是渗流速度，单位m/s；k为介质的渗透率，单位m²；P为气体的压强，单位Pa；μ为气体的动力黏度系数，单位Pa·s；ρ_a为空气的平均密度，单位kg/m³。

在式(1)中，▽P为爆破铀矿堆内气体的压力梯度。当爆破铀矿堆上下表面的气体静压差为ΔP，矿堆高度为ΔH，则沿重力方向的压力梯度▽P＝ΔP/ΔH。若能控制▽P＝ρ_ag，即ΔP＝ρ_agΔH，则爆破铀矿堆内的渗流速度为零。

(1)安装压差调控风门之前：

矿井巷道的通风阻力可按下式计算：

式中，h_f为通风阻力，单位Pa；h_y为沿程阻力，单位Pa；h_j为局部阻力，单位Pa；S为巷道的等效断面面积，单位m²；P为巷道的等效周长，单位m；ρ_a为空气的密度，单位kg/m³；ε为摩擦阻力系数，单位N·s²/m⁴；ξ为局部阻力系数，无因次。