铀矿井罐笼提升竖井活塞风效应影响研究
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第３ ２卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 ｌ １月
铀 矿 冶
ＵＲＡ ＮＩ ＵＭ ＭＩ ＮＩ ＮＧ Ａ ＮＤ Ｍ ＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖ ｏＩ ． ３ ２ ＮＯ ．４
ＮＯ Ｖ ．２ Ｏ１ ３
铀 矿 井罐 笼 提 升 竖 井活 塞风 效 应 影 响研 究
胡 鹏 华 ， 张 以虎。 ， 李 先 杰 ， 洪 昌寿。 ， 刘 阳
式中 ： 为 环 状 空 间 中 的气 流 速度 ， ｍ／ ｓ ； Ｓ 。 为 罐
高， １ Ｔ Ｉ ； 为井 筒 与标 高 为 Ｈ 中段 水平 交 叉 处 的 局 部阻力 系数 ； ｈ 为罐 笼底 部 至试 验 中段 马头 门 顶 部高度 ， ｍ； 其 他量 符号 的含义 及单位 同前 。
１ ９ ６
铀
矿 冶
第３ ２卷
全 部流 至罐笼 后方 ， 有部分 被罐 笼推 出至竖井 外 。
则在 △ ￡ 时间 内 ， 罐笼 在竖井 中移 动所排 开 的空气
断面 ３ — ３与 断面 ４ — ４之 间 的气 流相 对 于井 筒 运 动 的伯努 利方程 为 ：
ｇＨ ３ ＋ ＋ 一 ｇ Ｈ ＋ ＋
影 响活塞 风风 压 的因素 主要 有井 筒阻力 系 数 及其 直径 、 提 升设 备 的外 形 尺寸及 其运 行速 度 、 井 巷 内初始 风 速 等 。为便 于分 析 ， 在 分 析 其 活 塞 效 应前 ， 对 井巷 物 理 模 型进 行 如 下 假 设 及 预 测 ［ ３ ］ ： １ ） 井 巷 内气流 不 可压 缩 且 定 常 无旋 流 动 ； ２ ） 井 巷 风流 为湍 流 ； ３ ） 在工程允许误差范围内， 罐笼 、 井
安全 。
１ 铀 矿 井 活 塞 风 风 压 分 析
铀矿 井提 升设 备 在 通 风 井 巷 中运 行 时 ， 其 前 后压 力 的瞬态 变 化 将 产 生较 强 的附 加 气 流 ， 原 来 占据 井筒 的空气 被 排开 ， 空气 受 到井筒 壁 限制 ， 空 气黏 性 以及 井 巷 壁 面 和 提 升 设 备 表 面 的摩 擦 作 用， 气 流 产生 了类 似于 汽缸 活塞运 动 的效应 ＿ １ ］ 。
罐笼 提升 与通 风系统 关 系模型 见 图 １ 。
主井井 口
影响 通风 降氡 系统 正常运 行 。笔者 对铀 矿井 生产
条件 下 ， 罐笼提 升 竖井产 生 的活塞 风 风压 、 活塞 风
流速 参数 进行 系 统 分 析研 究 ， 进一 步 完 善 铀 矿 井 通风 降氡 理论 ， 为 消 除 影 响铀 矿 井 通 风 降 氡 的不 稳定 因素 提供 技 术 支持 ， 以保 障铀 矿 井 辐 射 环境
（ １ ． 核工业北京化工冶金研究 院， 北京 １ ０ １ １ ４ ９ ； ２ ． 西 安 中核 蓝 天 铀 业 有 限 公 司 ， 西安 ７ １ ０ ５ ０ ０ ； ３ ． 南华 大学 环 境 保
护与安全工程学院 ， 湖南 衡 阳 ４ ２ １ ０ ０ １ ）
摘要 ： 根据流体力学伯努利方程理 论， 推 导 了抽 出 式 通 风 系 统 在 单 提 升 设 备 矿 井 条 件 下 ， 提 升 设 备 运 行 所 产 生 活 塞 风 的 风 流 速 和 风 压 变 化 的理 论 公 式 ； 结合某铀矿井提升作 业参数 ， 计算分析 了活塞 风风流速 ， 以及 风 压 变 化参数 ； 通 过 现场 测试 ， 验 证 了活 塞 风 流 对 矿 井 通 风 系统 的影 响方 式 。 关键词 ： 铀 矿井 ； 罐笼提升系统 ； 活塞风效应 ； 风 压
effectpistonpressure欢迎订阅2014年湿法冶金湿法冶金创刊于1982年双月刊是湿法冶金技术综合性刊物中文核心期刊主要刊登国内外关于有色金属稀有金属稀散金属及贵金属的湿法冶金工艺选矿技术有机材料萃取剂离子交换树脂絮凝剂等合成化工过程自动控制化工设备选矿设备仪器仪表的研制及应用水处理技术三废治理与环境保护技术分析物理分析化学分析方法等方面的新进展科研成果和先进技术也报道有关科技简讯文献综述等
断面 １ － １ 与 断面 ４ － ４之 间 的 气 流 相 对 于 井 筒
等 ＋ （ ＋ ） 专 ，
则 ｐ 一 ｓ —ｐ ｇ ｈ ｚ —ｆ 已＋ ｄ、 ） ２。
（ ８ ）
（ ９ ）
由式 （ １ ） 换算 可得
７ ３ 一（ Ｓ 。 一Ｓｖ ） ／ （ Ｓ—Ｓ 。 ） 。 （ ２ ）
式 中： Ｐ 为 为 断面 ４ — ４风 压 ， Ｐ ａ ； Ｈ４ 为 断面 ４ — ４标
风压 ； ６ ） 活塞 风看成 局部 通风 动力源 ， 叠加 于原 通 风 系统 ； ７ ） 提 升竖井 作为 人风 井 （ 压 人式通 风提 升
竖井 不作 入风井 ） 。
中会 产生 非恒定 活 塞压 风风 压 、 活 塞风 流 ， 其 可导 致矿 井 车场压 力 及 风 速发 生 变 化 ， 严 重 的 可 能会 使铀矿井巷、 采场 、 采 空 区 的氡 析 出量 发 生变 化 ，
中图分类号 ： ＴＤ ７ ２ １ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ０ — ８ ０ ６ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ １ ９ ５ — ０ ５
铀矿 井通 风 系统是 一个 较复 杂 的系统 。在通 常 的抽 出式通 风 条 件 下 ， 竖井 开拓 系统 仅 罐 笼 提 升竖井 、 回风井 与地 表相 通 ， 罐笼提 升 的竖井 运行
‘
体 积为 Ｓ 。 Ｖ ｏ Ａ ｔ ， 另一 部分 空气 通 过罐 笼 与竖井 之 间的 空 间流至 罐 笼后 方 ， 其 体 积为 （ Ｓ—Ｓ 。 ） Ｖ ｅ Ａ ｔ ， 根 据气体 流 动的连续 性方 程
Ｓ ０ △￡ 一Ｓ ｖ Ａｔ ＋（ Ｓ— Ｓ ｏ ） 。 Ａ ｔ ， （ １ ）
图１ 罐 笼 提 升 与 通 风 罐 笼匀 速运行 ； ５ ） 不考 虑 自然
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ４
罐笼 在运 行 时 由 于受 竖 井 壁 限制 ， 空 气 不 能
作 者 简 介 ：胡 鹏 华 （ １ ９ ８ ２ 一） ， 男， 山 西原 平人 ， 硕士 ， 工程师 ， 主要从事矿井通风降氡技术及辐射防护等科研工作 。
铀 矿 冶
ＵＲＡ ＮＩ ＵＭ ＭＩ ＮＩ ＮＧ Ａ ＮＤ Ｍ ＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖ ｏＩ ． ３ ２ ＮＯ ．４
ＮＯ Ｖ ．２ Ｏ１ ３
铀 矿 井罐 笼 提 升 竖 井活 塞风 效 应 影 响研 究
胡 鹏 华 ， 张 以虎。 ， 李 先 杰 ， 洪 昌寿。 ， 刘 阳
式中 ： 为 环 状 空 间 中 的气 流 速度 ， ｍ／ ｓ ； Ｓ 。 为 罐
高， １ Ｔ Ｉ ； 为井 筒 与标 高 为 Ｈ 中段 水平 交 叉 处 的 局 部阻力 系数 ； ｈ 为罐 笼底 部 至试 验 中段 马头 门 顶 部高度 ， ｍ； 其 他量 符号 的含义 及单位 同前 。
１ ９ ６
铀
矿 冶
第３ ２卷
全 部流 至罐笼 后方 ， 有部分 被罐 笼推 出至竖井 外 。
则在 △ ￡ 时间 内 ， 罐笼 在竖井 中移 动所排 开 的空气
断面 ３ — ３与 断面 ４ — ４之 间 的气 流相 对 于井 筒 运 动 的伯努 利方程 为 ：
ｇＨ ３ ＋ ＋ 一 ｇ Ｈ ＋ ＋
影 响活塞 风风 压 的因素 主要 有井 筒阻力 系 数 及其 直径 、 提 升设 备 的外 形 尺寸及 其运 行速 度 、 井 巷 内初始 风 速 等 。为便 于分 析 ， 在 分 析 其 活 塞 效 应前 ， 对 井巷 物 理 模 型进 行 如 下 假 设 及 预 测 ［ ３ ］ ： １ ） 井 巷 内气流 不 可压 缩 且 定 常 无旋 流 动 ； ２ ） 井 巷 风流 为湍 流 ； ３ ） 在工程允许误差范围内， 罐笼 、 井
安全 。
１ 铀 矿 井 活 塞 风 风 压 分 析
铀矿 井提 升设 备 在 通 风 井 巷 中运 行 时 ， 其 前 后压 力 的瞬态 变 化 将 产 生较 强 的附 加 气 流 ， 原 来 占据 井筒 的空气 被 排开 ， 空气 受 到井筒 壁 限制 ， 空 气黏 性 以及 井 巷 壁 面 和 提 升 设 备 表 面 的摩 擦 作 用， 气 流 产生 了类 似于 汽缸 活塞运 动 的效应 ＿ １ ］ 。
罐笼 提升 与通 风系统 关 系模型 见 图 １ 。
主井井 口
影响 通风 降氡 系统 正常运 行 。笔者 对铀 矿井 生产
条件 下 ， 罐笼提 升 竖井产 生 的活塞 风 风压 、 活塞 风
流速 参数 进行 系 统 分 析研 究 ， 进一 步 完 善 铀 矿 井 通风 降氡 理论 ， 为 消 除 影 响铀 矿 井 通 风 降 氡 的不 稳定 因素 提供 技 术 支持 ， 以保 障铀 矿 井 辐 射 环境
（ １ ． 核工业北京化工冶金研究 院， 北京 １ ０ １ １ ４ ９ ； ２ ． 西 安 中核 蓝 天 铀 业 有 限 公 司 ， 西安 ７ １ ０ ５ ０ ０ ； ３ ． 南华 大学 环 境 保
护与安全工程学院 ， 湖南 衡 阳 ４ ２ １ ０ ０ １ ）
摘要 ： 根据流体力学伯努利方程理 论， 推 导 了抽 出 式 通 风 系 统 在 单 提 升 设 备 矿 井 条 件 下 ， 提 升 设 备 运 行 所 产 生 活 塞 风 的 风 流 速 和 风 压 变 化 的理 论 公 式 ； 结合某铀矿井提升作 业参数 ， 计算分析 了活塞 风风流速 ， 以及 风 压 变 化参数 ； 通 过 现场 测试 ， 验 证 了活 塞 风 流 对 矿 井 通 风 系统 的影 响方 式 。 关键词 ： 铀 矿井 ； 罐笼提升系统 ； 活塞风效应 ； 风 压
effectpistonpressure欢迎订阅2014年湿法冶金湿法冶金创刊于1982年双月刊是湿法冶金技术综合性刊物中文核心期刊主要刊登国内外关于有色金属稀有金属稀散金属及贵金属的湿法冶金工艺选矿技术有机材料萃取剂离子交换树脂絮凝剂等合成化工过程自动控制化工设备选矿设备仪器仪表的研制及应用水处理技术三废治理与环境保护技术分析物理分析化学分析方法等方面的新进展科研成果和先进技术也报道有关科技简讯文献综述等
断面 １ － １ 与 断面 ４ － ４之 间 的 气 流 相 对 于 井 筒
等 ＋ （ ＋ ） 专 ，
则 ｐ 一 ｓ —ｐ ｇ ｈ ｚ —ｆ 已＋ ｄ、 ） ２。
（ ８ ）
（ ９ ）
由式 （ １ ） 换算 可得
７ ３ 一（ Ｓ 。 一Ｓｖ ） ／ （ Ｓ—Ｓ 。 ） 。 （ ２ ）
式 中： Ｐ 为 为 断面 ４ — ４风 压 ， Ｐ ａ ； Ｈ４ 为 断面 ４ — ４标
风压 ； ６ ） 活塞 风看成 局部 通风 动力源 ， 叠加 于原 通 风 系统 ； ７ ） 提 升竖井 作为 人风 井 （ 压 人式通 风提 升
竖井 不作 入风井 ） 。
中会 产生 非恒定 活 塞压 风风 压 、 活 塞风 流 ， 其 可导 致矿 井 车场压 力 及 风 速发 生 变 化 ， 严 重 的 可 能会 使铀矿井巷、 采场 、 采 空 区 的氡 析 出量 发 生变 化 ，
中图分类号 ： ＴＤ ７ ２ １ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ０ — ８ ０ ６ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ １ ９ ５ — ０ ５
铀矿 井通 风 系统是 一个 较复 杂 的系统 。在通 常 的抽 出式通 风 条 件 下 ， 竖井 开拓 系统 仅 罐 笼 提 升竖井 、 回风井 与地 表相 通 ， 罐笼提 升 的竖井 运行
‘
体 积为 Ｓ 。 Ｖ ｏ Ａ ｔ ， 另一 部分 空气 通 过罐 笼 与竖井 之 间的 空 间流至 罐 笼后 方 ， 其 体 积为 （ Ｓ—Ｓ 。 ） Ｖ ｅ Ａ ｔ ， 根 据气体 流 动的连续 性方 程
Ｓ ０ △￡ 一Ｓ ｖ Ａｔ ＋（ Ｓ— Ｓ ｏ ） 。 Ａ ｔ ， （ １ ）
图１ 罐 笼 提 升 与 通 风 罐 笼匀 速运行 ； ５ ） 不考 虑 自然
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ４
罐笼 在运 行 时 由 于受 竖 井 壁 限制 ， 空 气 不 能
作 者 简 介 ：胡 鹏 华 （ １ ９ ８ ２ 一） ， 男， 山 西原 平人 ， 硕士 ， 工程师 ， 主要从事矿井通风降氡技术及辐射防护等科研工作 。
