周丽娜

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌330031）

矿山总图布置中关于节能环保的几点建议

周丽娜

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌330031）

从总图专业的角度,分析了矿山总图布置中能量损失与距离关系、工艺设备对周围环境要求、空气流动对场地建构筑物的影响。分析表明,在总图布置时应尽量缩短能量输送距离,保持厂区通风且尽量避免阳光的直射,考虑厂区内建构筑物对空气流动方向的影响,并可引入风洞模拟实验软件优化总图设计,以达到节能环保的目的。

矿山总图；能量损失；节能环保；风洞；风玫瑰；可持续发展

矿山企业中，露采大型地表机械化作业所带来的露天采坑扬尘、大面积超高度排土场的堆放、尾矿库尾砂排放等等都对地表植被和环境造成了很大影响；坑采时的井下爆破、充填等对地下原有地质结构会造成一定程度的扰动和破坏。冶炼厂废气、废渣、废水和噪音污染也对周围居民的生活带来一定负面影响。尽管有些污染是不可避免的，但随着社会的不断进步和发展，节能环保[1]的意识也越来越强，厂矿企业在设计时就应本着节能环保的原则去完善设计。本文拟从总图专业的角度，对矿山总图布置中的节能环保设计进行分析与论述。

1 能量损失与距离关系

能量的损耗与距离之间的关系可以用直观的关系式来表达：

式中：EL损表示与距离L相关的能量损失;←→表示某种对应关系；Δr表示损失参数;E表示研究对象(能量源)所能提供的能量总和;L表示研究地点距能量源的距离。

由上式可见,随着距离的增加,能量的损失呈线形变化,那么假设一种极限情况,即当距离L=0时,与距离对应的能量损失即为0。因此,在总图布置时应尽量减少能量输送距离,以节约能源,保护环境,见图1。

图1 总平面布置方案

图1（a）、（b）分别为某矿山企业选矿厂两个总平面布置方案,其中①磨矿车间为选厂内主要动力消耗车间[2],当选矿规模较大时,每天的动力消耗(例如电、水、耗材等)将会很大;现以②配电室和③辅助材料室(此处主要为钢球)为能量供给车间为例,来分析以上2个总平面布置方案：方案1，配电室和辅助材料室均就近布置在磨矿车间旁边,2个车间到磨矿车间的能量输送距离(图中虚线部分)分别为L1和L2,则总能量输送距离L=L1+L2=246 m。方案2,配电室和其他车间共用,位置折中布置,辅助材料室为了运输便利和管理方便,靠近厂区出入口,位于总仓库区。此方案中2个车间到磨矿车间的能量输送距离L=L1+L2=913 m;由此可见,方案1的能量输送消耗比方案2的可节省约2/3。因此,从节能的角度考虑,方案1更合理。

2 工艺设备对周围环境要求

矿山工业企业中,一些工艺车间设备属于产生高温的设备,总平面布置时应保持通风且尽量避免阳光的直射,以利于散热和设备的维护,延长设备使用寿命。要想做到厂房的通风需要满足2点,一是对流;二是入射角角度,即厂房长轴方向与当地主导风向的夹角α应尽量接近90°为宜。矿山厂址多数位于偏僻山区,在山区如何运用节能的观念布置厂址,以下通过某地区空压机站的厂址布置(图2、图3)进行分析。

图2 空压机站厂址方案1

图3 空压机站厂址方案2

由上图可知,该地原地形为一山垭,根据当地风向,风直穿过山垭口,在山体另一面形成小范围回旋风。可以看出,在其他条件不变的前提下,图3空压机站厂址方案2中厂址B位于山体的阴面,巧妙地利用了垭口自然山体的屏障作用和当地风向的特点,满足了通风要求,更符合节能环保的理论。

3 空气流动对场地建构筑物的影响

每个地区都有自己独特的空气流动形式,以某地为研究对象，将不同时段吹来的风的大小、方向以及频率以量化的形式用图形表示出来,即为某地的风玫瑰[3]图。在一个工业企业中，建构筑物型式、高度、间距、材料等各不相同,那么当风进入这一企业时,空气的流动形式将会受建构筑物性质的影响,而不再是简单的风玫瑰上所示的大小和方向了,同时厂区的一部分能量以及一些有污染性质的粉尘等也随风的流动,在各个建筑物之间穿梭、感染、沉淀。这势必造成能源的损失和环境的污染。这就意味着,在厂区总图布置时,不能单纯地以风玫瑰为准则,将能量供应车间或有污染的车间布置在最小风频上风向。因为厂区内建构筑物的性质改变了空气的流动方向,单纯地以风玫瑰为准则的厂区布置并不见得最为合理。这种情况下就应该引入“风洞”概念,以判断和计算建筑物建成后,该区域内新的空气流动方向和各个方向风力的大小。

风洞是利用几何相似原理,将地形、地物以缩尺模型放置于风洞中,再以仪器量测模型所受之风力或风速。风洞实验结果与现地风场的观测结果相近,故风洞实验是风工程问题研究的最常用方法。目前,随着风洞实验室的增多和发展,风洞已成功应用于航空、电影、建筑、汽车等领域,取得显著成果。随着时间的推移,风洞实验已越来越普及,例如城市规划时,用风洞研究风对城市建筑物的影响,进而指导规划优化居民生活等。一些大学也引进了小型风洞实验,并有一些企业开发了专门的风洞模拟实验软件。如果在进行厂矿设计时能与这些单位合作,将这些软件应用于工业设计中,必将开辟工业总图的新天地,从一个新的领域大大优化总图设计。

4 结论

近年来,随着新设备和技术的不断更新和应用,矿山开采规模越来越大，在创造巨大经济利润的同时也存在着能源的极大浪费和对周围环境的破坏。作为总图专业的设计人员,在设计时除了执行设计规范的要求外,还应该将节能环保的理念贯穿于设计工作的始终,为人类赖以生存的环境和矿山企业的可持续发展尽一份绵薄之力。

[1] 有色冶金企业总图运输设计参考资料编写组.有色冶金企业总图运输设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社,1981.

[2] 长沙矿山设计院,鞍山矿山设计院总图运输设计资料汇编组.黑色金属矿山气压总图运输设计资料汇编 [M].长沙：鞍山矿山设计院总图运输设计资料汇编组,1976.

[3] 第五机械工业部第五设计院.工厂总图运输设计手册[M].北京：第五机械工业部第五设计院,1971.

A Suggestion on Energy Saving and Environmental Protection in Mine General Layout

ZHOU Lina

(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

From the aspect of general layout,the paper analyzes the effects of energy loss and distance relationship,process equipment and ambient environmental requirement and air flow and site buildings/structures.It shows that energy transfer distance should be reduced as much as possible in general layout to maintain plant ventilation and avoid the sun,it considers that the effect of plant buildings/structures on air flow direction,and wind tunnel simulation experiment software can be introduced to optimize general layout design,it can reach the objective of energy saving and environmental protection.

mine general layout;energy loss;energy saving and environmental protection;wind tunnel;wind rose;sustainable development

TD221

B

1004-4345(2014)05-0015-02

2013-12-05

周丽娜(1982—),女,工程师,主要从事厂矿总图及道路设计工作。