VENTILATIONSSTYRNING OCH ENERGIÅTERVINNING UNDERJORD
Per-Olov Andersson, Boliden Mindeco, Boliden Carl-Eric Nilsson, MITU, Luleå
BAKGRUND
Aviserade elprishöjningar och sänkning av gränsvärdet för NO2 i dieselavgaser har aktualiserat insatser på ventilationsområdet inom Boliden. På 70-talet gjordes en del uppföljningar av energifördelning i gruvorna. Av en sådan mätning i Uddengruvan framgår att 48 % av elenergin och 38 % av oljan åtgår till ventilation av gruvan.
Under 1989 har motsvarande mätning ,utförts i Enåsengruvan. Denna mätning, som framgår av bild 1, visar att 46 % av elenergin och 52 % av oljan används till gruvventilation.
41/.
\ 171/. Ovrigt
81/.
Borrning ~
1 <_31/,
Lastning
Krossning 311/. och transport
23%
Pumpning
~
A 461/. 521/. Ventilation
Ventilation
s
. . ... .. VEl Olja
2.6 GWh 6.0 GWh
Bild 1 Mätning av energifördelning i Enåsengruvan
Bolidens underjordsgruvor i Sverige förbrukade 1991 elenergi för 32 Mkr och olja till uppvärmning av ventilationsluft för 4 Mkr. För 1991 kan sålunda kostnaderna för ventilation av Bolidengruvorna bedömas ha uppgått till:
Fläktenergi Uppvärmning Totalt
15 Mkr 4 Mkr 19 Mkr
Total förbrukning av elenergi resp olja för ventilationsuppvärmning inom Bolidens gruvområden framgår av bild 2.
Elenergi totalt
Boliden 34100 MWh
Kristineberg 31400 MWh Laisvall 35 700 MWh
Enåsen 1300 MWh
Garpenberg 36 900 MWh
Totalt 136 900 MWh => 32 Mkr
Ventilationsuppvärmning, olja Boliden
Kristineberg Laisvall Enåsen Garpenberg Totalt
Bild 2
450 m3 800 m3 3 m3 140 m3 425 m3
1800 m3 => 4 Mkr, varav el 2 Mkr
1991 års totalförbrukning av el samt olja för
uppvärmning av ventilationsluft i Bolidengruvorna
Energikostnaderna för ventilation relaterad till ton brutet berg 1989 varierar från 3 kr/ ton för den enkla Enåsengruvan upp till 7 kr/ ton för den mera komplicerade Kristinebergsgruvan.
Mätningar av omgivningsmiljö i Enåsen- och Kristinebergsgruvorna verifierar bedömningen att det går att påverka luftmängderna och/ eller att fördela luften på ett bättre sätt.
Ventilationseffektiviteten i gruvorna, som framgår av bild 3, kan be- dömas genq,fn·. att jämföra ventilationsmängden, m3 total luftmängd, med antal liter'·;förbränd dieselolja. Dimensioneringsreglerna med f?tra gränsvärdet'° för N02 föreskrev 2 500 - 3 500 m3 per liter dieselolja.· För- bättrade bränslen och mo,torer innebär att
~'i
f: dag kan dimensionera ventilationen efter 2 500 m3 ventilationsluft per liter förbränd diesel- olja.8000 ...,...---,,---1..---:---:-:-,,- - - , -
6000
4000
2000
0
Bild
3
.·. Ventilation m3 pe( lit~~ die:selolja
.• j.
•.;.
en .. e,
(1) .0
C (1)
e-nl
G
z ei (1) .0 C
Q) e-
nl
G
. . .
Ventilatio.n
m3
/tim;x
årsdiifttid x 0;85· / antal liter diesel. , . ,(' . . . ·, " '
~ yentilation~effek'tivitet 1991 i'Boliderts gruvor
. GRUVVENTILÅT°IONENS UTVECKLING I BOLIDENS GRUVOR
Vid övergång till modern igensättningsbrytning i Renströmgruvan
~nder se1:1are del~n av 70-talet _fördu?blades ventilationsmängden till totalt 30d· ooo'·n:i-3/timm·e. · Fordelningen _ irtom varje brytningsefage ordnacles med hjälp_
a'.v
flerhastighe·tsfläktår och ·reglerbara frånlufts-~pjäll på ;toppen
· av
frå~luftstlgarn~•.-'På, ·e11· centralt 'placerad •väljare valde<s· las:~p.ingspfatf varefter ·.luftmärigden 'dirigerades·· till ·det valda stället;. Luftm'.ängde,n minskad·e; samtidigt i' övrigä ·områden. Spräng-·_ ning~yen_tii_~tici1:t ;~ty~dis• på s~mma .. · sätt s'~1:1 för lastning. Alla större fläktar slog·s ifrån' med hjälp ·av veckour den tid som ·verksamhet inte pågick. Ventilationsprincipen för en brytningsnivå framgår' av bild 4.
LASTNING
~ FRISK LUFT , •
~ :
\~ FÖRORENAD
Ulltt\
Bild 4
I I
Il
Princip för ventilation i Renströmgruvan
I Stekenjokkgruvan installerades 1984 ett datorstyrt fläktstyrnings- system, Luxcom, för fördelning av luftmängden i gruvan. Dygnsur startade och stoppade grundventilationen till alla brytningsrum i gruvan. Forcering av ventilation för lastning valdes manuellt för respektive brytningsrum. Tiden för lastningsventilation var program- meringsbar men hade valts till 4 timmar. Vid kommandot sprängning stannades den aktuella fläkten för att därefter under viss tid gå för fullt för utvädring av spränggaserna. Funktionen förutsatte hel- och halvfartsfläktar och signalerna skickades med bärfrekvens· på hög- och lågspänningsnätet. Tack vare installationen av det nya styrsystemet behövde inte gruvventilatiohsanläggningen byggas ut vid utbredningen av gruvan.
I Laisvallgruvan har under 1990 installerats ett fläktstyrningssystem.
Med hjälp av styrsystemet kan ventilationen dirigeras på motsvarande sätt som i Stekenjokkgruvan. Signaler till fläktarna skickas på telekabel samt med bärfrekvens på lågspänningsnätet. Bilder med alla gruvans fläktar, driftläge mm visas i centralt placerad dator och med densamma manövreras fläktarna. Efter installation har elenergiförbrukningen minskat motsvarande 100 kkr /månad och återbetalningstiden beräknas bli mindre än 2 år.
I Långdalgruvan installerades: 1985 värme~tervinning för tillvara- tagande av värme ur gruvans frånluft. Med värmeväxlaren har olje- behovet för uppvärmning_ av t_illuften reducerats till 31 % jämfört med tidigare behov. Trots dett~ är pay-off tiden för lång, > 5-år, med beakt- ande av 20 % kalkylränta på den merinvestering som erfordras. Olje- förbrukningen för Långdalgruvans tilluftsanläggning, med kapaciteten 200 000 m3 / timme, framgår av bild 5.
Bild 5
OLJA m3/år 350 300 250 200 150 100 50 0
I
LångdalI
343
UTAN MED
VÄRMEÅTERVINNING VÄRMEÅTERVINNING
Oljeförbrukning med resp utan värmeåtervinning i Långdalgruvan
På 70- och 80-talen har dessutom mindre lyckosamma försök gjorts med temperaturderivata (temperaturökning under viss tid) för start av fläktar i brytningsrum och CO- samt NOr givare för styrning av ventilation.
BEHOVSSTYRD VENTILATION
Frågan om behovsstyrd ventil_ation har dryftats inom Gruvteknik 2000 och Nordisk Gruvforskning för att så småningom formas till ett projekt administrerat av MITU med deltagande från Boliden, LKAB, Zink- gruvan och Outokumpu. Bedömningen är att det går att minska kost- naden för gruvventilationen med 25 %. Projektet finansieras av del- tagarna och NUTEK. På ett tidigt stadium meddelade Boliden intresse att testa en pilotanläggning i Kankbergsgruvan.
ALLMÄNT OM KANKBERGSGRUV AN
Kankbergsgruvan är en mindre igensättningsgruva inom Boliden.
Malmkroppen sträcker sig från 80 m till c:a 275 m djup. Malmen bryts i tre olika brytningsrum, för närvarande 185 kton/ år, och fraktas upp till
dagen med lastbilar. De utbrutna rummen återfylls med gråberg från dagen. Förvärmd friskluft blåses ned i ett centralt friskluftsschakt. Från detta förgrenas friskluft till varje brytningsrum med hjälp av fördel- ningsfläktar och ventilationstub. Rampen fungerar som frånluftskanal.
Samtliga lastrnaskiner och truckar är dieseldrivna. Bild 6 ger en översikt av Kankbergsgruvan.
KANKBERGSGRUVAN
- 50 M
VENTILATIONSSCHAKT
- 100 M
- 150 M
- 200 M
- 250 M
D Utbruten malm
- 300 M
Bild 6 Översiktsbild av Kankbergsgruvan
PLANERAD ANLÄGGNING
Gruvan delas in i tre ventilationsområden, ett för varje brytningsrum.
Behovet av ventilation i varje område skall styras utifrån vilken typ av maskin som är i arbete, t ex lastmaskin, borraggregat etc. Varje maskin åsätts ett ventilationsbehov under arbete. Eftersom Kankberg använder fördelningsfläktar med fasta varvtal har ventilationsbehovet förenklats till tre fall:
* helfart
* halvfart
* ingen ventilation
Varje fordon som behöver ventilation förses med en radiosändare som sänder ut en signal när maskinen arbetar, d v s är igång. Signal för hel- eller halvfart på fördelningsfläkten sändes med hjälp av tvåkanals
radiosändare. I varje brytningsrum sitter en mottagare söm tar emot signalen och vidarebefordrar denna till PLC-styrsystemet ovan jord, som beordrar igång den:·eller' de fläktar ~öm
·skå'·
leverera: friskluften.Bild 7 visar princip för den planerade ariläggningert ·
St!indore
Fördelningsflt!ikt under Jord
Huvudflt!ikt ovon Jord
Bild 7
-
fu ~ / ~
St!indoreMottogore
OUPLINE
. . . ... :. _ ~
CO Sensorer NOz
PLC
STYR-SYSTEM
Kankbergsgruvan, styrningsprincip för behovsstyrd ventilation
Fördelningsfläkten har tre driftlägen, högfart, halvfart och frånslagen.
När ingen maskin arbetar på brytningsrummet stannar fläkten helt.
Forcerad ventilation för sprängning sköts via manuell styrning ovan jord. Huvudfläkten ovan jord är varvtalsreglerad och blåser ned frisk- luft efter behovet i gruvan, d v s driftläge och antal igångvarande fördel- ningsfläktar är styrande.
Miljön kommer att följas upp med hjälp av installerade sensorer för CO och N02 samt med manuella mätningar.
DAGSLÄGE
För att erhålla jämförelsematerial har drifttider, driftstatus, miljö etc kartlagts före omläggning av det nya systemet. Detta beskrivs i ett examensarbete utfört av Åke Persson vid Tekniska Högskola.n i Luleå.
Den nya anläggningen kommer att tas i drift under februari månad 1992.
REFERENSER
1. Nordenberg, Anders och Öqvist, Jan. Verkningsgrad vid gruv- ventilering. Metodstudierapport. G 2000 91 :06.
2. Wikström, Torsten. Gruvventilation - Värmeåtervinning, utvärdering av installationen i Långdal. Metodstudierapport.
3. Öqvist, Jan. Sensorer. G 2000 91:02.
4. Bro, Kari. Styrd ventilation i Laisvallgruvan. Metodstudie- rapport.
5. Nilsson, Carl-Eric. Behovsstyrd ventilation Kankberggruvan, Boliden AB. Projektförslag.
6. Persson, Åke. Fordonslägeskontrollerad ventilation i Kankbergs- gruvan. Examensarbete.
