姚道春

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244000）

冬瓜山銅礦礦井通風(fēng)降溫技術(shù)方案優(yōu)化研究

姚道春

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244000）

結(jié)合冬瓜山銅礦深井開采的情況，闡述了深井開采通風(fēng)技術(shù)的特點，簡要地介紹了深井開采通風(fēng)方法。根據(jù)冬瓜山礦床的礦石含硫量高、礦床埋藏深、開采過程中面臨熱害等特點，對深井開采通風(fēng)系統(tǒng)的選擇、風(fēng)速風(fēng)量的確定、制冷系統(tǒng)的設(shè)置、自然風(fēng)壓能的利用、工作面的通風(fēng)和防塵等進(jìn)行了優(yōu)化，取得了較好的效果。

高溫深井礦山；通風(fēng)降溫；通風(fēng)優(yōu)化；冬瓜山銅礦

1 工程概況

冬瓜山銅礦作為銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司的最大生產(chǎn)礦山，是國內(nèi)率先邁入深部開采的金屬礦山。冬瓜山銅礦的采深接近千米，礦石平均含硫16.7%，礦床所處巖層的原巖溫度達(dá)30～39.8℃。礦區(qū)恒溫帶深度20±5m，恒溫帶溫度17.5℃，平均地溫梯度2.2℃／100m。礦區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.2℃，夏季最高月平均氣溫27.4℃，主風(fēng)向為東風(fēng)。冬瓜山銅礦床賦存于獅子山銅礦帶深部，是長江中下游已探明的大型銅、硫礦床。礦山設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模1.2萬t／d。礦體賦存標(biāo)高為－680～－1000m，傾角為緩傾角，礦體平均厚度約32m。在基建期間測得深度1000～1050m井巷地溫為38.92℃，790m石門工作面氣溫達(dá)31～34℃。因此冬瓜山銅礦的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計除了滿足向井下輸送新鮮的風(fēng)流、排除炮煙和粉塵外，還必須有效地帶出井下熱源釋放的熱量。在礦山設(shè)計時曾提出選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)、加大工作面的風(fēng)速與風(fēng)量的措施，并利用整體通風(fēng)降溫技術(shù)。

冬瓜山銅井下包括上部老區(qū)礦段與深部冬瓜山礦段兩部分，冬瓜山礦段開拓系統(tǒng)包括冬主井（Φ5.6m）、冬副井（Φ6.5m）、專用進(jìn)風(fēng)井（Φ6.9 m）、冬輔助井（Φ4.5m）、大團(tuán)山副井（Φ5.6m）及冬瓜山專用回風(fēng)井（Φ7.4m）共6條豎井以及主斜坡道（－670～－875m）和－875m主運輸水平的環(huán)形運輸巷，采區(qū)包括－670，－730，－790，－850m中段和－875m運輸水平，各中段之間通過斜坡道聯(lián)絡(luò)。設(shè)計生產(chǎn)能力330萬t／a，2009年安排采礦233.4萬t，出礦233.84萬t，日產(chǎn)7310t。采礦方法為階段空場嗣后充填采礦法。目前回采作業(yè)主要集中在－730m和－790m中段。

2 冬瓜山礦段通風(fēng)系統(tǒng)

冬瓜山礦段采用多級機(jī)站方式的側(cè)翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)，新鮮風(fēng)流主要由專用進(jìn)風(fēng)井和冬瓜山副井進(jìn)入，回風(fēng)井回風(fēng)，同時主井和輔助井也負(fù)擔(dān)部分進(jìn)風(fēng)。

冬瓜山礦段進(jìn)風(fēng)機(jī)站為－670m兩臺K40－6－№17風(fēng)機(jī)，－730m兩臺K40－6－№16風(fēng)機(jī)，－790，－850m和－875m均為兩臺K40－6－№18風(fēng)機(jī)，回風(fēng)機(jī)站設(shè)置在－790，－850m回風(fēng)巷，選用同型號風(fēng)機(jī)K45－6－№19，在回風(fēng)巷中均兩兩串并聯(lián)。2008年夏季通風(fēng)系統(tǒng)測定，冬瓜山礦段回風(fēng)量501m3／s，專用進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)373m3／s，冬副井、團(tuán)山副井進(jìn)風(fēng)80m3／s，主井進(jìn)風(fēng)27m3／s，冬輔助井進(jìn)風(fēng)25m3／s。

3 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

冬瓜山采區(qū)專用進(jìn)風(fēng)井部分風(fēng)源以前由老區(qū)上部采空區(qū)、廢舊巷道及＋50m預(yù)冷坑道進(jìn)入，夏天高溫季節(jié)起到一定的預(yù)冷作用，加上前幾年冬瓜山礦段的生產(chǎn)規(guī)模比現(xiàn)在小，夏季礦井高溫問題還不嚴(yán)重。2008年由于上部－40，－80m等巷道作為充填排放點，充填排放水中的H2S氣體嚴(yán)重影響了冬瓜山采區(qū)進(jìn)風(fēng)的風(fēng)質(zhì)，因此在2008年封閉了上部采空區(qū)與冬瓜山專用進(jìn)風(fēng)井相連的巷道。

現(xiàn)在冬瓜山采區(qū)的進(jìn)風(fēng)主要從地表通過專用進(jìn)風(fēng)井直接進(jìn)入井下，在2008年夏季高溫季節(jié)，井口地表平均氣溫超過30℃，直接造成冬瓜山采區(qū)主要進(jìn)風(fēng)通道專用進(jìn)風(fēng)井風(fēng)溫偏高，加上冬瓜山采區(qū)屬于超深礦井，隨著開采深度和強度的不斷增加，巖石本身溫度就高，以及大量的無軌設(shè)備、礦石氧化散熱、爆破散熱和作業(yè)人員散熱等因素影響，井下工作環(huán)境處于高溫高濕狀態(tài)，有的采掘工作面環(huán)境溫度甚至超過了35℃，嚴(yán)重影響了工人的身體健康與工作效率，給礦山的安全生產(chǎn)和日常管理帶來極大的威脅，冬瓜山銅礦夏季礦井高溫?zé)岷σ呀?jīng)成為一個不容忽視且亟需解決的問題。

4 礦井降溫方案

目前國內(nèi)外比較常用的幾種高溫礦井降溫方法是：加強通風(fēng)、冷水噴霧、隔離熱源、人工制冷。根據(jù)相關(guān)資料，排除特殊高溫礦井外，加強通風(fēng)在1700～2300m深度有最大經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)國內(nèi)外深井開采通風(fēng)經(jīng)驗，通風(fēng)降溫一般在原巖溫度小于45℃時比較有效。根據(jù)國內(nèi)外礦山生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，并結(jié)合冬瓜山礦特殊的通風(fēng)環(huán)境（冬瓜山銅礦體埋藏在獅子山銅礦體的下部，而且獅礦已基本開采完畢），在夏季高溫季節(jié)充分利用上部的廢舊巷道、進(jìn)行空區(qū)預(yù)冷進(jìn)風(fēng)。預(yù)冷風(fēng)流進(jìn)入專用進(jìn)風(fēng)井后，降低了專用進(jìn)風(fēng)井風(fēng)溫，風(fēng)量增大，也使單位風(fēng)量吸收的熱量減少，單位風(fēng)量的溫升有所下降。因此確定冬瓜山銅礦礦井的通風(fēng)降溫采用加強通風(fēng)為主、局部制冷降溫為輔的方案。

選擇利用＋50m預(yù)冷巷道，老鴉嶺－160m以上空區(qū)和－80，－160m巷道預(yù)冷風(fēng)流后進(jìn)入專用進(jìn)風(fēng)井，在＋50，－80m和－160m預(yù)冷巷道內(nèi)安裝合適風(fēng)機(jī)，風(fēng)流經(jīng)過＋50，－80m和－160m預(yù)冷巷道預(yù)冷后進(jìn)入專用進(jìn)風(fēng)井。該方案分為兩種情況計算，第一種是不調(diào)整進(jìn)風(fēng)機(jī)站頻率，第二種是調(diào)整進(jìn)、回風(fēng)機(jī)站頻率。利用＋50m預(yù)冷巷道，老鴉嶺－160m以上空區(qū)和－80，－160m巷道預(yù)冷風(fēng)流后進(jìn)入專用進(jìn)風(fēng)井，在＋50，－80，－160m預(yù)冷巷道內(nèi)增加風(fēng)機(jī)。

4.1 調(diào)整進(jìn)風(fēng)機(jī)站頻率

根據(jù)巷道斷面，按照經(jīng)濟(jì)風(fēng)速8m／s計算，＋50 m預(yù)冷風(fēng)量為100m3／s，－80m預(yù)冷風(fēng)量為44 m3／s，－160m預(yù)冷風(fēng)量為44m3／s，專用進(jìn)風(fēng)井井口進(jìn)風(fēng)量為212m3／s，專用進(jìn)風(fēng)井總進(jìn)風(fēng)量為400 m3／s。

預(yù)冷巷道阻力計算：H＋50預(yù)＝1.156×242＋0.082×1002＋0.01676×1002＝1653Pa；H－80預(yù)＝0.6981×442＝1351Pa；H－160預(yù)＝0.6820×442＝1320Pa。

根據(jù)風(fēng)壓及風(fēng)量，需在＋50m預(yù)冷主巷增加2臺K45－4－13號風(fēng)機(jī)，安裝葉片角40°；在－80m增加1臺K45－4－13號風(fēng)機(jī)，安裝葉片角40°；在－160m增加1臺K45－4－13號風(fēng)機(jī)，安裝葉片角40°。

－80m和－160m巷道預(yù)冷風(fēng)流從老鴉嶺上部空區(qū)或措施井進(jìn)入，在夏季高溫季節(jié)，到達(dá)－80 m或－160m巷道，經(jīng)過上部空區(qū)或措施井預(yù)冷，平均溫度不會超過30℃。巖壁溫度按照實測t－80測＝17.5℃，t－160測＝21℃。對地表平均氣溫為28℃和35℃兩種狀態(tài)時，計算專用進(jìn)風(fēng)井的風(fēng)溫。

（1）地表平均氣溫t1＝28℃時，t14＝19.00℃，t54＝25.15℃，t46＝23.67℃，t6＝21.77℃，則：

＋50，－80，－160m預(yù)冷風(fēng)量分別為100，44，44m3／s，專用進(jìn)風(fēng)井井口進(jìn)風(fēng)212m3／s，風(fēng)流經(jīng)過＋50，－80，－160m預(yù)冷巷道氣溫分別為21.77℃，17.8℃，21.2℃，最后預(yù)冷風(fēng)流與專用進(jìn)風(fēng)井風(fēng)流混合后為24.5℃，降低3.5℃。

（2）地表平均氣溫t1＝35℃時，t14＝19.004℃，t54＝29.92℃，t46＝27.3℃，t6＝23.93℃，則：

＋50，－80，－160m預(yù)冷風(fēng)量分別為100，44，44m3／s，專用進(jìn)風(fēng)井井口進(jìn)風(fēng)212m3／s，風(fēng)流經(jīng)過＋50，－80，－160m預(yù)冷巷道氣溫分別為23.93℃，17.87℃，21.29℃，最后預(yù)冷風(fēng)流與專用進(jìn)風(fēng)井風(fēng)流混合后為28.8℃，降低6.2℃。

4.2 調(diào)整進(jìn)、回風(fēng)機(jī)站頻率

＋50，－80，－160m預(yù)冷巷道內(nèi)增加風(fēng)機(jī)，同時略微增加總回風(fēng)機(jī)站頻率，使總回風(fēng)量增加到550m3／s，進(jìn)風(fēng)機(jī)站頻率減小到38Hz，使專用進(jìn)風(fēng)井總進(jìn)風(fēng)量減少到320m3／s，增加團(tuán)山和冬瓜山副井進(jìn)風(fēng)量，兩副井共進(jìn)風(fēng)160m3／s，冬輔助井和主井共進(jìn)風(fēng)70m3／s。通過進(jìn)風(fēng)機(jī)站風(fēng)壓調(diào)整，能夠解決團(tuán)山副井和冬副井深部反風(fēng)問題。

巖壁溫度實測t－80測＝17.5℃，t－160測＝21℃。按照這種進(jìn)風(fēng)情況，分別對地表平均氣溫為28℃和35℃時，計算專用進(jìn)風(fēng)井的風(fēng)溫。

（1）地表平均氣溫t1＝28℃時，t14＝19.002℃，t54＝25.15℃，t46＝23.67℃，t6＝21.77℃，則：

＋50，－80，－160m預(yù)冷風(fēng)量分別為44，44，132m3／s。風(fēng)流經(jīng)過＋50，－80，－160m預(yù)冷巷道氣溫分別為21.77℃，17.8℃，21.2℃，最后預(yù)冷風(fēng)流與專用進(jìn)風(fēng)井風(fēng)流混合后為23.7℃，降低4.3℃。

（2）地表平均氣溫t1＝35℃時，t14＝19.004℃，t54＝29.92℃，t46＝27.3℃，t6＝23.93℃，則：

＋50，－80，－160m預(yù)冷風(fēng)量分別為100，44，44m3／s，專用進(jìn)風(fēng)井井口進(jìn)風(fēng)132m3／s。風(fēng)流經(jīng)過＋50，－80，－160m預(yù)冷巷道氣溫分別為23.93℃，17.87℃，21.29℃，最后預(yù)冷風(fēng)流與專用進(jìn)風(fēng)井風(fēng)流混合后為27.29℃，降低7.71℃。

各方案的降溫效果比較見表1。

表1 各方案降溫效果比較

5 結(jié) 論

在不調(diào)整進(jìn)風(fēng)機(jī)站頻率的情況下，增加能耗300kW，可基本解決專用進(jìn)風(fēng)井夏季高溫問題，對現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)沒有影響；調(diào)整進(jìn)回風(fēng)機(jī)站的情況下，增加能耗300kW，可解決專用進(jìn)風(fēng)井高溫問題，同時解決團(tuán)山副井、冬瓜山副井、冬瓜山進(jìn)風(fēng)機(jī)站風(fēng)壓平衡問題。結(jié)合冬瓜山礦工程實際和生產(chǎn)需要，選用不調(diào)整進(jìn)、回風(fēng)機(jī)站頻率的方案。在不影響現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的情況下，增加預(yù)冷進(jìn)風(fēng)風(fēng)量，即利用＋50 m預(yù)冷巷道、－80m巷道、－160m巷道預(yù)冷進(jìn)風(fēng)流后進(jìn)入進(jìn)風(fēng)井。根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓、井巷規(guī)格并考慮運輸方便，在＋50m預(yù)冷主巷內(nèi)安裝2臺K45－4－13號風(fēng)機(jī)，在－80，－160m巷道內(nèi)分別各安裝1臺K45－4－13，K45－4－13號風(fēng)機(jī)。

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2012－01－04）

姚道春（1969－），男，安徽來安人，工程師，從事采礦工程研究與管理工作，Email：skwlh9204＠163.com。