苗耀龍

(通化鋼鐵集團樺甸礦業(yè)有限責(zé)任公司)

?

寒冷地區(qū)基建礦井井筒結(jié)冰的危害及預(yù)防措施

苗耀龍

(通化鋼鐵集團樺甸礦業(yè)有限責(zé)任公司)

我國北方地區(qū)冬季氣溫較低，當(dāng)?shù)V井基建施工進入冬季，進風(fēng)井溫度低于 0 ℃,且井壁有淋水時，井筒會產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。井筒結(jié)冰不僅會影響基建施工進度，還對施工人員及井筒內(nèi)設(shè)施的安全帶來極大威脅。以通化鋼鐵集團樺甸礦業(yè)公司基建礦井施工為例，對基建礦井井筒結(jié)冰的原因、預(yù)防措施及井筒結(jié)冰后除冰和應(yīng)急措施進行了探討。

寒冷地區(qū)基建礦井井筒結(jié)冰危害預(yù)防

在寒冷的冬季，我國北方高緯度地區(qū)礦井都會出現(xiàn)不同程度的井筒結(jié)冰，尤其是在礦井基建期間，未形成供暖系統(tǒng)和穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)基建施工進入冬季以后，氣溫急速下降，如果入風(fēng)井筒未提前采取有效的防凍措施，井筒淋水會在井壁、罐梁罐道、提升容器、梯子間、電纜、水管等處結(jié)冰。井筒結(jié)冰后，一方面使井筒提升受限，影響正常的基建進度；另一方面還可引起卡罐、防墜保險失靈等, 嚴(yán)重時大塊冰塌落, 造成井筒設(shè)施損壞和人員傷亡的重大事故, 影響礦井安全建設(shè)。

1　井筒結(jié)冰的危害

(1)井筒結(jié)冰導(dǎo)致提升容器與井壁間的安全距離變小，致使提升容器與井壁冰層產(chǎn)生摩擦，甚至發(fā)生卡罐，導(dǎo)致提升受阻。

(2)井筒內(nèi)梯子間結(jié)冰，堵塞安全出口，緊急情況下，井下人員無法安全升井。

(3)井筒內(nèi)提升鋼絲繩、提升容器連接裝置結(jié)冰，強度降低，安全系數(shù)不能得到保證，存在安全隱患；沿井筒敷設(shè)的供電及通訊電纜表面結(jié)冰，隨著冰層加厚，致使電纜支架斷裂、電纜拉斷，造成井下供電和通訊中斷，嚴(yán)重影響礦井的安全建設(shè)。

(4)井筒內(nèi)提升設(shè)施的防墜器結(jié)冰，導(dǎo)致抓捕機構(gòu)動作不靈活或失效，一旦鋼絲繩或罐籠連接裝置斷裂，防墜器不能可靠抓捕 ，將導(dǎo)致墜罐事故。

(5)井筒結(jié)冰的最大危害是在氣溫回暖結(jié)冰融化時，井壁以及井筒裝備上的冰層會突然垮落，輕則造成井筒裝備損壞，重則造成斷繩、提升容器墜落，造成人身傷亡事故和巨大經(jīng)濟損失[1]。

(6)井筒或井筒內(nèi)設(shè)施一旦結(jié)冰，除冰工作難度很大，井筒內(nèi)的除冰工作屬于高空作業(yè)，稍有不慎可能發(fā)生跌傷或墜井事故；除冰時的落冰可能砸壞井筒內(nèi)已敷設(shè)好的電纜、管路等設(shè)施。

2　礦井結(jié)冰案例分析

礦井結(jié)冰必須具備兩個條件：水源和溫度低于0 ℃以下的冷空氣。北方高緯度地區(qū)冬季最低氣溫均在0 ℃以下，甚至更低，而礦井井筒一般都要穿過地下或大或小的含水層，井壁淋水是不可避免的。因此，井壁淋水遭遇溫度低于0 ℃的冷空氣，就會在井壁、罐梁罐道、提升容器以及管路和電纜表面結(jié)冰。

對于基建期的礦井來說，自然風(fēng)壓對于井筒結(jié)冰也起到了關(guān)鍵作用，自然風(fēng)壓可以使原本已做好的防凍措施失效。礦井基建期，當(dāng)主、副、風(fēng)井貫通后，井筒裝備時間長，期間均采用臨時性的供暖和防凍措施，在未安裝永久通風(fēng)機之前，主要是以自然風(fēng)壓為主形成的臨時通風(fēng)系統(tǒng)。自然風(fēng)壓是礦井客觀存在的一種自然通風(fēng)現(xiàn)象，隨著季節(jié)和溫度的變化，進回風(fēng)井空氣密度也隨之變化，此時自然風(fēng)壓對通風(fēng)系統(tǒng)的作用越來越明顯，繼而會造成井筒反風(fēng)，日夜溫差大的地區(qū)，在一天內(nèi)也往往會出現(xiàn)反風(fēng)[2]，從而造成通風(fēng)系統(tǒng)紊亂。通風(fēng)系統(tǒng)的不受人為控制性，加之井筒淋水和低溫作用，致使井筒結(jié)冰。

(1)通化鋼鐵集團樺甸礦業(yè)有限責(zé)任公司大西溝東山二區(qū)，采用主副井開拓方式，中央對角式通風(fēng)，副井進風(fēng)、兩翼風(fēng)井回風(fēng)，主副井及東風(fēng)井標(biāo)高460m、西風(fēng)井標(biāo)高426m。當(dāng)?shù)V山完成了主副井與西風(fēng)井的貫通之后，形成主副井進風(fēng)、西風(fēng)井出風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)，但礦井在繼續(xù)基建時已進入冬季，由于西風(fēng)井井口標(biāo)高低于主副井井口標(biāo)高，自然風(fēng)壓的作用造成井筒反風(fēng)，寒冷的風(fēng)流從西風(fēng)井進入、副井排出，造成西風(fēng)井井壁結(jié)冰，而原本副井已做好的防冰措施未能發(fā)揮作用。

(2)通化鋼鐵集團樺甸礦業(yè)有限責(zé)任公司小葦廈子鐵礦，采用主副井開拓方式，中央對角式通風(fēng)，副井進風(fēng)、兩翼風(fēng)井回風(fēng)，主井標(biāo)高460m、副井標(biāo)高450m。工程于2010年7月開工，2011年6月主、副井貫通后進行副井井筒的永久裝備，井下其他掘進工程經(jīng)措施巷道、主井吊桶提升。進入冬季，由于副井標(biāo)高低于主井10m，自然風(fēng)壓造成副井進風(fēng)，主井出風(fēng)，當(dāng)時井口供暖設(shè)施沒有完成，由于溫度驟降，井筒內(nèi)迅速結(jié)冰，而副井淋水點在井筒中部未能及時發(fā)現(xiàn)，最終導(dǎo)致大面積結(jié)冰，局部區(qū)域還出現(xiàn)了卡罐現(xiàn)象。井筒內(nèi)罐梁、罐道、梯子間、風(fēng)水管路、電纜均掛著厚厚的冰層，除冰工作難度非常大，花費大量的人力物力，經(jīng)過近2個月的時間才徹底清除井筒凍冰及再次結(jié)冰的問題。2012年10月，開始進行主井的永久裝備，將副井井架用彩鋼瓦保溫封閉，將副井井筒接高20m，自然風(fēng)壓的作用使風(fēng)流從主井進入、副井排出，此時副井保溫房及保溫設(shè)施已竣工，但副井井口熱風(fēng)不能克服自然風(fēng)壓，導(dǎo)致主井井筒結(jié)冰，由于主井裝備尚未完成，井筒提升仍然用吊桶，φ5.2m的井筒除冰極為困難。該礦主、副井先后凍井，均是由于寒冷冬季自然風(fēng)壓作用及經(jīng)驗不足、提前預(yù)防措施不到位所致。

3　井筒結(jié)冰的處理

根據(jù)基建期井筒除冰和應(yīng)急措施的實際經(jīng)驗，提出井筒結(jié)冰的處理措施：①制定除冰應(yīng)急預(yù)案，以便結(jié)冰后及時應(yīng)對；②發(fā)現(xiàn)井筒有結(jié)冰跡象或輕度結(jié)冰時，緊急購進臨時塔衣和熱風(fēng)幕，給井架穿好塔衣并將熱風(fēng)幕固定在井口，提高井筒的進風(fēng)溫度，在結(jié)冰不嚴(yán)重時，可有效解決井筒結(jié)冰問題；③除冰作業(yè)一般選在白天作業(yè)，在氣溫較低的夜間，提升機需定時運轉(zhuǎn)，安排專人不間斷巡查結(jié)冰情況，必要時先簡單處理，確保提升容器與井壁冰層間有一定距離，保證白天除冰時提升容器的正常運行；④除冰時作業(yè)人員站在罐籠頂或吊桶內(nèi)，其上部掛上保險傘，由上至下清理冰塊，除冰人員一定要系好保險繩，必要時做多重保險，以防井筒內(nèi)突然大面積落冰產(chǎn)生巨大沖擊波，導(dǎo)致人員受沖擊發(fā)生墜井事故；⑤井筒內(nèi)有電纜時，除冰需要輕敲破冰，確保不損壞電纜，并有專人在下方用桶接住落冰并裝入編織袋內(nèi)，切忌大面積破冰，以免掉下砸壞井筒下部電纜和其他設(shè)施。

4　井筒結(jié)冰的預(yù)防措施

根據(jù)《采礦設(shè)計規(guī)范》規(guī)定[3]，結(jié)合礦井風(fēng)壓變化特點，提出以下預(yù)防措施：

(1)有結(jié)冰危害的礦井，基建期在井口必須安裝空氣加熱裝置，人工調(diào)節(jié)入井空氣的流速與溫度，使自然風(fēng)壓和入風(fēng)溫度控制在合理范圍。冬季低溫時，在進風(fēng)井設(shè)置臨時井口房，設(shè)置空氣加熱室，加熱后的混合空氣進入井下[4]。此加熱方式熱量損失大，但系統(tǒng)簡單，因此基建礦井常采用此方法。

(2)治理井筒淋水也是防止井筒結(jié)冰的有效措施。目前各種堵水技術(shù)已相對成熟，用各種方法和材料(如水泥、水玻璃、化學(xué)漿液、高分子化學(xué)注漿材料等)堵塞井筒內(nèi)滲水點，可以有效避免井筒淋水及結(jié)冰。

(3)新設(shè)計礦井在選擇開拓方案、擬定通風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮利用地形和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c，使全年大部分時間內(nèi)自然風(fēng)壓作用的方向與機械通風(fēng)風(fēng)壓的方向一致，以便利用自然風(fēng)壓，并利用預(yù)先建立的防凍措施，不致于發(fā)生突發(fā)凍井。

(4)礦井基建時期，適當(dāng)調(diào)整巷道施工順序，不斷優(yōu)化和完善礦井通風(fēng)系統(tǒng)。要因地制宜、因時制宜地控制和利用自然風(fēng)壓通風(fēng)，如在表土施工階段可利用自然通風(fēng)，在主副井與風(fēng)井貫通之后，有時也可利用自然通風(fēng)。有時需要人工調(diào)整進、回風(fēng)井內(nèi)空氣的溫差，采取增設(shè)熱風(fēng)幕、電暖氣，設(shè)置局部通風(fēng)機進行機械通風(fēng)調(diào)節(jié)。有條件時還可利用鉆孔構(gòu)成回路進行調(diào)節(jié)，穩(wěn)定通風(fēng)系統(tǒng)，避免因通風(fēng)系統(tǒng)紊亂造成的井筒凍害。

(5)增設(shè)臨時風(fēng)門，在主要的進風(fēng)巷道或主副井聯(lián)絡(luò)巷道內(nèi)設(shè)置風(fēng)門，風(fēng)門上留設(shè)風(fēng)窗，結(jié)冰季節(jié)關(guān)閉風(fēng)門并利用風(fēng)窗調(diào)節(jié)風(fēng)流大小，在滿足井下生產(chǎn)需風(fēng)量的同時，降低井筒進風(fēng)量，提高進風(fēng)流溫度[5]。

5　結(jié)　語

礦井基建期井筒冬季結(jié)冰問題是我國北方寒冷地區(qū)礦井面臨的共性問題，為避免冬季井筒結(jié)冰，需要礦山專業(yè)人員從控溫、堵水、優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)等方面認(rèn)真研究，應(yīng)根據(jù)自身條件，因地制宜，選擇適合的方法，尤其值得注意的是自然風(fēng)壓的影響。只要對具體情況認(rèn)真分析，提前做好應(yīng)對措施，可以避免井筒凍冰事故。

[1]劉志峰.礦井井筒結(jié)冰對礦井的危害及預(yù)防措施[J].礦業(yè)論壇科技信息，2012(13)：412-412.

[2]蔣增京.自然風(fēng)壓對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的影晌[J].河北煤炭,2003(5)：3.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50830—2013冶金礦山采礦設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2013.

[4]崔云龍.簡明建井手冊 [M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2003.

[5]張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2000.

2016-03-22)

苗耀龍(1982—)，男，工程師，132409 吉林省吉林市樺甸市夾皮溝鎮(zhèn)錦山村。