周　堯　左漢勇　王明斌　王鵬飛　趙洪凱　彭友杰

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦)

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冷熱交換器在三山島金礦深部采場降溫中的應(yīng)用

周堯左漢勇王明斌王鵬飛趙洪凱彭友杰

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦)

摘要三山島金礦井下存在大量的恒溫水源，涌水溫度18～23 ℃，該恒溫水源可作為冷源對掘進(jìn)工作面的風(fēng)流進(jìn)行降溫。詳細(xì)分析了利用冷熱交換器冷卻風(fēng)流方案的可行性，并對該方案的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，應(yīng)用結(jié)果表明：采用冷熱交換器省去了壓縮機(jī)制冷部分，不但節(jié)約了設(shè)備成本而且避免了壓縮機(jī)產(chǎn)熱省去了冷凝熱排放系統(tǒng)，使得整個(gè)風(fēng)流冷卻系統(tǒng)更為簡單，布置方式也更為靈活多樣。

關(guān)鍵詞冷熱交換器恒溫水源冷凝熱排放系統(tǒng)風(fēng)流冷卻系統(tǒng)

近年來，隨著三山島金礦直屬礦區(qū)采礦工作面逐步向深部發(fā)展，原巖溫度逐漸升高，開采過程中熱害問題逐步顯現(xiàn)。深部-600 m水平以下新增至-780 m 水平的幾個(gè)中段巖溫較高且有大量熱涌水。-645 m水平的工作面已出現(xiàn)34.5 ℃的高溫，-780 m 水平的工作面溫度可達(dá)40 ℃，由于通風(fēng)不暢導(dǎo)致深部熱量淤積，使得深部工作面環(huán)境極其惡劣，井下熱害已成為制約其向深部開采的最主要因素。為創(chuàng)造安全舒適的工作環(huán)境，提高井下生產(chǎn)效率，須采取通風(fēng)降溫等措施改善井下氣候條件[1]。考慮到井下空間大、系統(tǒng)風(fēng)井施工滯后、超前施工難度大、費(fèi)用高，進(jìn)行全面降溫，投資大，難以實(shí)現(xiàn)，可采取加強(qiáng)通風(fēng)為主、局部水冷降溫為輔的熱害治理方式。根據(jù)三山島金礦直屬礦區(qū)的實(shí)際情況，采用恒溫水源冷卻風(fēng)流的方案將井下低溫涌水直接作為載冷劑通過換熱器與風(fēng)流發(fā)生熱交換，從而達(dá)到降低風(fēng)溫的目的。

1冷熱交換器冷卻風(fēng)流方案

1.1可行性分析

三山島金礦井下空間大，進(jìn)行全面降溫難度較大，為此，選用局部恒溫水源冷卻降溫的熱害治理方案在-690 m中段S15164采場進(jìn)行試點(diǎn)。使用水冷設(shè)備(冷熱交換器[2-6])。對空氣進(jìn)行制冷，使用局扇將冷卻后的空氣通過剛性風(fēng)筒直接送至工作區(qū)域，降溫設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

(1)采用冷熱交換器冷卻系統(tǒng)可節(jié)約礦山生產(chǎn)成本。因三山島金礦井下存在大量的恒溫水源，涌水溫度為18～23 ℃，該恒溫水源可作為冷源對掘進(jìn)工作面的風(fēng)流進(jìn)行降溫，在等壓等濕過程中1 kg的水溫度升高1℃，可使1 kg的濕空氣溫度降低3.895 ℃，故在三山島金礦深部采用恒溫水源冷卻風(fēng)流系統(tǒng)可大大降低礦山降溫成本。

圖1　通風(fēng)降溫設(shè)計(jì)

(2)對礦山原有井巷進(jìn)行改造后可充當(dāng)臨時(shí)風(fēng)井。三山島金礦西山礦區(qū)深部(-600 m以下)北翼僅有主斜坡道1條進(jìn)風(fēng)井，受地?zé)嵊绊?，入風(fēng)溫度達(dá)30 ℃，無系統(tǒng)回風(fēng)井。為此，將靠近-600 m進(jìn)風(fēng)井碼頭門的1620線管纜井改造為臨時(shí)進(jìn)風(fēng)井(待進(jìn)風(fēng)井延伸至-780 m后，再重新設(shè)計(jì))，就近供給深部采區(qū)低溫的新鮮風(fēng)流。

(3)冷熱交換器可應(yīng)用到單采場降溫改造中。三山島金礦西山礦區(qū)深部F3斷層中涌出大量熱水，從北巷流入各聯(lián)通中段的倒段泄水井，流至-690 m 水平，進(jìn)入-690 m南巷的水泵房。水溫高達(dá)42 ℃，嚴(yán)重影響了供給北巷各作業(yè)面的新鮮風(fēng)流溫度，影響了作業(yè)效率。為此，利用人工制冷方式降低新鮮風(fēng)溫度。為滿足工人勞動(dòng)強(qiáng)度較高區(qū)域的氣溫要求，使用水冷設(shè)備對該區(qū)域的空氣進(jìn)行制冷，使用局扇將冷卻后的空氣通過剛性風(fēng)筒直接送至工作區(qū)域。風(fēng)機(jī)布置于1620線管纜井出口處，換熱器設(shè)置于風(fēng)機(jī)后方，風(fēng)流通過風(fēng)機(jī)后流經(jīng)換熱器得到冷卻后的風(fēng)流，經(jīng)風(fēng)筒送至工作區(qū)域。

1.2方案設(shè)計(jì)1.2.1基本參數(shù)

將35～40 ℃的風(fēng)流溫度降至25 ℃左右；冷卻介質(zhì)采用冷水，生產(chǎn)冷水溫度10～15 ℃；熱交換器采用翅片式換熱器；冷風(fēng)風(fēng)機(jī)及換熱器安裝于巷道進(jìn)風(fēng)口(圖2)，采用直徑600 mm的玻璃鋼風(fēng)筒。

1.2.2冷卻通風(fēng)參數(shù)計(jì)算

冷卻通風(fēng)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。據(jù)表1，選取翅片換熱器型號為SRZ5×6D(10 m2/片)，共需7片SRZ5×6D型換熱器片；選擇風(fēng)機(jī)型號JK67-1No.4.5，流量10 800 m3/h，風(fēng)壓2 276 Pa。扇風(fēng)機(jī)主要參數(shù)見表2，本研究涉及的設(shè)備類型及價(jià)格見表3。

圖2　-690 m S15164采場冷熱交換器布置示意

熱交換器換熱面積/m2冷卻水所需流量/(kg/h)采場需風(fēng)量/(m3/s)風(fēng)筒通風(fēng)阻力/Pa64.540003.15460.96

表2　選用扇風(fēng)機(jī)主要參數(shù)

表3　設(shè)備類型及價(jià)格

2工程應(yīng)用

以三山島金礦靠近北翼1620線管纜井附進(jìn)的-690 m中段S15164采場為試點(diǎn)，首先將來自-600 m 進(jìn)風(fēng)井石門巷的新鮮風(fēng)流通過1620線管纜井送至-690 m水平的管纜井出口；然后通過局扇—冷熱交換器—?jiǎng)傂燥L(fēng)筒—柔性風(fēng)筒輸送至采場工作面。采場溫度由31.5 ℃降至26.7 ℃，有效改善了井下通風(fēng)環(huán)境，提高了作業(yè)場所的空氣質(zhì)量，工人勞動(dòng)效率顯著提升，提高了單采場生產(chǎn)效率50%，出礦量增加50 t/d，新增利潤110萬元。

3結(jié)語

三山島金礦將井下低溫涌水直接作為載冷劑，通過換熱器與風(fēng)流發(fā)生熱交換達(dá)到了降低風(fēng)溫的目的，在低成本投入的基礎(chǔ)上有效改善了井下氣溫條件，為一線員工創(chuàng)造了安全舒適的工作環(huán)境，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。冷熱交換器在三山島金礦的成功應(yīng)用，為礦山通風(fēng)管理、改善井下環(huán)境條件帶來了新的技術(shù)支持，對于礦山單采場降溫改造有一定的參考價(jià)值。

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(收稿日期2016-01-05)

周堯(1989—)，男，助理工程師，261442 山東省萊州市三山島街。