■　王志　劉偉強(qiáng)　李印洪　姚銀佩

（1湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院湖南長沙410014；2非煤礦山通風(fēng)防塵湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖南長沙410014）

紅透山礦受控循環(huán)風(fēng)水浴絲降溫技術(shù)研究與實(shí)踐

■王志1,2劉偉強(qiáng)1,2李印洪1,2姚銀佩1,2

（1湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院湖南長沙410014；2非煤礦山通風(fēng)防塵湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖南長沙410014）

利用受控循環(huán)風(fēng)與水浴絲聯(lián)合技術(shù)對紅透山銅礦1337m深井進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與降溫技術(shù)改造，討論了礦井熱害產(chǎn)生的主要途徑與紅透山礦受控循環(huán)風(fēng)與水浴絲聯(lián)合降溫系統(tǒng)的布置形式，得出通過增大井巷風(fēng)量，利用水浴噴淋的方式，可以達(dá)到有效降低深井工作面環(huán)境溫度的目的，保障礦山的安全健康發(fā)展。

降溫技術(shù)深井熱害受控循環(huán)風(fēng)水浴絲

0　引言

隨著紅透山礦開采深度的不斷增加，熱負(fù)荷越來越大，需要對井下空氣頻繁進(jìn)行冷卻，或者增加采區(qū)供風(fēng)量，在不采取制冷等措施的情況下，工作面風(fēng)溫高達(dá)32℃?？梢灶A(yù)見，在機(jī)械化水平的不斷提高，作業(yè)面逐漸增加的情況下，礦井熱害的形勢將日益嚴(yán)峻。因此研究礦山深井熱害問題，保障礦山的持續(xù)健康發(fā)展，具有重大意義。

1　紅透山礦井熱源分析

紅透山礦地處長白山西脈端，地表空氣進(jìn)入井下后，空氣的溫度會(huì)發(fā)生很大的變化。影響井下空氣狀態(tài)發(fā)生變化的因素主要有空氣的自壓縮、圍巖的散熱、爆破熱和機(jī)電設(shè)備放熱等，而這些因素本身又是多變的。對高溫礦井熱害因素分析，必須依據(jù)礦井實(shí)際條件，整體分析各熱源產(chǎn)生的原因，從而提出合理的治理措施。

1.1空氣的自壓縮

空氣進(jìn)入井筒并沿之下行，壓力和溫度都要有所上升，這就是“自壓縮”過程。若此過程中空氣與外界不發(fā)生換熱、換濕，且氣體流速也不變化，根據(jù)能量守恒定律，可得：i1-i2=g(z1-z2) （1）。式中：i1與i2—分別為風(fēng)流起點(diǎn)與終點(diǎn)時(shí)的焓值，J/kg；z1與z2—分別為風(fēng)流在始點(diǎn)與終點(diǎn)處的標(biāo)高，m；g—重力加速度，取9.8m/s2。

由式（1）可知，已知風(fēng)量，風(fēng)流往下壓縮熱，用下式計(jì)算：Qr=0. 00981MΔH（2）。式中：Qr—自壓縮熱，kw；M—井筒進(jìn)風(fēng)量，kg/s；ΔH—風(fēng)流自上向下流動(dòng)的高差，m。

由式（2）可推算出自壓縮引起的溫升值為：Δt=0.0098ΔH (3)。由式（3）可知空氣進(jìn)入礦井后，深度每增加100米，氣溫上升約1℃，反之，當(dāng)空氣上升時(shí)，每上升100米，將降低約1℃。

1.2圍巖散熱

井下圍巖傳熱主要是通過熱傳導(dǎo)自巖體深處向圍巖壁面?zhèn)鳠?。井巷圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可按下式計(jì)算：Qrr=KtULtrm-t（4）。式中：Qr—井巷圍巖散熱量，kw；U—井巷周長，m；L—井巷長度，m；trm—巷道始末兩端平均原始巖溫，℃；t—流經(jīng)巷道始末端平均氣溫，℃?！獓鷰r與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)，w/（m2·℃），它表示巷道圍巖與空氣之間溫差為1時(shí)，單位時(shí)間從1m2巷道壁面上向空氣放出的熱量，可用下式計(jì)算：

式中：K—巖石導(dǎo)熱率，；—巖石的熱擴(kuò)散率，m2/s；—通風(fēng)時(shí)間，s；b—通風(fēng)時(shí)間系數(shù)，當(dāng)<1年，b=0.27；當(dāng)>1年，b=0.4；—付立葉準(zhǔn)則數(shù)，反映不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的無因次時(shí)間，其準(zhǔn)則關(guān)系為：

式中：—巷道水力半徑，=0.546，m；S—巷道斷面積，m2；—巖壁與空氣的對流換熱系數(shù)，。

影響圍巖與空氣的熱交換的一個(gè)重要因素是巖壁上的水分。水分的存在能夠加快這種熱交換。

1.3機(jī)電設(shè)備的散熱

機(jī)電設(shè)備放熱可大致分為兩部分，一是采掘設(shè)備放熱，而是其他電動(dòng)設(shè)備放熱。

采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱一般可按下式計(jì)算：Qch=N（7）

式中：Qch—風(fēng)流所吸收的熱量，kw；Ф—采掘設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)放熱中風(fēng)流的吸熱比例系數(shù)；N—采掘設(shè)備實(shí)耗功率，kw。

其他電動(dòng)設(shè)備的散熱量可按下式計(jì)算：Qe=(1-ηt)ηmN（8）

式中：N—電動(dòng)機(jī)組的總額定功率，kw；ηt—提升設(shè)備的機(jī)械效率；ηm—電動(dòng)機(jī)的綜合效率，包括負(fù)荷率、每日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和電動(dòng)機(jī)效率等因素。

2　紅透山礦受控循環(huán)風(fēng)水浴絲降溫技術(shù)

2.1受控循環(huán)風(fēng)的工程布置

所謂受控循環(huán)風(fēng)，即是將采區(qū)廢風(fēng)經(jīng)過凈化冷卻后再送回作業(yè)點(diǎn)的一種通風(fēng)技術(shù)。在高溫礦井中，從地面引進(jìn)的風(fēng)量越大，井巷巖石對空氣的散熱量越大，從降低高溫礦井的風(fēng)溫角度考慮，應(yīng)盡量減少從地面引進(jìn)的風(fēng)量。研究表明：若從地面增加風(fēng)量，則會(huì)大大增加扇風(fēng)機(jī)動(dòng)力，風(fēng)量增加26%，扇風(fēng)機(jī)動(dòng)力就要增加100%。因此利用循環(huán)通風(fēng)技術(shù)減少礦井總進(jìn)風(fēng)量對改善高溫礦井的熱環(huán)境是有益的。

紅透山礦利用井下-287m至-467m中段的大量廢棄采空區(qū)和已有巷道工程作為新的并聯(lián)通風(fēng)回路，極大降低了風(fēng)阻，實(shí)現(xiàn)了總風(fēng)量增加的目標(biāo)。在循環(huán)風(fēng)路的初始段-467m中段和末段-287m中段，充分利用長距離的封閉巷道和采空區(qū)，集中安設(shè)水浴絲噴淋裝置，并輔以其它物質(zhì)吸附措施，實(shí)現(xiàn)井下熱環(huán)境的降溫與污風(fēng)的全流程多重凈化。

2.2水浴絲降溫凈化

循環(huán)風(fēng)風(fēng)道水平長達(dá)350余米，其中可用于水浴絲霧化降溫凈化段達(dá)150米。在此距離上安設(shè)數(shù)十組水霧噴淋裝置；配合過濾網(wǎng)、折流板以強(qiáng)化降溫凈化效果。延長風(fēng)流通過時(shí)間、增加污風(fēng)與水的融合性。降溫與有害氣體主要凈化的介質(zhì)載體都是水。而污風(fēng)凈化系統(tǒng)裝置需設(shè)置在距離較長的廢棄巷道中，保證污風(fēng)經(jīng)過時(shí)有充分時(shí)間與水霧接觸融合，達(dá)到較好的降溫與凈化效果。

3　結(jié)論

紅透山礦深井受控循環(huán)風(fēng)水浴絲降溫凈化技術(shù)，歷經(jīng)5年的改造實(shí)施，目前已在井下生產(chǎn)中成功應(yīng)用。

[1]袁梅芳，石長巖，李志超等.紅透山礦深井開采通風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)研究與應(yīng)用 [J].金屬礦山，2012，438（12）.

[2]宮銳，石長巖.系統(tǒng)可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)在紅透山礦的應(yīng)用實(shí)踐 [J].有色礦冶. 2012，28（6）.

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-3-119-1

王志（1985～），男，碩士，研究方向?yàn)榈V山安全與通風(fēng)技術(shù)。