許志發(fā)

摘要： 20世紀(jì)80年代起，我國對礦山深井通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行研究，現(xiàn)已有近40多個（包括煤礦）礦井井下氣溫達(dá)到或超過30℃，開采深度600～1200m。文章詳述了我國礦山深井通風(fēng)現(xiàn)狀，介紹了深井通風(fēng)主要技術(shù)；根據(jù)我國目前礦山開采實(shí)際，目前采用采用通風(fēng)降溫技術(shù)即可以解決目前礦井高溫高濕的問題。

Abstract： The research of mine deep well ventilation technology in China began in the 1980's. Now， more than 40 mines （including coal mines） have reached or exceeded the temperature of 30 ℃， and the mining depth is 600 ～ 1200m. The main technologies of deep well ventilation are introduced in detail. According to China's current mining practice， the current use of ventilation cooling technology that can solve the current problem of high temperature and humidity of the mine.

關(guān)鍵詞： 深井通風(fēng)；通風(fēng)降溫；應(yīng)用現(xiàn)狀

Key words： deep well ventilation；ventilation and cooling；application status

中圖分類號：TD72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0112-03

0 引言

我國目前大多數(shù)礦山服役年限多為幾十年的老礦山，淺層礦產(chǎn)資源大多采完，轉(zhuǎn)入深層開采成了多數(shù)礦山的選擇。隨著愈來愈多的礦山進(jìn)行深井開采，深井開采的通風(fēng)、高溫、高濕環(huán)境、高地壓等各種問題也逐步顯現(xiàn)出來，這些問題的解決是做好深井安全穩(wěn)定開采的保障。目前我國的深井通風(fēng)由于大多數(shù)是沿用淺層開采時所用的通風(fēng)設(shè)施設(shè)備，通風(fēng)降溫除濕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足深井開采的要求?！兜V山安全》規(guī)定井下作業(yè)溫度不得高于26℃，現(xiàn)我國礦山隨著采深的增加，通風(fēng)能力已無法滿足這一要求，學(xué)習(xí)國外礦山的制冷降溫新技術(shù)已成為趨勢，如果沒有對通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行升級改造很難達(dá)到這個要求。

1 深井通風(fēng)概況

我國礦山深井通風(fēng)技術(shù)研究是于20世紀(jì)80年代開始的[1]，這一時期我國許多礦山開始進(jìn)入深部開采，如遼寧紅透山、云南大紅山、甘肅金川、安徽冬瓜山等。各國對于深井開采的具有不同的定義，如表1所示。結(jié)合我國礦山開采實(shí)際情況和未來的發(fā)展，深井開采深度可界定為：金屬礦山1000～2000m，煤礦800～1500m[2]。當(dāng)開采深度小于此深度時，通風(fēng)降溫已經(jīng)能夠滿足要求，無需使用制冷降溫技術(shù)[3]。

西方發(fā)達(dá)國家如德國、美國、加拿大深井開采的時間比我國早100多年，而且其開采深度普遍達(dá)到1600m。印度科拉爾金礦于20世紀(jì)80年代中期采深已經(jīng)超過3000m，巖層溫度超過69℃[4]，高溫導(dǎo)致礦工正常工作受阻，通風(fēng)降溫所能取得的效果不佳，因?yàn)椴捎觅M(fèi)用較高的制冷降溫；南非在這個時期金礦采礦深度超過4000m[5]，巖層溫度達(dá)到70℃以上。地下的巖層溫度隨著開采深度的增加而升高，同一礦山、不同開采深度、不同國家、地區(qū)的巖層溫度都是不同的，如表2所示。國內(nèi)礦山深井大多采用通風(fēng)降溫，如平頂山五礦三采區(qū)，總風(fēng)量由91.7m3/s 提高到133.3m3/s，風(fēng)量增加45% ，采掘工作面實(shí)測溫度降低了1.5～2.4℃[6]；舊店金礦，選擇增大風(fēng)量，改善井下通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)測溫度由局部40℃降到18℃左右[7]；遼寧紅透山銅，部分中段溫度達(dá)到28.2℃，通過對通風(fēng)影響因素進(jìn)行研究，增加中段2臺接力主扇，使得各中段的入風(fēng)量分別提高10～13m3/s，深部作業(yè)環(huán)境得到了有效改善[8]。

2 中國金屬礦山深井通風(fēng)概況

2.1 夏甸金礦深部開采制冷降溫

我國非煤礦山首個大型深井集中式制冷降溫系統(tǒng)，在夏甸金礦順利通過驗(yàn)收[9]。夏甸金礦部分水平的掘進(jìn)風(fēng)筒出口處溫度已達(dá)33.8℃，回風(fēng)豎井掘進(jìn)頭溫度已達(dá)32.8℃，相對濕度均達(dá)到100%，存在高溫?zé)岷栴}[10]。

夏甸金礦熱害治理采用：礦井空調(diào)制冷降溫技術(shù)。工作原理的不同，使得風(fēng)冷機(jī)組和水冷機(jī)組的擺放位置不同，前者應(yīng)距離回風(fēng)井較近，后者應(yīng)距離水倉較近。通過對風(fēng)冷和水冷兩種不同方案進(jìn)行比較，前者的最大降溫為2.9℃/m3，制冷效果顯著，安裝和使用較為方便，井下作業(yè)環(huán)境的改善效果明顯。

2.2 沂南金礦金龍礦區(qū)深井多級機(jī)站通風(fēng)降溫

沂南金礦隸屬山東黃金，為其主力生產(chǎn)礦山，包括3個礦區(qū)：金龍、金場和銅井。對角抽出式機(jī)械通風(fēng)為其原采用的系統(tǒng)，采用DJK50型風(fēng)機(jī)。

通過對礦區(qū)通風(fēng)狀況的詳細(xì)調(diào)查，分析了原系統(tǒng)存在的問題，決定采用入風(fēng)不獨(dú)立深、淺分區(qū)多級機(jī)站通風(fēng)方案，對井下高溫進(jìn)行治理。礦區(qū)以淺部區(qū)域（-90m中段以上）和深部區(qū)域（-210m中段以下）分為兩個獨(dú)立的區(qū)域。新鮮風(fēng)流通過盲斜井、斜井、主豎井壓入，形成不獨(dú)立的共同入風(fēng)風(fēng)路。

多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)的采用，明顯改善井下作業(yè)環(huán)境，明顯降低作業(yè)溫度[11]。

2.3 丁集煤礦制冷降溫系統(tǒng)

丁集煤礦受地面高溫影響，采掘工作面進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)30～34℃，回風(fēng)溫度達(dá)36～40℃，部分工作面高達(dá)45℃，濕度始終在95%以上。在采煤工作面采用各種方式進(jìn)行降溫，取得的效果都不顯著。

礦山投入資金建設(shè)礦井降溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括地面制冷和井下供冷兩個系統(tǒng)。其主要參數(shù)為：瓦斯發(fā)電先期總裝機(jī)功率3.6MW，每小時消耗1200m3純瓦斯量，利用產(chǎn)生的余熱制取飽和蒸汽3t/h；制冷總?cè)萘繛?1MW。采用的設(shè)備主要有：2臺1800kW（奧地利顏巴赫）高濃瓦斯發(fā)電機(jī)組，3臺制冷功率5MW（印度特邁斯）蒸汽式溴化鋰制冷機(jī)組，3臺單機(jī)制冷功率2MW（美國約克）離心式電制冷機(jī)組，1套交換能力為17.3MW（德國西馬格特寶）井下三腔冷媒分配設(shè)備。采取掘進(jìn)工作面串接直供式的降溫方式后，各工作面平均掘進(jìn)工作面溫度降到25℃左右，濕度降到83%左右[12]。

3 深井通風(fēng)技術(shù)研究現(xiàn)狀

3.1 深井通風(fēng)主要技術(shù)簡介

通風(fēng)系統(tǒng)是向井下作業(yè)地點(diǎn)供給新鮮空氣、排出污濁空氣的通風(fēng)網(wǎng)路、通風(fēng)動力和通風(fēng)控制設(shè)施的總稱[13]。井下各作業(yè)場所都需要通風(fēng)系統(tǒng)的支持和保障，對全礦通風(fēng)安全狀況具有全局性影響[14]。通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性可能因?yàn)槎嗑驳南嗷ビ绊懚斐删卜达L(fēng)[15]，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性收到破壞。隨著我國礦山的采深不斷增長，單純靠通風(fēng)降溫技術(shù)已無法取得明顯的效果，因此在某些礦山中必須采用制冷降溫技術(shù)[16]。

我國對深井通風(fēng)技術(shù)的經(jīng)過幾十年的研究，經(jīng)過不斷地總結(jié)和創(chuàng)新，不論在設(shè)施設(shè)備、理論方法還是在計(jì)算機(jī)軟件方面都取得了長足的進(jìn)步。新的設(shè)施設(shè)備不斷地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，新的理論和方法指導(dǎo)現(xiàn)場工作人員精確地判斷和處理出現(xiàn)的問題，計(jì)算機(jī)軟件為整個系統(tǒng)運(yùn)行提供了便利，起到輔助決策的作用。

3.2 通風(fēng)降溫技術(shù)

深井開采經(jīng)驗(yàn)表明，采深不超過1600m時，采用通風(fēng)降溫就可滿足要求，但超過1600m時，就要采取人工制冷措施[17]。國內(nèi)礦山因?yàn)椴缮詈统杀驹?，目前大多采用通風(fēng)降溫，但是在通風(fēng)設(shè)備設(shè)施、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等方面還是與普通的有所差異。

在沂南金礦通風(fēng)系統(tǒng)布置中，采用入風(fēng)不獨(dú)立深、淺分區(qū)多級機(jī)站通風(fēng)方案，通過對通風(fēng)量和通風(fēng)量的計(jì)算得出，采用此方法能夠有效的降低工作面的溫度，達(dá)到通風(fēng)的預(yù)期效果。在三山島金礦中，隨著開采深度的加深，原有的通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足需要，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造，改造后明顯改善作業(yè)環(huán)境，生產(chǎn)安全得到了有效保障。因此，通風(fēng)降溫技術(shù)在目前的開采條件下，國內(nèi)的大多數(shù)礦山采用通風(fēng)降溫技術(shù)還是可行的。

3.3 人工制冷降溫技術(shù)

隨著礦井開采深度的不斷加深，傳統(tǒng)的通風(fēng)降溫已經(jīng)不能滿足通風(fēng)要求，采用人工制冷降溫技術(shù)也被國內(nèi)大型深部開采的礦山所采用的，如湘西金礦、夏甸金礦等。

夏甸金礦采用空調(diào)制冷，在實(shí)際運(yùn)用過程中，降溫效果顯著。湘西金礦在現(xiàn)場調(diào)查中，流進(jìn)風(fēng)流溫度為21.8℃，預(yù)冷后的溫度比流進(jìn)的溫度低4.505℃。因此，人工制冷效果十分顯著[18]。

3.4 局部降溫技術(shù)

局部降溫技術(shù)作為輔助降溫措施在生產(chǎn)實(shí)際中也是必不可少的，與整體相輔相成，使得整體的降溫效果更為顯著。局部降溫可以分為個人降溫和局部冷卻風(fēng)流。個人降溫主要是通過穿戴降溫服來實(shí)現(xiàn)、風(fēng)流可以通過冰塊、壓氣引射器和局部制冷來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)流的冷卻。

4 結(jié)語

①目前我國礦山大多是老礦山，原有的通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足深井開采的需要，需要進(jìn)行升級改造；

②由于開采深度和成本的原因，我國大多數(shù)礦山仍采用通風(fēng)降溫，制冷降溫措施應(yīng)用并不廣泛；

③我國深井開采通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和通風(fēng)效果和西方先進(jìn)國家還是存在一定的差異，在設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用上方面還需要投入更大的精力進(jìn)行研究。

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