劉東銳,劉偉強(qiáng),李印洪,王 志,李亞俊

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410014)

深井高溫礦床熱害治理實(shí)踐

劉東銳,劉偉強(qiáng),李印洪,王 志,李亞俊

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410014)

針對(duì)某深部礦井溫度高的問題,對(duì)其井下的熱源進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查及分析,特別是進(jìn)風(fēng)段和用風(fēng)段的熱源,并根據(jù)調(diào)查結(jié)果,針對(duì)性地制訂了相關(guān)的熱害治理措施,工程應(yīng)用表明,經(jīng)過治理后,工作面溫度降低了2℃,取得了良好的效果,適于在相關(guān)礦山推廣應(yīng)用。

深井開采;高溫礦井;熱源分析;熱害治理

0 前 言

隨著淺部礦產(chǎn)資源的不斷減少,國(guó)內(nèi)大多數(shù)礦山已進(jìn)入中深部或深部資源開采,調(diào)查結(jié)果顯示,開采深度超過千米的金屬礦山有上百座。國(guó)外對(duì)礦井降溫理論研究較早,始于20世紀(jì)20年代,至今已形成完善的學(xué)科理論體系。研究對(duì)象由最初的整個(gè)系統(tǒng)降溫,逐步轉(zhuǎn)向?qū)Σ删蚬ぷ髅娼禍亍?guó)內(nèi)研究相對(duì)較晚,起步于20世紀(jì)50年代初期,我國(guó)學(xué)者在國(guó)外理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)礦山實(shí)際情況,開展了礦井降溫理論的研究,至今已形成了完善的礦井降溫體系[1-2]。目前對(duì)于深井開采的礦山,最行之有效的降溫方案為機(jī)械制冷,但由于國(guó)內(nèi)的礦山普遍深度較淺,采用較多的為增大風(fēng)量降溫[3]。

某礦目前開采深度近1000m,屬硫化礦床,隨著開采深度的增加和采掘機(jī)械化程度的不斷提高,深部巷道及工作面高溫高濕突顯,工作面平均溫度為35.2℃,最高溫度為42℃,目前已成為制約企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和危害井下作業(yè)人員身心健康的重要因素。

本文針對(duì)該礦深部溫度高的問題,在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)深入調(diào)查的基礎(chǔ)上,分析了礦井進(jìn)風(fēng)段及用風(fēng)段的熱源,并根據(jù)分析,提出了相應(yīng)的治理措施,并取得了良好的降溫效果。

1 礦山現(xiàn)狀

某礦自上世紀(jì)90年代開始采礦,屬于硫化礦床,采用機(jī)械化上向水平分層采礦法。目前開采深度近1000m,通風(fēng)系統(tǒng)由淺部的單翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng),逐步演變?yōu)槟壳暗膬梢韺?duì)角分區(qū)不獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。

根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定,井下作業(yè)點(diǎn)空氣的溫度不得超過28℃,超過時(shí),應(yīng)該采取降溫措施或其他防護(hù)措施。調(diào)查組深入井下現(xiàn)場(chǎng),對(duì)各個(gè)中段的作業(yè)面、休息點(diǎn)、中段巷道、斜坡道等處的溫度進(jìn)行了測(cè)量,并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了平均(見圖1)。

圖1 中段－溫度變化圖

由圖1可知,隨著深度的增加,礦井空氣溫度逐漸增加,由于300m、250m中段均為封閉中段,無法進(jìn)入工作面進(jìn)行測(cè)量,此結(jié)果為在進(jìn)風(fēng)路中測(cè)量,溫度較低;進(jìn)入－60m后,井下溫度即接近28℃,－250m中段空氣溫度達(dá)到34.7℃。平均溫度達(dá)35.2℃,最高工作面溫度達(dá)42℃。

2 礦山熱源調(diào)查分析

該礦井下熱源主要有:空氣自壓縮放熱、圍巖放熱、井下水放熱(－200m處有兩處熱水放熱)、機(jī)械設(shè)備放熱。由于礦山通風(fēng)路線較長(zhǎng),因此將其從進(jìn)風(fēng)段和用風(fēng)段分別分析礦山的熱源。

2.1 進(jìn)風(fēng)段熱源調(diào)查及分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程,金屬礦井井筒內(nèi)的溫度梯度為0.96℃。經(jīng)調(diào)查,200～690m豎井口溫度為13.2℃,200m中段石門口溫度為20.2℃,空氣自壓縮釋放的熱量為4.7℃,其他熱源放熱釋放的熱量為3.3℃;4＃盲斜井井口為25.9℃,井底溫度為28.7℃,空氣自壓縮釋放的熱量為2.5℃,其他熱源放熱為0.3℃;6＃盲斜井－60m井口石門溫度為27.9℃,－200m6＃盲斜井溫度為29.6℃,升高1.7℃,空氣自壓縮放熱為1.3℃,其他熱源放熱僅為0.4℃。

由實(shí)際調(diào)查及上述分析可知,除空氣自壓縮及巖石放熱外,進(jìn)風(fēng)段無其他明顯熱源,且進(jìn)風(fēng)段的主要熱源為空氣自壓縮放熱。

2.2 用風(fēng)段熱源調(diào)查及分析

空氣進(jìn)入深部后,經(jīng)石門、斜坡道及天井等井巷工程進(jìn)入各個(gè)工作面,由于高程變化不明顯,機(jī)械設(shè)備作業(yè)增加,并有熱水熱量混入,巖石放熱效應(yīng)更加明顯。經(jīng)計(jì)算分析可知,各個(gè)熱源在井下用風(fēng)段的百分比分別為圍巖放熱71%,水放熱15%,機(jī)械設(shè)備7%,空氣壓縮放熱7%。因此,風(fēng)段主要熱源為圍巖放熱。

3 礦山熱害治理措施

礦井熱害治理方式主要可分為兩類:采用通風(fēng)、隔熱等非機(jī)械降溫以及采用空氣冷卻器等機(jī)械降溫。目前國(guó)內(nèi)大部分存在深井熱害的礦山,均采取增大風(fēng)量,增強(qiáng)通風(fēng),減少圍巖放熱等非機(jī)械的降溫方式,相比于機(jī)械降溫方式,該方式具有更好的經(jīng)濟(jì)

性[4-8]。

根據(jù)該礦井下溫度變化的特點(diǎn),結(jié)合對(duì)井下熱源的調(diào)查及分析,較適合井下實(shí)際的是采用非機(jī)械降溫方式。

3.1 增大風(fēng)量

增加風(fēng)量可以大大降低空氣的含熱量,是一種有效的降溫措施。日本學(xué)者的試驗(yàn)研究結(jié)果表明:增加通風(fēng)量,則氣流溫度大幅度下降,并且該溫度的下降程度在通風(fēng)量達(dá)到一定量時(shí)則有急劇加快之勢(shì),如果風(fēng)量再增加則氣流溫度的下降又逐漸緩慢下來,最經(jīng)濟(jì)的通風(fēng)量為巷道的0.56～0.84倍。總之,在礦井熱害不太嚴(yán)重的情況下,加大風(fēng)量降低井下溫度是有效的。改善通風(fēng)系統(tǒng),增加井下通風(fēng)量,可采用減少風(fēng)阻、防止漏風(fēng)、加大扇風(fēng)機(jī)能力、采用合理分風(fēng)與輔助風(fēng)路通風(fēng)法、加強(qiáng)通風(fēng)管理等措施。但是,風(fēng)量的增加不是無限制的,它受規(guī)定的風(fēng)速和降溫成本的制約。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)增風(fēng)降溫的經(jīng)驗(yàn),高溫工作面的風(fēng)量最低限應(yīng)為13.3～16.7m3/s,風(fēng)速應(yīng)在0.5m/s以上。

根據(jù)前文的計(jì)算,該礦井下的作業(yè)面均未達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn),需重新選擇風(fēng)機(jī),降低礦區(qū)風(fēng)阻,提高礦區(qū)的通風(fēng)效率。

3.2 個(gè)體防護(hù)

個(gè)體防護(hù)的主要措施是工人穿冷卻服。冷卻服的適用范圍很廣,適用于獨(dú)頭高溫作業(yè)面作業(yè),以及井下各種大型設(shè)備操作人員和未采用中央制冷空調(diào)時(shí)的井下游動(dòng)工作人員和生產(chǎn)管理者。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,該礦礦體為高硫礦床,極易導(dǎo)致局部溫度偏高,區(qū)域間的溫差大等問題,個(gè)體防護(hù)特別適用于此種情況,建議為深部開拓及獨(dú)頭掘進(jìn)工作面工作配備冷卻服,以保障井下一線工人的職業(yè)健康衛(wèi)生。

3.3 隔絕(減少)熱源

該礦井下主要的熱源有圍巖、熱水、機(jī)械放熱和空氣自壓縮。除空氣自壓縮放熱無法采用隔絕外,其他三種熱源均可采取相應(yīng)的措施,隔絕(減少)熱量的釋放。

減少圍巖放熱的方法有:通過在巷道壁面涂上一層隔熱材料能降低巷道壁面與空氣熱傳導(dǎo)系數(shù)的物質(zhì)、盡可能把開拓工程布置在熱傳導(dǎo)系數(shù)較小的圍巖中、改良采礦方法,盡量減少暴露面積等。

減少熱水對(duì)井下空氣影響的主要為超前疏干,將熱水經(jīng)有隔熱蓋板的水溝導(dǎo)入水倉(cāng),再用隔熱管路排至地面。

機(jī)械放熱可通過改用小功率的機(jī)械或采用效率更高的機(jī)械進(jìn)行礦石和廢石的運(yùn)輸工作,比如,將無軌運(yùn)輸改用有軌運(yùn)輸。

4 結(jié) 論

通過對(duì)該礦實(shí)際情況的調(diào)查,總結(jié)及分析出了礦井熱源,即空氣自壓縮放熱、圍巖放熱、井下水放熱、機(jī)械設(shè)備放熱,并針對(duì)礦山實(shí)際特點(diǎn),對(duì)井下的進(jìn)風(fēng)段和用風(fēng)段的熱源進(jìn)行了單獨(dú)分析,評(píng)價(jià)礦井的熱害程度。

根據(jù)分析,針對(duì)性的制定了礦井降溫措施,并應(yīng)用于礦山實(shí)踐,作業(yè)面溫度較之前降低了2℃,取得了良好的效果。

[1]胡漢華.金屬礦山熱害控制技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué), 2008.

[2]劉曉明,羅周全,夏長(zhǎng)念,等.深井高溫礦山熱害控制新技術(shù)[J].安全與環(huán)境工程,2006(01):85-88.

[3]張維濱,郭樹林,等.中國(guó)金屬礦山深井通風(fēng)技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述[J].黃金,2009(09):26-29.

[4]謝賢平.深井降溫技術(shù)中的新方法[J].江西有色金屬,1996 (01):7-10.

[5]樊滿華.深井開采通風(fēng)技術(shù)[J].黃金科學(xué)技術(shù),2001(06):36-42.

[6]文 艷.深井降溫技術(shù)的研究和應(yīng)用與發(fā)展[J].有色礦山, 1992(04):16-20.

[7]胡漢華.深井高溫礦山通風(fēng)與降溫技術(shù)研究動(dòng)態(tài)[J].金屬礦山,1999(07):40-42,47.

[8]王運(yùn)敏,陳宜華,賈敏濤.金屬礦山深井高溫巷道通風(fēng)預(yù)冷降溫技術(shù)[J].金屬礦山,2013(02):143-146.

2017-04-26)