（贛州有色冶金研究所 江西 贛州 341000）

贛南素有“世界鎢都”的美譽，是我國重要的鎢礦資源生產(chǎn)基地[1]。隨著鎢礦山的不斷開采，淺層資源逐漸消耗，礦床開拓不斷加深，引發(fā)諸多安全生產(chǎn)問題。贛南某鎢礦經(jīng)過近50年的開采，已形成19個開采中段，由于礦井開采深度的增加，開采區(qū)域的擴大，局部地質(zhì)條件的變化以及通風(fēng)效率的降低等諸多因素，使得井下圍巖溫度和作業(yè)區(qū)域環(huán)境溫度深高，產(chǎn)生較嚴重?zé)岷ΜF(xiàn)象，部分采區(qū)溫度高達30℃～34℃，嚴重影響礦山安全生產(chǎn)，因此，需分析礦井熱害因素，并研究降溫技術(shù)方案。

1 礦井熱害分析

1.1 礦井概況

該礦地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，極端氣溫高達41℃，平均地溫梯度2.2℃/100 m，為含硫礦床。礦區(qū)采用平窿、盲豎井和盲斜井聯(lián)合開拓方式，歷史上共開拓已有19個中段，從630m～-145 m中段，中段高度主要為25～50m，淺孔留礦法和全面采礦法采礦。礦區(qū)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)隨著礦體東西走向不斷的向深部往東開采，已經(jīng)由中央進風(fēng)單翼回風(fēng)的抽出式通風(fēng)系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閱我磉M風(fēng)單翼回風(fēng)的抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，主扇安裝在井下165中段。新風(fēng)從450m主平窿進入，清洗工作面后的污風(fēng)通過165中段以上的采空區(qū)、倒段回風(fēng)井等排至地表。

1.2 礦井熱源調(diào)查

金屬礦井熱源主要包括圍巖散熱、機電設(shè)備放熱、礦井水散熱、礦石氧化放熱、充填體散熱、空氣的自壓縮散熱、進風(fēng)流溫度、爆破散熱以及人體散熱等[2]，結(jié)合該礦實際情況，采用熱球式風(fēng)速儀、熱電偶探頭、電位差計、干濕球溫度計、紅外線測溫儀、流速計等儀器，對主要進回風(fēng)巷道、采準掘進作業(yè)面、礦石氧化區(qū)域的巖溫、水溫、井下熱環(huán)境參數(shù)和通風(fēng)參數(shù)進行調(diào)查測定，分析礦井熱源。調(diào)查礦區(qū)中深部主要中段進風(fēng)主巷、回風(fēng)道和作業(yè)面溫度參數(shù)見表1。

分析表1調(diào)查結(jié)果，該礦井下作業(yè)面溫度偏高，超出安全規(guī)程允許值，按年產(chǎn)量該礦屬于小型礦井，小爆破集中作業(yè)，采用有軌機車運輸，無充填，所以井下主要熱源如下：

（1）礦石氧化放熱：各中段主要進風(fēng)巷道氣候條件舒適，作業(yè)面和回風(fēng)道溫度較高，主要因為采場新暴露礦石含硫量較高，發(fā)生氧化散熱，而進風(fēng)量較少，致使熱量難以及時排除，作業(yè)面悶熱，是該礦的主要熱源。

（2）巷道圍巖放熱：實際測定各中段平均巖溫比按地溫梯度和恒溫帶溫度計算出的巖溫普遍要高出 1 ℃～2 ℃，且測點巖溫普遍高于風(fēng)溫，可見巷道圍巖是熱源之一。

（3）地表大氣熱：地表大氣溫度對井下中上部中段風(fēng)溫也有一定的影響，特別是夏季高溫季節(jié)，其影響較明顯。

（4）其他：通過對礦井水溫的測定，普遍低于風(fēng)溫，所以放熱較少；井下采用小型作業(yè)和通風(fēng)設(shè)備，功率較小，放熱量不大。

1.3 熱害分析

分析熱源并結(jié)合礦井通風(fēng)效果，主要由于作業(yè)面風(fēng)量不足，采場熱量積聚，對作業(yè)人員和礦井安全生產(chǎn)危害較大。

（1）危害作業(yè)人員健康：井下作業(yè)環(huán)境溫度偏高時，會導(dǎo)致作業(yè)人員體溫升高，產(chǎn)生頭暈、惡心、嘔吐甚至?xí)炟实?，嚴重時還會危及生命，身體健康受到嚴重危害。

（2）影響安全生產(chǎn)：井下工人長期在高溫環(huán)境下持續(xù)作業(yè)，其注意力、判斷力及反應(yīng)能力均會逐漸減退，并隨著環(huán)境條件的惡化而加劇，往往會誘發(fā)井下事故，對礦山的安全生產(chǎn)構(gòu)成極大的威脅。

（3）降低工作效率：惡劣的熱環(huán)境直接損害工人身心健康，勞動時間減少或出現(xiàn)各種疾病，降低出勤率，以及機電設(shè)備在高溫高濕條件下散熱困難，或設(shè)備溫升過高而損壞，從而影響整個礦山的生產(chǎn)效率。

2 通風(fēng)降溫技術(shù)研究

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)分析

整體通風(fēng)系統(tǒng)的運行效果對礦井熱害影響明顯，所以分析通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，為降溫方案提供研究基礎(chǔ)。通過測定主要通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動力、作業(yè)環(huán)境風(fēng)流參數(shù)等數(shù)據(jù)，分析通風(fēng)現(xiàn)狀見表2，存在的問題如下：

表1 主要溫度測定結(jié)果

表2 通風(fēng)系統(tǒng)分析

表3 技術(shù)方案模擬效果對比

（1）礦井總進風(fēng)量不足：現(xiàn)場多次測定的礦井實際總進風(fēng)量為27.9m3/s，對比礦區(qū)現(xiàn)階段的年生產(chǎn)能力，井下同時作業(yè)最大需風(fēng)量為42.2m3/s，僅為實際生產(chǎn)需風(fēng)量的66.3%；全礦總進風(fēng)量不足，特別是深部主要作業(yè)面中段，作業(yè)面風(fēng)量嚴重不足，深部采場的熱量難以及時排出。

（2）通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜線路長阻力大：隨著不斷向深部開采，整體通風(fēng)系統(tǒng)由原先上部的單翼進風(fēng)單翼回風(fēng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)改造為現(xiàn)在的深部中央進風(fēng)兩翼回風(fēng)再到上部單翼回風(fēng)的復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；礦區(qū)開采縱深達775m（從地表出風(fēng)口630m到最深-145m），而且深部的回風(fēng)系統(tǒng)由原先上部采空區(qū)、回風(fēng)井改造而成，最長通風(fēng)線路達3800m，通風(fēng)阻力大。

（3）風(fēng)量分配不合理：由于部分進回風(fēng)網(wǎng)絡(luò)未形成，采場開采順序不合理，通風(fēng)構(gòu)筑物不完善或破損，使得風(fēng)流短路，需風(fēng)中段進風(fēng)量較少，而上部中段風(fēng)流浪費，有效風(fēng)量率偏低。

2.2 通風(fēng)降溫技術(shù)方案

礦井通風(fēng)是排除熱害、降低溫度、改善作業(yè)環(huán)境最常使用的方法，經(jīng)濟方便效果顯著。結(jié)合該礦的熱害原因、通風(fēng)效率及國內(nèi)外礦山熱害防治經(jīng)驗[3-4]，綜合考慮降溫成本和實施難度，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，提高通風(fēng)效率，增加作業(yè)面進風(fēng)量，是該礦防治熱害的優(yōu)選技術(shù)方案，并輔助局部隔絕熱源，即可降低中深部溫度，控制作業(yè)面熱害。

2.2.1 增加礦井總進風(fēng)量

（1）在501中段增設(shè)DK-4-12型號主扇（功率60×2kW），與原主扇串聯(lián)，共同克服礦井通風(fēng)阻力。

（2）調(diào)式原主扇，提高運行效率：主要通過優(yōu)化主扇安裝方式，調(diào)整葉片安裝角為35°，調(diào)式主扇運行狀態(tài)，加強風(fēng)機硐室門的密閉，提高風(fēng)機運行效率，最大限度發(fā)揮主扇的作用。

（3）增加進風(fēng)通道：人行安全出口從501地表通達各個中段，從165m中段往上作為輔助進風(fēng)通道，增加礦井總進風(fēng)通道（原系統(tǒng)僅450平窿為唯一進風(fēng)口）。

2.2.2 增設(shè)進風(fēng)和回風(fēng)機站，加強深部通風(fēng)

（1）在深部-15m中段盲斜井處增設(shè)硐室型風(fēng)流調(diào)控裝置，作為進風(fēng)機站，引射風(fēng)流，加大深部通風(fēng)動力，增加深部進風(fēng)量。

（2）-65m中段E16分巷道附近增設(shè)回風(fēng)機站，提高深部回風(fēng)負壓，快速排出深部采場熱量，控制深部熱害。

2.2.3 優(yōu)化回風(fēng)網(wǎng)絡(luò)

（1）掘通-145m中段W十一至-115m中段W八的回風(fēng)上山，掘通-145m中段E五至-115m中段E十二的通風(fēng)天井，完善該中段回風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

（2）新掘進-115m中段E五至-65m中段E八通風(fēng)上山，-115m中段E十七至-65m中段E二十通風(fēng)上山，加強深部回風(fēng)。

2.2.4 調(diào)整礦塊回采順序，加強通風(fēng)構(gòu)筑物管理，增強局部風(fēng)流調(diào)控

局部增設(shè)或更換輔扇，調(diào)控風(fēng)流，增加個別采場進風(fēng)量。

（1）更換-15m中段E4分巷處輔扇型號為15kW的K系列節(jié)能輔扇。

（2）-65m中段E十六分巷增設(shè)15kW輔扇。

（3）深部東區(qū)采場采用后退式回采順序，并及時密閉停止作業(yè)的采場，減少風(fēng)流短路，提高通風(fēng)有效率。

（4）加強上部中段的空區(qū)密閉，設(shè)置合理有效的通風(fēng)構(gòu)筑物，并加強管理，調(diào)控井下風(fēng)流的分配，以便改善井下作業(yè)面的通風(fēng)。

2.2.5 局部控制熱源降溫

在通風(fēng)降溫基礎(chǔ)上，針對極端熱害區(qū)域可同時采取隔絕熱源措施，如在含硫量較大的圍巖上噴涂隔熱材料來減少放熱量，通過水淋噴霧降低空氣溫度，合理安排爆破時間和井下作業(yè)時間，有效控制熱量的釋放。

2.3 方案模擬分析

應(yīng)用礦井三維通風(fēng)仿真系統(tǒng)模擬解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)[5]，對井下熱源、冷源和濕源進行建模，在三維可視化環(huán)境中實現(xiàn)對礦井降溫效果定量分析。將dxf格式的礦山中段平面單線圖導(dǎo)入軟件，建立可視化的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)三維仿真平臺，進行通風(fēng)網(wǎng)路優(yōu)化，實現(xiàn)礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算和降溫效果模擬，得出通風(fēng)降溫技術(shù)方案的通風(fēng)和降溫效果，主要中段作業(yè)面溫度結(jié)果見表3。從結(jié)算結(jié)果可知，該方案可降低作業(yè)面溫度，達到相關(guān)規(guī)程要求，同時增加作業(yè)面風(fēng)量。

3 結(jié) 論

通過調(diào)查分析礦井熱源，了解礦井熱害形成原因，針對性的提出通風(fēng)降溫技術(shù)方案，可有效降低作業(yè)面溫度，控制井下熱害。