李紅紅

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦，山東 萊州 261400）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)金屬礦的需要求逐漸增加，就導(dǎo)致了對(duì)金屬礦山開(kāi)采的深度不斷加大，引發(fā)了許多井下熱害問(wèn)題，為礦井安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的威脅[1]。我國(guó)雖然在地面制冷投入了大量的精力和財(cái)力，但由于工作的區(qū)域離地面制冷站的距離較遠(yuǎn)，其制冷作用完全得不到發(fā)揮。而應(yīng)用移動(dòng)式制冷機(jī)后，礦井下面的溫度有所降低，對(duì)井下的工作夠了明顯的改善，減少了熱害情況的發(fā)生。

1 工作面熱環(huán)境的現(xiàn)狀

1.1 熱源分析

某礦井溫梯度平均值超過(guò)了3℃/hm，已經(jīng)屬于高溫異常區(qū)的范圍。造成此工作面高溫的主要原因是因?yàn)榇蟛缮顚?dǎo)致的空氣壓縮熱與巖熱，這兩種熱源就是礦井的主要熱源，運(yùn)用一些具體的措施才能減少其溫度。某礦井不同深度的巖溫，如表1所示。

表1 某礦井不同深度的巖溫

1.2 熱害的影響

采挖的深度是與工作面溫度成正比的，采挖的深度越深其溫度就會(huì)越高，只要三水平垂的深度超過(guò)一千米，巖溫就會(huì)在47℃左右。根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在采區(qū)回風(fēng)階段，該礦井的工作面溫度已經(jīng)超過(guò)了30℃，濕度已經(jīng)高達(dá)98%。高溫?zé)岷Σ坏珪?huì)影響工作人員的身體安全，還會(huì)影響井下工作面出勤人數(shù)，導(dǎo)致有些崗位沒(méi)有人愿意去工作，給礦井的安全生產(chǎn)造成了不良影響。

2 降溫系統(tǒng)

2.1 降溫方案選擇

根據(jù)該礦井的掘進(jìn)工作面的具體情況和周邊環(huán)境的特征，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行勘察分析，制定出了三種降溫計(jì)劃。第一，運(yùn)用該礦井已經(jīng)建立完成的降溫系統(tǒng)對(duì)三水平進(jìn)行降溫處理。因?yàn)樵摰V井的制冷站到三水平的最短距離為2.5公里，即使能夠完成降溫，其安裝的難度系數(shù)也較大，成本支出較高。如果運(yùn)用井下降溫處理，現(xiàn)在的三水平還沒(méi)有和二水平進(jìn)行連接。所以，無(wú)法運(yùn)用現(xiàn)有的降溫系統(tǒng)進(jìn)行降溫處理。第二，建立新的地面集中制冷站。如果在礦井的附近建立一個(gè)行的地面集中制冷站，其施工周期較長(zhǎng)，成本支出較高，并且該礦井還有部分工程沒(méi)有建設(shè)好，現(xiàn)在不易施工[2]。第三點(diǎn)，運(yùn)用井下局部制冷降溫。把移動(dòng)的制冷設(shè)備安裝在施工區(qū)域，按照適當(dāng)?shù)呐艧岱椒▽⒃摴ぷ髅娴臒崃颗懦錾罹?，以此方式?lái)完成對(duì)施工區(qū)域的降溫作用。此方案施工方便，成本消耗量小，施工周期較小，能夠快速的達(dá)到降溫的目的，讓工作面的高溫問(wèn)題得到有效的解決。通過(guò)對(duì)以上計(jì)劃方案的對(duì)比，只有第三種方案最為合適，因此決定采用第三種方案。應(yīng)用井筒淋水一次性水排熱方案，將達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的井筒淋水通過(guò)水泵運(yùn)輸?shù)街评溲b置，該裝置經(jīng)過(guò)冷卻后，將水排放到臨時(shí)水倉(cāng)，然后在排到礦井外。這種方案應(yīng)用的冷卻水是天然水源，因此并不用在安裝其他的設(shè)備對(duì)其冷卻和通風(fēng)，減少了施工的工作量，并且可行性高。通過(guò)對(duì)該施工區(qū)域的生產(chǎn)條件分析，只需要將制冷機(jī)安裝在距掘進(jìn)工作面150m左右處即可。

2.2 降溫系統(tǒng)運(yùn)行原理

主機(jī)、蒸發(fā)器和冷卻器是組成制冷機(jī)組主要部分，而制冷機(jī)組的工作流程如下：首先由主機(jī)中的壓縮機(jī)將吸收低壓氣態(tài)制冷劑，再經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理，對(duì)其吸入并壓縮為高壓高溫蒸汽，其次，冷凝器會(huì)將工作面的熱量輸送給冷卻水，同時(shí)制冷劑變?yōu)榈蜏馗邏阂后w，這種情況小的制冷劑經(jīng)過(guò)膨脹閥節(jié)流，就會(huì)變成低溫低壓氣液兩相混合液體，在經(jīng)過(guò)一定的處理，流入到蒸發(fā)器。其中，液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器銅管中發(fā)揮其制冷作用，同時(shí)局部通風(fēng)機(jī)不斷吸收工作面附近的熱空氣，和蒸發(fā)器內(nèi)銅質(zhì)盤(pán)管進(jìn)行冷熱交換，用此方法來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷的目的，制冷劑在吸收完熱負(fù)荷后，往往以低壓氣態(tài)的形式流入到壓縮機(jī)，然后再以此進(jìn)行循環(huán)工作。其工作流程如下圖所示。當(dāng)冷卻水吸收完制冷劑的熱量后，會(huì)流入到冷卻水箱，然后再經(jīng)過(guò)水循環(huán)泵的輸送，進(jìn)入到冷卻器里，再通過(guò)局部通風(fēng)機(jī)的排風(fēng)系統(tǒng)將熱量排出，最后進(jìn)入冷凝器內(nèi)，降制冷劑所帶來(lái)的熱量進(jìn)行吸收。

圖1 工作原理圖

2.3 降溫技術(shù)步驟

其降溫的技術(shù)一共分為三步，其步驟如下圖所示。第一步：排熱,壓縮機(jī)將吸收低壓氣態(tài)制冷劑，對(duì)其吸入并壓縮為高壓高溫蒸汽，通過(guò)水泵運(yùn)輸?shù)街评溲b置，該裝置經(jīng)過(guò)冷卻后，將水排放到臨時(shí)水倉(cāng)，然后在排到礦井外。冷卻水水源運(yùn)用的是天然水源。

第二步：制冷，制冷劑變?yōu)榈蜏馗邏阂后w后，經(jīng)過(guò)膨脹閥節(jié)流，就會(huì)變成低溫低壓氣液兩相混合液體，流入到蒸發(fā)器，液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器銅管中發(fā)揮其制冷作用，制冷劑在吸收完熱負(fù)荷后，往往以低壓氣態(tài)的形式流入到壓縮機(jī)，然后再以此進(jìn)行循環(huán)工作。

第三步：輸冷，冷卻水吸收完制冷劑的熱量后，其溫度會(huì)變低，并通過(guò)通道排出深井，完成制冷的目標(biāo)[3]。

圖2 降溫技術(shù)步驟

3 降溫成效

為了能夠?qū)禍氐馁|(zhì)量進(jìn)行客觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)，從降溫系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，一直延續(xù)半年的時(shí)間，每天都會(huì)選取不同的通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口，對(duì)其溫度進(jìn)行檢測(cè)，并做好記錄，在月末時(shí)，求出其溫度的平均值。運(yùn)用降溫系統(tǒng)后，兩個(gè)風(fēng)口溫度的變化，如下圖所示。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，兩者最大可相差26.2℃。

圖3 風(fēng)口的溫度變化

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)深度超過(guò)一千米高溫?zé)岷η闆r的分析，對(duì)應(yīng)用移動(dòng)制冷設(shè)備制冷后，掘進(jìn)工作面的前后的溫度發(fā)生了變化，最高溫度能夠保持一定的穩(wěn)定性，讓人體能夠適應(yīng)其溫度的度數(shù)，減輕了高溫?zé)岷η闆r的發(fā)生。另一方面，制冷設(shè)備能夠隨著工作面的變化而變化，對(duì)工作環(huán)境有了較大的改變，同時(shí)還為深部更大規(guī)模的降溫工程提供了一些參考經(jīng)驗(yàn)。