秦嶺金礦深部探礦中段高溫?zé)岷χ卫矸桨柑接?/h1>
2021-09-10 07:22:44王偉馮福康趙天勇崔祿波唐學(xué)義胡兵
黃金 2021年3期
王偉 馮福康 趙天勇 崔祿波 唐學(xué)義 胡兵
摘要：隨著深井開采礦山的不斷增多，高溫?zé)岷σ讶怀蔀橹萍s礦山持續(xù)發(fā)展的一大難題，尤其在深部開拓和探礦階段，生產(chǎn)作業(yè)必須克服獨(dú)頭巷道內(nèi)高溫高濕的惡劣環(huán)境，嚴(yán)重影響工人的身心健康和工程進(jìn)度。針對(duì)秦嶺金礦在深部生產(chǎn)探礦過程中遇到的高溫?zé)岷﹄y題，通過國(guó)內(nèi)外調(diào)研、理論分析、方案比選等手段研究確定了高溫?zé)岷χ卫硗扑]方案為完善通風(fēng)系統(tǒng)，采用羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。結(jié)合深部中段探礦作業(yè)地點(diǎn)實(shí)際，通過方案設(shè)計(jì)、阻力計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型開展了羅茨風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)試驗(yàn)方案研究，以期為秦嶺金礦深部探礦及地下開采提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞：深井開采;探礦;高溫?zé)岷?技術(shù)方案;羅茨風(fēng)機(jī);通風(fēng)降溫
中圖分類號(hào)：TD724文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：
文章編號(hào)：1001-1277（2021）03-0025-07doi：10.11792/hj20210305
引言
隨著中國(guó)采礦業(yè)的不斷發(fā)展，礦井逐漸向地下延深，礦井高溫高濕熱害問題日益嚴(yán)重。礦井熱害不僅影響礦山的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)作業(yè)人員的身體健康和生命安全造成直接危害[1-3]。其原因主要有：①地?zé)?。地球是一個(gè)龐大的熱庫(kù)，地溫隨深度增加而增高，地表以下平均每下降100m，溫度就升高3℃[3]。在地?zé)岙惓^(qū)，溫度隨深度增加得更快。②氧化熱和爆破熱。一方面礦石氧化時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，當(dāng)?shù)V石含硫量達(dá)到了自燃的程度時(shí)，產(chǎn)生的熱量就會(huì)更大。另一方面，礦山施工炸藥爆炸所產(chǎn)生的熱能也會(huì)直接散發(fā)到礦井空氣中。③機(jī)電設(shè)備散熱。礦井內(nèi)大容量機(jī)電設(shè)備在利用電能驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的同時(shí)，還會(huì)消耗一部分電能轉(zhuǎn)換為大量的熱能，這些熱能直接散發(fā)到礦井空氣中，進(jìn)一步加劇了礦井環(huán)境溫度。④其他散熱。如人體、充填材料和地下溫泉水散熱等，都會(huì)對(duì)礦井內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。
針對(duì)上述熱害問題，礦山往往會(huì)有針對(duì)性地建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)未來礦井涉及的所有作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行全面覆蓋，依靠成熟的通風(fēng)系統(tǒng)，一般能夠使礦井內(nèi)部熱環(huán)境處于動(dòng)態(tài)平衡，減弱深井熱害的影響。但是，在生產(chǎn)系統(tǒng)未完全形成的深部開拓和探礦階段，由于整體通風(fēng)系統(tǒng)未能形成完整回路，作業(yè)人員仍然長(zhǎng)期處于獨(dú)頭巷道的半封閉空間中，傳統(tǒng)的局扇通風(fēng)由于設(shè)備能力限制已難以發(fā)揮作用，人工制冷降溫造價(jià)過高而難以實(shí)施，導(dǎo)致多數(shù)礦山生產(chǎn)作業(yè)時(shí)必須克服獨(dú)頭巷道內(nèi)高溫高濕的惡劣環(huán)境，嚴(yán)重影響工人的身心健康和工程進(jìn)度。
為此，本研究針對(duì)河南秦嶺黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“秦嶺金礦”）在深部探礦過程中遇到的高溫?zé)岷﹄y題，通過國(guó)內(nèi)外調(diào)研、理論分析、方案比選，探討了高溫?zé)岷νL(fēng)降溫技術(shù)方案;結(jié)合探礦階段特殊形勢(shì)，通過方案設(shè)計(jì)、阻力計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型，確定了羅茨風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，為改善深部中段作業(yè)環(huán)境提供技術(shù)支撐。
1工程概況
秦嶺金礦成立于1966年，礦山開采歷史悠久，其有金硐岔分礦、楊砦峪分礦、四范溝分礦等3個(gè)礦區(qū)，后因小秦嶺自然保護(hù)區(qū)劃定，將金硐岔分礦和四范溝分礦的大部分劃出，僅楊砦峪礦區(qū)基本保留。楊砦峪礦區(qū)于1985年正式投產(chǎn)，經(jīng)過30多年的開采，最大開拓深度已達(dá)1330m，深部巷道巖爆現(xiàn)象較為頻繁，高溫?zé)岷^為突出，屬典型的深井開采礦山。
礦山現(xiàn)有1 #、2 #、3 #三級(jí)倒段和4 #盲豎井4條。目前，3 #盲豎井最深中段標(biāo)高為330m，距離地表1660m平硐已達(dá)1330m，由于原巖溫度較高、局部通風(fēng)不暢，獨(dú)頭作業(yè)面實(shí)測(cè)溫度達(dá)40℃，根據(jù)礦井熱害防治技術(shù)規(guī)范的等級(jí)劃分屬三級(jí)熱害礦井。由于環(huán)境溫度過高，對(duì)井下采掘工程影響較大，施工人員無法長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作，更迭頻繁，除690m中段與758m巷道貫通通風(fēng)條件相對(duì)較好外，其他中段受環(huán)境溫度所限，探礦、掘進(jìn)、采礦工程均無法正常實(shí)施。
2015年，礦山進(jìn)行通風(fēng)治理方案設(shè)計(jì)，在3 #盲豎井330m、450m中段分別安裝2臺(tái)FD6.3/15型壓入式對(duì)旋軸流局扇風(fēng)機(jī)，串聯(lián)直徑600mm柔性阻燃風(fēng)筒延伸至豎井馬頭門，與掛設(shè)在井筒內(nèi)的490mm剛性風(fēng)筒串聯(lián)形成污風(fēng)通道，最終將井底濕熱空氣排至距3 #盲豎井860m污風(fēng)排放口。后因3 #盲豎井風(fēng)流微弱，將局扇風(fēng)機(jī)挪至3 #盲豎井860m入風(fēng)口，雖然壓入風(fēng)量有明顯提高，但礦山深部高溫?zé)岷栴}仍未得到實(shí)質(zhì)性改善。
2017年，為有效應(yīng)對(duì)井下高溫環(huán)境造成的施工難題，礦山購(gòu)置一套中雪ZB10T-R2W（25kg）制冰系統(tǒng)。該系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，每天可生產(chǎn)400塊25kg冰塊。冰塊由地表礦車運(yùn)送至3 #盲豎井深部作業(yè)掌子面，并放置于工人作業(yè)點(diǎn)附近對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行冷卻降溫，此外也曾嘗試將冰塊放置于風(fēng)筒出口處進(jìn)行通風(fēng)降溫，但其降溫效果均不佳。
2高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案
針對(duì)礦山遇到的上述技術(shù)難題，通過查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，深入研究同類礦山疑難問題的解決思路和技術(shù)策略，探索發(fā)現(xiàn)可行的技術(shù)方案和手段措施，同時(shí)對(duì)礦山已采取的技術(shù)手段失效原因進(jìn)行深刻剖析，最終制定了研究技術(shù)路線，見圖1。高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案有：方案一，完善通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫;方案二，深井巷道圍巖噴漿隔熱;方案三，穿戴個(gè)體冷卻防護(hù)服;方案四，井下制冰-噴淋冷卻降溫。
2.1完善通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫
由于井下采礦工作面或井巷的特定條件，客觀上存在著可引起風(fēng)流熱力參數(shù)變化的熱源（如圍巖散熱、空氣自壓縮放熱、機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)熱及其他熱源）和濕源（如礦（巖）體內(nèi)的含水、水溝內(nèi)的流水和生產(chǎn)用水等的水分蒸發(fā)）。根據(jù)能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，當(dāng)有濕空氣流過某條巷道時(shí)，在外界加給風(fēng)流的熱量和因高差產(chǎn)生的重力位能作用下，必將引起巷道始、末斷面上風(fēng)流能量的改變[4-5]。
依據(jù)焓值方程可用公式（1）表示如下：
式中：h2、h1為巷道始、末斷面上風(fēng)流的比焓（kJ/kg）;∑Qh為該區(qū)段中各種熱源散熱量之和（kW）;G為通過該區(qū)段巷道的質(zhì)量風(fēng)量（kg/s）;g為重力加速度（m/s 2）;Z1、Z2為始、末斷面中心距基準(zhǔn)面的高程（m）。
當(dāng)∑Qh一定時(shí)，巷道通過的風(fēng)量越大，分?jǐn)傆诿繂挝毁|(zhì)量風(fēng)流的熱量就越小，起到了“稀釋”熱的作用。一方面，在一定的入風(fēng)溫度下，末端氣溫升值小，達(dá)到了降溫的目的。另一方面，較高的風(fēng)速可以提高人體的舒適感，改善人的主觀感覺，獲得降溫或感覺舒適些的效果。因此，在一定條件下增加采掘工作面的風(fēng)量可以達(dá)到降溫的目的，即通風(fēng)降溫是可行和有效的。
結(jié)合礦山實(shí)際，以現(xiàn)階段探礦成果為基礎(chǔ)布置通風(fēng)天井，從而形成深部中段通風(fēng)系統(tǒng)回路，實(shí)現(xiàn)深部作業(yè)面的通風(fēng)降溫。新設(shè)計(jì)通風(fēng)天井初步確定在330～450m北沿和330～690m東沿，同時(shí)為避免污風(fēng)來回折返，在730～860m新掘一條通風(fēng)天井。采用Ventsim通風(fēng)模擬軟件建立的三維模型見圖2。其中，新設(shè)計(jì)通風(fēng)工程包含330m水平通風(fēng)平巷975m，1.4m通風(fēng)天井610m。通過模擬結(jié)果可知，在新的通風(fēng)系統(tǒng)方案下，330m、450m中段作業(yè)面干球溫度均為27℃～28℃，滿足金屬非金屬礦山安全規(guī)程的規(guī)定。
與此同時(shí)，在330m中段回風(fēng)天井未開掘、4 #盲豎井西翼中段間未貫通前，3 #、4 #盲豎井中段開拓及探礦都為長(zhǎng)距離掘進(jìn)巷道，若利用現(xiàn)有的局扇通風(fēng)，由于其風(fēng)壓不足，送風(fēng)距離短，難以達(dá)到通風(fēng)要求，對(duì)礦山生產(chǎn)造成了極大的安全隱患;建議礦山采用礦用羅茨風(fēng)機(jī)（見圖3）進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，新鮮風(fēng)流在風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入330m、450m探礦作業(yè)面，吹掃工作面后，污風(fēng)由主運(yùn)巷道排至3 #盲豎井井筒，最終通過690m回風(fēng)通道，經(jīng)730m以上回風(fēng)通風(fēng)口排至地表。
2.2深井巷道圍巖噴漿隔熱
大多數(shù)情況下，圍巖以熱傳導(dǎo)的方式放熱，故可采用隔熱材料噴涂巖壁來阻止圍巖熱傳導(dǎo)。膨脹玻化微珠是一種無機(jī)玻璃質(zhì)礦物材料，經(jīng)多級(jí)碳化硅電加熱管式生產(chǎn)工藝加工而成，呈不規(guī)則球狀體顆粒，內(nèi)部多孔空腔結(jié)構(gòu)，表面玻化封閉，光澤平滑，理化性能穩(wěn)定，具有質(zhì)輕、絕熱、防火、耐高低溫、抗老化、吸水率小等優(yōu)異特性，可替代粉煤灰漂珠、玻璃微珠、膨脹珍珠巖、聚苯顆粒等諸多傳統(tǒng)輕質(zhì)骨料在不同制品中的應(yīng)用，是一種環(huán)保型高性能新型無機(jī)輕質(zhì)絕熱材料。陶粒是一種在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)發(fā)泡生產(chǎn)的輕骨料，具有球狀外形，表面光滑而堅(jiān)硬，內(nèi)部呈蜂窩狀，密度小、熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度高。在耐火材料行業(yè)中，陶粒主要用作隔熱耐火材料的骨料。
基于上述性質(zhì)，?；⒅楹吞樟５膶?dǎo)熱系數(shù)較小，可將?；⒅樽鳛榧?xì)骨料、陶粒作為粗骨料加入到普通混凝土中實(shí)現(xiàn)保溫阻熱的作用[6-7]。?；⒅楹吞樟Ｒ妶D4。
同時(shí)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，添加新材料后的混凝土支護(hù)體在深井巖爆災(zāi)害治理方面具有較好的效果，可以實(shí)現(xiàn)深井熱害與巖爆災(zāi)害的綜合治理。其材料保溫隔熱性能見表1。
玻化微珠和陶粒為建筑保溫混凝土的一般性建材，礦山可聯(lián)系附近廠家自行采購(gòu)。
2.3穿戴個(gè)體冷卻防護(hù)服
在工人分散的井下高溫作業(yè)地點(diǎn)，不便采取集中降溫措施時(shí)，可采用個(gè)體防護(hù)措施，如井下作業(yè)人員穿戴冷卻服，實(shí)行個(gè)體保護(hù)，尤其針對(duì)礦山探礦時(shí)期，由于礦體位置并未完全探明，未來生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)不夠明確，過早投入井巷工程可能造成資金浪費(fèi)。而冷卻服穿戴便捷，可以防止環(huán)境對(duì)身體的對(duì)流和輻射傳熱，并且使人體在體力勞動(dòng)中所產(chǎn)生的熱能較易傳給冷卻服中的冷媒。據(jù)統(tǒng)計(jì)，個(gè)體防護(hù)的制冷成本僅為其他制冷成本的20%左右。
國(guó)內(nèi)礦井個(gè)體冷卻防護(hù)服一般為連為一體的上衣和褲子，有可以調(diào)節(jié)的腰帶。防護(hù)服整體設(shè)計(jì)從外向內(nèi)包括外保溫層、制冷層、內(nèi)保溫層3層，上衣的制冷層內(nèi)部設(shè)置有口袋和冰水管路。
該套裝備可滿足井下工作人員降溫的要求，冷量可均勻分布于人體全身，還可以把溫度升高的水排出，及時(shí)降低冷卻服的質(zhì)量。防護(hù)裝備主要性能指標(biāo)如下[8]：
1）在環(huán)境溫度35℃下，體感溫度為18℃～29℃。
2）在環(huán)境溫度35℃下，正常使用時(shí)間為4～5h。
3）單套裝備總質(zhì)量1.2～1.5kg。
4）蓄冷劑相變溫度為-4.1℃，相變潛熱為258J/g。
5）蓄冷劑相變過程可逆，可重復(fù)使用。
6）蓄冷劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無腐蝕性、不燃、環(huán)保。
冷卻防護(hù)服的冷媒分為液冷和氣冷2種，考慮到干冰制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)采用氣冷方式。本地區(qū)可加工制作，且降溫效果好，可就近聯(lián)系廠家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
2.4井下制冰-噴淋冷卻降溫
井下集中式冷水降溫系統(tǒng)基本原理是利用井下制冷機(jī)組制備冷凍水，將冷凍水直接輸送到高溫工作面的空冷器實(shí)現(xiàn)降溫。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，礦山已購(gòu)置中雪ZB10T-R2W（25kg）制冰系統(tǒng)一套，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程見圖5。制成的冰塊由地表礦車運(yùn)送至3 #盲豎井深部作業(yè)掌子面，并放置于工人作業(yè)點(diǎn)附近對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行冷卻降溫。國(guó)內(nèi)某高巖溫隧道施工中應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)[9]，但該技術(shù)僅能作為快速降溫的一種輔助手段。
結(jié)合該套制冰系統(tǒng)的技術(shù)性能，同時(shí)對(duì)礦山前期采取的冰塊降溫工藝進(jìn)行分析認(rèn)為，造成冰塊直接降溫效果不佳的主要原因是冰塊與空氣接觸面積太小，難以對(duì)作業(yè)面環(huán)境溫度產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。因此，可以考慮將制冰機(jī)組經(jīng)758m平硐運(yùn)輸至井下距離3 #盲豎井較近的地方進(jìn)行集中制冷，建造小型鹽水池和蓄水池，將制成的冰塊攪碎后倒入小型蓄水池形成冰水混合物，經(jīng)DN20鍍鋅管道泵送至深部探礦作業(yè)面，最終借助自動(dòng)噴淋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)作業(yè)環(huán)境的冷卻降溫。
該方案的主要問題一方面是如何提高冰塊的管道輸送效率，另一方面是如何提高冰塊與空氣、巖石的接觸面積。因此，建議礦山在實(shí)施過程中采取以下措施：
1）對(duì)于冰塊破碎機(jī)破碎程度的控制，冰塊的塊度需小于管道直徑的2/3，但同時(shí)又不能過于破碎，以免造成冰塊過快融化。
2）對(duì)于冰水混合物輸送泵的選擇，既需要考慮流量大小，又要使冰塊在輸送至掌子面時(shí)不至于融化。
3）冰水混合物在輸送過程中，一部分直接噴淋在巷道巖石壁面，另一部分可堆置于局扇風(fēng)管出口輔助通風(fēng)降溫。
此外，自動(dòng)噴淋系統(tǒng)主管路應(yīng)低于架線水平20～30cm，避免噴霧與電機(jī)車架線過多接觸，同時(shí)采用塑料水管對(duì)局部地段架線進(jìn)行包裹處理，最大限度減少觸電安全事故的發(fā)生。
2.5方案對(duì)比分析
為了客觀反映4種高溫?zé)岷χ卫矸桨傅募夹g(shù)優(yōu)劣，從方案適用性、工藝復(fù)雜程度及方案可靠性等方面對(duì)各方案進(jìn)行了綜合比較分析（見表2）。
由表2可知：方案一——完善通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫為最優(yōu)方案。將施工通風(fēng)天井作為長(zhǎng)遠(yuǎn)方案進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，而將羅茨風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)作為現(xiàn)階段深部探礦工程的臨時(shí)方案。一方面可以及時(shí)為深部作業(yè)面補(bǔ)充新鮮空氣，滿足人員對(duì)作業(yè)環(huán)境的基本需求;另一方面可以在深部中段通風(fēng)天井完成前在作業(yè)面及巷道中形成一定程度的貫穿風(fēng)流，從而有效降低作業(yè)面的環(huán)境溫度，提高作業(yè)環(huán)境的舒適度。
3現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案
3.1試驗(yàn)地點(diǎn)選擇
通過分析3 #盲豎井深部330m、450m中段現(xiàn)有生產(chǎn)作業(yè)面對(duì)高溫?zé)岷Φ闹卫硇枨蠛途o迫性，經(jīng)技術(shù)人員商榷后最終將450m中段正在施工的60 #脈西沿脈探礦作業(yè)面作為本次深部高溫?zé)岷χ卫淼脑囼?yàn)地點(diǎn)。
3.2通風(fēng)管線布置
結(jié)合3 #盲豎井井口及車場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將羅茨風(fēng)機(jī)安裝在860m車場(chǎng)靠近2 #盲豎井一側(cè)（見圖6）。風(fēng)管與羅茨風(fēng)機(jī)出口串聯(lián)后，經(jīng)與豎井管道串聯(lián)延伸至450m中段水平，然后用風(fēng)管在水平巷道串聯(lián)延伸至探礦作業(yè)面，風(fēng)管末端應(yīng)距離探礦掌子面15m以上?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，風(fēng)管之間采用法蘭或熱熔連接，每10m采用圓鋼托架固定在巷道側(cè)幫。對(duì)于局部巷道斷面偏小，安裝后可能影響中段運(yùn)輸?shù)牡囟螒?yīng)提前進(jìn)行擴(kuò)幫處理。
3.3通風(fēng)阻力計(jì)算
根據(jù)450m中段平面圖，860m中段羅茨風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)距離3 #盲豎井約100m，450m中段探礦掌子面距離3 #盲豎井馬頭門的實(shí)際距離達(dá)1100m，3 #盲豎井井筒中安裝有2根內(nèi)徑490mmPE剛性阻燃風(fēng)管。
本次試驗(yàn)通風(fēng)管路設(shè)計(jì)時(shí)豎井段410m仍延用已有490mmPE剛性阻燃風(fēng)管，而在860m、450m中段平巷內(nèi)為使管路敷設(shè)不影響中段生產(chǎn)運(yùn)輸，則選擇內(nèi)徑300mm的PE風(fēng)管，風(fēng)管長(zhǎng)度約1200m。通風(fēng)管路和井巷工程展開分析得到的通風(fēng)阻力分布情況見圖7。
3）綜上所述，本次試驗(yàn)的通風(fēng)總阻力計(jì)算結(jié)果為57.665kPa。
3.4試驗(yàn)設(shè)備及材料
1）通過查閱羅茨風(fēng)機(jī)性能表，300系列羅茨風(fēng)機(jī)可滿足本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)風(fēng)量2m 3/s（120m 3/min）的通風(fēng)要求;以JGR300H系列羅茨風(fēng)機(jī)不同升壓要求下的風(fēng)機(jī)性能和價(jià)格進(jìn)行分析比較，同時(shí)考慮一定的風(fēng)壓備用系數(shù)，最終確定升壓80.0kPa的羅茨風(fēng)機(jī)最為合適。羅茨風(fēng)機(jī)性能參數(shù)見表3。
2）根據(jù)450m中段巷道內(nèi)和860m車場(chǎng)的管路布置情況，需購(gòu)置內(nèi)徑300mm的風(fēng)管1200m;以每節(jié)風(fēng)管長(zhǎng)6m計(jì)算，則需購(gòu)置200節(jié)，同時(shí)需配備2節(jié)內(nèi)徑300～490mmPE變徑風(fēng)管和一定數(shù)量的金屬管道托架;此外，還應(yīng)根據(jù)450m中段巷道內(nèi)管線測(cè)量放線情況，對(duì)局部拐彎巷道進(jìn)行片幫處理，同時(shí)與廠家定制一定數(shù)量同等管道規(guī)格的PE管道彎頭。根據(jù)目前確定的60 #脈450m中段西沿脈探礦作業(yè)面情況，初步估算為5處彎頭，2處片幫巷道。
3）為提高690m中段回風(fēng)巷道的通風(fēng)效率，將860m車場(chǎng)壓入式軸流風(fēng)機(jī)安裝至690m中段馬頭門附近，從而將豎井內(nèi)排出的炮煙及時(shí)抽送至回風(fēng)巷道，提高通風(fēng)效率，避免炮煙排入860m車場(chǎng)。
3.5工程費(fèi)用
為最大限度節(jié)約工程成本，對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)生產(chǎn)阻燃PVC、PE管材的廠家進(jìn)行詢價(jià)調(diào)研，最終將DN315×12.1mmPE風(fēng)管作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用風(fēng)管，據(jù)此計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所用設(shè)備材料費(fèi)用為20.0536萬元，安裝工程費(fèi)用取設(shè)備材料費(fèi)總價(jià)的20%，則現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施所需費(fèi)用共計(jì)240643.2元，其計(jì)算過程見表4。
4結(jié)論
1）在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井深部高溫?zé)岷χ聻?zāi)機(jī)理制定本研究技術(shù)路線，針對(duì)技術(shù)措施對(duì)熱環(huán)境構(gòu)成要求的有效性研究，提出了通風(fēng)降溫、圍巖噴漿、個(gè)體防護(hù)和制冰冷卻等4種有效方案，并對(duì)其實(shí)施可行性進(jìn)行了分析論述。
2）根據(jù)高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案特點(diǎn)，分別從方案適用性、工藝復(fù)雜程度及方案可靠性等方面對(duì)4種方案的技術(shù)優(yōu)劣性進(jìn)行綜合比較分析，研究確定了符合礦山生產(chǎn)實(shí)際的高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案，并將羅茨風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫作為現(xiàn)階段通風(fēng)降溫方案。
3）結(jié)合深部高溫?zé)岷χ卫碓囼?yàn)地點(diǎn)實(shí)際，在通風(fēng)阻力計(jì)算、設(shè)備材料選型及工程費(fèi)用計(jì)算基礎(chǔ)上開展羅茨風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫技術(shù)方案研究，確定了采用升壓80.0kPa的JGR300H羅茨風(fēng)機(jī)、PE風(fēng)管進(jìn)行通風(fēng)降溫的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案。
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Abstract：Withtheincreasingnumberofdeepminingoperations，hightemperatureandheatdamagehasbecomeamajorproblemrestrictingthesustainabledevelopmentofmines.Especiallyinthedeepdevelopmentandexplorationstage，theproductionmustovercometheadverseenvironmentofhightemperatureandhighhumidityinthesingleheadtunnel，whichseriouslyaffectsthephysicalandmentalhealthofworkersandtheprojectprogress.InviewofthehightemperatureandheatdamagechallengeencounteredintheproductionandexplorationdeepinQinlingGoldMine，therecommendedheatdamagetreatmentschemetodealwithhightemperatureandheatdamagewasdeterminedbymeansofdomesticandforeignresearch，theoreticalanalysisandschemecomparison.Theschemeturnsouttobeventilationsystemoptimization，withRootsblowerusedforforcedventilation.Basedonthepracticeinthelevelsofdeepexploration，thetestonforcedventilationschemewithRootsblowerwasstudiedthroughschemedesign，resistancecalculationandfanselection，inhopethatitcanprovidetechnicalsupportfordeepexplorationandundergroundmininginQinlingGoldMine.
Keywords：deepundergroundmining;exploration;hightemperatureandheatdamage;technicalscheme;Rootsblower;ventilationandcooling
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王偉 馮福康 趙天勇 崔祿波 唐學(xué)義 胡兵
摘要：隨著深井開采礦山的不斷增多，高溫?zé)岷σ讶怀蔀橹萍s礦山持續(xù)發(fā)展的一大難題，尤其在深部開拓和探礦階段，生產(chǎn)作業(yè)必須克服獨(dú)頭巷道內(nèi)高溫高濕的惡劣環(huán)境，嚴(yán)重影響工人的身心健康和工程進(jìn)度。針對(duì)秦嶺金礦在深部生產(chǎn)探礦過程中遇到的高溫?zé)岷﹄y題，通過國(guó)內(nèi)外調(diào)研、理論分析、方案比選等手段研究確定了高溫?zé)岷χ卫硗扑]方案為完善通風(fēng)系統(tǒng)，采用羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。結(jié)合深部中段探礦作業(yè)地點(diǎn)實(shí)際，通過方案設(shè)計(jì)、阻力計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型開展了羅茨風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)試驗(yàn)方案研究，以期為秦嶺金礦深部探礦及地下開采提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞：深井開采;探礦;高溫?zé)岷?技術(shù)方案;羅茨風(fēng)機(jī);通風(fēng)降溫
中圖分類號(hào)：TD724文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：
文章編號(hào)：1001-1277（2021）03-0025-07doi：10.11792/hj20210305
引言
隨著中國(guó)采礦業(yè)的不斷發(fā)展，礦井逐漸向地下延深，礦井高溫高濕熱害問題日益嚴(yán)重。礦井熱害不僅影響礦山的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)作業(yè)人員的身體健康和生命安全造成直接危害[1-3]。其原因主要有：①地?zé)?。地球是一個(gè)龐大的熱庫(kù)，地溫隨深度增加而增高，地表以下平均每下降100m，溫度就升高3℃[3]。在地?zé)岙惓^(qū)，溫度隨深度增加得更快。②氧化熱和爆破熱。一方面礦石氧化時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，當(dāng)?shù)V石含硫量達(dá)到了自燃的程度時(shí)，產(chǎn)生的熱量就會(huì)更大。另一方面，礦山施工炸藥爆炸所產(chǎn)生的熱能也會(huì)直接散發(fā)到礦井空氣中。③機(jī)電設(shè)備散熱。礦井內(nèi)大容量機(jī)電設(shè)備在利用電能驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的同時(shí)，還會(huì)消耗一部分電能轉(zhuǎn)換為大量的熱能，這些熱能直接散發(fā)到礦井空氣中，進(jìn)一步加劇了礦井環(huán)境溫度。④其他散熱。如人體、充填材料和地下溫泉水散熱等，都會(huì)對(duì)礦井內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。
針對(duì)上述熱害問題，礦山往往會(huì)有針對(duì)性地建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)未來礦井涉及的所有作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行全面覆蓋，依靠成熟的通風(fēng)系統(tǒng)，一般能夠使礦井內(nèi)部熱環(huán)境處于動(dòng)態(tài)平衡，減弱深井熱害的影響。但是，在生產(chǎn)系統(tǒng)未完全形成的深部開拓和探礦階段，由于整體通風(fēng)系統(tǒng)未能形成完整回路，作業(yè)人員仍然長(zhǎng)期處于獨(dú)頭巷道的半封閉空間中，傳統(tǒng)的局扇通風(fēng)由于設(shè)備能力限制已難以發(fā)揮作用，人工制冷降溫造價(jià)過高而難以實(shí)施，導(dǎo)致多數(shù)礦山生產(chǎn)作業(yè)時(shí)必須克服獨(dú)頭巷道內(nèi)高溫高濕的惡劣環(huán)境，嚴(yán)重影響工人的身心健康和工程進(jìn)度。
為此，本研究針對(duì)河南秦嶺黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“秦嶺金礦”）在深部探礦過程中遇到的高溫?zé)岷﹄y題，通過國(guó)內(nèi)外調(diào)研、理論分析、方案比選，探討了高溫?zé)岷νL(fēng)降溫技術(shù)方案;結(jié)合探礦階段特殊形勢(shì)，通過方案設(shè)計(jì)、阻力計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型，確定了羅茨風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，為改善深部中段作業(yè)環(huán)境提供技術(shù)支撐。
1工程概況
秦嶺金礦成立于1966年，礦山開采歷史悠久，其有金硐岔分礦、楊砦峪分礦、四范溝分礦等3個(gè)礦區(qū)，后因小秦嶺自然保護(hù)區(qū)劃定，將金硐岔分礦和四范溝分礦的大部分劃出，僅楊砦峪礦區(qū)基本保留。楊砦峪礦區(qū)于1985年正式投產(chǎn)，經(jīng)過30多年的開采，最大開拓深度已達(dá)1330m，深部巷道巖爆現(xiàn)象較為頻繁，高溫?zé)岷^為突出，屬典型的深井開采礦山。
礦山現(xiàn)有1 #、2 #、3 #三級(jí)倒段和4 #盲豎井4條。目前，3 #盲豎井最深中段標(biāo)高為330m，距離地表1660m平硐已達(dá)1330m，由于原巖溫度較高、局部通風(fēng)不暢，獨(dú)頭作業(yè)面實(shí)測(cè)溫度達(dá)40℃，根據(jù)礦井熱害防治技術(shù)規(guī)范的等級(jí)劃分屬三級(jí)熱害礦井。由于環(huán)境溫度過高，對(duì)井下采掘工程影響較大，施工人員無法長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作，更迭頻繁，除690m中段與758m巷道貫通通風(fēng)條件相對(duì)較好外，其他中段受環(huán)境溫度所限，探礦、掘進(jìn)、采礦工程均無法正常實(shí)施。
2015年，礦山進(jìn)行通風(fēng)治理方案設(shè)計(jì)，在3 #盲豎井330m、450m中段分別安裝2臺(tái)FD6.3/15型壓入式對(duì)旋軸流局扇風(fēng)機(jī)，串聯(lián)直徑600mm柔性阻燃風(fēng)筒延伸至豎井馬頭門，與掛設(shè)在井筒內(nèi)的490mm剛性風(fēng)筒串聯(lián)形成污風(fēng)通道，最終將井底濕熱空氣排至距3 #盲豎井860m污風(fēng)排放口。后因3 #盲豎井風(fēng)流微弱，將局扇風(fēng)機(jī)挪至3 #盲豎井860m入風(fēng)口，雖然壓入風(fēng)量有明顯提高，但礦山深部高溫?zé)岷栴}仍未得到實(shí)質(zhì)性改善。
2017年，為有效應(yīng)對(duì)井下高溫環(huán)境造成的施工難題，礦山購(gòu)置一套中雪ZB10T-R2W（25kg）制冰系統(tǒng)。該系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，每天可生產(chǎn)400塊25kg冰塊。冰塊由地表礦車運(yùn)送至3 #盲豎井深部作業(yè)掌子面，并放置于工人作業(yè)點(diǎn)附近對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行冷卻降溫，此外也曾嘗試將冰塊放置于風(fēng)筒出口處進(jìn)行通風(fēng)降溫，但其降溫效果均不佳。
2高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案
針對(duì)礦山遇到的上述技術(shù)難題，通過查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，深入研究同類礦山疑難問題的解決思路和技術(shù)策略，探索發(fā)現(xiàn)可行的技術(shù)方案和手段措施，同時(shí)對(duì)礦山已采取的技術(shù)手段失效原因進(jìn)行深刻剖析，最終制定了研究技術(shù)路線，見圖1。高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案有：方案一，完善通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫;方案二，深井巷道圍巖噴漿隔熱;方案三，穿戴個(gè)體冷卻防護(hù)服;方案四，井下制冰-噴淋冷卻降溫。
2.1完善通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫
由于井下采礦工作面或井巷的特定條件，客觀上存在著可引起風(fēng)流熱力參數(shù)變化的熱源（如圍巖散熱、空氣自壓縮放熱、機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)熱及其他熱源）和濕源（如礦（巖）體內(nèi)的含水、水溝內(nèi)的流水和生產(chǎn)用水等的水分蒸發(fā)）。根據(jù)能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，當(dāng)有濕空氣流過某條巷道時(shí)，在外界加給風(fēng)流的熱量和因高差產(chǎn)生的重力位能作用下，必將引起巷道始、末斷面上風(fēng)流能量的改變[4-5]。
依據(jù)焓值方程可用公式（1）表示如下：
式中：h2、h1為巷道始、末斷面上風(fēng)流的比焓（kJ/kg）;∑Qh為該區(qū)段中各種熱源散熱量之和（kW）;G為通過該區(qū)段巷道的質(zhì)量風(fēng)量（kg/s）;g為重力加速度（m/s 2）;Z1、Z2為始、末斷面中心距基準(zhǔn)面的高程（m）。
當(dāng)∑Qh一定時(shí)，巷道通過的風(fēng)量越大，分?jǐn)傆诿繂挝毁|(zhì)量風(fēng)流的熱量就越小，起到了“稀釋”熱的作用。一方面，在一定的入風(fēng)溫度下，末端氣溫升值小，達(dá)到了降溫的目的。另一方面，較高的風(fēng)速可以提高人體的舒適感，改善人的主觀感覺，獲得降溫或感覺舒適些的效果。因此，在一定條件下增加采掘工作面的風(fēng)量可以達(dá)到降溫的目的，即通風(fēng)降溫是可行和有效的。
結(jié)合礦山實(shí)際，以現(xiàn)階段探礦成果為基礎(chǔ)布置通風(fēng)天井，從而形成深部中段通風(fēng)系統(tǒng)回路，實(shí)現(xiàn)深部作業(yè)面的通風(fēng)降溫。新設(shè)計(jì)通風(fēng)天井初步確定在330～450m北沿和330～690m東沿，同時(shí)為避免污風(fēng)來回折返，在730～860m新掘一條通風(fēng)天井。采用Ventsim通風(fēng)模擬軟件建立的三維模型見圖2。其中，新設(shè)計(jì)通風(fēng)工程包含330m水平通風(fēng)平巷975m，1.4m通風(fēng)天井610m。通過模擬結(jié)果可知，在新的通風(fēng)系統(tǒng)方案下，330m、450m中段作業(yè)面干球溫度均為27℃～28℃，滿足金屬非金屬礦山安全規(guī)程的規(guī)定。
與此同時(shí)，在330m中段回風(fēng)天井未開掘、4 #盲豎井西翼中段間未貫通前，3 #、4 #盲豎井中段開拓及探礦都為長(zhǎng)距離掘進(jìn)巷道，若利用現(xiàn)有的局扇通風(fēng)，由于其風(fēng)壓不足，送風(fēng)距離短，難以達(dá)到通風(fēng)要求，對(duì)礦山生產(chǎn)造成了極大的安全隱患;建議礦山采用礦用羅茨風(fēng)機(jī)（見圖3）進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，新鮮風(fēng)流在風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入330m、450m探礦作業(yè)面，吹掃工作面后，污風(fēng)由主運(yùn)巷道排至3 #盲豎井井筒，最終通過690m回風(fēng)通道，經(jīng)730m以上回風(fēng)通風(fēng)口排至地表。
2.2深井巷道圍巖噴漿隔熱
大多數(shù)情況下，圍巖以熱傳導(dǎo)的方式放熱，故可采用隔熱材料噴涂巖壁來阻止圍巖熱傳導(dǎo)。膨脹玻化微珠是一種無機(jī)玻璃質(zhì)礦物材料，經(jīng)多級(jí)碳化硅電加熱管式生產(chǎn)工藝加工而成，呈不規(guī)則球狀體顆粒，內(nèi)部多孔空腔結(jié)構(gòu)，表面玻化封閉，光澤平滑，理化性能穩(wěn)定，具有質(zhì)輕、絕熱、防火、耐高低溫、抗老化、吸水率小等優(yōu)異特性，可替代粉煤灰漂珠、玻璃微珠、膨脹珍珠巖、聚苯顆粒等諸多傳統(tǒng)輕質(zhì)骨料在不同制品中的應(yīng)用，是一種環(huán)保型高性能新型無機(jī)輕質(zhì)絕熱材料。陶粒是一種在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)發(fā)泡生產(chǎn)的輕骨料，具有球狀外形，表面光滑而堅(jiān)硬，內(nèi)部呈蜂窩狀，密度小、熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度高。在耐火材料行業(yè)中，陶粒主要用作隔熱耐火材料的骨料。
基于上述性質(zhì)，?；⒅楹吞樟５膶?dǎo)熱系數(shù)較小，可將?；⒅樽鳛榧?xì)骨料、陶粒作為粗骨料加入到普通混凝土中實(shí)現(xiàn)保溫阻熱的作用[6-7]。?；⒅楹吞樟Ｒ妶D4。
同時(shí)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，添加新材料后的混凝土支護(hù)體在深井巖爆災(zāi)害治理方面具有較好的效果，可以實(shí)現(xiàn)深井熱害與巖爆災(zāi)害的綜合治理。其材料保溫隔熱性能見表1。
玻化微珠和陶粒為建筑保溫混凝土的一般性建材，礦山可聯(lián)系附近廠家自行采購(gòu)。
2.3穿戴個(gè)體冷卻防護(hù)服
在工人分散的井下高溫作業(yè)地點(diǎn)，不便采取集中降溫措施時(shí)，可采用個(gè)體防護(hù)措施，如井下作業(yè)人員穿戴冷卻服，實(shí)行個(gè)體保護(hù)，尤其針對(duì)礦山探礦時(shí)期，由于礦體位置并未完全探明，未來生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)不夠明確，過早投入井巷工程可能造成資金浪費(fèi)。而冷卻服穿戴便捷，可以防止環(huán)境對(duì)身體的對(duì)流和輻射傳熱，并且使人體在體力勞動(dòng)中所產(chǎn)生的熱能較易傳給冷卻服中的冷媒。據(jù)統(tǒng)計(jì)，個(gè)體防護(hù)的制冷成本僅為其他制冷成本的20%左右。
國(guó)內(nèi)礦井個(gè)體冷卻防護(hù)服一般為連為一體的上衣和褲子，有可以調(diào)節(jié)的腰帶。防護(hù)服整體設(shè)計(jì)從外向內(nèi)包括外保溫層、制冷層、內(nèi)保溫層3層，上衣的制冷層內(nèi)部設(shè)置有口袋和冰水管路。
該套裝備可滿足井下工作人員降溫的要求，冷量可均勻分布于人體全身，還可以把溫度升高的水排出，及時(shí)降低冷卻服的質(zhì)量。防護(hù)裝備主要性能指標(biāo)如下[8]：
1）在環(huán)境溫度35℃下，體感溫度為18℃～29℃。
2）在環(huán)境溫度35℃下，正常使用時(shí)間為4～5h。
3）單套裝備總質(zhì)量1.2～1.5kg。
4）蓄冷劑相變溫度為-4.1℃，相變潛熱為258J/g。
5）蓄冷劑相變過程可逆，可重復(fù)使用。
6）蓄冷劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無腐蝕性、不燃、環(huán)保。
冷卻防護(hù)服的冷媒分為液冷和氣冷2種，考慮到干冰制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)采用氣冷方式。本地區(qū)可加工制作，且降溫效果好，可就近聯(lián)系廠家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
2.4井下制冰-噴淋冷卻降溫
井下集中式冷水降溫系統(tǒng)基本原理是利用井下制冷機(jī)組制備冷凍水，將冷凍水直接輸送到高溫工作面的空冷器實(shí)現(xiàn)降溫。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，礦山已購(gòu)置中雪ZB10T-R2W（25kg）制冰系統(tǒng)一套，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程見圖5。制成的冰塊由地表礦車運(yùn)送至3 #盲豎井深部作業(yè)掌子面，并放置于工人作業(yè)點(diǎn)附近對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行冷卻降溫。國(guó)內(nèi)某高巖溫隧道施工中應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)[9]，但該技術(shù)僅能作為快速降溫的一種輔助手段。
結(jié)合該套制冰系統(tǒng)的技術(shù)性能，同時(shí)對(duì)礦山前期采取的冰塊降溫工藝進(jìn)行分析認(rèn)為，造成冰塊直接降溫效果不佳的主要原因是冰塊與空氣接觸面積太小，難以對(duì)作業(yè)面環(huán)境溫度產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。因此，可以考慮將制冰機(jī)組經(jīng)758m平硐運(yùn)輸至井下距離3 #盲豎井較近的地方進(jìn)行集中制冷，建造小型鹽水池和蓄水池，將制成的冰塊攪碎后倒入小型蓄水池形成冰水混合物，經(jīng)DN20鍍鋅管道泵送至深部探礦作業(yè)面，最終借助自動(dòng)噴淋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)作業(yè)環(huán)境的冷卻降溫。
該方案的主要問題一方面是如何提高冰塊的管道輸送效率，另一方面是如何提高冰塊與空氣、巖石的接觸面積。因此，建議礦山在實(shí)施過程中采取以下措施：
1）對(duì)于冰塊破碎機(jī)破碎程度的控制，冰塊的塊度需小于管道直徑的2/3，但同時(shí)又不能過于破碎，以免造成冰塊過快融化。
2）對(duì)于冰水混合物輸送泵的選擇，既需要考慮流量大小，又要使冰塊在輸送至掌子面時(shí)不至于融化。
3）冰水混合物在輸送過程中，一部分直接噴淋在巷道巖石壁面，另一部分可堆置于局扇風(fēng)管出口輔助通風(fēng)降溫。
此外，自動(dòng)噴淋系統(tǒng)主管路應(yīng)低于架線水平20～30cm，避免噴霧與電機(jī)車架線過多接觸，同時(shí)采用塑料水管對(duì)局部地段架線進(jìn)行包裹處理，最大限度減少觸電安全事故的發(fā)生。
2.5方案對(duì)比分析
為了客觀反映4種高溫?zé)岷χ卫矸桨傅募夹g(shù)優(yōu)劣，從方案適用性、工藝復(fù)雜程度及方案可靠性等方面對(duì)各方案進(jìn)行了綜合比較分析（見表2）。
由表2可知：方案一——完善通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫為最優(yōu)方案。將施工通風(fēng)天井作為長(zhǎng)遠(yuǎn)方案進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，而將羅茨風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)作為現(xiàn)階段深部探礦工程的臨時(shí)方案。一方面可以及時(shí)為深部作業(yè)面補(bǔ)充新鮮空氣，滿足人員對(duì)作業(yè)環(huán)境的基本需求;另一方面可以在深部中段通風(fēng)天井完成前在作業(yè)面及巷道中形成一定程度的貫穿風(fēng)流，從而有效降低作業(yè)面的環(huán)境溫度，提高作業(yè)環(huán)境的舒適度。
3現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案
3.1試驗(yàn)地點(diǎn)選擇
通過分析3 #盲豎井深部330m、450m中段現(xiàn)有生產(chǎn)作業(yè)面對(duì)高溫?zé)岷Φ闹卫硇枨蠛途o迫性，經(jīng)技術(shù)人員商榷后最終將450m中段正在施工的60 #脈西沿脈探礦作業(yè)面作為本次深部高溫?zé)岷χ卫淼脑囼?yàn)地點(diǎn)。
3.2通風(fēng)管線布置
結(jié)合3 #盲豎井井口及車場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將羅茨風(fēng)機(jī)安裝在860m車場(chǎng)靠近2 #盲豎井一側(cè)（見圖6）。風(fēng)管與羅茨風(fēng)機(jī)出口串聯(lián)后，經(jīng)與豎井管道串聯(lián)延伸至450m中段水平，然后用風(fēng)管在水平巷道串聯(lián)延伸至探礦作業(yè)面，風(fēng)管末端應(yīng)距離探礦掌子面15m以上?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，風(fēng)管之間采用法蘭或熱熔連接，每10m采用圓鋼托架固定在巷道側(cè)幫。對(duì)于局部巷道斷面偏小，安裝后可能影響中段運(yùn)輸?shù)牡囟螒?yīng)提前進(jìn)行擴(kuò)幫處理。
3.3通風(fēng)阻力計(jì)算
根據(jù)450m中段平面圖，860m中段羅茨風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)距離3 #盲豎井約100m，450m中段探礦掌子面距離3 #盲豎井馬頭門的實(shí)際距離達(dá)1100m，3 #盲豎井井筒中安裝有2根內(nèi)徑490mmPE剛性阻燃風(fēng)管。
本次試驗(yàn)通風(fēng)管路設(shè)計(jì)時(shí)豎井段410m仍延用已有490mmPE剛性阻燃風(fēng)管，而在860m、450m中段平巷內(nèi)為使管路敷設(shè)不影響中段生產(chǎn)運(yùn)輸，則選擇內(nèi)徑300mm的PE風(fēng)管，風(fēng)管長(zhǎng)度約1200m。通風(fēng)管路和井巷工程展開分析得到的通風(fēng)阻力分布情況見圖7。
3）綜上所述，本次試驗(yàn)的通風(fēng)總阻力計(jì)算結(jié)果為57.665kPa。
3.4試驗(yàn)設(shè)備及材料
1）通過查閱羅茨風(fēng)機(jī)性能表，300系列羅茨風(fēng)機(jī)可滿足本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)風(fēng)量2m 3/s（120m 3/min）的通風(fēng)要求;以JGR300H系列羅茨風(fēng)機(jī)不同升壓要求下的風(fēng)機(jī)性能和價(jià)格進(jìn)行分析比較，同時(shí)考慮一定的風(fēng)壓備用系數(shù)，最終確定升壓80.0kPa的羅茨風(fēng)機(jī)最為合適。羅茨風(fēng)機(jī)性能參數(shù)見表3。
2）根據(jù)450m中段巷道內(nèi)和860m車場(chǎng)的管路布置情況，需購(gòu)置內(nèi)徑300mm的風(fēng)管1200m;以每節(jié)風(fēng)管長(zhǎng)6m計(jì)算，則需購(gòu)置200節(jié)，同時(shí)需配備2節(jié)內(nèi)徑300～490mmPE變徑風(fēng)管和一定數(shù)量的金屬管道托架;此外，還應(yīng)根據(jù)450m中段巷道內(nèi)管線測(cè)量放線情況，對(duì)局部拐彎巷道進(jìn)行片幫處理，同時(shí)與廠家定制一定數(shù)量同等管道規(guī)格的PE管道彎頭。根據(jù)目前確定的60 #脈450m中段西沿脈探礦作業(yè)面情況，初步估算為5處彎頭，2處片幫巷道。
3）為提高690m中段回風(fēng)巷道的通風(fēng)效率，將860m車場(chǎng)壓入式軸流風(fēng)機(jī)安裝至690m中段馬頭門附近，從而將豎井內(nèi)排出的炮煙及時(shí)抽送至回風(fēng)巷道，提高通風(fēng)效率，避免炮煙排入860m車場(chǎng)。
3.5工程費(fèi)用
為最大限度節(jié)約工程成本，對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)生產(chǎn)阻燃PVC、PE管材的廠家進(jìn)行詢價(jià)調(diào)研，最終將DN315×12.1mmPE風(fēng)管作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用風(fēng)管，據(jù)此計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所用設(shè)備材料費(fèi)用為20.0536萬元，安裝工程費(fèi)用取設(shè)備材料費(fèi)總價(jià)的20%，則現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施所需費(fèi)用共計(jì)240643.2元，其計(jì)算過程見表4。
4結(jié)論
1）在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井深部高溫?zé)岷χ聻?zāi)機(jī)理制定本研究技術(shù)路線，針對(duì)技術(shù)措施對(duì)熱環(huán)境構(gòu)成要求的有效性研究，提出了通風(fēng)降溫、圍巖噴漿、個(gè)體防護(hù)和制冰冷卻等4種有效方案，并對(duì)其實(shí)施可行性進(jìn)行了分析論述。
2）根據(jù)高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案特點(diǎn)，分別從方案適用性、工藝復(fù)雜程度及方案可靠性等方面對(duì)4種方案的技術(shù)優(yōu)劣性進(jìn)行綜合比較分析，研究確定了符合礦山生產(chǎn)實(shí)際的高溫?zé)岷χ卫砑夹g(shù)方案，并將羅茨風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫作為現(xiàn)階段通風(fēng)降溫方案。
3）結(jié)合深部高溫?zé)岷χ卫碓囼?yàn)地點(diǎn)實(shí)際，在通風(fēng)阻力計(jì)算、設(shè)備材料選型及工程費(fèi)用計(jì)算基礎(chǔ)上開展羅茨風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫技術(shù)方案研究，確定了采用升壓80.0kPa的JGR300H羅茨風(fēng)機(jī)、PE風(fēng)管進(jìn)行通風(fēng)降溫的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案。
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Abstract：Withtheincreasingnumberofdeepminingoperations，hightemperatureandheatdamagehasbecomeamajorproblemrestrictingthesustainabledevelopmentofmines.Especiallyinthedeepdevelopmentandexplorationstage，theproductionmustovercometheadverseenvironmentofhightemperatureandhighhumidityinthesingleheadtunnel，whichseriouslyaffectsthephysicalandmentalhealthofworkersandtheprojectprogress.InviewofthehightemperatureandheatdamagechallengeencounteredintheproductionandexplorationdeepinQinlingGoldMine，therecommendedheatdamagetreatmentschemetodealwithhightemperatureandheatdamagewasdeterminedbymeansofdomesticandforeignresearch，theoreticalanalysisandschemecomparison.Theschemeturnsouttobeventilationsystemoptimization，withRootsblowerusedforforcedventilation.Basedonthepracticeinthelevelsofdeepexploration，thetestonforcedventilationschemewithRootsblowerwasstudiedthroughschemedesign，resistancecalculationandfanselection，inhopethatitcanprovidetechnicalsupportfordeepexplorationandundergroundmininginQinlingGoldMine.
Keywords：deepundergroundmining;exploration;hightemperatureandheatdamage;technicalscheme;Rootsblower;ventilationandcooling
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